試析物聯網的技術創新性

◎北京遙測技術研究所 吳志超

這是一個崇尚奇跡的時代，物聯網就是人們期待的下一個技術奇跡。一個技術奇跡的出現必定有其技術創新性作為支撐，物聯網也不會例外。探析物聯網的技術創新性，關注物聯網的技術前沿，對人們在眾說紛紜的學術與輿論環境中正確認識物聯網、把握物聯網發展機遇具有重要意義。

一、物聯網的概念解讀

基于不同技術視角，物聯網的概念有多個定義。其中，2010年國務院《政府工作報告》的注釋中對物聯網的定義是綜合多個定義提出的，即物聯網是通過傳感設備按照約定的協議，把各種網絡連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

不同主體在不同階段提出的物聯網定義的側重點有些許差異，但概念的基本內涵是一致的，即物聯網是一個以世間萬物為作用對象的信息系統。多個不同定義共同勾勒出了物聯網的基本技術特征，即無處不在的實物感知手段、遵從標準化協議的網絡化傳輸和智能化的信息處理。

各個定義對所關注的信息采集、信息傳輸、信息處理等技術環節特點的闡述都非常簡潔，若單獨考察似乎并無標新立異之處，但當基于一個針對特定作用對象并具有特定整體功能需求的網絡系統創新性地融合這些技術特點時，物聯網的鮮明技術特征就會體現出來。

二、物聯網的技術特征

解讀或認識一個新事物的有效途徑之一是類比。人們介紹物聯網用得最多的方法就是與互聯網對比。這是因為物聯網與互聯網同是現代信息網絡，構想中的物聯網與互聯網在技術特征方面也有諸多相似之處。

1．基本特性

互聯網是近20年發展起來的新技術，主要應用于人們交流思想、傳播信息、共享知識。以技術體制及商業模式為基礎，互聯網有三大被普遍認同的特性，即開放性、交互性、共享性，同時還具有地域通達性、協議標準化、分攤成本低、長尾理論適用性等突出特點。

與互聯網不同，物聯網的主要應用形式是針對特定范圍的實物或環境實施感知和管理。雖然在地域通達性、協議標準化等方面有著與互聯網相似的技術需求，但運用物聯網實施管理活動的團體和個人并不強調系統開放性，而是對安全性有特別需求，對可信、可管可控有較高要求。物聯網對共享性的需求是有度的，信息和部分資源的共享往往局限于個人或團體內部。因此，在可承受范圍內物聯網的分攤成本相對互聯網要高得多。另外，長尾效應在物聯網中的適用性還沒得到普遍認同，即具體的實用系統還不可能在功能上兼顧多樣化的應用需求。

2．業務終端與地址

從物理形態上看，機器終端是組成物聯網系統的主體設備。機器終端常用于做人類做不了、難以顧及或不愿做的工作，按其功能可分為識別、傳感、控制三類。

◆識別類終端

識別類終端又可分為預設標志識別終端和無標志識別終端。

預設標志識別終端是指人為附加身份識別標志到目標物品上并由采集終端通過無線技術對目標物品標志進行識別的技術，典型代表是條形碼光學識別技術和電子標簽技術。

無標志識別終端無需在目標物品上附加識別輔助標志即可完成特定的識別功能，通過感知目標物的物理、化學或生物信息并與網絡中存儲的目標物的先驗信息進行對比，以達到識別的目的，典型代表是指紋識別技術。

◆傳感類終端

傳感類終端是指通過各類傳感器獲取目標物或環境的相關物理、化學、生物參數，用于對目標物或環境的研究與管理。傳感類終端與無標志識別終端的區別在于：無標志識別終端只是對各種物理、化學或生物參數進行采集，而傳感類終端則在采集基礎上通過與預存儲信息對比來加以識別。

基于各種原理的傳感類終端品種繁多，原則上都可以作為物聯網終端接入系統，需要的是在技術、工程、經濟方面的適應性設計、優化和信息表示形式的調整。

從物理本質和功能作用上講，被用于遠距離目標信息感知、空間環境探測的無線電與光學設備，以及被用于水中目標感知和環境探測的聲學雷達裝置，當接入物聯網時也應歸類為傳感終端。衛星導航終端也是一種傳感類終端，用于感知衛星導航終端載體的空間位置及對時間信息的實時采集。

◆控制類終端

控制類終端通過轉化管理信息或指令完成對目標物的操作或對環境的作用。構想中的物聯網不僅能感知物理世界，還能夠作用于物理世界，如對家用電器及被盜車輛的遙控等。

3．交換與傳輸體制

交換與傳輸體制是信息網絡的技術基礎，也是不同業務網特定技術特征的重要體現。物聯網的交換與傳輸體制因其特定的應用需求而具有獨特性。

現代信息網絡體系結構可以縱向劃分為承載網、業務網和應用層3 個層次以及支撐它們運轉的支撐網。

◆交換體制

承載網分為電路交換網和分組數據交換網（分組網），分別對應電路交換和分組數據交換兩種體制。分組數據交換體制被認為是適應現代新型業務的承載需求和代表著通信網絡技術發展方向的網絡技術體制。互聯網的成功主要應歸功于采用了一種分組網體制，即IP 協議體制。從目前業界對物聯網的構想來看，物聯網和互聯網所依托的承載網體制是相似的，將承載于IP 網絡。

IP 網絡體制成就了互聯網的技術開放性，但這種開放性與物聯網的部分使用需求有沖突的一面。物聯網用戶對網絡及所傳輸的信息有較高的私密性或保密需求，對業務還有“自治”需求。這些需求與技術開放性相悖，但卻是物聯網實用化的前提條件。

目前已用于互聯網的IP 網絡在技術體制上還不能滿足物聯網的這些需求，這就要求交換體制（承載網）或相關聯的網絡管理體制（支撐網）進行相應改變。要滿足這種需求有兩種途徑，一種是對承載網的體制再造，另一種是充實、改造支撐網，或者是兩種途徑的結合。

◆傳輸體制

與互聯網的使用場合不同，物聯網通過機器終端向物理世界的伸展具有時空上的“泛在”性，即機器終端可在任何時間、任何地點便利地接入物聯網。無線傳輸技術顯然是滿足這種“泛在接入”手段的不二選擇，傳輸體制無線化因而成為物聯網具有代表性的技術需求。

若以國際標準化組織的計算機網絡OSI-RM（開放互連系統參考模型）為參照，無線接入鏈路主要完成鏈路層無線信道的分配和信息的傳輸，不涉及網絡層及以上層級，因而目前已有的無線接入技術可以直接應用于物聯網。

以數據的協作處理為中心運用無線技術正是無線傳感器網絡的精髓所在，無線傳感器網絡通過無線自組網技術可在隨機分布的多個傳感器之間交換信息并實現信息融合，以達到全面感知對象或環境的目的。這是傳輸技術與感知技術在體制上的一種融合或滲透。

一般認為，對異構網絡的適應性是物聯網“泛在接入”的一個重要特點，這包括對各種無線或有線接口、接入協議、信息封裝協議、自治管理協議的適應性。物聯網如何兼容各種異構的接入網技術，最終形成具有開放性的傳輸體系結構，是物聯網傳輸體制研究的重要課題。

4．智能處理

在互聯網和物聯網中，以計算機軟硬件技術為基礎實現感知、存儲、生成指令、尋址傳輸、計算、分析、綜合、顯示、響應指令等過程的信息處理技術都可稱為智能處理技術。智能處理技術分布在物聯網的3 個層面，其中能夠體現物聯網業務特點的智能處理技術更多地集中在感知層的信息感知處理技術和應用層的信息分析與輔助決策技術方面。

信息融合技術是感知層為多傳感器信息綜合利用而開發的智能處理技術，可通過先進的融合算法綜合處理多類傳感器所獲取的關于對象和環境的原始數據，得到全面、完整、可用的感知信息。信息融合技術的一個典型應用就是融合了衛星導航、慣性導航、天文導航等多種傳感手段的組合導航產品。

基于軟件無線電技術的認知無線電技術是一種可在物聯網技術領域發揮特殊作用的前沿智能處理技術，用以解決有限頻譜資源的有效利用問題。

在應用層，數據挖掘被認為是一種非常有前景的智能處理技術。對通過機器終端等途徑獲取的海量數據進行甄選、矯正、統計、相關、估計、評判，可以從中提煉和發現常規手段難以直接獲得的信息，為管理策略的選擇提供有價值的參考和咨詢。

云計算是與物聯網同期出現的一種新技術和新型業務。云計算技術的基本思想是分布式計算和設施資源的虛擬化。這種思想若引入物聯網網絡規劃和設計中，對物聯網的技術架構將產生深刻影響。

5．安全性與可信、可管可控

與互聯網相比，人們對物聯網的安全性問題表現出更大的擔憂。

物聯網中大部分信息處理終端是機器。限于技術水平和成本等因素，大多數機器終端的“智能”極其低下，往往只是程序化地響應或操作，這就帶來易受惡意攻擊的隱患。物聯網將信息的作用延伸到了物理世界，系統受到攻擊或信息被截取都將帶來比互聯網更加直接和現實的危害。

安全性的實質是使用者對物聯網的信任問題。除安全性外，物聯網的可信問題還涵蓋信息機密性、完整性、可用性、抗否認性、真實性、可控性等。

從技術視角看，可信問題即便不是由技術或工程的不完善帶來的，也可以通過技術設計來有效降低其影響。

支撐網的網絡管理子網的主要作用之一就是提供網絡的可管可控功能，包括安全技術、用戶管理、服務質量管理、網絡資源管理等。

三、物聯網的技術創新性

對物聯網的多個技術環節的技術特征進行探析后，可以這樣描述物聯網，以體現物聯網的技術創新性：物聯網是基于創新的信息網絡技術，是作用于世間萬物的新型業務網絡。物聯網運用或協同運用多樣化的實物感知技術，采用分組交換傳輸體制并引入面向連接技術，構建“泛在接入”和異構網絡互聯互通的能力，深度融入智能化信息處理技術，通過可管可控等機制保障網絡的安全可信，以實現對目標物品或特定環境的全面感知和可信管理。

在目前這個階段，最重要、最迫切的事情莫過于圍繞物聯網需求特點著力展開原創性技術創新活動，包括物聯網概念的再思考，技術需求的研究與梳理，技術體制的研究與規劃，網絡頂層與接口的標準研究，關鍵新技術的攻關，軟件中間件開發以及現有先進技術的運用轉化研究等。?