王 瑩

摘要：智能電網(wǎng)、智能醫(yī)療、智能汽車／智能交通信息系統(tǒng)(ITS)、數(shù)字出版與發(fā)行(電子書)等等網(wǎng)絡(luò)組成了物聯(lián)網(wǎng)，其市場(chǎng)規(guī)模可達(dá)10¹²數(shù)道級(jí)。物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是RFID，但更重要的是知和行，在此會(huì)遇到一系列的技術(shù)挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；CPS；感知中國(guó)；嵌入式；RFID

10¹²的大市場(chǎng)

在1999年物聯(lián)網(wǎng)概念就開始提出，實(shí)際上就是互聯(lián)網(wǎng)向物聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)移，要上物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備是1012數(shù)量級(jí)，非常巨大。但我們現(xiàn)在的Internet網(wǎng)的利用率該產(chǎn)品還很低，只有2％-5％。目前嵌入式設(shè)備需要聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，但嵌入式設(shè)備一般無(wú)瀏覽器，需要建立信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)低端和高端的連接。

與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的熱調(diào)

感知中國(guó)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧地球、CPS(Cyber-Physical System，信息融合物理系統(tǒng))等與傳感網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的詞匯最近很熱……

物聯(lián)網(wǎng)的概念最早是從RFID(射頻識(shí)別)技術(shù)這個(gè)領(lǐng)域來(lái)的，1999年專門做RFID的EPC global前身——麻省理工Auto-ID中心提出。它當(dāng)時(shí)指每一個(gè)物品上都貼一個(gè)電子標(biāo)簽，這樣通過(guò)后臺(tái)信息系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)借助于Internet、所有物品都能互相聯(lián)系起來(lái)的一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)。但是這個(gè)概念當(dāng)年并沒有太多人關(guān)注，真正受到關(guān)注是從2005年ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)重新定義了物聯(lián)網(wǎng)的概念。它主要是從信息和通信的角度去考慮，集中在三個(gè)“Any”(anytime、anyplace、anyone)去獲取信息。從此概念能看出，RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)以及嵌入式智能技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)部分，即底層技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展主要是2008年IBM從商業(yè)角度提出所謂的“智慧地球”。物聯(lián)網(wǎng)有三大層，底層是感知層，中間是網(wǎng)絡(luò)層，上層是應(yīng)用層?；诖?，智慧地球的核心技術(shù)有三個(gè)i：instrument，傳感技術(shù)(物聯(lián)化)；interconnected(互聯(lián)化)；intelligent(智能化)。

目前，學(xué)術(shù)界流行一個(gè)詞CPS。我們?nèi)祟惿鐣?huì)生活在兩個(gè)世界上，一個(gè)是信息世界，一個(gè)是物理世界。信息世界跟物理世界的融合，就稱為CPS。中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)微機(jī)專業(yè)委員會(huì)嵌入式學(xué)組組長(zhǎng)、復(fù)旦大學(xué)的陳章龍教授一年前開始研究CPS，但是他和IBM和Intel等公司去探討時(shí)，這些商用公司說(shuō)他們知道CPS，但現(xiàn)在不會(huì)去做CPS、因?yàn)樽鯟PS風(fēng)險(xiǎn)很大。CPS實(shí)際上就是信息和物理系統(tǒng)的融合，即三個(gè)c：1，把物理設(shè)備Computer化；2，通過(guò)通訊(communication)和后臺(tái)連起來(lái)；3，Control。這不是把CPS單獨(dú)拆離開來(lái)一個(gè)一個(gè)的系統(tǒng)，從控制層面來(lái)看，是整個(gè)的一個(gè)大系統(tǒng)。這樣一來(lái)，我們的計(jì)算機(jī)就要有一個(gè)變更性的革命，因?yàn)槲覀冇?jì)算機(jī)處理的是數(shù)字的、離散的、跟時(shí)間無(wú)關(guān)的對(duì)象，而現(xiàn)在如果是CPS，處理的對(duì)象則是模擬的、連續(xù)的、跟時(shí)間相關(guān)的，那么所有的理論、語(yǔ)言都要配套重來(lái)。所以美國(guó)也是首先在自然資金里面展開這個(gè)方面的探索工作。

溫家寶總理2009年8月到無(wú)錫考察時(shí)，提出重視發(fā)展“感知中國(guó)”。目前要做的工作是三個(gè)方面：把傳感系統(tǒng)和3G中的TD技術(shù)結(jié)合起來(lái)：在國(guó)家重大科技專項(xiàng)中，加快推進(jìn)傳感網(wǎng)的發(fā)展：盡快建立中國(guó)的傳感信息中心。

不僅感，還要知、行

陳章龍教授認(rèn)為，“感知中國(guó)”的感知耐人尋味，“感”是傳感器通過(guò)RFID對(duì)信息的采集和傳輸：關(guān)鍵是“知”，就是要通過(guò)處理計(jì)算，并返回去，才會(huì)產(chǎn)生真正的價(jià)值。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)炒了十年，現(xiàn)在重新拿出來(lái)，我們一定要認(rèn)真考慮以前的十年炒無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為什么沒有“量變成質(zhì)變”?因?yàn)槲覀冎话l(fā)展了“感”，還沒有去“知”。

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所的關(guān)強(qiáng)博士提出要重視“知”和“行”。物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)包括幾層：基礎(chǔ)層、傳輸層，還有執(zhí)行，即所謂感知的“知”和行動(dòng)的“行”，控制、中間件、公共信息服務(wù)，最后結(jié)合到具體的應(yīng)用去。

嵌入式的機(jī)遇

無(wú)論是物聯(lián)網(wǎng)三要素(感知行)，還是智慧地球3i，CPS的3C，實(shí)際上都是在講一件事：人、機(jī)、物的和諧發(fā)展。這對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求是什么?陳童龍教授認(rèn)為第一要多功能化、低功耗、微型化，這些已經(jīng)都在做了，比如無(wú)線傳感器的結(jié)點(diǎn)的智能匯集，傳感器的設(shè)計(jì)趨向一體化。由于嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在，有的可做得很小，例如智能灰塵，它里面的一些軟件，即嵌入式軟件也需要很小。

第二，嵌入式系統(tǒng)要網(wǎng)絡(luò)化。假如現(xiàn)在就把互聯(lián)網(wǎng)復(fù)制到物聯(lián)網(wǎng)，這在技術(shù)上是行不通的，因?yàn)槲覀兠嫦驅(qū)ο笫菙?shù)據(jù)，是連續(xù)的、動(dòng)態(tài)的、是非結(jié)構(gòu)化的。所以瀏覽就不能簡(jiǎn)單地設(shè)為嵌入式瀏覽器，因此需要在低端和高端之間建立信息中間件，OSGi(Open Service Gateway initiative)應(yīng)運(yùn)而生(圖2)，是開放性的機(jī)構(gòu)，專門針對(duì)汽車電子、家庭網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)設(shè)備和工業(yè)環(huán)境等特定領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)中間件的應(yīng)用。例如，OSGi聯(lián)盟專門成立了一個(gè)名為汽車專家組(Vehicle Expert Group)的特別機(jī)構(gòu)，為OSGi在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用制定規(guī)范。

關(guān)強(qiáng)博士從RFID應(yīng)用角度介紹了嵌入式的發(fā)展機(jī)會(huì)。他說(shuō)，很多案例是通過(guò)一定的技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)從終端到終端，一般來(lái)說(shuō)是閉環(huán)應(yīng)用。閉環(huán)只在一個(gè)特定的范圍或是應(yīng)用領(lǐng)域之內(nèi)，還達(dá)不到開環(huán)，譬如公共領(lǐng)域的信息服務(wù)。因?yàn)閷?shí)際上物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展受制于應(yīng)用模式，如果要做到開環(huán)，會(huì)面臨復(fù)雜的問(wèn)題：要找怎樣的一種商業(yè)模式、基礎(chǔ)設(shè)施由誰(shuí)掏錢。

歐洲一家專門研究物聯(lián)網(wǎng)、智能系統(tǒng)集成的協(xié)會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)測(cè)是四個(gè)階段：

·2010年之前從RFID技術(shù)角度去討論；

·2010到2015年電子標(biāo)簽、傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)更深層次的信息交互；

·2015到2020年實(shí)現(xiàn)互聯(lián)物品智能化；

·2020年實(shí)現(xiàn)全面的智能化。

技術(shù)層包括以下幾類(圖3)：RFID標(biāo)簽、讀寫器等基礎(chǔ)設(shè)備。還有傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)、傳感設(shè)備。傳輸層(這也是ITU重新定義物聯(lián)網(wǎng)的原因)主要是在網(wǎng)絡(luò)層考慮，從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)去考慮。我國(guó)提出利用3G去傳輸物聯(lián)網(wǎng)，但這里還是涉及許多問(wèn)題，比如信息終端，還有現(xiàn)在的操作系統(tǒng)，像中國(guó)移動(dòng)推出的OMS操作系統(tǒng)，如果真正涉及到基礎(chǔ)設(shè)施，還有工業(yè)以太網(wǎng)、交通、離散控制領(lǐng)域等特殊的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)然基礎(chǔ)設(shè)施上還有一些軟件的工作，比如中間件、中間件的功能、實(shí)時(shí)信息處理、海量的數(shù)據(jù)怎么處理。如果實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，一定要正開環(huán)，因?yàn)殚_環(huán)要為公

共服務(wù)，涉及到更多的問(wèn)題。

目前，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還很多，但總體上。與理想的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)還差得很遠(yuǎn)。

那么RFID與嵌入式系統(tǒng)之間的關(guān)系如何?關(guān)強(qiáng)認(rèn)為，首先是射頻前端的特殊設(shè)計(jì)；再一個(gè)就是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，主要是把RFID作為一個(gè)組成部分。RFID產(chǎn)品的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)看起來(lái)難度不大，因?yàn)橹灰猂FID讀寫設(shè)備是固定式設(shè)備，基本上基于嵌入式Linux平臺(tái)，主流產(chǎn)品目前是國(guó)外廠商實(shí)力較強(qiáng)，本土產(chǎn)品的操作系統(tǒng)還待完善。

應(yīng)形成本土戰(zhàn)略

到此看來(lái)本文就該結(jié)束，但本國(guó)家863計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜医M組長(zhǎng)、北京航空航天大學(xué)校長(zhǎng)懷進(jìn)鵬院士提出不要成為國(guó)外理念的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，應(yīng)該探索自己特色之路。他指出，物聯(lián)網(wǎng)和智慧地球是美國(guó)人提出的，是否這次我們?cè)贋槊绹?guó)做注解。注解其發(fā)展的合理性，和中國(guó)成為其一個(gè)巨大的應(yīng)用示范、產(chǎn)業(yè)化開動(dòng)前期的一個(gè)試點(diǎn)?

通常來(lái)說(shuō)，如果你自己提出了一個(gè)新概念。想堅(jiān)持下來(lái)也許比較難，但是他們有了我們說(shuō)我們也曾經(jīng)想過(guò)了，這樣再拿來(lái)更容易得到支持，尤其在特定的應(yīng)用服務(wù)范圍內(nèi)。所以當(dāng)時(shí)863小組在規(guī)劃時(shí)認(rèn)為，要借鑒國(guó)外的發(fā)展模式，再結(jié)合我們自己的重大的問(wèn)題、重大的任務(wù)來(lái)進(jìn)行謀劃。我們需要思考三件事：第一，一種發(fā)展的暢想，能否在重大技術(shù)、產(chǎn)生重大突破的機(jī)會(huì)沒有到來(lái)之前，我國(guó)有可能引領(lǐng)并堅(jiān)持一些方向，也許最后還能形成國(guó)際社會(huì)的趨勢(shì)；第二，在信息技術(shù)未來(lái)發(fā)展當(dāng)中，建立以純技術(shù)驅(qū)動(dòng)為主的，結(jié)合以應(yīng)用為創(chuàng)新模式的這種互動(dòng)方式，也許在最近五年甚至十年當(dāng)中，重大應(yīng)用的突破對(duì)孕育和推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)機(jī)會(huì)，具體體現(xiàn)就是在網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)上。最后，需要走從參與到主導(dǎo)的模式。

五年十年后面臨互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大突破

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)化，很多國(guó)內(nèi)外專家和產(chǎn)業(yè)界有一個(gè)共識(shí)，到2020年前后，信息技術(shù)將會(huì)遭遇到漸進(jìn)式改進(jìn)難以持續(xù)發(fā)展的重大障礙，或者另一種解釋是，十年之內(nèi)在信息技術(shù)領(lǐng)域，想要在技術(shù)上取得重大突破的可能性比較小。而男一種機(jī)會(huì)孕育著重大技術(shù)突破的，就是應(yīng)用當(dāng)中新模式所帶來(lái)的大規(guī)模應(yīng)用技術(shù)、集成性技術(shù)或系統(tǒng)集群技術(shù)的突破，它的重要性將會(huì)凸顯。而再往后發(fā)展的20年當(dāng)中，可能出現(xiàn)信息科學(xué)在一些基礎(chǔ)的微電子、電路、體系結(jié)構(gòu)、模型、算法和重大系統(tǒng)帶來(lái)的突破，但這時(shí)一定是重大應(yīng)用所匯聚的系統(tǒng)級(jí)的技術(shù)和基礎(chǔ)研究的新突破。

所以總體上，在多核、高并行、網(wǎng)絡(luò)化、海量多元化這樣發(fā)展的模式下，怎樣來(lái)建立新的發(fā)展空間就給我們帶來(lái)了思考。因?yàn)橛?jì)算技術(shù)面臨的新的技術(shù)墻在五年走不動(dòng)，諸如摩爾定律、還有存儲(chǔ)墻、軟件的復(fù)雜性墻、數(shù)據(jù)的規(guī)模墻還有功耗等一系列的問(wèn)題。也就是說(shuō)過(guò)去在我們過(guò)度關(guān)注系統(tǒng)復(fù)雜性的時(shí)候，開始關(guān)注了人如何作為一種重要的方式和系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，來(lái)降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，變成今后作為應(yīng)用發(fā)展當(dāng)中一個(gè)重要的內(nèi)容。同時(shí)在軟件的可信、數(shù)據(jù)的不確定、以及情感感知等等有很多的問(wèn)題。在這些問(wèn)題中，最突出的是信息化和兩化融合面臨的應(yīng)用墻，怎樣把應(yīng)用墻推倒來(lái)看到另一個(gè)世界，使那些墻來(lái)直接服務(wù)。

總之，如何為這五年十年做好準(zhǔn)備?這是擺在所有人面前的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。