曹 莉，景悅林

(威海職業(yè)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(fā)展傳感網(wǎng)，掌握核心技術”［1］，并指出“要把傳感系統(tǒng)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(xù)發(fā)展》的講話中，溫家寶總理再次提出“要著力突破傳感網(wǎng)、傳感網(wǎng)關鍵技術，及早部署后IP時代相關技術研發(fā)，使信息網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)成為推動產(chǎn)業(yè)升級、邁向信息社會的‘發(fā)動機’”，這標志著“感知中國”已正式上升至國家層面并進入戰(zhàn)略實施階段，中國傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨著巨大機遇。

2 傳感網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)的演進

“傳感網(wǎng)”在國際上又通稱“物聯(lián)網(wǎng)”(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(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡。其目的是讓所有的物品都能夠遠程感知和控制，并與現(xiàn)有的網(wǎng)絡連接在一起，形成一個更加智慧的生產(chǎn)生活體系，實現(xiàn)智能化識別和管理。

如果說互聯(lián)網(wǎng)主要是將計算機和人用網(wǎng)絡連在一起，傳感網(wǎng)則通過各類信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把物件連接在網(wǎng)絡上，進行通信和信息交換，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，是將網(wǎng)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(lián)網(wǎng)，傳感網(wǎng)將大大擴大信息網(wǎng)絡聯(lián)接的范圍與規(guī)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(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展的網(wǎng)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?？傮w來說，是指各類傳感器和現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮［2］。泛在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展階段如圖1所示。

圖1 泛在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段

3 國內(nèi)外傳感產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

西方發(fā)達國家對傳感網(wǎng)高度重視，并將其作為未來發(fā)展的重要內(nèi)容。美國將微納傳感技術列為在經(jīng)濟繁榮和國防安全兩方面至關重要的技術，以傳感網(wǎng)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(jīng)濟刺激方案將投資110億美元用于智能電網(wǎng)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(nèi)的十四點行動計劃。日本的U-Japan計劃將傳感網(wǎng)作為四項重點戰(zhàn)略之一［3］。韓國的IT839戰(zhàn)略將泛在傳感網(wǎng)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(qū)的U-Taiwan計劃等都將傳感網(wǎng)作為當前發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標。

我國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展始于1999年，中科院啟動了傳感網(wǎng)的研究工作，先后投入數(shù)億元，在無線智能傳感器網(wǎng)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?？傮w看來，我國傳感網(wǎng)研究沒有盲目跟從國外，而是面向國家重大戰(zhàn)略和應用需求，開展傳感網(wǎng)基礎標準體系、關鍵技術、應用開發(fā)、系統(tǒng)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(fā)展路線，在技術、標準、產(chǎn)業(yè)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(wǎng)標準化制定工作。2008年，首屆ISO/IEC國際傳感網(wǎng)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(wǎng)標準化工作組向上級做總體報告，提出了傳感網(wǎng)體系架構、標準體系、演進路線、協(xié)同架構等代表傳感網(wǎng)發(fā)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(wǎng)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(jù)國家知識產(chǎn)權專利數(shù)據(jù)庫和德溫特世界專利數(shù)據(jù)庫資料的統(tǒng)計，截至2008年底，國內(nèi)申請的關于傳感網(wǎng)的專利數(shù)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(wǎng)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(wǎng)是新興的通信應用網(wǎng)絡以及傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化還處于剛剛興起的階段這一現(xiàn)狀。為了提高我國傳感網(wǎng)研究的核心競爭力，避免知識產(chǎn)權問題成為傳感網(wǎng)研究發(fā)展的瓶頸，標準、核心技術及產(chǎn)品開發(fā)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(yè)在傳感網(wǎng)、傳感網(wǎng)的許多技術領域已開展科學研究、產(chǎn)業(yè)化攻關，支持了從傳感器、信號傳輸、信息處理、系統(tǒng)集成和示范應用等多方面的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作，在一些關鍵技術上實現(xiàn)了突破。

4 傳感網(wǎng)的構成

傳感網(wǎng)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(wǎng)絡，它是由眾多傳感器節(jié)點所組成的有線或無線通信網(wǎng)絡，節(jié)點密集部署在所關注的“物”或事物的內(nèi)部或周圍，實現(xiàn)對“物”的連接、感知和監(jiān)控;二是作為傳輸網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)處理技術，即通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、無線通信網(wǎng)或者一些專用的通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)傳感網(wǎng)探測數(shù)據(jù)和控制信息的傳輸和分發(fā)、信息的海量存儲與管理、云計算、數(shù)據(jù)模型表示和智能化處理等;三是應用網(wǎng)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(wǎng)的技術構成

5 傳感網(wǎng)發(fā)展的幾個突破口

傳感網(wǎng)技術從提出到今天已經(jīng)11年，經(jīng)過孕育和發(fā)展，其主要技術已經(jīng)取得了實質(zhì)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(wǎng)的建立和推廣帶來巨大的動力，但是作為一項產(chǎn)業(yè)，我國泛在傳感網(wǎng)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(wǎng)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(huán)保、城市信息化等領域，傳感網(wǎng)應用將有較快發(fā)展，將引發(fā)市場快速啟動。因此，傳感網(wǎng)的發(fā)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(wǎng)關鍵技術方面，存在如下問題:缺乏產(chǎn)業(yè)的頂層設計、標準規(guī)范缺失、核心技術缺位、規(guī)?；瘧貌蛔恪⒊墒焐虡I(yè)模式缺乏、產(chǎn)業(yè)鏈不完善。這些問題均是制約傳感網(wǎng)發(fā)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(yī)護等概念已經(jīng)獲得了長期的市場響應，隨著產(chǎn)品與技術的進一步成熟，市場需求將得到進一步的激發(fā)。傳感網(wǎng)應用的另一個重要方向是對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級改造。部分傳統(tǒng)企業(yè)將傳感網(wǎng)應用集成至自身的產(chǎn)品中，以實現(xiàn)產(chǎn)品升級，提升附加值與市場競爭力，企業(yè)自發(fā)的發(fā)展將產(chǎn)生更多傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)相關的延伸產(chǎn)業(yè)。

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(zhuǎn)變。2003年，美國《技術評論》將無線傳感網(wǎng)技術列為改變?nèi)祟惿畹氖蠹夹g之首。IT行業(yè)權威咨詢機構預測，下一個萬億級的產(chǎn)業(yè)將是傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)。歐洲智能系統(tǒng)集成技術平臺(EpoSS)在《Internet of Things in 2020》報告中分析預測，未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術愿景將經(jīng)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(lián)網(wǎng)，建立無所不在的傳感器網(wǎng)絡;2015～2020年實現(xiàn)可操控的、物件全球化應用和互聯(lián);2020年后達到全面智能化，實現(xiàn)人、物、服務網(wǎng)絡的完全融合。

較之互聯(lián)網(wǎng)時代的P2P通信，傳感網(wǎng)最大的特點是實現(xiàn)P2M和M2P通信，并最終實現(xiàn)M2M通信。在傳感網(wǎng)中，感知器件被嵌入或裝備到電網(wǎng)、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(wǎng)絡，然后將感知網(wǎng)與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合［4］。在這個整合網(wǎng)絡中，能力超級強大的中心計算機群能夠?qū)φ麄€網(wǎng)絡內(nèi)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(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活［5］。對傳感網(wǎng)的前景展望如圖3所示。

圖3 傳感網(wǎng)前景展望

對于這樣一項新興的產(chǎn)業(yè)，雖然有專家認為傳感網(wǎng)將成為下一個萬億元級的通信業(yè)務。但就目前而言，要建立泛在的感知網(wǎng)和實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的處理與整合，把傳感網(wǎng)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(wǎng)又一次信息產(chǎn)業(yè)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(lián)網(wǎng)周刊，2009，(1):92-93.

［3］古麗萍.對于我國物聯(lián)網(wǎng)應用與發(fā)展的思考［Z］.理性物聯(lián)網(wǎng)，2009-10(B8).

［4］M-YOKOI.以日本為鏡，中國物聯(lián)業(yè)發(fā)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(wǎng)絡與安全［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2007.