物联网发展研究

书书书第12卷第2期南京邮电大学学报(社会科学版)Vo1.12No.22010年6月Journa1ofNanjingUniversityofPostsandTe1ecommunications(Socia1Science)Jun.2010中图分类号:F49文献标识码:A文章编号:1673-5420(2010)02-0001-10编者按:在十一届全国人大三次会议的政府工作报告中,国务院总理温家宝指出要大力培育战略性新兴产业,积极推进“三网”融合取得实质性进展,加快物联网的研发应用。至此,物联网建设正式上升到国家战略层面,我国将进入到物联网应用以及与之相关的产业高速发展的时期。物联网发展最核心的在于技术上的不断创新以及技术标准的制定,但同时也相伴着政策调控、市场机会、产业战略、商业领域、社会变革等现实问题。早在2009年9月,南京邮电大学就利用雄厚的物联网技术研究优势,率先在全国高校成立了物联网与传感网研究院、物联网学院、南邮无锡物联网研究院、物联网科技园。在开展物联网技术研究的同时,还从管理学、政治学、经济学、社会学、生态学等学科多角度、全方位地探索物联网发展所引发的各种现实问题。在此,我们特别推出南京邮电大学校长杨震教授的《物联网发展研究》一文,全面、系统地介绍物联网的基本概念、相关技术发展及标准化进程、物联网的标识管理、商业应用、商业模式以及物联网产业联盟等。文章深刻地指出:真正使物联网技术推向广阔发展的,不是技术的完善程度,而是它所能带来的商业机会,以及这个机会能不能深入到人们的日常生活之中,能不能引导出广大公众的最迫切的需求并且满足这些需求,而最有能力从整体上引领物联网产业链发展的可能是正在转型中的电信运营商。我们希望借助杨震教授的文章进一步引起学界、政界、业界对物联网发展的关注和探讨,今后还将不断推出有关物联网发展的理论文章,欢迎广大学者参与讨论。物联网发展研究杨震南京邮电大学校长办公室,江苏南京()210046收稿日期:2010-05-18作者简介:杨震(1961-),男,南京邮电大学校长,教授,博士生导师,主要研究方向为信号与信息处理,通信理论与技术。基金项目:工业和信息化部通信软科学研究项目“我国物联网技术发展及产业政策研究”(2010R82)通俗地讲,物联网就是一个通过信息技术将各种物体连接成网络、以帮助我们获取这些物体信息的“东西”,英文称为IOT(InternetofThings)。物联网和互联网有着本质的区别,互联网是连接虚拟世界的网络,物联网是连接物理的、真实世界的网络。现在中国已基本掌握发展物联网必需的技术如传感技术、射频识别技术、通信网络技术等,但要想在物联网发展方面有大的建树,还要更多地关注物联网商业应用问题、物品标识管理问题以及物联网产业链、价值链、产业联盟等商业模式问题。引领和发展物联网,将它变成泛在的日常应用的责任,已经历史地落到中国的信息通信运营企业的肩上。一、物联网的基本概念1991年,一个年轻的美国科学家MarkWeiser在《科学美国人》杂志发表的文章中预言21世纪的计算将是泛在计算。从字面上看,“泛在”这个词就是到处都有、无所不在。他从字典中找出了一个生僻的词ubiquitous表示他的想法。于是,ubiquitous,无所不在,到处都存在或者泛在这个词流行了起来。MarkWeiser认为将来的计算技术是泛在的,即到处可以被人所用,但不为人所知。用他的话就是“increasing‘avai1abi1ity’ofprocessingpowerwou1dbeaccompaniedbyitsde-creasing‘visibi1ity’”(处理能力的可达性将伴随着它可见性的降低而增加)。如同他所观察到的,最深刻的技术是那些不显山、不露水的技术,把这些技术编织到我们日常使用的纺织品中间去的话,人们根本就不能把它辨别出来。通观20世纪最后20年影响人类日常生活的发明,哪个也比不上移动电话。现在,全世界移动电话用户数已经超过40亿,手持着这个又轻又小的玩具似的东西,我们的生活从根本得到改变,它超过了因特网的影响,成了千千万万人日常生活中不可缺少的亲密的朋友。甚至在地震突然降临的时候,人们第一时间是把手机揣到怀中。移动电话可以说是一种泛在信息和通信网络的早期形式。时间到了1998年1月,当时的美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心首次提出“Digita1Earth”(数字地球)的概念,很快风靡世界。十多年来,通过遥感技术和海量数据存贮以及地理信息系统的普遍推广,戈尔描绘的一个可以嵌人海量地理数据的、多分辨率的“数字地球”已经实现,然而,“数字地球”并没有让人类摆脱当前这种资源极度浪费、环境急剧恶化的生存困境。原因在于数字地球的概念中,所推崇的用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装人电脑中,实现在网络上的流通,但是没有考虑这些应用对普通百姓生活生产不是不可或缺的,因此很难使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。所以,根据MarkWeiser的思路想下去,自然可以看到,一种技术尽管非常先进,但如果不能使之“傻瓜化”,即被人们日常的生活生产广泛使用,那么这种技术就很难成为商业应用的突破点,很难在当今这个变化万端的世界中立足。在移动通信和互联网蓬勃发展的今天,无所不在的人人通信和人机通信已经具备广泛基础的今天,下一个重大的发展突破点可能是什么呢?人们都注意到,1999年,在美国召开的移动计算和网络国际会议提出“传感器网络是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”;2003年,美国《技术评论》提出传感器网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。传感器网络是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种计算机网络,这些装置使用传感器相互协调地监控着不同位置的物理或环境状况(比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物),并将这些变化传送到用无线传输的方式组成的网络里。虽然它最初起源于战场监测等军事应用,但现在已经被应用于很多民用领域,如环境与生态监测、健康监护、家庭自动化以及交通控制等。其实,传感器网络的重要性主要还不在于它可以实现计算机联网,而在于它广泛地利用了射频自动识别(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,从而为物物之间的网络奠定了基础。某种意义上,传感网、射频识别加上移动通信和互联网的整合呼之欲出。正由于此,到2005年,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。物联网是利用无所不在的网络技术,整合起传感技术和射频识别技术而建立起来的物品之间的互联网,是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮,是一个全新的技术领域。我们知道,信息技术产业有个“十五年周期律”,即每隔10～15年这个领域会发生一次重大变革,并催生新市场、新业务模式、新产业:1950年前后电子计算机投人使用,1965年前后大型计算机问世,1980年前后个人电脑开始流行,1994～1995年,互联网爆发性成长。现在物联网的热潮正好吻合了这个神奇的十五年周期律。物联网的萌发,使通信技术和互联网引发的人人通信和人机通信大大地拓宽到机机和物物通信的更广泛的领域。回顾国际电联从1997年在“网络的挑战”标题下出版的各个年度报告题目,可以看出国际电联及团结在其周围的各国专家和同行们对网络技术经济发展走向和热点问题的认识过程。·1997年网络的挑战:电信和因特网(Cha1-1engestotheNetwork:Te1ecommunicationsandtheInternet)·1999年为了发展的因特网(InternetforDeve1opment)2南京邮电大学学报(社会科学版)2010年·2001年IP电话(IPTe1ephony)·2002年移动时代的因特网(InternetforaMobi1eGeneration)·2003年宽带的诞生(TheBirthofBroad-band)·2004年可携带的因特网(ThePortab1eIn-ternet)·2005年物联网(TheInternetofThings)·2006年数字生活(Digita11ife)由此可见,在移动时代的互联网、宽带技术和便携式互联网业逐步推开以后,建立一个物品之间的泛在的互联网并用它来改变我们的生活是各国同行们对信息通信技术基本走势的一个共识。2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,来自国际电联的战略政策部(SPU)的专家小组全面分析了下一步“永远在线”的通信问题,其中新的技术,例如射频识别卡和智能计算能够让各式各样的设备连接成为一个网络的世界。任何物品,从汽车轮胎到牙刷,很快就能在通信领域中出现,因而,我们已经从今天的“数据与人的因特网时代”快步地走向“物品的因特网”时代。人类社会正在迈向计算和通信无所不在的时代,这将从根本上改变我们的企业、我们的社区和我们个人的生活方式。今天,技术的开发已经能够展现出这样一种现象:把一个小小的短距离移动接收发送器植人到一些不起眼的日常生活小器具中,就能建立人和物品之间以及物品和物品之间的通信,使得信息与通信技术(ICT)增加了新的维度:从原来的任何时间、任何地点的任何人的通信,变成了任何时间、任何地点的任何人和任何物的通信。这样,连接成了多重的,并在整体上出现了新的、动态的网络之网络:物品连接起来的因特网。这个物联网既不是科学幻想,也不是产业骗局,而是建立在具有网络泛在性技术和前景的可靠的基础上的。当今社会正在热切地要去实现它。物联网技术给用户、制造商、通信运营企业和各行各业以巨大的潜力。当然,从特定产品的概念到大规模市场的应用,这种颠覆了原有基础的创新还需要经历一个困难的市场化过程,会涉及到各类的市场参与者,包括标准化组织、国家研究中心、服务提供商、网络运营商和引领潮流的用户。二、物联网的相关技术及标准化进程1.物联网的相关技术在国际电联报告中形容物联网的相关技术用三个形容词enab1ing,emerging和under1ying。enab-1ing的意思是“使能的”,即这项技术可以像催化剂一样让其他技术更好和更有效地发挥作用。e-merging的意思是凸现的、浮现出的,使用这个词描述物联网背后的支撑技术(即under1yingtechno1o-gies),人们似乎看见了这类技术此起彼伏不断涌现出来的图景。除了已经发展非常成熟的电信技术(包括有线和无线通信技术等),支撑物联网的新兴技术分别是射频识别(RFID)、近距离通信(NFC)、灵巧物品(smartthings)、传感器、无线传感器网络技术、纳米技术和小型化技术。(1)射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)是一种非接触式的自动符号识别技术。最简单的RFID系统由标签(Tag)、读卡器(Reader)和天线(Antenna)三部分,加上其他外部硬件和内部软件构成。基本工作原理是:读卡器向外部发出射频信号,产生范围很小的一个电磁场,当标签进人磁场后,接收到读卡器发出的射频信号,产生标签内部的一个小小的感应电流,借此所获得的能量将存储在芯片中的产品信息传给读卡器。这是无源标签或被动标签(PassiveTag)的工作原理。有源标签或主动标签(ActiveTag)则是主动发送某一频率的信号供读卡器读取信息和解码。读卡器将信息通过天线系统用无线传输方式将所得到的信息送至中央数据库进行处理。RFID在本质上是物品标识的手段,它有可能最终会取代目前应用广泛的条形码,成为物品标识管理的最有效方式。它具有一些非常明显的优点。·读取方便快捷。数据的读取无需光源,甚至可以透过外包装来进行。·有效识别距离更大。采用自带电池的主动标签时,有效识别距离可达到30米以上。·识别速度快。标签一进人磁场,读卡器就可以即时读取其中的信息,而且能够同时处理多个标签,实现批量识别。·数据容量大。数据容量最大的二维条形码(PDF417),最多也只能存储2725个数字,