感知泛在物聯網

曹 莉，景悅林

(威海職業學院，山東威海264200)

1 概述

2009年8月7日下午，溫家寶總理在中科院考察時指出“要大力發展傳感網，掌握核心技術”［1］，并指出“要把傳感系統和3G中的TD技術結合起來”。在2009年11月3日《讓科技引領中國可持續發展》的講話中，溫家寶總理再次提出“要著力突破傳感網、傳感網關鍵技術，及早部署后IP時代相關技術研發，使信息網絡產業成為推動產業升級、邁向信息社會的‘發動機’”，這標志著“感知中國”已正式上升至國家層面并進入戰略實施階段，中國傳感網產業發展面臨著巨大機遇。

2 傳感網/物聯網的演進

“傳感網”在國際上又通稱“物聯網”(IOT，Internet of Things)，是指將各種信息傳感設備，比如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。其目的是讓所有的物品都能夠遠程感知和控制，并與現有的網絡連接在一起，形成一個更加智慧的生產生活體系，實現智能化識別和管理。

如果說互聯網主要是將計算機和人用網絡連在一起，傳感網則通過各類信息傳感設備，按約定的協議，把物件連接在網絡上，進行通信和信息交換，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理，是將網絡連接的范圍進一步擴大到所有可能的物件和物品。相比互聯網，傳感網將大大擴大信息網絡聯接的范圍與規模，大大擴展信息化在人類社會方方面面的應用范圍，大大加深信息化的應用深度。傳感網是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡，其目標是解決“無所不在”的人與物、物與物之間的通信需求。總體來說，是指各類傳感器和現有的互聯網相互銜接的一個新技術。有人甚至將其說成是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息產業浪潮［2］。泛在物聯網的發展階段如圖1所示。

圖1 泛在物聯網發展階段

3 國內外傳感產業發展現狀

西方發達國家對傳感網高度重視，并將其作為未來發展的重要內容。美國將微納傳感技術列為在經濟繁榮和國防安全兩方面至關重要的技術，以傳感網應用為核心的“智慧地球”計劃也得到了奧巴馬政府的積極回應和支持，其經濟刺激方案將投資110億美元用于智能電網及相關項目;歐盟2009年6月制定并公布了涵蓋標準化、研究項目、試點工程、管理機制和國際對話在內的十四點行動計劃。日本的U-Japan計劃將傳感網作為四項重點戰略之一［3］。韓國的IT839戰略將泛在傳感網USN作為三大基礎建設之一，其中的U-Life計劃的目標更是要在2014年建成松島泛在城市，投資約250億美元。同時還有新加坡的“下一代IHub”計劃、中國臺灣地區的U-Taiwan計劃等都將傳感網作為當前發展的重要戰略目標。

我國的物聯網發展始于1999年，中科院啟動了傳感網的研究工作，先后投入數億元，在無線智能傳感器網絡通信技術、微型傳感器、傳感器端機、移動基站等方面取得了重大進展。總體看來，我國傳感網研究沒有盲目跟從國外，而是面向國家重大戰略和應用需求，開展傳感網基礎標準體系、關鍵技術、應用開發、系統集成和測試評估技術等方面的研究，形成了以應用為牽引的特色發展路線，在技術、標準、產業及應用與服務等方面，接近國際水平，使我國在該領域占領價值鏈高端成為可能。

在標準方面，2007年，我國領先于國際啟動傳感網標準化制定工作。2008年，首屆ISO/IEC國際傳感網標準化大會在我國舉辦。第2次會議上，我國代表ISO/IEC傳感網標準化工作組向上級做總體報告，提出了傳感網體系架構、標準體系、演進路線、協同架構等代表傳感網發展方向的頂層設計，并獲得了標準組成員國的認可。我國已成為國際傳感網標準化的四大主導國(中國、美國、韓國、德國)之一，在制定國際標準中享有重要話語權。

在專利方面，根據國家知識產權專利數據庫和德溫特世界專利數據庫資料的統計，截至2008年底，國內申請的關于傳感網的專利數是378件，基礎和核心專利分別是10項和211項，分別占整個比重的2.6%和55.8%，而外圍專利為157項，占整個比重的41.5%。我國傳感網領域的專利分布狀況與國外情況類似，基礎專利和核心專利所占比重較小，基本狀況符合傳感網是新興的通信應用網絡以及傳感網產業化還處于剛剛興起的階段這一現狀。為了提高我國傳感網研究的核心競爭力，避免知識產權問題成為傳感網研究發展的瓶頸，標準、核心技術及產品開發迫在眉睫。

在技術方面，自1999年起，中國科學院相關研究所、高校和部分企業在傳感網、傳感網的許多技術領域已開展科學研究、產業化攻關，支持了從傳感器、信號傳輸、信息處理、系統集成和示范應用等多方面的研發和產業化工作，在一些關鍵技術上實現了突破。

4 傳感網的構成

傳感網的技術構成主要包括三個層次(如圖2所示):一是作為感知網絡，它是由眾多傳感器節點所組成的有線或無線通信網絡，節點密集部署在所關注的“物”或事物的內部或周圍，實現對“物”的連接、感知和監控;二是作為傳輸網絡，數據傳輸網絡與數據處理技術，即通過現有的互聯網、無線通信網或者一些專用的通信網絡，實現傳感網探測數據和控制信息的傳輸和分發、信息的海量存儲與管理、云計算、數據模型表示和智能化處理等;三是應用網絡，用戶與應用接口，包括PC、手機、顯示屏等終端設備。

圖2 傳感網的技術構成

5 傳感網發展的幾個突破口

傳感網技術從提出到今天已經11年，經過孕育和發展，其主要技術已經取得了實質性的進展。溫家寶總理將其與我國國情相結合稱之為“感知中國”，為傳感網的建立和推廣帶來巨大的動力，但是作為一項產業，我國泛在傳感網要突破的不光是技術層面，更有應用層面的難題，未來其可能的幾個突破口主要有:

(1)國家層面的政策導向。考慮到傳感網應用中有相當多政府公共管理與服務的領域，在交通、電力、環保、城市信息化等領域，傳感網應用將有較快發展，將引發市場快速啟動。因此，傳感網的發展需要積極的激勵政策。

(2)在關鍵技術方面急需突破。在傳感網關鍵技術方面，存在如下問題:缺乏產業的頂層設計、標準規范缺失、核心技術缺位、規模化應用不足、成熟商業模式缺乏、產業鏈不完善。這些問題均是制約傳感網發展的主要技術難題，急需突破。

(3)在應用領域。智能家居、感知醫護等概念已經獲得了長期的市場響應，隨著產品與技術的進一步成熟，市場需求將得到進一步的激發。傳感網應用的另一個重要方向是對傳統產業的升級改造。部分傳統企業將傳感網應用集成至自身的產品中，以實現產品升級，提升附加值與市場競爭力，企業自發的發展將產生更多傳感網產業相關的延伸產業。

6 應用前景及技術展望

2002年，美國OAK實驗室預言，IT時代正從“The network is computer”向“The network is sensor”轉變。2003年，美國《技術評論》將無線傳感網技術列為改變人類生活的十大技術之首。IT行業權威咨詢機構預測，下一個萬億級的產業將是傳感器網絡產業。歐洲智能系統集成技術平臺(EpoSS)在《Internet of Things in 2020》報告中分析預測，未來物聯網發展的技術愿景將經歷四個階段:2010年之前標識單個物體、逐步建立物物間的連接;2010～2015年物與物之間的整合聯網，建立無所不在的傳感器網絡;2015～2020年實現可操控的、物件全球化應用和互聯;2020年后達到全面智能化，實現人、物、服務網絡的完全融合。

較之互聯網時代的P2P通信，傳感網最大的特點是實現P2M和M2P通信，并最終實現M2M通信。在傳感網中，感知器件被嵌入或裝備到電網、鐵路、隧道、公路、建筑、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成感知網絡，然后將感知網與現有的互聯網整合起來，實現人類社會與物理系統的整合［4］。在這個整合網絡中，能力超級強大的中心計算機群能夠對整個網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施實時的管理和控制，人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活［5］。對傳感網的前景展望如圖3所示。

圖3 傳感網前景展望

對于這樣一項新興的產業，雖然有專家認為傳感網將成為下一個萬億元級的通信業務。但就目前而言，要建立泛在的感知網和實現海量數據的處理與整合，把傳感網真正做到大眾化，任意時間和任意地點的無限制接入，還有很長的路要走。

［1］王 慧.傳感網又一次信息產業浪潮［J］.通信與信息技術，2009.6:50-51.

［2］錢大群.建設智慧的地球［J］.互聯網周刊，2009，(1):92-93.

［3］古麗萍.對于我國物聯網應用與發展的思考［Z］.理性物聯網，2009-10(B8).

［4］M-YOKOI.以日本為鏡，中國物聯業發展路徑［Z］.野村綜合研究所.2010.

［5］周賢偉，覃伯平，徐福平.無線傳感器網絡與安全［M］.北京:國防工業出版社，2007.