物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與挑戰(zhàn)
引言
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IOT)的概念最早由麻省理工學(xué)院Ashton教授于1999年提出。所謂物聯(lián)網(wǎng),是指在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上,利用射頻識別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),按照約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進行信息交換和通信,實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。該定義有兩層含義:第一,物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng),是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展;第二,其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間的信息交換和通信。
從物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和含義來看,物聯(lián)網(wǎng)涵蓋范圍廣闊,涉及學(xué)科領(lǐng)域眾多,運用到的原理、技術(shù)復(fù)雜,它是傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、智能服務(wù)的綜合體,而且智能服務(wù)是物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的應(yīng)用核心。
1 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展狀況
目前,物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)和應(yīng)用仍處于起步階段,發(fā)達國家和地區(qū)均想抓住這個機遇,紛紛出臺政策,進行戰(zhàn)略布局,希望在新一輪信息產(chǎn)業(yè)洗牌中占領(lǐng)先機。因此,物聯(lián)網(wǎng)已成為各國提升綜合國力的重要手段。
我國“十二五”規(guī)劃中已將物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計劃作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),并明確提出,要發(fā)展寬帶、融合、安全的下一代國家基礎(chǔ)設(shè)施,推進物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。工業(yè)和信息化部會同有關(guān)部門,對新一代信息技術(shù)開展研究,以期形成支持新一代信息技術(shù)發(fā)展的政策措施。2009年8月7日,國務(wù)院總理溫家寶視察中科院嘉興無線傳感網(wǎng)工程中心無錫研發(fā)分中心時,提出“在傳感網(wǎng)發(fā)展中,要早一點謀劃未來,早一點攻破核心技術(shù)",并且明確要求盡快建立中國的傳感信息中心,或者叫'‘感知中國"中心。
物聯(lián)網(wǎng)具有全面感知、可靠傳遞、智能處理等特點,被譽為第三次信息科技浪潮。互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)顛覆了人與人之間的交流和生活模式;物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),也必將改變?nèi)伺c物之間的關(guān)系,人們可以隨時隨地與物品取得聯(lián)系,最終實現(xiàn)物與物、人與物之間的自動化信息交互、處理,實現(xiàn)人類社會與物理世界的整合,從而更加精細、動態(tài)地去管理生產(chǎn)和生活。
2 物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展日新月異,但目前對于其實質(zhì)、核心和本質(zhì)特色等關(guān)鍵問題仍然眾說紛紜,甚至有人認為物聯(lián)網(wǎng)就是云計算,還有人認為物聯(lián)網(wǎng)就是射頻識別(RFID)、信息物理系統(tǒng)(CPS)、機器對機器(M2M)等等,這些觀點體現(xiàn)了對物聯(lián)網(wǎng)認識的多樣性、多角度。但從中不難發(fā)現(xiàn),物聯(lián)網(wǎng)不是一門技術(shù)或一項發(fā)明,而是過去、現(xiàn)在和將來多項技術(shù)的集成與創(chuàng)新。
云計算是一種將大規(guī)模、低成本運算單元通過IP網(wǎng)絡(luò)連接起來,以提供各種計算和存儲服務(wù)的IT技術(shù)。云計算技術(shù)可由具備一定規(guī)模的多個節(jié)點組成IT系統(tǒng),系統(tǒng)規(guī)模幾乎可以無限擴大,系統(tǒng)具備高度的擴展性和彈性,可以平滑擴展,資源可以動態(tài)分配,而且能夠?qū)崿F(xiàn)跨地域的資源共享。
RFID(Radio Frequency IDentification)即射頻識別,俗稱電子標簽。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù),可通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識別工作無須人工干預(yù),可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽,而且操作快捷方便。RFID是一種簡單的無線系統(tǒng),該系統(tǒng)可用于控制、檢測和跟蹤物體。
信息物理系統(tǒng)(Cyber Physical System,CPS)是計算機驅(qū)動的數(shù)字世界和物理世界交互的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),該系統(tǒng)可通過傳感器和執(zhí)行器將數(shù)字系統(tǒng)連接到物理世界,具有關(guān)鍵的監(jiān)視和控制功能。CPS是一種深度嵌入式實時系統(tǒng),集傳感、控制、計算及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體,是通過網(wǎng)絡(luò)將信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)連接在一起而構(gòu)成的一種大型的、異構(gòu)的、分布式的實時系統(tǒng)。CPS可以改變?nèi)伺c現(xiàn)實物理世界之間的交互方式。
M2M(Machine to Machine)是一種以機器智能交互為核心的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用與服務(wù)。它涵蓋了所有實現(xiàn)人、機器、系統(tǒng)之間建立通信連接的技術(shù)和手段。M2M技術(shù)綜合了數(shù)據(jù)采集、GPS、遠程監(jiān)控、通信等技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)流程的自動化。M2M技術(shù)使所有機器設(shè)備都具備聯(lián)網(wǎng)和通信能力,它可讓機器、人與系統(tǒng)之間實現(xiàn)超時空的無縫連接。
3 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與挑戰(zhàn)
國際電信聯(lián)盟(ITU)2005年的一份報告中曾這樣描繪"物聯(lián)網(wǎng)"時代的景象:當司機開車出現(xiàn)操作失誤時汽車會自動報警;主人上班時,公文包會提醒主人忘帶了什么東西;洗衣服時,衣服會"告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求等,這些理想化的服務(wù)指出了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向。
物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用較為廣泛,遍及智能交通、智能電網(wǎng)、智能物流、智能家居、金融與服務(wù)業(yè)、智能消防、醫(yī)療健康、精細農(nóng)牧業(yè)、環(huán)境與安全檢測、工業(yè)與自動化、國防軍事等多個領(lǐng)域。”物聯(lián)網(wǎng)“概念的問世,打破了之前的傳統(tǒng)思維。過去的思路一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)設(shè)施分開:一邊是機場、公路、建筑物,另一邊是數(shù)據(jù)中心、個人電腦、寬帶等。而在“物聯(lián)網(wǎng)”時代,鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施,在此意義上,基礎(chǔ)設(shè)施更像是一塊新的地球工地,世界的運轉(zhuǎn)就在它上面進行,其中包括經(jīng)濟管理、生產(chǎn)運行、社會管理乃至個人生活等。
物聯(lián)網(wǎng)是一次技術(shù)革命,代表計算機和通信的未來走向,其發(fā)展取決于在諸多領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)融合了射頻識別(RFID),傳感器技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能服務(wù)等多種技術(shù)。無所不在的網(wǎng)絡(luò)社會將是由智能網(wǎng)絡(luò)、最先進的計算技術(shù)以及其他領(lǐng)先的數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施裝備而成的技術(shù)社會形態(tài),幫助人類實現(xiàn)“4A”化通信,即任何時候、任何地點、任何人及任何物都能順暢地通信。
物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用無疑給人類的生產(chǎn)和生活帶來極大的便利,同時也帶來諸多值得我們進一步去研究的問題。
首先,網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)處理能力亟待加強。如果地球上所有的物體都被標識,它們的所有屬性信息都會轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)信息在互聯(lián)網(wǎng)中流通,這將給現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)的管理與處理上帶來新的挑戰(zhàn)。
其次,網(wǎng)絡(luò)安全需要強有力的保障。作為物聯(lián)網(wǎng)的核心與基礎(chǔ),互聯(lián)網(wǎng)上的病毒將更加肆虐,安全保障就顯得尤為重要。另外還有涉及個人隱私的問題,沒有誰愿意把自身信息、行為完全暴露在物聯(lián)網(wǎng)上,而物聯(lián)網(wǎng)的目的卻恰恰又是把所有事物及其屬性連入網(wǎng)中。
再次便是IP地址缺乏和兼容的問題。每個物品都需要在物聯(lián)網(wǎng)被尋址,這就需要一個地址。因此,物聯(lián)網(wǎng)需要更多的IP地址,然而IPv4資源即將耗盡,急需IPv6來支撐,IPv4向IPv6過渡是一個漫長的過程,物聯(lián)網(wǎng)一旦使用IPv6地址,就必然會存在IPv4的兼容性問題。
第四,物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標準亟待統(tǒng)一。目前各國政府、產(chǎn)業(yè)和市場各方對其內(nèi)涵和外延認識還不統(tǒng)一,這可能使各國政府對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的支持方向和力度會產(chǎn)生偏差,從而影響物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)今后的健康發(fā)展。
最后,物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)不僅僅是技術(shù)方面的問題,同時也涉及相關(guān)條例、管理、合作以及安全保護等方面的問題。
4 結(jié)語
通過物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)物與物的互聯(lián),給人們的生活帶來巨大的變化。這一變化要遠大于互聯(lián)網(wǎng)所產(chǎn)生的影響。隨著人們對物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)注和研究,與其相關(guān)的應(yīng)用將逐漸走進我們的日常生活??傊?,物聯(lián)網(wǎng)是當前最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)之一,將有力地帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,引發(fā)社會生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展方式的深度變革,因而具有巨大的戰(zhàn)略增長潛能,是后危機時代經(jīng)濟發(fā)展和科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略制高點。因此,我們必須牢牢域的特征等等。
綜合還意味著釆納其他學(xué)科領(lǐng)域的成果,如傳統(tǒng)的基于文本的信息檢索技術(shù)、知識發(fā)現(xiàn)、人工智能等領(lǐng)域中的方法,像布爾檢索模型、多個異構(gòu)特征査詢表達和檢索執(zhí)行、知識庫、分類和聚類算法、用戶交互行為的機器學(xué)習等。這里需要說明的是,基于內(nèi)容的檢索系統(tǒng)要充分利用文本、關(guān)鍵字和其他客觀屬性?;趦?nèi)容檢索系統(tǒng)并不排斥這些常規(guī)的檢索途徑,相反,要充分利用現(xiàn)有的文本檢索功能并集成到基于內(nèi)容的檢索系統(tǒng)中,以便向用戶提供完備的檢索能力。
5 結(jié)語
總之,多媒體信息檢索技術(shù)是一門綜合了數(shù)字視頻/圖像處理、語音識別/語言處理、多媒體數(shù)據(jù)庫、模式識別、人工智能等學(xué)科的計算機應(yīng)用技術(shù)。隨著這些學(xué)科的發(fā)展,多媒體信息檢索技術(shù)會不斷成熟完善,對社會信息化產(chǎn)生更加巨大的推動作用。