物聯網概述第3篇：物聯網、物聯網系統與物聯網事件

何立民

（北京航空航天大學，北京100191）

引 言

物聯網是跨學科、無限時空領域的一個大科技概念，物聯網、物聯網系統與物聯網事件分別是這個大科技的三個概念層次，即學術層、應用層、行為層。不同概念層次有不同的內涵、發展規律與任務。物聯網應用體現在物聯網應用層的物聯網系統中，物聯網系統也有三個層次，即應用層、網絡層、物理層。

1 一般事物的三個概念層次

一般事物都有三個概念層次，即學術層、應用層與行為層。學術層是事物的一般概念，由眾多相關事物個體歸納出的抽象概念；應用層是一般事物的應用概念、具體概念；行為層是具體事物應用中的各種應用行為。每個概念層次都有明確的界面。學術層是客觀事物共性的最大集合，有無限的外延；應用層是應用狀態下的客觀事物，有無限的應用領域與有限的應用狀態；行為層是應用狀態下的具體行為。

以植物中的水果為例，“水果”是眾多多汁、可食、對身體有益的相關植物果實中抽象出的一個學術層概念；“吃水果”、“水果種植”、“水果加工”是“水果”的應用層概念；“水果種植”中的育苗、栽種、施肥、除蟲、修枝、澆水、季節管理、收獲等行為，則是水果應用中的行為層概念。

“水果”的學術層是無限多種具體水果的最大概念集合?！八睂W術層研究的是水果的一般性問題，植物學家研究水果的地理分布，營養學家研究水果的營養成分，水果產業部門從事水果種植、加工、營銷等，都局限在水果共性基礎上的研究與探討。當人們在學術層中進一步深化時，便進入到應用層，進入到一個個具體的應用對象。某個植物學家研究的是某個特定水果的地理分布，某個營養學家研究的是某個特定水果的營養成分，每一個水果產業部門都從事特定的水果種植、加工、營銷。應用層中的每個具體的應用都由特定的行為組成，例如，水果應用層中的水果種植，包括育苗、栽種、施肥、除蟲、修枝、澆水、季節管理、收獲等行為。

由此，可以看出，人們在研究客觀事物時，首先要弄清該事物的概念層次，不同概念層次有不同的規律與不同的研究任務。

2 物聯網的三個概念層次

“物聯網”有三個概念層次，即物聯網的學術層、物聯網系統的應用層、物聯網事件的行為層。這樣一來，我們可以了解不同概念層次中的規律、知識內涵與研究任務。

從事嵌入式系統應用的專家最容易理解物聯網的三個概念層次，因為它們研究對象都是一個個具體的物聯系統，即一個個可以接入互聯網的局域物聯系統，如智能家居、無線數據傳輸網絡、校園局域網、現場總線局域網、汽車電子系統等。物聯網就是從一個個具體的物聯網系統抽象出的一般化的學術層概念。這也可以解釋為什么一夜之間便出現了眾多的物聯網專業、物聯網實驗室，一夜之間智能家居便成為物聯網家居，這都是物聯網時代里嵌入式系統專業、嵌入式系統實驗室、嵌入式系統局域網的華麗轉身。

“物聯網”是一個巨大的科技概念，涵蓋了眾多的學科與ⅠT產業領域，如微電子學科的半導體產業、計算機學科的軟件產業、電子技術學科的硬件產業、通信學科的信息產業等。因此，在物聯網學術層研究中應突出這些學科的地位與作用，在構建物聯網應用層的物聯網系統時，則需要大量綜合學科的復合型人才。

3 物聯網學術層的目標任務

物聯網是涵蓋多個學科的復合學科技術。從單學科到復合學科是知識經濟時代眾多科技發展的重要特征。這一變化起源于集成電路時代微電子學科與計算機學科的融合。繼而在網絡計算機、嵌入式系統時代匯入了電子技術學科、對象學科、信息學科，從而在物聯網時代形成了微電子學科、計算機學科、電子技術學科、信息學科與對象學科交叉融合的大學科局面。物聯網學術層面的目標任務是物聯網的深層研究、學科建設與全面的人才培養規劃。

3.1 物聯網的深層研究

物聯網中的每個相關學科都是強勢學科，都有悠久的歷史與獨立的技術內涵，很難有專家能同時通曉各個學科的奧秘。每個學科最終融入物聯網的大科技中，都有其必然性與發展規律，每個學科專家都要從本學科出發，研究物聯網的科技發展史，以及它在物聯網中的地位與作用。

每個專家對物聯網的理解都帶有本學科的深深烙印，都會產生片面性，猶如瞎子摸象。拋卻瞎子摸象的貶義童話內容，把大象看成是物聯網，眾多“瞎子”是各個學科的專家，每個“瞎子”摸到的部分都是真實可靠的事物，綜合起來便是一個完整的大象形象。目前，物聯網不乏學科視角，缺乏的是多學科的綜合視角，只有在這些綜合視角的基礎上才能建立起新的物聯網學科，全面地培養物聯網專業人才。

3.2 物聯網學科建設

物聯網大科技中，每個相關學科都是強勢學科，都會以自己的視角來詮釋它，如果每個學科只強調本學科的視角，便會產生認識上的偏見，不利于物聯網全面、健康的發展。統一認識的最好辦法，是創造新的綜合學科，物聯網學科建設勢在必行。在科技史上，最早出現的都是單學科，如數學、物理學、化學、生物學，后來出現了新的分支學科，如物理學中的核物理學、固體物理學、微電子學，數學中的理論數學、應用數學、工程數學、統計數學等。嵌入式系統則是綜合了多個學科（如微電子學科、計算機學科、電子技術學科與對象學科）的新科技，于是在高校中出現了嵌入式系統的相關專業，擔負起嵌入式系統的學科建設。如今，物聯網時代，也面臨相似的學科建設問題。

為了實現零重力補償，首先需要計算出所需提供的平衡力。在壓縮狀態時，伸桿的長度為0.459 m；在完全展開狀態時，伸桿呈錐形，長度為4.15 m，小端直徑為φ18.9 mm，大端直徑為φ26.5 mm。伸桿的總質量為0.75kg，在完全展開時其質量均勻分布且在伸出過程中其錐度保持不變；伸出端的配重為0.5kg。當不考慮伸出端的配重時，伸桿伸出一段以及若干段的受力情況分別如圖4與圖5所示。

物聯網既不是炒作，也不是一個流星式的科技現象，物聯網會深遠地影響人類的社會生活，也是云計算軟件服務的平臺。相對于單學科、分支學科，嵌入式系統、物聯網這種綜合性學科建設會有空前的難度，因為其中的每個學科都是不易介入的強勢學科，嵌入式系統學科、物聯網學科建設不可能一蹴而就。

3.3 物聯網人才建設

物聯網帶有濃重的綜合學科色彩。物聯網學科研究的是相關學科的共性問題，不會削弱相關學科，是眾學科在同一目標下的科技合作。因此，物聯網人才會成為具有各個學科特點的專業人才。目前，計算機專業、電子技術專業都有相應的物聯網專業，所有的工程專業也要求有通曉物聯網應用的人才。物聯網領域有全面的人才需求，這些人才有相應的學科基礎，從不同的角度推動物聯網應用技術的發展。

隨著集成電路系統集成技術、電子系統模塊化技術的發展，現代電子技術也許會進入到一個后硬件時代，屆時，物聯網硬件技術人才需求會急劇萎縮，軟件人才需求會大幅度增長。

4 物聯網應用層的物聯網系統

所有物聯網的應用都體現在應用層的物聯網應用系統（簡稱物聯網系統）中。

物聯網有無限大的應用領域，然而，物聯網的具體應用都體現在一個個物聯網系統中。物聯網系統有三個層次，即應用層、網絡層與物理層；物聯網系統的基本特點是“三化兩性”，即無人化、自動化、智慧化、實時性與無限性。

4.1 物聯網系統

在物聯網應用中，經常會提到智能家居、智慧樓宇、城市智能交管系統、物聯超市、交通票務系統等。將居室中的一個個家用電器、視頻監視系統、安全防護系統、報警系統等連接起來，形成一個局域物聯系統，然后與互聯網連通，便形成了物聯網智能家居。居室主人可以通過智能手機了解與控制家居中家用電器的狀態，出現安全事故可以迅速報警并告知主人，從而實現安全控制。城市智能交管系統中的交通違章子系統，是通過局域物聯系統及互聯網方式，將道路監控系統、汽車電子系統、駕駛員、交通違章管理中心等連在一起構成的物聯網系統。物聯網超市是由商品、智能購物小車、顧客、門禁系統、安保系統、管理中心等組成的一個智能化超市購物環境。

可以看出，物聯網系統是在有限環境中的一個應用系統。通常，物聯網系統中與真實世界物理對象相連的是局域物聯網，要實現無限時空、無限通達的信息交互則依靠互聯網。

4.2 物聯網系統的三個層次

在談及物聯網時，不少專家都給出了應用層、網絡層、感知層這三個層次概念。由于物聯網應用的千差萬別，這種分層概念很難具體化成應用中的概念。在物聯網的具體應用中，可以在眾多的物聯網系統中，抽象出應用層、網絡層與物理層的三個層次結構。

應用層確定物聯網系統的功能、服務要求，是物聯網系統構建時確定的任務與目標；網絡層是實現物聯網系統的網絡基礎，包括局域網、互聯網的分工、布局、協調與鏈接設計；物理層則是與物理對象連接、交互的底層環境，實現系統中所有物理對象（包括服務對象在內）的感知、控制與信息交互。

物聯網中，有無限多個物聯網系統。物聯網系統中還有子系統，如城市交管系統中的車輛違章管理、道路交通管理、車輛交易管理子系統，它們各不相同，但都有相應的三個層次結構。

4.3 物聯網系統的基本特點

根據物聯網系統的結構、應用特點，可抽象出物聯網系統的基本特點。這些特點是無人化、自動化、智慧化、實時性與無限性，也是物聯網系統的品質指標。

無人化是物聯網系統最基本的特點。物聯網系統中只有服務對象，沒有服務人員。服務對象在物聯網系統中實現自助服務或自動服務。僅有的服務人員是系統外的安全監視與安全控制人員。因此，無人化的物聯網系統還應有可外部介入的感知與控制的安保界面。

自動化體現為物聯網系統中的自動服務特征。早期自動化多為工業自動化、自動生產線的自動化機構，而物聯網系統的自動化是服務行為的自動化。當服務對象啟動了服務內容后，便會出現一個個完整的自動服務行為進程。

智慧化是指物聯網系統中的所有節點、終端都內含有微處理器。這一特性導致物聯網系統功能的可無限擴展性與以軟件為中心的無限智慧服務。

實時性是物聯狀態下物理對象的實時交互要求。物聯網家居中出現火警必須立即報警；智能交管中高速公路收費必須在車輛移動瞬間完成；物聯網超市中顧客確認選購貨品結束時，應立即結算貨款并告知顧客。

無限性是由互聯網無限交互特性所決定的。無限時空、無限通達的互聯網，使人們可以在任何時間、地點進入任何一個物聯網系統。物聯網系統的進入只受“權力身份”認證的限制。物聯網系統的無限性打破了服務業的時空障礙，以及服務崗位的地理障礙。第三世界的百姓，可以在本國從事第一世界國家中的服務崗位工作。

5 物聯網行為層的事件行為元素

物聯網行為層的事件行為，是指物聯網系統在應用中出現的服務行為。例如物聯網超市中顧客的認證進入，商品的查詢、挑選、結算、交易，以及確認放行等；貨品部門的物流、倉儲、標識、動態查詢等；安保部門的安全監控、記錄、提示、報警等。物聯網系統的應用服務都體現在諸多的、可不斷擴展的事件行為中。

不同的物聯網系統有不同的事件行為，我們可以從形形色色的事件行為中抽象出典型事件行為元素，這些事件行為元素有物儲、物信、物感、物控、物互、物管等。

物儲、物信是物聯網系統中物理對象與物理信息的數據庫建設，以及物聯網系統應用中事件行為的動態信息管理。例如，物聯網超市中物流子系統的商品與商品信息數據庫，以及超市營銷中商品數據動態變化的監管；智能城市交管車輛違章管理子系統中，車輛、駕駛員、監視器等對象與對象信息的數據庫，以及違章事件的數據庫動態更新等。

物感、物控、物互、物管則是物聯網系統服務過程中的實時行為。

物感是對物理對象物理信息的感知，包括行為感知、信息感知。門禁的身份認證、商品的RFⅠD讀取是信息感知；對于車輛違章事件，除了違章信息感知外，更重要的是對物理對象行為過程的行為感知。

物控是對物聯網系統中物理對象的控制。例如，物聯網家居失火時啟動報警設備；智能交管系統中，對被盜車輛實施警告，對駕駛系統、動力系統實施控制；高速公路繳費后放行控制等。通常，物控有很強的實時性要求。

物互是物聯網系統中物理對象間的交互行為。物聯網系統中有許多事件行為都是相關物理對象間的自交互行為。如物聯網超市中，顧客從商品標簽與智能手機的交互中了解商品信息：商品放入購物小車后，在商品與小車的交互中完成商品識別、計價以及最終的貨款結算；在小車與智能手機的交互后，向顧客顯示交易清單；在門禁系統與購物小車、智能手機的交互中確定購物結束并放行等。

物管是物聯網系統運行的管理系統，是物聯網系統的神經中樞，對物聯網系統的運行實現全面的監管、調度與控制。物聯網系統所有監管行為都是自動進行的。為了保證物聯網系統安全與可靠運行，必須有可開放的界面，以便從外部監視系統運行是否正常、安全可靠。

6 本篇小結

① 物聯網有兩個不同的摡念層次，一個是大科技的概念層次，一個是應用中的結構層次。大科技的三個概念層次是物聯網的學術層、物聯網系統的應用層與物聯網事件的行為層；應用中的三個結構層次是物聯網系統中的應用層、網絡層與物理層。

② 物聯網應用體現在物聯網系統應用中。物聯網系統的基本特點是無人化、自動化、智慧化、實時性與無限性。

③ 在未來無人化的物聯網系統中，智能手機是服務對象與物聯網系統交互的重要手段，也是在物聯網系統出現障礙時，服務對象與外部交互的唯一手段。

［1］何立民.從資本經濟到知識經濟［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2010.

［2］何立民.從嵌入式系統看現代計算機產業革命［J］.單片機與嵌入式系統應用，2008（1）.

［3］何立民.從嵌入式系統視角看物聯網［J］.單片機與嵌入式系統應用，2010（10）.

［4］何立民.物聯網時代的嵌入式系統機遇［J］.單片機與嵌入式系統應用，2011（3）.