总而言之,不论是哪一种类型的概念,物联网都需要对物体具有全面感知能力,对信息具有可靠传送和智能处理能力,从而形成一个连接物体与物体的信息网络。也就是说,全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的基本特征。\全面感知\是指利用RFID、二维码、GPS、摄像头、传感器、传感器网络等感知、捕获、测量的技术手段,随时随地对物体进行信息采集和获取;\可靠传送\是指通过各种通信网络与互联网的融合,将物体接入信息网络,随时随地进行可靠的信息交互和共享;\智能处理\是指利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术,对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理,提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力,实现智能化的决策和控制。因此,\物联网\概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开:一方面是机场、公路、建筑物等,而另一方面是数据中心、个人电脑、宽带等。在\物联网\时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施,换句话说,基础设施更像是一块新的地球工地,世界的运转就在它上面进行,其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,通过现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合。在这个整合的网络当中,存在能力超级强大的中心计算机群,能够对整个网络内的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制。在此基础上,人类可以用更加精细和动态的方式管理生产和生活,达到\智慧\状态,提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关系。
1.1.3 物联网的本质
1.1.3 物联网的本质
物联网作为新兴的物品信息网络,其应用领域很广,其中一个应用领域就是为实现供应链中物品自动化的跟踪和追溯提供基础平台。物联网可以在全球范围内对每个物品实施跟踪监控,从根本上提高对物品产生、配送、仓储、销售等环节的监控水平,成为继条码技术之后,再次变革商品零售、物流配送及物品跟踪管理模式的一项新技术。它从根本上改变供应链流程和管理手段,对于实现高效的物流管理和商业运作具有重要的意义;对物品相关历史信息的分析有助于库存管理、销售计划以及生产控制的有效决策;通过分布于世界各地的销售商可以实时获取其商品的销售和使用情况,生产商则可及时调整其生产量和供应量。由此,所有商品的生产、仓储、采购、运输、销售以及消费的全过程将发生根本性的变化,全球供应链的性能将获得极大的提高。
物联网的关键不在\物\,而在\网\。实际上,早在物联网这个概念被正式提出之前,网络就已经将触角伸到了\物\的层面,如交通警察通过摄像头对车辆进行监控,通过雷达对行驶中的车辆进行车速的测量等。然而,这些都是互联网范畴之内的一些具体应用。此外,还有人们在多年前就已经实现了对物的局域性联网处理,如自动化生产线等。物联网实际上指的是在网络的范围之内,可以实现人对人、人对物以及物对物的互联互通,在方式上可以是
点对点,也可以是点对面或面对点,它们经由互联网,通过适当的平台,可以获取相应的资讯或指令,或者传递相应的资讯或指令。比如,通过搜索引擎来获取资讯或指令,当某一数字化的物体需要补充电能时,它可以通过网络搜索到自己的供应商,并发出需求信号,当收到供应商的回应时,能够从中寻找到一个优选方案来满足自我需求。而这个供应商,既可以由人控制,也可以由物控制。这样的情形类似于人们现在利用搜索引擎进行查询,得到结果后再进行处理一样。具备了数据处理能力的传感器,可以根据当前的状况作出判断,从而发出供给或需求信号,而在网络上对这些信号的处理,成为物连网的关键所在。仅仅将物连接到网络,还远远没有发挥出它最大的威力。网的意义不仅是连接,更重要的是交互,以及通过互动演生出来的种种可利用的特性。
物联网的精髓不仅是对物实现连接和操控,它通过技术手段的扩张,赋于网络新的含义,实现人与物、物与物之间的相融与互动,甚至是交流与沟通。物联网并不是互联网的翻版,也不是互联网的一个接口,而是互联网的一种延伸。作为互联网的扩展,物联网具备互联网的特性,但也具有互联网当前所不具有的特征。物联网不仅能够实现由人找物,而且能够实现以物找人,通过对人的规范性回复进行识别,还能够作出方案性的选择。
另一方面,合作性与开放性以及长尾理论的适用性,是互联网在应用中的重要特征,引发了互联网经济的蓬勃发展。对物联网来说,通过人物一体化,就能够在性能上对人和物的能力都进行进一步的扩展,就犹如一把宝剑能够极大地增加人类的攻击能力与防御能力;在网络上可以增加人与人之间的接触,从中获得更多的商机,就好像通信工具的出现,可以增加人们之间的交流与互动,而伴随着这些交流与互动的增加,产生出了更多的商业机会;如同在人物交汇处建立起新的节点平台,使得长尾在节点处显示出最高的效用,如在互联网时代,各式各样的大型网站由于汇聚了大量的人气,从而形成了一个个的节点,通过对这些节点进行利用,使得长尾理论的效应得到大幅的提高,就好像亚马逊作为一个节点在图书销售中所起到的作用一样。
合作性与开放性指的是不仅仅是物与物之间,而且发生在人与物之间。互联网之所以有现在的繁荣,是与它的合作性与开放性这两大特征分不开的,开放性使得无数英雄通过互联网得以实现了他们的梦想,可以说没有开放性所带来的创新激励机制,就不可能有互联网今天的多姿多彩;合作性使得互联网的效用得到了倍增,使得其运作更加符合经济原则,从而给它带来竞争上的先天优势,没有合作性,互联网就不可能大面积地取代传统行业成为主流。这样一来,在\物联\之后,就不仅能够产生出新的需求,而且还能够产生新的供给,更可以让整个网络在理论上获得进一步的扩展和提高,从而创造出更多的机会。正是由于这些特性,将使物联网在功能上得到更大的扩展,而并不仅仅局限于传感功能。
这里需要强调的是,如果认为物联网是传感网的概念,则会使得物联网的外延缩小。如1999年时所提出的物联网的概念,是把所有物品通过RFID等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。其中没有人、物之间的相联、沟通与互动。如果仅仅作为传感
网,物在联网之后,只需服从控制中心的指令,而各系统的控制中心则是互相分离的。如果是作为互联网的延伸,则可以将所有在网络内的系统与点有机地联成一个整体,起到互帮互助的作用。换句话说,传感网完全可以将其包容在作为互联网的扩展形式的物联网的概念之内。
1.1.4 物联网概念辨析
1.1.4 物联网概念辨析
由于物联网概念出现不久,其内涵在不断的发展、完善。有人认为,物联网是基于互联网和RFID技术发展的网络,是在计算机互联网的基础上,利用RFID、无线数据通信等技术,构造一个覆盖世界上万事万物的网络。其实质就是利用RFID技术,通过计算机互联网以实现全球物品的自动识别,达到信息的互联与实时共享。由此可以看出,物联网主要涉及RFID和传感器两项技术。RFID技术用于标识物,给每个物品一个\身份证\;传感器技术用于感知物,包括采集实时数据(如温度、湿度)、执行与控制(打开空调、关上电视)等。因此,可以进行如下划分:
(1)从RFID技术出发,在RFID网络的基础上,构建基于RFID的物联网; (2)从传感器技术出发,在传感网络的基础上,构建基于传感器的物联网; (3)将RFID技术和传感器技术融合,构建更广义的物联网,即泛在网。
目前,对于物物互联的网络这一概念的准确定义业界一直未达成统一的认识,存在着以下几种相关概念:物联网、无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)以及泛在网(Ubiquitous Network)(亦称U网络)。
1.物联网
定义1:把所有物品通过RFID和条码等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。
该定义最早于1999年由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出,实质上等于RFID技术和互联网的结合应用。RFID标签可谓是早期物联网最为关键的技术与产品环节,当时认为物联网最大规模、最有前景的应用就是在零售和物流领域。利用RFID技术,通过计算机互联网实现物品/商品的自动识别和信息的互联与共享。
定义2:2005年,ITU在The Internet of Things这一报告中对物联网概念进行扩展,提出任何时刻、任何地点、任意物体之间的互联,无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景,除RFID技术外,传感器技术、纳米技术、智能终端等技术将得到更加广泛的应用。
定义3:由具有标识、虚拟个性的物体/对象所组成的网络,这些标识和个性等信息在智能空间使用智慧的接口与用户、社会和环境进行通信。
该定义出自欧洲智能系统集成技术平台(EPoSS)在2008年5月27日发布的报告Internet of Things in 2020。该报告分析预测了未来物联网的发展,认为RFID和相关的识别技术是未来物联网的基石,因此更加侧重于RFID的应用及物体的智能化。
定义4:物联网是未来互联网的一个组成部分,可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议,且具有自配置能力的、动态的全球网络基础架构。物联网中的\物\都具有标识、物理属性和实质上的个性,使用智能接口实现与信息网络的无缝整合。
这个定义来源于欧盟第7框架下RFID和物联网研究项目组在2009年9月15日发布的研究报告。该项目组的主要研究目的是便于欧洲内部不同RFID和物联网项目之间的组网,协调RFID的物联网研究活动、专业技术平衡与研究效果最大化,以及项目之间建立协同机制等。
从上述4种定义不难看出,物联网的内涵是起源于由RFID对客观物体进行标识并利用网络进行数据交换这一概念,并不断扩充、延展、完善而逐步形成的。这种物联网主要由RFID标签、读写器、信息处理系统、编码解析与寻址系统、信息服务系统和互联网组成。通过对拥有全球唯一编码的物品的自动识别和信息共享,实现开环环境下对物品的跟踪、溯源、防伪、定位、监控以及自动化管理等功能。通常在生产和流通(供应链)领域,为了实现对物品的跟踪、防伪等功能,需要给每一个物品一个全球唯一的标识。在这种情形下,RFID技术是主角,基于RFID技术的物联网能够满足这种需求。此外,冷链物流、危险品物流等特殊物流,对仓库、运输工具/容器的温度等有特殊要求,可将传感器技术融入进来,将传感器采集的信息与仓库、车辆、集装箱的RFID信息融合(例如,在厢式冷藏货车内安装温度传感器,将温度信息、GPS信息等通过车载终端采用短信息方式发送到企业监控中心),构建带传感器的基于RFID的物联网。目前,基于RFID的物联网的典型解决方案是美国的EPC。
2.无线传感器网络
定义5:无线传感器网络是由若干具有无线通信能力的传感器节点自组织构成的网络。 此定义最早由美国军方提出,起源于1978年美国国防部高级研究计划局资助卡耐基 梅隆大学进行分布式传感器网络的研究项目。在当时缺乏互联网技术、多种接入网络以及智能计算技术的条件下,该定义局限于由节点组成的自组织网络。
定义6:泛在传感器网络(Ubiquitous Sensor Network,USN)是由智能传感器节点组成的网络,可以以\任何地点、任何时间、任何人、任何物\的形式被部署。该技术具有巨大的
潜力,可以用于广泛领域内推动新的应用和服务,从安全保卫、环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。
此定义出自2008年2月ITU-T的研究报告Ubiquitous Sensor Networks。该报告中提出了泛在传感器网络体系架构,自下而上分为底层传感器网络、接入网络、基础骨干网络、中间件、应用平台等5个层次。底层传感器网络由传感器、执行器、RFID等各种信息设备组成,负责对物理世界的感知与反馈;接入网络实现底层传感器网络与上层基础骨干网络的连接,由网关、sink节点等组成;基础骨干网络基于互联网、NGN构建;中间件处理、存储传感数据并以服务的形式提供对各类传感数据的访问;应用平台实现各类传感器网络应用的技术支撑。
定义7:传感器网络以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务,以网络为信息传递载体,实现物与物、物与人之间的信息交互,提供信息服务的智能网络信息系统。
该定义出自我国信息技术标准化技术委员会所属传感器网络标准工作组2009年9月的工作文件,该文件认为传感器网络具体表现为:\它综合了微型传感器、分布式信号处理、无线通信网络和嵌入式计算等多种先进信息技术,能对物理世界进行信息采集、传输和处理,并将处理结果以服务的形式发布给用户\。
定义8:传感网是以感知为目的,实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突出特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息,结合互联网、移动通信网等进行信息的传送与交互,采用智能计算技术对信息进行分析处理,从而提升对物质世界的感知能力,实现智能化的决策和控制。
此定义出自工业和信息化部、江苏省联合向国务院上报的《关于支持无锡建设国家传感网创新示范区(国家传感信息中心)情况的报告》。此外,\传感网\这一名词最早出自业界专家对于无线传感器网络的简称,即定义5的中文简称。随着物物互联相关概念的受关注度不断提升,传感器网络逐渐演进为定义8所描述的内容。
比较传感器网络的4种定义,同样可以发现传感器网络其内涵起源于\由传感器组成通信网络,对所采集到的客观物体信息进行交换\这一概念。定义6提出了相对完整的体系架构,并且描述了各个层次在体系架构中的位置及功能。定义7、8尽管与定义6文字描述不同,但其内涵基本一致,并未对定义6进行实质性的突破与完善。定义6、7、8都是将定义5所定义的\网络\作为底层的、对于客观物质世界信息获取交互的技术手段之一,并对其进行了更为精确的文字描述。
显然,由传感器、通信网络和信息处理系统为主构成的传感网,具有实时数据采集、监督控制和信息共享与存储管理等功能,它使目前的网络技术的功能得到极大拓展,使通过网络实时监控各种环境、设施及内部运行机理等成为可能。也就是说,原来与网络相距甚远的家电、交通管理、农业生产、建筑物安全、旱涝预警等都能够得到有效的网络监测,有的甚