物联网的由来与发展趋势

　　2009年11月3日，温家宝总理在人民大会堂向首都科技界发表了题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话。他提出：“要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的‘发动机’”。

　　这篇讲话对我国物联网的发展目标提出明确要求，把对物联网概念的研究推向了新的高潮。“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为经济发展提供技术推动力。但也有专家认为物联网离我们仍有一定距离，不可盲目乐观。为此，有必要对物联网的发展由来和演进路径做一番探讨，找到应对物联网发展浪潮的对策。

　　1 物联网概念的形成

　　目前，人们普遍关注的物联网技术中比较重要的RFID的应用实际上并非一项新技术，其最典型的应用可以追溯到1991年第一次美伊战争。当时，美国军方发现，战争结束后在一些港口、机场堆积着大量的军需物资集装箱，而这些物品应该运到何处，到底属于谁全然不知。如果想搞清楚这些信息，则要花费大量的人力和财力，因此，美国五角大楼启动了一个“军需物资可视化管理”的重要项目，并成功地将RFID技术用于其中。此后，UPS、FEDEX等大型速递公司也运用这些技术打造了一个可以跟踪查询快件位置的服务体系。在这类物联网早期应用模式中，由于物是没有计算力的，所以应用模式表现为人主动与物通信，了解物的时空以及其他属性信息，而物并不会主动服务于人类。这与现在提出的物联网高级阶段的所谓“智慧地球”有较大区别。

　　物联网的概念最早出现于比尔盖茨1995年《未来之路》一书，在《未来之路》中，比尔盖茨已经提及Internet of Things的概念，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起世人的重视。1998年，美国麻省理工大学(MIT)创造性地提出了当时被称作EPC系统的“物联网”的构想；1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念，称物联网主要是建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上；2005年，ITU发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，综合二者内容，正式提出“物联网”的概念，包括了所有物品的联网和应用。目前较为公认的物联网的定义是：通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的英文名称是Internet Of Things，那么它和互联网之间又是什么关系呢？实际上，物联网的概念来自于对互联网的类比，根据物联网与互联网的关系分类，不同专家学者对物联网给出了各自的定义，可归纳为如下四种类型：

　　1.1 物联网是传感网，不接入互联网

　　有专家认为，物联网就是传感网，只是给人们生活环境中的物体安装传感器，这些传感器可以更好地帮助我们认识环境，这个传感器网不接入互联网络，例如上海浦东机场的传感器网络，其本身并不接入互联网，却号称是中国第一个物联网。物联网与互联网的关系是相对独立的两张网。

　　1.2 物联网是互联网的一部分

　　物联网并不是一张全新的网，实际上早就存在了，它是互联网发展的自然延伸和扩张，是互联网的一部分。互联网是可包容一切的网络，将会有更多的物品加入到这张网中。也就是说，物联网包含于互联网之内。

　　1.3 物联网是互联网的补充网络

　　我们通常所说的互联网是指人与人之间通过计算机结成的全球性的网络，服务于人与人之间的信息交换。而物联网的主体则是各种各样的物品，通过物品间传递信息从而达到最终服务于人的目的，两张网的主体不同。所以物联网是互联网的扩展和补充，物联网与互联网是相对平等的两张网。如果把互联网比作是人类信息交换的动脉，那么物联网就是毛细血管，两者相互连通，是互联网的有益补充。

　　1.4 物联网是未来的互联网

　　从宏观概念上讲，未来的物联网将使人置身于无所不在的网络之中，在不知不觉中，人可以随时随地与周围的人或物进行信息的交换，这时，物联网也就等同于泛在网络，或者说未来的互联网。物联网、泛在网络、未来的互联网，他们的名字虽然不同，但表达的都是同一个愿景，那就是人类可以随时、随地、使用任何网络、联系任何人或物，以达到信息交换的自由。

　　四种概念的界定都有其可取之处，也有不足之处。笔者认为，从狭义的角度看，只要是物品之间通过传感网络连接而成的网络，不论是否接入互联网，都应算是物联网的范畴。从广义角度看，物联网不仅局限于物与物之间的信息传递，还将和现有的电信网络实现无缝融合，最终形成人与物无所不在的信息交换，形成泛在网络。

　　事实上，物联网与互联网的关系是相对独立的两张网，只不过两者在数据传输技术上有一定的共性而已。在电话网和互联网应用中，我们希望所有的人、计算机等是互联互通的。然而物联网则不同，一个太湖水质监测系统和中石油的物流系统可以毫无关系。这就是IBM公司提出智慧地球概念时，强调其垂直行业应用的原因。所以，物联网是基于对物可控、可管理技术的一个个互不相连的专用网络的统称，因此，我们比较赞同第一种观点。目前，国际上习惯将其称为“泛在网络”，实际上就是要与互联网有所区别。

　　2 物联网的组成

　　物联网很早就被用于生产与生活之中，但是应用范围十分有限，再有就是单一应用较多，综合应用较少，直接使用较多计算优化较少。IBM此次提出智慧地球的概念就是要更大范围更深层次地建设和利用物联网。物联网本质上是一个信号采集和处理的网络。物联网利用各种传感器或人为设置的各种身份识别码，把物质世界中的各种信息变为电信号，电信号通过电信网络传送到计算机处理系统和显示系统，经过计算机处理后的数据存储备查，在必要时计算机将发出报警信号或者控制信号，报警信号或者控制信号由通信网络送到指定的地方报警，或由指定预设装置执行控制。物联网包含下列子系统，有些物联网可能只包含下面这些子系统中的一部分。

　　2.1 传感器

　　传感器在日常生活生产中很常见，它可以把一些物理量的变化变为电信号的变化。例如话筒和喇叭就是一对语音传感器。除日常会用到的传感器之外，传感器还有很多种类。这些传感器很少被用到，因而它们的价格很高，正是这个原因阻碍了物联网络的发展。传感器可以是声、光、压力、震动、速度、重量、密度、硬度、湿度、温度、图像、语音、电波、化学；或者是气体的流速、流量、气压、成分；或是液体的流速、流量、成分；或是固体的数量、重量、硬度等。

　　2.2 电子标签(ID)

　　电子标签是上个世纪新发展起来的技术，已经获得了很多应用，例如超市用于标识商品的条形码。现有的电子标签有条形码、二维码、磁卡、接触式IC卡、非接触卡、射频识别(RFID)。

　　2.3 电信网络

　　电信网络早已为人类所使用，现在使用最多的有语音、文字、音乐、图片、图像等各种信息传输。物联网的信息传送有其独特的地方，与日常使用的语音、文字、音乐、图片、图像传输相比，物联网的信息传输更多的是小数据量的传输和特大数据量的传输。小到每月只发送几个bit，如煤气抄表；大到连续不间断的发送大幅图像，如交通监视，而中等数据量的信息传送却比较少见。这对通信提出了新的要求，为实现高效率物联网通信，需要通信行业做出新的标准和新型接入设备，以适应物联网各种通信的需要。现有的通信网络有电缆、光缆、微波、蓝牙、红外、WiFi、WINMX、移动通信(2G、3G、4G)、卫星.

　　2.4 数据处理

　　物联网采集到的数据是为了各种不同的目的，为满足不同需求这些数据需要经过计算机的数据处理。这些处理常常包括汇总求和、统计分析、阀值判断、专业计算、数据挖掘。

　　2.5 显示系统

　　物联网采集到的图像和信息常常需要直接显示或是经过计算后显示到计算机或者大屏幕上，常见的显示状况有图像、图表、曲线。

　　2.6 报警系统

　　物联网采集到的信息常常需要直接报警或是经过计算机处理后报警，常见的报警形式有声、光、电(电话、短信)。

　　2.7 控制执行系统

　　有一些物联网不仅被要求采集信号、处理信号、存储信号，还被要求发出控制指令，经过网络指挥指定的预设执行装置，通过指定预设执行装置的指令执行行动以达到控制目的。

　　3 物联网在信息化发展中的位置

　　从烽火台到电报电话，再到互联网和移动互联网，人们对信息的渴求成为推动信息化发展的原动力，而一次又一次技术的飞跃正帮助人们不断获取新的知识和信息。我们把现代信息通信比作一张拼图(如图1所示)。人类的现代信息化是从电报开始，逐步探究更便捷，更大容量的信息传递，随着拼图一张张的被翻开，人与人之间通信的未知领域不断缩小，到今天已经发展到了“移动互联网”的阶段。

　　在人们不断探索人与人的现代通信技术的同时，拼图又被从物与物通信的角度悄悄地翻开。为更好地服务于信息的传递，最初，一部分物体被打上条码，这大大提高了物品识别的效率，随着近场通信(Near Field Communication)技术(如RFID、蓝牙、ZIGBEE等各种技术)的发展,RFID、二维码等各种现代识别技术逐步得到推广应用，在摩尔定律的推动下，芯片的体积不断缩小，功能更加强大，物品自身的网络与人的网络相连通已经成为大势所趋。在未来的发展过程中，拼图将逐步被揭开，从人的角度和物的角度对信息通信的探索将实现融合，最终实现无所不在的“泛在网络(Ubiquitous Network)”(如图2所示)，而这也就是终极意义上的物联网。

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　　物联网可以被用在各行各业、方方面面，但其直接作用无外乎监控、监视、监测、检测等信息收集、处理及控制几个方面，见表1。

　　正确应用物联网可以达到节约、减灾、提效、增速、准确、便捷、舒适等各种效用。目前，影响物联网发展的因素有：

　　1) 认识上的问题。人们尤其是企业主认识不到物联网的价值所在，我国近年来的经济发展主要建立在廉价劳动力的基础上，还属于粗犷型发展，企业并不在意降低成本提高效率。

　　2) 滞后效应。物联网往往是需要前期一次性较大投入，物联网的各种效用只能在日后的使用中逐渐显现(如：节约效用)，甚至无法展现(如：减灾效用)。

　　3) 数量局限。现有的传感器种类有限，新开发的传感器由于使用范围有限，成本居高不下。整体来看物联网还远未普及，传感器使用数量很少，导致价格较高。

　　4 物联网的演进路径

　　如图2所示，我们把人类信息通信网分成实现人与人通信的电信网(Telecommunication network)和实现

　　物与物通信的近场通信网(Near field communication network)或者说传感网(Sensing network)两个角度,这两个角度的发展是并行推进的，但是显然，电信网的发展要早，并且成熟于传感网，经过上百年无数人的研究发明、推广应用，电信网已经建立了一整套科学的、可控可管的信息通信网络体系，安全高效地服务于人类的信息通信。

　　电信网的发展主要有两大方向：一是移动化，人们为了追求信息通信的自由，逐步用移动电话替代固定电话，实现位置上的自由通信；二是宽带化，通信从电路交换转变为分组交换为主，从电报电话到互联网，逐步实现宽带化的通信，实现传输容量上的自由通信。

　　传感网的发展也有两大趋势：一是智能化，物品要更加的智能，能够自主的实现信息交换才能实现物联网的真正意义，而这将需要对海量数据的处理能力，随着“云计算”技术的不断发展成熟，这一难题将得到解决；二是IP化，未来的物联网将给所有的物品都设定一个标识，实现“IP到末梢”，这样我们才能随时随地地了解物品的信息，在这方面“可以给每一粒沙子都设定一个IP地址”的IPV6将担负起这项重担，并在全球进行推广。

　　由此，产生了物联网演进的两种模式，即电信网主导模式和传感网主导模式。电信网主导模式就是由传统的电信运营商主导，推动物联网的发展。目前，以中国移动为代表的电信运营商已经发出强烈的呼声；以传感网为主导的模式是以传感网产业为主导，逐步实现与电信网络的融合。目前情况下，由于传感器的研发瓶颈制约了物联网的发展，应当大力加强传感网络的发展，但是从战略角度看，针对未来会出现的信息安全和信息隐私的保护问题，应当选择电信网主导的模式，因为通信产业具有强大的技术基础、产业基础和人力资源基础,能实现海量信息的计算分析，保证网络信息的可控可管，最终保证在信息安全和人们的隐私权不被侵犯的前提下实现泛在网络的通信。

　　5 结论

　　物联网的概念应当分为广义和狭义两个方面。从广义来讲，物联网是一个未来发展的愿景，是“泛在网络”。能够实现人在任何时间、任何地点、使用任何网络与任何人与物的信息交换；从狭义来讲，物联网是物品之间通过传感器连接起来的局域网，不论接入互联网与否，都属于物联网的范畴，这个网络可以不接入互联网，但如果需要也可以随时接入互联网。

　　物联网的演进路径分为电信网主导和传感网主导两种模式，发展的初期阶段传感网络是主导，但是当传感网技术成熟后，应当以电信网为主导，实现信息的可控可管，安全高效。
　　此次全球为了应对气温上升，开始大规模降低排放。减排在短期之内的直接后果必定是生产和生活成本的上升，在今后的市场竞争中谁能降低成本谁就将获得最后的胜利。降低成本已经被提上议事日程，已经迫在眉睫，而大量应用物联网正是最降低成本的有效的手段之一。从节约入手拉动物联网的发展，将成为物联网发展的契机。

　　在如何促进物联网发展方面，我们建议：一政府大力提倡节约、提效、减灾，奖励节约、表彰高效、严惩灾难；二设立物联网专项贷款，支持各级政府、企业应用物联网，扶持有广阔应用前景的传感器开发；三设立减灾基金，鼓励各级政府、企业建设使用减灾物联网。