未來物聯網及其核心技術

郭淳學趙文銀

（1.中國嵌入式系統產業聯盟副理事長兼秘書長、北京經開BDA研究院研究員；2.北京乾坤化物數字技術有限公司總經理）

未來物聯網及其核心技術

郭淳學1趙文銀2

（1.中國嵌入式系統產業聯盟副理事長兼秘書長、北京經開BDA研究院研究員；2.北京乾坤化物數字技術有限公司總經理）

未來物聯網是在為現有的和繼續建的互聯網+的信息孤島和碎片狀的物聯網之上構建的一個物理世界的萬物互聯通道，主要由信息傳輸組合通道、唯一標識碼讀寫系統、網絡和信息安全的保障體系、完整的相關標準等構成，供愿意通過未來物聯網實現跨單位、跨部門、跨地域、跨國家地進行信息互聯互通的用戶選擇使用。未來物聯網從提出、研制到應用的過程，將是人們對未來物聯網的認識不斷完善和創新的過程，也將是對現有計算機軟硬系統和信息技術的不斷挑戰和創新過程，具有深遠意義。

在2015年瑞士達沃斯經濟論壇的座談會上,世界互聯網巨頭谷歌公司的執行董事長埃里克施密特大膽預言：互聯網即將消失，一個高度個性化、互動化的有趣世界——物聯網即將誕生。施密特的此番言論可謂互聯網公司自我顛覆，意義深遠。當前,思科、AT＆amp;T、Axeda、亞馬遜、蘋果、通用電氣、谷歌與IBM等在內的美國公司都在布局物聯網，爭相搶占在物聯網產業的主導地位。

按照習近平主席在第二屆世界互聯網大會上提出的“國際社會應該在相互尊重、相互信任的基礎上，加強對話合作，共同構建和平、安全、開放、合作的網絡空間”的原則，根據我們掌握的中國嵌入式系統產業聯盟成員單位和國內有關企業多年在構建未來物聯網所需的核心技術進行研究所取得的成果，在此將領先世界水平的、以具有中國知識產權技術支撐構思的未來物聯網及相關技術作如下簡介：

一、什么是“未來物聯網”

隨著社會從互聯網得到人與人信息互聯服務需求，快速轉為從物聯網得到人與人、人與物、物與物的信息互聯服務需求的增加，信息化正在從互聯網時代進入物聯網時代。人們對物聯網做了多年的研究和應用，但是，在物聯網的定義和認識上還有很大的不同。因受技術瓶頸和地域等的限制，構建的物聯網不僅形態各異，大小不一、相互割裂，互聯困難，還存在時效性、整體性、完整性、兼容性、安全性和擴展性等諸多方面的缺陷，滿足不了提供萬物互聯的服務需求。

未來物聯網是可實現將全球物理世界中任意多有需求的萬物互聯的網。因此，未來物聯網一方面是將互聯網延伸，解決當前互聯網的lP地址有限的問題，可提供無限多的lP地址，滿足所有需要的物通過lP地址互聯的需求。另一面未來物聯網可提供無限多唯一標識碼，將不能或不必要接入互聯網的無限多可識別物的信息，經過所有可傳輸這些信息的有線、無線、光電等通訊通道實現互聯需求。

在未來物聯網中，互聯網將弱化為一種信息通道（通訊工具），與其它各種通訊通道（通訊工具）一起構成實現萬物互聯的物聯網信息通道（通訊工具）體系。未來物聯網按照不同的需求、不同的地域或行政區所屬關系，可將已建的和不斷新建的不同類型、大小不一或分層的物聯網融合為一體，形成可增長的整體物聯網群。未來物聯網內的各個獨立的物聯網的內外聯接方式可采用適合的一種或多種信息通道（通訊工具）傳輸信息來實現萬物互聯。如同人們可選用現代交通提供的航空、水路、公路等和步行自由出行一樣。

未來物聯網將引發現有信息技術在數制、CPU、存儲器、傳感器、智能終端、智能制造、智能社會、軟件編程方法、操作系統、網絡架構、多網融合、網絡安全等諸多領域的變革和創新。未來物聯網將會完善現有信息技術體系和產業鏈。由于這種變革和創新大多在頂層和底層進行，不需改變匯編和高級語言，對應用層沒有影響，會兼容和增強現有的信息化成果。

未來物聯網將使目前的各種互聯網企業轉變為物聯網企業，將使各類互聯網+的應用，將轉化為物聯網+的應用。其中，許多互聯網+應用，將通過增配智能終端或智能硬件，從智慧型應用轉升為感知可控的智能型應用。

未來物聯網將比現在的分散物聯網可更直接、有效和廣泛地參與工農業生產和社會管理，通過提供更準確可靠的感知可控的智能化服務，顯著提高生產能力和管理水平，促進國民經濟、社會文化和人民生活水平的快速發展和提高。

二、未來物聯網的核心技術

未來物聯網向下要擔負實現：與現在IPV4和IPV6互聯網兼容、還要提供無限多的IP地址，完成國內外有關國家政府和國際大公司正在投巨額資金研究的下一代互聯網的目標同時，還要提供無限多的唯一標識碼，實現前所未有的互聯網與多網融合的萬物互聯的功能研究，才能成為代表物理世界萬物信息的完整物聯網。

未來物聯網向上要擔負實現：與在物理世界和信息世界已經形成并正在快速增長的網絡空間的信息對接互聯的目標，應具有與網絡空間的“空間網”（名稱待定）融合的網絡架構，成為網絡空間的“空間網”（名稱待定）的基礎網絡架構之一。

因此、要實現未來物聯網，需要對現有的信息技術首先在以下幾方面進行顛覆性變革和創新：

1. 二的冪進制數

當前計算機使用的二進制數存在天然缺陷，如：同樣字長的二進制表示的數，僅是二的冪進制表示的數一半。研制二的冪進制數CPU

和存儲器，在使用同樣集成電路工藝時，計算速度和存儲容量會顯著提高。

2. 新計算機體系

當前計算機體系采用的是單軸計算。現提出的將指令的操作碼和操作數分開處理的方案，運行時還是單軸計算。使用二的冪進制CPU和存儲器后，有利于研制出雙軸或多軸計算機體系，可大大提高計算機的計算效率。

3. 無限增長量（天量）數據的快速檢索

計算機運行中實際計算占用的時間很短，大量被檢索參加計算的數據和存儲計算結果數據的地址時間占用。無限增長量（天量）數據的快速檢索技術不僅可提高計算機的尋址速度，更大的功能是支撐未來物聯網可提供無限多的IP地址和無限多唯一標識碼的技術。

4. 軟件編程的指導思想

軟件是通過計算機處理數據（信息）的工具。在現有的“軟件定義一切”的認識指導下，軟件編程的大量工作是在一步一步地對所有相關數據按人的主觀意識去驅動；不僅費時和費力，且成本高、維護難、可靠性和擴展性也很差。軟件編程應在“軟件描述一切”的認識指導下，通過描述數據流動的規則去讓數據自動按規則流動，就會提高軟件編程的效率和質量。

5. 沒有BUG的軟件編程方法

當前在軟件行業流行軟件編程中存在BUG是不可避免的說法。但是，物聯網應用對軟件本身的安全要求很高，特別是因軟件原因可能產生嚴重后果的應用，對軟件的要求是絕對不能有BUG存在。采用面向事實的分析 (Fact-Oriented Analysis)、面向結構的設計(Frame-Oriented Design)、面向形式的編程(Form-Oriented Programming) 的FO軟件開發方法和對按物聯網需要相聯的每個物客觀存在的多維屬性，如實完整地進行描述和引用，就可避免軟件編程中BUG的存在。

6. 網絡架構

當前網絡架構有4個版本存在。最早提出和在美國軍方建立和應用的計算機間聯網的網絡架構1.0、以現在廣泛應用的因特網為代表的互聯網的網絡架構2.0、以美國谷歌公司建立的B4網絡為代表的軟件定義網絡（SDN）的網絡架構3.0，鮮為人知的136X工程的基于遺傳基因特征的浮云分層的網絡空間信息世界EM258.com的網絡架構4.0。這4個版本網絡架構中，只有EM258. com的網絡架構4.0滿足未來物聯網提供無限多的IP地址和無限多唯一標識碼的需求。但是，EM258.com的網絡架構4.0是為網絡空間設計和運行的網絡架構，在未來物聯網中引用，還需進行軟件上裁減和硬件上的完善工作。

涉及未來物聯網的這些核心技術有些已有理論、有些已報專利，其中大部分技術通過實際應用的初步檢驗。如果將這些核心技術集合使用，我國就已具有了開始進行構建未來物聯網軟、硬件和系統的技術基礎條件。

三、構建未來物聯網的意義

互聯網的發明和應用，對改變人們的生活和發展國民經濟帶來的促進效果是非常巨大的。過去,在互聯網興起的時候,由于在技術上的差距,我國不可能研制出有主權的互聯網在世界推廣使用。顯然，沒有互聯網的主控權，對國家安全帶來的不安全因素也是巨大的。

習近平主席指出，大國網絡安全博弈，不單是技術博弈，還是理念博弈、話語權博弈。在當前物聯網將興起的時候，是中國構建未來物聯網的好時機。

在還原論哲學思想主導下，過去幾十年里西方計算機技術得到快速發展。但是隨著信息化的深入，計算機需要處理的非線性數據越來越多，對處理線性數據有優勢的數字計算機，數據處理的難度在不斷增加，同時計算機軟硬件的發展也遇到瓶頸。

在思維模式方面，在東方長期以來是整體論哲學思想占主導，只是在近一百多年里，基于還原論哲學思想的近代科學成為了主導。研究表明：整體論哲學思想和中華文明中有許多便于處理非線性數據和有利于對計算機軟硬件創新的理念。上述的未來物聯網的核心技術中，有許多的創新技術就來源于這些理念的一部分。

由于構建未來物聯網的核心技術都是信息技術的頂層和底層技術，一旦這些技術在構建未來物聯網中完善和成熟，經廣泛推廣應用，將對計算機軟硬件的研制發展，對云計算、大數據、移動通訊、系統集成、智能制造等諸多有智能、智慧需求的計算機應用帶來不可估量的創新發展，將促進信息技術進入新的時代。

特別是未來物聯網采用樹結構提供無限多的IP地址和無限多的唯一標識碼，IP地址和唯一標識碼解析都是按邏輯結構即刻自動解析，沒有現在互聯網似的根服務器。將來在全世界各國推廣使用未來物聯網時，由于各國的IP地址可分別在自己的一個枝叉上，完全可以由本國掌控，不受制于他國，因此會非常安全。按照這種技術構建的未來物聯網沒有主控權，容易被世界各國接受，符合習近平主席提出的國際社會應該在相互尊重、相互信任的基礎上，加強對話合作，共同構建和平、安全、開放、合作的網絡空間的原則。事實上，只有全世界各國都支持和使用未來物聯網，未來物聯網才能真正實現將全世界萬物互聯的作用。

中國是負責任的大國，有責任引導各國平等合作構建未來物聯網，為全世界信息化的發展做出貢獻。