淺談物聯(lián)網(wǎng)所面臨的問題和挑戰(zhàn)

郎薇薇

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)的興起及廣泛應(yīng)用，改變了人們的生活方式的同時(shí)也同樣面臨一些問題和挑戰(zhàn)。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念，給出了基于智能物體層、數(shù)據(jù)傳輸層、信息關(guān)聯(lián)層、應(yīng)用服務(wù)層的物聯(lián)網(wǎng)四層體系架構(gòu)，最后探討了物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)現(xiàn)過程中所面臨的問題和挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）這個(gè)概念最早由麻省理工的Auto-ID中心在1999年提出，其基本想法是將RFID和其他傳感器相互連接，形成RFID架構(gòu)的分布式網(wǎng)絡(luò)。歐洲委員會(huì)提出“物聯(lián)網(wǎng)是未來因特網(wǎng)的綜合部分之一，可以被定義為一個(gè)動(dòng)態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。[1]

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)質(zhì)上是將真實(shí)世界映射到虛擬世界的過程：真實(shí)世界中的事物，通過傳感器采集一定的數(shù)據(jù)，在虛擬世界中形成與之對(duì)應(yīng)的事物。“相關(guān)物體可能在虛擬電子空間中被創(chuàng)造出來，源于物理物體空間，且與物理空間的物體有關(guān)聯(lián)。”[2]傳感器采集到數(shù)據(jù)的詳細(xì)程度，將影響到該事物在虛擬世界中的抽象程度。在虛擬世界中，對(duì)該事物最簡(jiǎn)單也最重要的描述是物體提供了一個(gè)ID用于識(shí)別（如使用RFID標(biāo)簽），最詳細(xì)的描述則是真實(shí)世界中該事物的所有屬性和狀態(tài)均可在虛擬世界中被觀察到。

這樣將會(huì)對(duì)世界帶來巨大的改變：實(shí)地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制一個(gè)事物的成本是高昂的，通過物聯(lián)網(wǎng)，所有事物都將在虛擬世界中被找到，以較低的成本被監(jiān)測(cè)和控制，從而實(shí)現(xiàn)4A（anytime， any place， anyone， anything）連接。虛擬世界提供了對(duì)所有事物的實(shí)時(shí)追蹤的可能，所有的信息都不是孤立的，這將為各種海量運(yùn)算和分析提供了最基礎(chǔ)和最重要的信息源。真實(shí)世界存在于某一時(shí)刻，而當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到能將真實(shí)世界中的所有事物都映射到虛擬世界中時(shí)，無數(shù)個(gè)某一時(shí)刻的世界匯集起來，在虛擬世界中將形成一個(gè)可以追溯的歷史，如同過去以紙質(zhì)保存歷史事件的發(fā)生，將來將以電子數(shù)據(jù)對(duì)所有事物進(jìn)行全息描述的形式存儲(chǔ)世界的歷史。

2 體系架構(gòu)

目前，物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個(gè)廣泛認(rèn)同的體系結(jié)構(gòu)，最具代表性的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是歐美支持的EPCglobal和日本的UID物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。EPC系統(tǒng)由EPC編碼體系、射頻識(shí)別系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)3部分組成。UID技術(shù)體系架構(gòu)由泛在識(shí)別碼（uCode）、泛在通信器、信息系統(tǒng)服務(wù)器、和ucode解析服務(wù)器等4部分構(gòu)成。EPCglobal 和UID上只是RFID 標(biāo)準(zhǔn)化的團(tuán)體，離全面的“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu)相去甚遠(yuǎn)。

最被認(rèn)同的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)是以下四層：

1）智能物體層：通過傳感器捕獲和測(cè)量物體相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的感知。同時(shí)具備局部的互動(dòng)性，需要一定的存儲(chǔ)和計(jì)算能力。

2）數(shù)據(jù)傳輸層：以有線或無線的方式實(shí)現(xiàn)無縫、透明、安全的接入，提供并實(shí)施編碼、認(rèn)知、鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)等管理。

3）信息關(guān)聯(lián)層：通過云計(jì)算實(shí)施對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理、數(shù)據(jù)處理與融合，屏蔽其異質(zhì)性與復(fù)雜性，形成一個(gè)與真實(shí)世界對(duì)應(yīng)的虛擬世界。

4）應(yīng)用服務(wù)層：從虛擬世界中提取信息，提供豐富的面向服務(wù)的應(yīng)用。如智能交通、智能電網(wǎng)、智能醫(yī)療等等。

需要指出的是，數(shù)據(jù)由底部的傳感器通過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)應(yīng)用服務(wù)層面，而實(shí)際上，在服務(wù)應(yīng)用層面，各個(gè)中心、用戶可以反向的通過網(wǎng)絡(luò)由執(zhí)行器對(duì)物體進(jìn)行控制。

在該體系結(jié)構(gòu)中，感知層面的各種傳感器、執(zhí)行器都是具體的，隨著技術(shù)的發(fā)展會(huì)不斷升級(jí)，新設(shè)備不斷引入物聯(lián)網(wǎng)。而服務(wù)應(yīng)用層的各種需求也是不斷提出的，并不是一層不變的。若是每個(gè)具體的服務(wù)應(yīng)用和傳感設(shè)備都形成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，最后可能形成許多套特殊的網(wǎng)絡(luò)，這不利于推廣和不便于維護(hù)。因此這需要物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層有一定前瞻性，物體設(shè)備層可以變化，服務(wù)應(yīng)用層可以變化，但它們都是通過一個(gè)普適的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以在一定的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定[3]。

3 面臨的挑戰(zhàn)

物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展和逐漸應(yīng)用的同時(shí)，也不可避免的出現(xiàn)了一些問題，給我們帶來了一些新的挑戰(zhàn)。

3.1 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)就是利用物體上的傳感器和嵌入式芯片，將物質(zhì)的信息傳遞出去或接收進(jìn)來，通過傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)本地處理，并聯(lián)入到互聯(lián)網(wǎng)中去。由于涉及到不同的傳感網(wǎng)絡(luò)之間的信息解讀，所以必需有一套統(tǒng)一的技術(shù)協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)，而且主要是集中在互聯(lián)上，而不是傳感器本身的技術(shù)協(xié)議。現(xiàn)在很多所謂的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上還是將物聯(lián)網(wǎng)作為一種獨(dú)立的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)來看待的具體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)對(duì)互聯(lián)需要的技術(shù)協(xié)議，才是真正實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。

3.2 安全、隱私

在物聯(lián)網(wǎng)中所有“事物”都連接到全球網(wǎng)絡(luò)，彼此間相互通信，這也帶來了新的安全和隱私問題，例如可信度，認(rèn)證，以及事物所感知或交換到的數(shù)據(jù)的融合。人和事物的隱私應(yīng)該得到有效保障，以防止未授權(quán)的識(shí)別和攻擊。安全與隱私這個(gè)問題，是人類社會(huì)的問題，不論是物聯(lián)網(wǎng)還是其他技術(shù)，都是面臨這兩個(gè)問題。因此，不僅要從物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部的技術(shù)上做出一定的控制，而且要從外部的法規(guī)環(huán)境上作出一定的司法解釋和制度完善。

3.3 成本和投資回報(bào)

物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈貫穿上下游，包括芯片元器件、軟件服務(wù)、系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要前期投入，這就涉及到成本問題。由于眾多廠商各自為戰(zhàn)，難以保證穩(wěn)定的回報(bào)率。尤其是對(duì)于硬件企業(yè)來說，要造出成規(guī)模兼容多協(xié)議的設(shè)備，還要留出一部分利益分成，投入產(chǎn)出比是不得不考慮的問題。

3.4 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理

物聯(lián)網(wǎng)帶來的數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)是指數(shù)級(jí)的，先不說像谷歌、Facebook這樣擁有超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的公司是少數(shù)，要讓這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可用，并且能存儲(chǔ)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間也是難事。前后端的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)調(diào)取對(duì)信道亦是考驗(yàn)，而管理者更要對(duì)訪問權(quán)限進(jìn)行鑒別。為此，不少廠商提出了邊緣計(jì)算的概念，可以在一定程度上緩解數(shù)據(jù)處理的壓力。此外，智能設(shè)備的增加對(duì)能源消耗提出了高要求

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)讓任何普通的東西相互連接，這個(gè)概念從出現(xiàn)就引起了整個(gè)科技界的全面關(guān)注。它的熱潮從興起到現(xiàn)在，一直充滿活力，雖然在發(fā)展和應(yīng)用中存在著一些這樣或者那樣的問題，只要我們?nèi)ヅ鉀Q，物聯(lián)網(wǎng)完全有潛力像互聯(lián)網(wǎng)一樣影響全世界。

參考文獻(xiàn)

[1]施鳴.淺談第三次信息革命“物聯(lián)網(wǎng)”的起源與發(fā)展前景[J].信息與電腦，2009.10.

[2]劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2011.3.

[3]劉志碩，魏鳳，柴躍廷，沈喜生.關(guān)于我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的思考[J].綜合運(yùn)輸，2010.2期28.