浅析从互联网到物联网

2010-07-26徐鑫

黑龙江科学 2010年2期

徐鑫

（黑龙江省科学院石油化学研究院，黑龙江哈尔滨150040）

根据《2009年国民经济和社会发展统计公报》［1］数据统计：互联网上网人数3.8亿人，其中宽带上网人数3.5亿人；互联网普及率达到28.9%。随着互联网飞速发展，新一代信息技术的发展被人们所认知--物联网。物联网（The Internet of things）逐渐成为人们所关注的事物。本文就物联网与互联网的区别进行简要概述。

1 物联网的概念与其发展现状

1.1 物联网的概念

物联网（The Internet of Things）简单的说就是像电脑插上上网卡、WIFI等上网设备一样，要让所有的“物品（家电、设备、货物等）”都能通过RFID(Radio Frequency Identification)电子标签等技术联系在一个庞大的网络之中(如图1所示)，从而实现对物品的监控和管理。物联网与其说是一种技术，不如说是云计算理念［2］在社会各个领域的延伸和拓展，是一种移动化动态资源管理的理念。

图1 物联网体系结构图Fig.1 Internet of things system structure

1.2 物联网产生与国内外发展现状［3］

物联网的概念早在1999年就已经提出。1999年在美国召开的＂移动计算和网络国际会议＂提出了，＂传感网是下一个世纪人类将面临的又一个发展机遇＂。这样人们就开始了物联网的研究。2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。

根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物之间和物与物之间的沟通连接。

2009年1月28日，美国总统上任后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，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，并且被普遍连接，形成物联网（如图2所示）。

图2 物联网在各行业中的典型应用示意图Fig 2.Internet of things in all sectors of the typical application diagram

在我国，物联网的发展处于世界领先水平。从1999年物联网的概念被提出，当时在中国叫做传感网，中科院就启动了传感网的研究并取得了一些科研成果，并建立了一些适用的传感网。先后投入数亿元，在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机、移动基站等方面取得重大进展，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界传感网领域，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的主导国之一。2008年11月，并与无锡传感网中心合作，共同在无锡成立微纳传感网工程中心。

2009年，无锡传感网中心的传感器产品在上海浦东国际机场和上海世博会被成功应用，首批价值1500万元的传感安全防护设备销售成功，这套设备由10万个微小的传感器组成，散布在墙头墙角墙面和周围道路上。传感器能根据声音、图像、震动频率等信息分析判断，爬上墙的究竟是人还是猫狗等动物。

多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。由于效率高于美国和以色列的防入侵产品，国家民航总局正式发文要求，全国民用机场都要采用国产传感网防入侵系统。至2009年8月，仅浦东机场直接采购传感网产品金额为4000多万元，加上配件共5000万元。业内专家称，若全国近200家民用机场如果都加装防入侵系统，将产生了上百亿的市场规模。

但是目前，物联网还停留在很初级的层面，离实质性的大规模应用还很远。

2 互联网与物联网本质联系

互联网［4］（Internet）都被大家所熟知，它可译为“网际”网络，又音译因特网或者英特尔网。在1990年发展初期，因其跨国际性连接之特性，是指在ARPA网基础上发展出的世界上最大的全球性互联网络。即是“连接网络的网络”，可以是任何分离的实体网络之集合，这些网络以一组通用的协定相连，形成逻辑上的单一网络。这种将计算机网络互相联接在一起的方法称为“网络互联”。

互联网指的是全球性的信息系统，是通过三方面实现：

第一、通过全球唯一的网络逻辑地址在网络媒介基础之上逻辑的链接在一起。这个地址是建立在“互联网协议”（IP）或今后互联网时代其它协议基础之上的。

第二、可以通过“传输控制协议”和“互联网协议”（TCP/IP），或者今后其它接替的协议或与“互联网协议”（IP）兼容的协议来进行通信。

第三、以让公共用户或者私人用户享受现代计算机信息技术带来的高水平、全方位的服务。这种服务是建立在上述通信及相关的基础设施之上的。

从物联网的概念可以分出两层含义［5］：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。因此，物联网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“Internet ofThings”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(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（如图3所示）。

图3 物联网示意图Fig.3 Internet of things diagram

而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。

RFID技术是通过PML语言实现［6］。PML语言是物理标示语言，EPCglobal是由美国统一代码协会（UCC）和国际物品编码协会（EAN）于2003年9月共同成立的，其前身是1999年10月1日在美国麻省理工学院成立的非营利性组织Auto-ID中心（如图4所示），是目前物联网的主要推广者与标准制定者。由其组织并协调各应用方共同制定的产品电子编码(EPC)体系是目前物联网体系架构中最主要的组成部分。因此。使用EPC编码标准的物联网也被称为EPC网络。其构成见表1。

图4 早期EPC网络发现服务流程示意图Fig 4.Early EPC network discovery service process diagram

PML语言是物理标示语言，又称实体标示语言。PML是一种用于描述物理对象、过程和环境的通用语言，其主要目的是提供通用的标准化词汇表，来描绘和分配Auto－ID激活的物体的相关信息。PML核心提供通用的标准词汇表来分配直接由Auto-ID的基础结构获得的信息，如位置、组成以及其他遥感勘测的信息。物联网技术的实现就是靠这个语言来实现，并能通过射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术来真正实现物与物相联。

毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。然而，不谈什么隐私权和辐射问题，单把所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。人们正走向“物联网”时代，但这个过程可能需要很长的时间。

3 物联网发展面临问题

物联网在实际应用上的开展需要各行各业的参与，并且需要国家政府的主导以及相关法规政策上的扶助，才能全面的发展。物联网的开展具有规模性、广泛参与性、管理性、技术性、物的属性等等特征，其中，技术上的问题是物联网最为关键的问题，物联网技术是一项综合性的技术，是一项系统，目前国内还没有哪家公司可以全面负责物联网的整个系统规划和建设，理论上的研究已经在各行各业展开，而实际应用还仅局限于行业内部。因此它所面临的困难很多，根据我国的实际情况，简单的说分为以下几点：

第一：资金及成本问题

物联网的发展可以作为世界经济的下一个增长点，它的发展可以带动多个产业的发展，因此，开发物联网需要在多个物品上实现RFID技术，建立安装多个读取设备，并开发出多个信息处理系统，这必然导致大量的资金及成本的投入。在物联网并未普及的情况下，物联网的发展受到很大程度的限制。

第二：与物联网相关的政策法规

物联网所覆盖的范围很广，它需要每个行业的合作来带动其发展，这就需要国家的产业政策和立法上要走在前面，要制定出适合这个行业发展的政策和法规，保证行业的正常发展。借鉴互联网的发展，来促进物联网健康稳定的发展。

第三：技术与协议标准的统一与协调

互联网的建立不仅是由HTML语言来实现，它还需要很多的网络协议标准（TCP/IP）、路由器协议，终端的构架与操作系统来实现。同样，物联网发展的基础是互联网的话，那么它也同样需要多个网络协议来实现。如此一来，物联网发展过程中，传感、传输、应用各个层面会有大量的技术出现，可能会采用不同的技术方案。如果各行其是，那结果是灾难的，大量的小而破的专用网，相互无法连通，不能进行联网，不能形成规模经济，不能形成整合的商业模式，也不能降低研发成本。因此，尽快统一技术标准，形成一个管理机制，这是物联网马上就要面对问题，开始时，这个问题解决得好，以后就很容易，开始解决不好，积重难返，那么以后问题就很难解决。

第四：安全体系的建立与形成

随着互联网的发展，人们的生活方便起来。但是，方便的同时网络安全成为不可忽视的问题，在互联网安全问题还没有完全解决好的情况下，物联网的安全更成为人们首先解决的问题。

物联网目前的传感技术主要是RFID，植入这个芯片的产品，是有可能被任何人进行感知的，它对于产品的主人而言，有这样的一个体系，可以方便的进行管理。但是，它也存在着一个巨大的问题，其他人也能进行感知，比如产品的竞争对手，那么如何做到在感知、传输、应用过程中，这些有价值的信息可以为我所用，却不被别人所用，尤其不被竞争对手所用。这就需要在安全上下功夫，形成一套强大的安全体系。现在应该说，会有哪些安全问题出现，如何应对这些安全问题，怎么进行屏蔽都是一些非常复杂的问题，甚至是不清晰的。但是这些问题一定值得注意，尤其是这个管理平台的提供者。安全问题解决不好，有一天可能有价值的物联网会成为给竞争对手提供信息方便的平台，那么它的价值就会大大的打折扣，也不会有企业愿意和敢于去使用。