未來物聯(lián)網(wǎng)及其核心技術(shù)

郭淳學(xué)趙文銀

（1.中國嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長兼秘書長、北京經(jīng)開BDA研究院研究員；2.北京乾坤化物數(shù)字技術(shù)有限公司總經(jīng)理）

未來物聯(lián)網(wǎng)及其核心技術(shù)

郭淳學(xué)1趙文銀2

（1.中國嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長兼秘書長、北京經(jīng)開BDA研究院研究員；2.北京乾坤化物數(shù)字技術(shù)有限公司總經(jīng)理）

未來物聯(lián)網(wǎng)是在為現(xiàn)有的和繼續(xù)建的互聯(lián)網(wǎng)+的信息孤島和碎片狀的物聯(lián)網(wǎng)之上構(gòu)建的一個(gè)物理世界的萬物互聯(lián)通道，主要由信息傳輸組合通道、唯一標(biāo)識(shí)碼讀寫系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和信息安全的保障體系、完整的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等構(gòu)成，供愿意通過未來物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)跨單位、跨部門、跨地域、跨國家地進(jìn)行信息互聯(lián)互通的用戶選擇使用。未來物聯(lián)網(wǎng)從提出、研制到應(yīng)用的過程，將是人們對(duì)未來物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)不斷完善和創(chuàng)新的過程，也將是對(duì)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)軟硬系統(tǒng)和信息技術(shù)的不斷挑戰(zhàn)和創(chuàng)新過程，具有深遠(yuǎn)意義。

在2015年瑞士達(dá)沃斯經(jīng)濟(jì)論壇的座談會(huì)上,世界互聯(lián)網(wǎng)巨頭谷歌公司的執(zhí)行董事長埃里克施密特大膽預(yù)言：互聯(lián)網(wǎng)即將消失，一個(gè)高度個(gè)性化、互動(dòng)化的有趣世界——物聯(lián)網(wǎng)即將誕生。施密特的此番言論可謂互聯(lián)網(wǎng)公司自我顛覆，意義深遠(yuǎn)。當(dāng)前,思科、AT＆amp;T、Axeda、亞馬遜、蘋果、通用電氣、谷歌與IBM等在內(nèi)的美國公司都在布局物聯(lián)網(wǎng)，爭相搶占在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)地位。

按照習(xí)近平主席在第二屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上提出的“國際社會(huì)應(yīng)該在相互尊重、相互信任的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)話合作，共同構(gòu)建和平、安全、開放、合作的網(wǎng)絡(luò)空間”的原則，根據(jù)我們掌握的中國嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成員單位和國內(nèi)有關(guān)企業(yè)多年在構(gòu)建未來物聯(lián)網(wǎng)所需的核心技術(shù)進(jìn)行研究所取得的成果，在此將領(lǐng)先世界水平的、以具有中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)支撐構(gòu)思的未來物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)作如下簡介：

一、什么是“未來物聯(lián)網(wǎng)”

隨著社會(huì)從互聯(lián)網(wǎng)得到人與人信息互聯(lián)服務(wù)需求，快速轉(zhuǎn)為從物聯(lián)網(wǎng)得到人與人、人與物、物與物的信息互聯(lián)服務(wù)需求的增加，信息化正在從互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。人們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)做了多年的研究和應(yīng)用，但是，在物聯(lián)網(wǎng)的定義和認(rèn)識(shí)上還有很大的不同。因受技術(shù)瓶頸和地域等的限制，構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)不僅形態(tài)各異，大小不一、相互割裂，互聯(lián)困難，還存在時(shí)效性、整體性、完整性、兼容性、安全性和擴(kuò)展性等諸多方面的缺陷，滿足不了提供萬物互聯(lián)的服務(wù)需求。

未來物聯(lián)網(wǎng)是可實(shí)現(xiàn)將全球物理世界中任意多有需求的萬物互聯(lián)的網(wǎng)。因此，未來物聯(lián)網(wǎng)一方面是將互聯(lián)網(wǎng)延伸，解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的lP地址有限的問題，可提供無限多的lP地址，滿足所有需要的物通過lP地址互聯(lián)的需求。另一面未來物聯(lián)網(wǎng)可提供無限多唯一標(biāo)識(shí)碼，將不能或不必要接入互聯(lián)網(wǎng)的無限多可識(shí)別物的信息，經(jīng)過所有可傳輸這些信息的有線、無線、光電等通訊通道實(shí)現(xiàn)互聯(lián)需求。

在未來物聯(lián)網(wǎng)中，互聯(lián)網(wǎng)將弱化為一種信息通道（通訊工具），與其它各種通訊通道（通訊工具）一起構(gòu)成實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)信息通道（通訊工具）體系。未來物聯(lián)網(wǎng)按照不同的需求、不同的地域或行政區(qū)所屬關(guān)系，可將已建的和不斷新建的不同類型、大小不一或分層的物聯(lián)網(wǎng)融合為一體，形成可增長的整體物聯(lián)網(wǎng)群。未來物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)獨(dú)立的物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)外聯(lián)接方式可采用適合的一種或多種信息通道（通訊工具）傳輸信息來實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。如同人們可選用現(xiàn)代交通提供的航空、水路、公路等和步行自由出行一樣。

未來物聯(lián)網(wǎng)將引發(fā)現(xiàn)有信息技術(shù)在數(shù)制、CPU、存儲(chǔ)器、傳感器、智能終端、智能制造、智能社會(huì)、軟件編程方法、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、多網(wǎng)融合、網(wǎng)絡(luò)安全等諸多領(lǐng)域的變革和創(chuàng)新。未來物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)完善現(xiàn)有信息技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)鏈。由于這種變革和創(chuàng)新大多在頂層和底層進(jìn)行，不需改變匯編和高級(jí)語言，對(duì)應(yīng)用層沒有影響，會(huì)兼容和增強(qiáng)現(xiàn)有的信息化成果。

未來物聯(lián)網(wǎng)將使目前的各種互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)企業(yè)，將使各類互聯(lián)網(wǎng)+的應(yīng)用，將轉(zhuǎn)化為物聯(lián)網(wǎng)+的應(yīng)用。其中，許多互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用，將通過增配智能終端或智能硬件，從智慧型應(yīng)用轉(zhuǎn)升為感知可控的智能型應(yīng)用。

未來物聯(lián)網(wǎng)將比現(xiàn)在的分散物聯(lián)網(wǎng)可更直接、有效和廣泛地參與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)管理，通過提供更準(zhǔn)確可靠的感知可控的智能化服務(wù)，顯著提高生產(chǎn)能力和管理水平，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)文化和人民生活水平的快速發(fā)展和提高。

二、未來物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)

未來物聯(lián)網(wǎng)向下要擔(dān)負(fù)實(shí)現(xiàn)：與現(xiàn)在IPV4和IPV6互聯(lián)網(wǎng)兼容、還要提供無限多的IP地址，完成國內(nèi)外有關(guān)國家政府和國際大公司正在投巨額資金研究的下一代互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)同時(shí)，還要提供無限多的唯一標(biāo)識(shí)碼，實(shí)現(xiàn)前所未有的互聯(lián)網(wǎng)與多網(wǎng)融合的萬物互聯(lián)的功能研究，才能成為代表物理世界萬物信息的完整物聯(lián)網(wǎng)。

未來物聯(lián)網(wǎng)向上要擔(dān)負(fù)實(shí)現(xiàn)：與在物理世界和信息世界已經(jīng)形成并正在快速增長的網(wǎng)絡(luò)空間的信息對(duì)接互聯(lián)的目標(biāo)，應(yīng)具有與網(wǎng)絡(luò)空間的“空間網(wǎng)”（名稱待定）融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，成為網(wǎng)絡(luò)空間的“空間網(wǎng)”（名稱待定）的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之一。

因此、要實(shí)現(xiàn)未來物聯(lián)網(wǎng)，需要對(duì)現(xiàn)有的信息技術(shù)首先在以下幾方面進(jìn)行顛覆性變革和創(chuàng)新：

1. 二的冪進(jìn)制數(shù)

當(dāng)前計(jì)算機(jī)使用的二進(jìn)制數(shù)存在天然缺陷，如：同樣字長的二進(jìn)制表示的數(shù)，僅是二的冪進(jìn)制表示的數(shù)一半。研制二的冪進(jìn)制數(shù)CPU

和存儲(chǔ)器，在使用同樣集成電路工藝時(shí)，計(jì)算速度和存儲(chǔ)容量會(huì)顯著提高。

2. 新計(jì)算機(jī)體系

當(dāng)前計(jì)算機(jī)體系采用的是單軸計(jì)算。現(xiàn)提出的將指令的操作碼和操作數(shù)分開處理的方案，運(yùn)行時(shí)還是單軸計(jì)算。使用二的冪進(jìn)制CPU和存儲(chǔ)器后，有利于研制出雙軸或多軸計(jì)算機(jī)體系，可大大提高計(jì)算機(jī)的計(jì)算效率。

3. 無限增長量（天量）數(shù)據(jù)的快速檢索

計(jì)算機(jī)運(yùn)行中實(shí)際計(jì)算占用的時(shí)間很短，大量被檢索參加計(jì)算的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)的地址時(shí)間占用。無限增長量（天量）數(shù)據(jù)的快速檢索技術(shù)不僅可提高計(jì)算機(jī)的尋址速度，更大的功能是支撐未來物聯(lián)網(wǎng)可提供無限多的IP地址和無限多唯一標(biāo)識(shí)碼的技術(shù)。

4. 軟件編程的指導(dǎo)思想

軟件是通過計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)（信息）的工具。在現(xiàn)有的“軟件定義一切”的認(rèn)識(shí)指導(dǎo)下，軟件編程的大量工作是在一步一步地對(duì)所有相關(guān)數(shù)據(jù)按人的主觀意識(shí)去驅(qū)動(dòng)；不僅費(fèi)時(shí)和費(fèi)力，且成本高、維護(hù)難、可靠性和擴(kuò)展性也很差。軟件編程應(yīng)在“軟件描述一切”的認(rèn)識(shí)指導(dǎo)下，通過描述數(shù)據(jù)流動(dòng)的規(guī)則去讓數(shù)據(jù)自動(dòng)按規(guī)則流動(dòng)，就會(huì)提高軟件編程的效率和質(zhì)量。

5. 沒有BUG的軟件編程方法

當(dāng)前在軟件行業(yè)流行軟件編程中存在BUG是不可避免的說法。但是，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)軟件本身的安全要求很高，特別是因軟件原因可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果的應(yīng)用，對(duì)軟件的要求是絕對(duì)不能有BUG存在。采用面向事實(shí)的分析 (Fact-Oriented Analysis)、面向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)(Frame-Oriented Design)、面向形式的編程(Form-Oriented Programming) 的FO軟件開發(fā)方法和對(duì)按物聯(lián)網(wǎng)需要相聯(lián)的每個(gè)物客觀存在的多維屬性，如實(shí)完整地進(jìn)行描述和引用，就可避免軟件編程中BUG的存在。

6. 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有4個(gè)版本存在。最早提出和在美國軍方建立和應(yīng)用的計(jì)算機(jī)間聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)1.0、以現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的因特網(wǎng)為代表的互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2.0、以美國谷歌公司建立的B4網(wǎng)絡(luò)為代表的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3.0，鮮為人知的136X工程的基于遺傳基因特征的浮云分層的網(wǎng)絡(luò)空間信息世界EM258.com的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.0。這4個(gè)版本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，只有EM258. com的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.0滿足未來物聯(lián)網(wǎng)提供無限多的IP地址和無限多唯一標(biāo)識(shí)碼的需求。但是，EM258.com的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.0是為網(wǎng)絡(luò)空間設(shè)計(jì)和運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在未來物聯(lián)網(wǎng)中引用，還需進(jìn)行軟件上裁減和硬件上的完善工作。

涉及未來物聯(lián)網(wǎng)的這些核心技術(shù)有些已有理論、有些已報(bào)專利，其中大部分技術(shù)通過實(shí)際應(yīng)用的初步檢驗(yàn)。如果將這些核心技術(shù)集合使用，我國就已具有了開始進(jìn)行構(gòu)建未來物聯(lián)網(wǎng)軟、硬件和系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)條件。

三、構(gòu)建未來物聯(lián)網(wǎng)的意義

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)明和應(yīng)用，對(duì)改變?nèi)藗兊纳詈桶l(fā)展國民經(jīng)濟(jì)帶來的促進(jìn)效果是非常巨大的。過去,在互聯(lián)網(wǎng)興起的時(shí)候,由于在技術(shù)上的差距,我國不可能研制出有主權(quán)的互聯(lián)網(wǎng)在世界推廣使用。顯然，沒有互聯(lián)網(wǎng)的主控權(quán)，對(duì)國家安全帶來的不安全因素也是巨大的。

習(xí)近平主席指出，大國網(wǎng)絡(luò)安全博弈，不單是技術(shù)博弈，還是理念博弈、話語權(quán)博弈。在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)將興起的時(shí)候，是中國構(gòu)建未來物聯(lián)網(wǎng)的好時(shí)機(jī)。

在還原論哲學(xué)思想主導(dǎo)下，過去幾十年里西方計(jì)算機(jī)技術(shù)得到快速發(fā)展。但是隨著信息化的深入，計(jì)算機(jī)需要處理的非線性數(shù)據(jù)越來越多，對(duì)處理線性數(shù)據(jù)有優(yōu)勢(shì)的數(shù)字計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)處理的難度在不斷增加，同時(shí)計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展也遇到瓶頸。

在思維模式方面，在東方長期以來是整體論哲學(xué)思想占主導(dǎo)，只是在近一百多年里，基于還原論哲學(xué)思想的近代科學(xué)成為了主導(dǎo)。研究表明：整體論哲學(xué)思想和中華文明中有許多便于處理非線性數(shù)據(jù)和有利于對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件創(chuàng)新的理念。上述的未來物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)中，有許多的創(chuàng)新技術(shù)就來源于這些理念的一部分。

由于構(gòu)建未來物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)都是信息技術(shù)的頂層和底層技術(shù)，一旦這些技術(shù)在構(gòu)建未來物聯(lián)網(wǎng)中完善和成熟，經(jīng)廣泛推廣應(yīng)用，將對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件的研制發(fā)展，對(duì)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊、系統(tǒng)集成、智能制造等諸多有智能、智慧需求的計(jì)算機(jī)應(yīng)用帶來不可估量的創(chuàng)新發(fā)展，將促進(jìn)信息技術(shù)進(jìn)入新的時(shí)代。

特別是未來物聯(lián)網(wǎng)采用樹結(jié)構(gòu)提供無限多的IP地址和無限多的唯一標(biāo)識(shí)碼，IP地址和唯一標(biāo)識(shí)碼解析都是按邏輯結(jié)構(gòu)即刻自動(dòng)解析，沒有現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)似的根服務(wù)器。將來在全世界各國推廣使用未來物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，由于各國的IP地址可分別在自己的一個(gè)枝叉上，完全可以由本國掌控，不受制于他國，因此會(huì)非常安全。按照這種技術(shù)構(gòu)建的未來物聯(lián)網(wǎng)沒有主控權(quán)，容易被世界各國接受，符合習(xí)近平主席提出的國際社會(huì)應(yīng)該在相互尊重、相互信任的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)話合作，共同構(gòu)建和平、安全、開放、合作的網(wǎng)絡(luò)空間的原則。事實(shí)上，只有全世界各國都支持和使用未來物聯(lián)網(wǎng)，未來物聯(lián)網(wǎng)才能真正實(shí)現(xiàn)將全世界萬物互聯(lián)的作用。

中國是負(fù)責(zé)任的大國，有責(zé)任引導(dǎo)各國平等合作構(gòu)建未來物聯(lián)網(wǎng)，為全世界信息化的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。