王 群，錢煥延

（1.南京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 南京 210094；2.江蘇警官學(xué)院公安科技系 南京 210012）

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)路線及屬性形成

王 群1,2，錢煥延1

（1.南京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 南京 210094；2.江蘇警官學(xué)院公安科技系 南京 210012）

區(qū)別于傳統(tǒng)強(qiáng)調(diào)人與人連接的互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)擴(kuò)展和應(yīng)用延伸。本文闡述了物聯(lián)網(wǎng)融合傳感器網(wǎng)絡(luò)、EPC系統(tǒng)和泛在網(wǎng)絡(luò)的泛在多元信息獲取方式，利用電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及廣電網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)和各類接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)泛在數(shù)據(jù)傳送，為社會不同行業(yè)的應(yīng)用需求提供泛在服務(wù)能力。指出物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)路線是在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過借鑒和吸收相關(guān)學(xué)科的研究和應(yīng)用成果，形成的一個(gè)物理空間與虛擬空間、人與物交叉融合的信息服務(wù)基礎(chǔ)平臺；物聯(lián)網(wǎng)的根本屬性是泛在化，即泛在網(wǎng)絡(luò)，具體體現(xiàn)在泛在互聯(lián)、泛在技術(shù)支持和泛在應(yīng)用整合等方面。

物聯(lián)網(wǎng)；傳感器網(wǎng)絡(luò)；EPC系統(tǒng)；交叉融合；泛在化

1 引言

自計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術(shù)產(chǎn)生劃時(shí)代影響以及創(chuàng)造豐厚價(jià)值之后，物聯(lián)網(wǎng)（internet of things，IoT）[1,2]被期待成為全球信息產(chǎn)業(yè)的又一次浪潮[3]，受到全球許多國家政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注[4,5]，業(yè)界分別從體系結(jié)構(gòu)、信息標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、行業(yè)應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量的理論研究和實(shí)踐探索，取得了初步的研究成果。物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一個(gè)特定歷史階段時(shí)，融合了多學(xué)科知識的產(chǎn)物，是基于人與人之間的通信方式在快速發(fā)展過程中出現(xiàn)“瓶頸”時(shí)力求突破現(xiàn)有模式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間通信的應(yīng)用創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和應(yīng)用，代表著信息社會這一客觀的發(fā)展需求和方向，也標(biāo)志著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展步入了一個(gè)嶄新的階段，基于智能感知和智慧服務(wù)功能的后互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)到來。

對物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行理性的分析和準(zhǔn)確的定位，無論是對信息化發(fā)展現(xiàn)狀的全面認(rèn)識還是對未來信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的理性觀察都是十分必要的。物聯(lián)網(wǎng)概念出現(xiàn)后，并非一路凱歌，而是爭議與追捧共存、炒作與批評同在，究其根源是不同研究者彼此的理解以及不同社會利益集團(tuán)利益趨向的差異。通過對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展思路的梳理，從信息技術(shù)自身的發(fā)展規(guī)律和社會信息化發(fā)展需求等方面認(rèn)識物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)屬性，從而還原物聯(lián)網(wǎng)的真實(shí)面目。

2 物聯(lián)網(wǎng)概述

由于物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)內(nèi)涵和外延在不斷地演進(jìn)，目前還沒有一個(gè)完整、權(quán)威、精確的普適定義，只有一些功能性的描述和行業(yè)性的概念。例如，美國將“智能電網(wǎng)”作為國家發(fā)展戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用功能；日本和韓國分別從國家發(fā)展層面提出了 “U計(jì)劃”（日本的U-Japan、韓國的U-Korea），突出了物聯(lián)網(wǎng)的泛在化服務(wù)屬性；在IBM提出的“智慧地球”戰(zhàn)略方案中，通過嵌入或裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、公路、建筑、供電系統(tǒng)、大壩、油氣管道等物體中的傳感器感知物體的信息，然后通過現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息收集與管理，說明了物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特性，即物聯(lián)網(wǎng)是具有智能感知功能的互聯(lián)網(wǎng)；2009年8月7日，溫家寶總理提出了“感知中國”的概念，隨后在2010年10月27日又提出“感知中國的中心，就定在無錫！”，“感知中國”的技術(shù)思想通過傳感器等智能終端將互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用延伸到社會基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)產(chǎn)業(yè)。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

學(xué)術(shù)界和工業(yè)界立足各自的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，對物聯(lián)網(wǎng)給出了不同的理解，具有代表性的介紹如下。

·物聯(lián)網(wǎng)缺乏自身獨(dú)立的技術(shù)架構(gòu)，屬于泛技術(shù)概念。物聯(lián)網(wǎng)涉及現(xiàn)代信息技術(shù)研究和開發(fā)的各個(gè)領(lǐng)域，具有計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、微電子、通信與控制等方面的特征，是在互聯(lián)網(wǎng)這一信息基礎(chǔ)平臺上對現(xiàn)有技術(shù)的一種泛在化的集成和融合，而不是一個(gè)全新概念的網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用。獨(dú)立的體系結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議是確定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的兩大主要因素，是決定網(wǎng)絡(luò)通信模式與服務(wù)功能的核心，很顯然物聯(lián)網(wǎng)不具有此特征。

·物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)由信息物品、自主網(wǎng)絡(luò)和智能應(yīng)用技術(shù)構(gòu)成的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。迄今尚未研究和開發(fā)完整的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[6]，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還處于研究和開發(fā)階段，目前有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的概念都具有一定的產(chǎn)業(yè)傾向性、學(xué)科局限性和特定情結(jié)。

·物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)大科技概念，是依靠嵌入式系統(tǒng)延伸到物理對象的具有“物聯(lián)基因”的互聯(lián)網(wǎng)[7,8]。當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)需要將連接對象延伸到物體時(shí)，需要借助嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，傳感器、RFID等物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備只有在嵌入式系統(tǒng)的作用下才具有感知、控制、交互等一系列智能化功能。

·物聯(lián)網(wǎng)是移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展到一個(gè)特定階段的產(chǎn)物。當(dāng)人與人之間的連接達(dá)到飽和時(shí)，通過裝置在各類物體中的電子標(biāo)簽、傳感器等信息接口與無線網(wǎng)絡(luò)連接，從而給物體賦予智能，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的溝通與對話，進(jìn)而構(gòu)建一個(gè)以人與物為對象的泛在電信網(wǎng)絡(luò)。

2005年，國際電信聯(lián)盟（ITU）提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念[1]：是在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)、分布式數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，構(gòu)造的一個(gè)主要由物品組建的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。2011年11月，ITU-T下設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)全球標(biāo)準(zhǔn)化工作組（IoT-GSI）對物聯(lián)網(wǎng)給出了一個(gè)基本的概念[9]：是全球信息社會的基礎(chǔ)設(shè)施，物理的和虛擬的物與物之間通過現(xiàn)有的和演進(jìn)的信息通信技術(shù)進(jìn)行互聯(lián)，從而提供更加先進(jìn)的服務(wù)。雖然ITU在不同時(shí)期對物聯(lián)網(wǎng)概念的描述存在一定的差異，但卻給出了物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征：通過RFID、傳感器、攝像機(jī)、GPS等具有標(biāo)識、感知、定位和控制功能的智能設(shè)備獲取物體（虛擬的和物理的）的信息，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)與管理，利用互聯(lián)網(wǎng)這一成熟的信息平臺為社會各行各業(yè)提供面向物體的各類服務(wù)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的特征

通過以上分析，物聯(lián)網(wǎng)的特征概括如下。

·物聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，也稱為后互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，也是信息技術(shù)從以人為主的社會維度應(yīng)用到物理世界的產(chǎn)物[10]。

·嵌入物理對象中實(shí)現(xiàn)對象系統(tǒng)智能化的嵌入式系統(tǒng)[8]，是實(shí)現(xiàn)物體聯(lián)網(wǎng)功能的核心，傳感器、RFID、攝像機(jī)、GPS等終端都通過嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的信息交互，成為物聯(lián)網(wǎng)的感知神經(jīng)末梢。

·物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到高級階段并在發(fā)展中遇到阻力時(shí)的產(chǎn)物。互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到現(xiàn)在，在技術(shù)和應(yīng)用中都遇到了瓶頸，下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）、云計(jì)算、傳感網(wǎng)等被認(rèn)為是有效的解決方案，這些技術(shù)正是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的基本要素。

·物聯(lián)網(wǎng)是計(jì)算機(jī)、通信、電子技術(shù)、微電子等多學(xué)科交叉融合后形成的一個(gè)綜合應(yīng)用技術(shù)，從技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢來看，所需要的不僅是單學(xué)科的研究成果，還需要多學(xué)科間的交叉融合，但這種融合不是簡單的集成，必須解決大量已知和未知的技術(shù)與非技術(shù)問題。

·智能化、自動化、實(shí)時(shí)性、可擴(kuò)展性是物聯(lián)網(wǎng)必須具備的特征。

3 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)路線

可以將物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)路線概括為“融合”。傳感器網(wǎng)絡(luò)與泛在網(wǎng)絡(luò)有機(jī)融合，同時(shí)助推了兩者的發(fā)展進(jìn)程。EPC系統(tǒng)作為理想中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，只有實(shí)現(xiàn)與泛在網(wǎng)絡(luò)的融合并借助這一平臺才能逐步將當(dāng)初的愿望變成現(xiàn)實(shí)。傳感器網(wǎng)絡(luò)、EPC系統(tǒng)和泛在網(wǎng)絡(luò)交叉融合后形成了今天的物聯(lián)網(wǎng)，即泛在物聯(lián)網(wǎng)。

3.1物聯(lián)網(wǎng)的雛形——傳感器網(wǎng)絡(luò)

傳感器是由感知部件、電源、嵌入式處理器、微存儲器、通信部件和嵌入式軟件（主要有嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）組成的具有感知、計(jì)算和通信能力的微型設(shè)備[11]。其可以測量物體自身及周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納和雷達(dá)等信號，從而智能地監(jiān)測、感知和獲取溫度、濕度、噪聲、壓力、速度及空氣或化學(xué)器的組成成分等眾多信息。

任意分布在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的傳感器之間一般通過短距離、低功耗的自組織通信方式進(jìn)行互聯(lián)后形成傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)集成了傳感器、分布式信息處理、無線通信、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和嵌入式系統(tǒng)等技術(shù)，主要包括傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和管理節(jié)點(diǎn)等組成部分，其典型體系結(jié)構(gòu)如圖1所示[12,13]。

其中，一組功能相對有限的傳感器節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)任務(wù)簇，一個(gè)或多個(gè)簇分布在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)用于完成一組或多組特定的監(jiān)測任務(wù)。具有較強(qiáng)處理能力、較大存儲空間和豐富通信接口的特殊傳感器（即圖1的“網(wǎng)關(guān)”）將傳感器網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星、移動通信系統(tǒng)等外部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)管理節(jié)點(diǎn)與傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的通信。每個(gè)簇中的固定或移動傳感器節(jié)點(diǎn)之間通過自組織方式形成相對獨(dú)立的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，位于每個(gè)簇中位置相對固定的傳感器節(jié)點(diǎn)（即圖1中的“匯聚節(jié)點(diǎn)”）負(fù)責(zé)匯聚本簇中其他傳感器節(jié)點(diǎn)的信息，位于不同簇中的匯聚節(jié)點(diǎn)之間以多跳路由方式將信息匯集到網(wǎng)關(guān)。

傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分[14]，起步于20世紀(jì)90年代末期，因其具有無基礎(chǔ)設(shè)施和低成本、微型化的應(yīng)用以及可以大規(guī)模部署的特點(diǎn)，一出現(xiàn)就已在環(huán)境監(jiān)測、軍事偵察、地質(zhì)勘探、空間探索和醫(yī)療健康等領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛而深入的研究和應(yīng)用探索，并取得了一定的前期成果。傳感器網(wǎng)絡(luò)就是為物聯(lián)網(wǎng)而存在，只有在物聯(lián)網(wǎng)這一更加巨大的應(yīng)用環(huán)境和平臺上，才能更大范圍地發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢。立足于物體應(yīng)能夠具備感知這一核心功能的要求，傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢實(shí)現(xiàn)了與物聯(lián)網(wǎng)的深度融合。

3.2理想化的物聯(lián)網(wǎng)——EPC系統(tǒng)

20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了移動、無接觸、多目標(biāo)的數(shù)據(jù)通信功能，目前已經(jīng)成為一種非常成熟的無線自動識別技術(shù)。1999年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）自動識別中心（Auto-ID Center）提出了產(chǎn)品EPC的概念[15]，旨在通過嵌入RFID標(biāo)簽中的EPC實(shí)現(xiàn)對物品的智能化標(biāo)識和管理，進(jìn)而取代現(xiàn)在廣泛使用的條形碼技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品的管理提供技術(shù)保障和平臺支撐。

EPC系統(tǒng)利用RFID、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，構(gòu)造了一個(gè)主要由物品組建的網(wǎng)絡(luò)（即EPC物聯(lián)網(wǎng)），實(shí)現(xiàn)對物品的標(biāo)識、跟蹤、監(jiān)控和管理。EPC物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)非常先進(jìn)的系統(tǒng)，也是一個(gè)綜合了各項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，具體由EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)、RFID系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三大部分組成。

（1）EPC 編碼標(biāo)準(zhǔn)

EPC存儲有物品、人、動物等需要識別的實(shí)體的基本標(biāo)識信息，具體嵌入RFID標(biāo)簽中，目前EPC編碼采用64 bit、96 bit和256 bit這3種具體方案。EPC編碼的結(jié)構(gòu)如圖3所示，由用于定義EPC編碼總長度、識別類型和編碼結(jié)構(gòu)的 “頭部”（head）（也稱為EPC頭字段）和 “數(shù)據(jù)”（data）兩部分組成。其中，“數(shù)據(jù)”部分又由用于標(biāo)識產(chǎn)品生產(chǎn)商的“EPC 管理者”（EPC manager）、用于標(biāo)識某一生產(chǎn)商所生產(chǎn)的某一產(chǎn)品具體類型的 “對象分類”（object class）和用于標(biāo)識具體產(chǎn)品的“序列號”（serial No）3 個(gè)字段組成。

（2）RFID 系統(tǒng)

RFID系統(tǒng)由標(biāo)簽、讀寫器和天線組成。其中，標(biāo)簽相當(dāng)于條形碼中的條碼符號，附著在用于標(biāo)識的物品上，用來存儲物品的EPC信息。標(biāo)簽一般是帶有線圈、天線、存儲器與控制系統(tǒng)的低電集成電路，按照獲取電能的方式可以分為主動式標(biāo)簽（active tag）和被動式標(biāo)簽（passive tag）兩種類型，EPC物聯(lián)網(wǎng)中一般使用“無源標(biāo)簽”。讀寫器也稱為詢問器，是一種讀?。ㄓ袝r(shí)也可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，除提供標(biāo)簽信息的讀?。ɑ?qū)懭耄┕δ芡?，還提供信號狀態(tài)控制、差錯控制等功能。天線是分別位于標(biāo)簽和讀寫器上并在相互間傳遞數(shù)據(jù)的裝置。

（3）信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由企業(yè)本地網(wǎng)絡(luò)（intranet）和全球互聯(lián)網(wǎng)（internet）組成，負(fù)責(zé)EPC系統(tǒng)中信息的管理與傳輸，具體由 EPC中間件 （savant）、對象名稱解析服務(wù)（object naming service，ONS）、物理標(biāo)記語言（PML）與 EPC 信息服務(wù)（EPCIS）4部分組成。中間件用來處理從一個(gè)或多個(gè)讀寫器發(fā)出的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，是連接標(biāo)簽讀寫器與后臺應(yīng)用程序之間的重要紐帶，是一種通用的管理EPC采集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)工具[16]。ONS負(fù)責(zé)EPC編碼與存放物品詳細(xì)信息的 EPCIS服務(wù)器 URI（uniform resource identifier，統(tǒng)一資源標(biāo)識符）之間的解析功能[17]，其工作原理和功能類似于DNS，也是一個(gè)分布式遞歸查詢系統(tǒng)，建立在DNS上。PML是物聯(lián)網(wǎng)中一種針對具體實(shí)體信息的描述語言，類似于Internet中的HTML。由PML語言描述的各項(xiàng)服務(wù)構(gòu)成了EPCIS，EPCIS通過為EPC數(shù)據(jù)提供標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)了對EPC單一數(shù)據(jù)的采集和共享，而且不影響對企業(yè)已有系統(tǒng)的使用。

EPC系統(tǒng)是一種理想的物聯(lián)網(wǎng)，之所以稱其“理想”，是因?yàn)榫哂幸韵氯筇攸c(diǎn)：一是實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施Internet已遍及全球每個(gè)角落，成為全球信息交換的通用共享平臺，當(dāng)需要對全球范圍內(nèi)的物品進(jìn)行標(biāo)識時(shí)，Internet是最理想的選擇；二是在局部范圍內(nèi)很容易實(shí)現(xiàn)，尤其在物流和商品零售企業(yè)內(nèi)部可以快速實(shí)施，目前已有大量成熟的應(yīng)用案例，從局部應(yīng)用逐步過渡到大范圍乃至全球應(yīng)用，Internet的發(fā)展特征及其巨大成功，刺激了EPC物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展愿景；三是利用RFID、無線通信、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，將物品通過現(xiàn)有的Internet連接起來后進(jìn)行相互間信息的交換和通信，實(shí)現(xiàn)智能識別、定位、跟蹤和監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)對物品的管理。這一看起來似乎很樸實(shí)的設(shè)想，實(shí)現(xiàn)起來卻遇到種種預(yù)知和非預(yù)知的困難。

雖然EPC系統(tǒng)具有完整且近乎完美的體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用期望，但在標(biāo)準(zhǔn)制訂、知識產(chǎn)權(quán)擁有、信息安全等方面存在的利益和主導(dǎo)地位之爭以及Internet應(yīng)用中暴露出的安全問題和存在的發(fā)展瓶頸，使EPC物聯(lián)網(wǎng)在全球范圍內(nèi)的實(shí)現(xiàn)時(shí)刻表變得飄乎不定，發(fā)展前景撲朔迷離。

3.3期待中的物聯(lián)網(wǎng)——泛在網(wǎng)絡(luò)

泛在網(wǎng)絡(luò)即泛在物聯(lián)網(wǎng)，也稱為“M2M系統(tǒng)”，這里的M2M分別代表機(jī)器之間的通信（machine to machine）、人機(jī)交互通信（man to machine、machine to man）和人與人之間的通信（man to man）[18]。泛在網(wǎng)絡(luò)是通信方式從僅僅關(guān)注人與人之間的交流過渡到人機(jī)交互和機(jī)器之間通信的產(chǎn)物，是對當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)和移動通信方式的擴(kuò)展和功能延伸。泛在網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)如圖4所示，根據(jù)功能域的不同，可以將其劃分為泛在設(shè)備域 （M2M device domain）、網(wǎng)絡(luò)域（network domain）和應(yīng)用域（application domain）3 部分，分別對應(yīng)于目前普遍認(rèn)可的感知層、傳送層和應(yīng)用層的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)定義[19]。

（1）泛在設(shè)備域

泛在設(shè)備域是泛在網(wǎng)絡(luò)的智能神經(jīng)末梢，主要完成信息的采集、轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)發(fā)，一般由傳感器、EPC標(biāo)簽等智能終端設(shè)備（也稱“M2M設(shè)備”）和短距離傳輸網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。M2M設(shè)備具有將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動傳輸以及對接收到的控制信息進(jìn)行響應(yīng)的能力，一般情況下，既可以直接接入通信網(wǎng)絡(luò)（如手機(jī)、GPS等），也可以利用ZigBee、藍(lán)牙等WPAN技術(shù)組網(wǎng)后再通過網(wǎng)關(guān)接入通信網(wǎng)絡(luò)；短距離傳輸網(wǎng)絡(luò)提供M2M設(shè)備與M2M網(wǎng)關(guān)之間的連接，一般 包 括 傳 感 器 網(wǎng) 絡(luò) 、RFID 系 統(tǒng) 、ZigBee、UWB、IEEE 802.15、M-BUS、無線 M-BUS 等。

M2M網(wǎng)關(guān)是一類能夠使M2M設(shè)備協(xié)調(diào)操作并將其接入通信網(wǎng)絡(luò)的裝置。對于互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)絡(luò)等通信網(wǎng)絡(luò)來說，M2M網(wǎng)關(guān)屬于其終端設(shè)備，而M2M設(shè)備不屬于其管理范圍。M2M網(wǎng)關(guān)需要同時(shí)具備通用網(wǎng)關(guān)和路由的雙重功能，一方面要確保M2M設(shè)備等具有通信功能但被通信網(wǎng)絡(luò)“看不見”的設(shè)備能夠接入通信網(wǎng)絡(luò)，另一方面應(yīng)用平臺能夠通過M2M網(wǎng)關(guān)對M2M設(shè)備進(jìn)行管理。因此，由應(yīng)用系統(tǒng)與M2M網(wǎng)關(guān)組成的分布式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)功能，由M2M網(wǎng)關(guān)與M2M設(shè)備組成的分布式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輕量級的應(yīng)用數(shù)據(jù)交換功能，M2M網(wǎng)關(guān)必須提供不同分布式系統(tǒng)間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和地址映射服務(wù)。

（2）網(wǎng)絡(luò)域

網(wǎng)絡(luò)域是泛在網(wǎng)絡(luò)中的通信網(wǎng)絡(luò)部分，主要實(shí)現(xiàn)M2M網(wǎng)關(guān)與M2M應(yīng)用之間的通信功能，包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩部分。接入網(wǎng)為M2M設(shè)備提供直接和間接的網(wǎng)絡(luò)接入功能，并實(shí)現(xiàn)對移動終端的管理，主要包括各種有線和無線接入類型，如 xDSL、HFC、衛(wèi)星、WLAN、WiMAX 等；核心網(wǎng)是基于IP的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、高寬帶、可擴(kuò)展的分組交換網(wǎng)絡(luò)，具有異構(gòu)互聯(lián)和終端的移動接入與管理等特性，主要包括目前廣泛使用的互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)和廣電網(wǎng)以及演進(jìn)中的NGN。

作為物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)匯集和承載網(wǎng)絡(luò)，通信網(wǎng)絡(luò)具有泛在異構(gòu)的特征，并且要同時(shí)滿足固定和移動用戶接入的具體要求。為此，從技術(shù)和體制方面加強(qiáng)對通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與管理，解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中普遍存在的互聯(lián)互通問題，提高信息基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)能力和管理水平，是推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和應(yīng)用的基本保障。

（3）應(yīng)用域

應(yīng)用域主要完成數(shù)據(jù)的分析、處理、管理與控制功能，同時(shí)根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用需求提供所需要的智能化應(yīng)用和服務(wù)，包括服務(wù)能力和泛在服務(wù)與應(yīng)用。其中，服務(wù)能力是一種M2M應(yīng)用能夠發(fā)現(xiàn)M2M服務(wù)并且M2M設(shè)備和網(wǎng)關(guān)能夠向M2M服務(wù)進(jìn)行注冊的機(jī)制，具體通過中間件完成。物聯(lián)網(wǎng)中間件基于現(xiàn)有的通用、標(biāo)準(zhǔn)化軟件構(gòu)架，歸納并總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的一些共性問題，形成了一整套產(chǎn)品化的通用模塊，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的共性問題提供通用、標(biāo)準(zhǔn)化、可復(fù)用的業(yè)務(wù)構(gòu)件，大大提高了物聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)的工作效率[20]。泛在服務(wù)與應(yīng)用提供的是面向用戶的各種應(yīng)用功能，目前主要針對不同行業(yè)需求的應(yīng)用，如智能電網(wǎng)、智能家電、智能交通、精細(xì)農(nóng)業(yè)、信息旅游、物流管理、食品安全等。泛在服務(wù)與應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與普及的源動力，也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的直接目的。

泛在網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的主導(dǎo)，將連接對象從人延伸到物的同時(shí)，在M2M設(shè)備域交叉融合了傳感器網(wǎng)絡(luò)和EPC系統(tǒng)，在體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)泛在化特點(diǎn)的同時(shí)，也加快了傳感器網(wǎng)絡(luò)和EPC系統(tǒng)的應(yīng)用。同時(shí)，在泛在網(wǎng)絡(luò)中各種接入網(wǎng)和核心網(wǎng)也分別趨于交叉融合，各類針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的通用軟件和標(biāo)準(zhǔn)也在交叉融合過程中得以完善和發(fā)展。

4 物聯(lián)網(wǎng)的屬性

可以將物聯(lián)網(wǎng)的屬性概括為“泛在化”（ubiquitous），即無所不在、無所不包、無所不能。物聯(lián)網(wǎng)泛在化屬性的形成是一個(gè)不斷演進(jìn)的過程，技術(shù)融合和應(yīng)用集成是主要的驅(qū)動因素，歸一化的服務(wù)和管理需求助推了泛在化向縱深發(fā)展。

4.1 泛在互聯(lián)

泛在互聯(lián)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過嵌入物體的EPC標(biāo)簽、傳感器、GPS等智能感知裝置，通過集成的通信接口接入互聯(lián)網(wǎng)，將網(wǎng)絡(luò)終端從人擴(kuò)展到物，構(gòu)建一個(gè)超越傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)工作方式的M2M交互模式，使不同對象 （人或物體）之間能夠協(xié)同地自由“對話”，為用戶提供更加廣泛的信息服務(wù)。泛在互聯(lián)的具體特征體現(xiàn)為“5C+5Any”，5C即融合（convergence）、內(nèi)容（contents）、計(jì)算（computing）、通信（communication）和連接 （connectivity），5Any 指任何時(shí)間（any time）、任何地點(diǎn)（any where）、任何服務(wù)（any service）、任何網(wǎng)絡(luò)（any network）和任何對象（any object）[21]。泛在互聯(lián)實(shí)現(xiàn)了物理空間與虛擬空間、物理基礎(chǔ)設(shè)施與信息基礎(chǔ)設(shè)施之間的深度融合，將信息服務(wù)擴(kuò)展到各個(gè)領(lǐng)域，提供智能、精確的多元化信息服務(wù)。

隨著信息技術(shù)的演進(jìn)，泛在互聯(lián)將滲透到人們生活的方方面面，連接對象將涉及與人們生活密切相關(guān)的物質(zhì)、能量與信息，而不再是單一的物理對象。物聯(lián)網(wǎng)的泛在互聯(lián)特征也充分說明了物聯(lián)網(wǎng)不是一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)，而是對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的提升，其網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)仍然遵循傳統(tǒng)的分層思想[22]。

異構(gòu)性是泛在互聯(lián)中不能回避的一個(gè)問題，不僅需要解決不同接入類型、接入終端、組網(wǎng)方式、頻譜資源分配、運(yùn)營與管理方式等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在融合過程中遇到的技術(shù)問題，還涉及新舊技術(shù)應(yīng)用時(shí)的交替和遷移問題，同時(shí)需要解決由于體制和管理等因素導(dǎo)致的不同網(wǎng)絡(luò)域之間的互聯(lián)互通問題。

4.2 泛在技術(shù)支持

物聯(lián)網(wǎng)不僅連接對象更多、應(yīng)用范圍更廣，而且其語義更加豐富。互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)和行業(yè)專網(wǎng)是以信息傳送為中心，而物聯(lián)網(wǎng)則是以信息服務(wù)為中心，這就要求物聯(lián)網(wǎng)具有更加智能的信息分析和處理能力。通過與傳感器網(wǎng)絡(luò)、EPC系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)能力的結(jié)合，物聯(lián)網(wǎng)把對物理世界的智能感知與計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)合，為人類提供泛在化的服務(wù)。由于物聯(lián)網(wǎng)具有廣泛的信息獲取、可靠的信息傳送和高效的信息應(yīng)用等能力[23]，必須對基于策略、時(shí)間、空間和語義的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和智能決策運(yùn)算，需要綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘、知識更新、語義分析、智能應(yīng)用等技術(shù)，對海量感知信息進(jìn)行處理，為多元化的用戶應(yīng)用需求提供豐富、可靠的信息服務(wù)。

云計(jì)算既是一種技術(shù)也是一項(xiàng)服務(wù)。從技術(shù)上講，云計(jì)算是在現(xiàn)代分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對并行計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的一種綜合應(yīng)用[24]；從服務(wù)功能上講，是一種基于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的全新服務(wù)模式，將原來以單機(jī)為主的數(shù)據(jù)處理模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為核心的任務(wù)，將互聯(lián)網(wǎng)變成數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲、信息傳遞等一切處理能力的綜合服務(wù)平臺。云計(jì)算概念提出的主要目的是解決海量數(shù)據(jù)的處理問題，被認(rèn)為是目前支持物聯(lián)網(wǎng)后端數(shù)據(jù)處理的最佳選擇。

RFID技術(shù)和WSN技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，WSN可以監(jiān)測感應(yīng)到各種信息但缺乏對物品的標(biāo)識能力，RFID技術(shù)具有強(qiáng)大的標(biāo)識物品的能力卻無法獲取環(huán)境信息，將兩者集成將會極大地推動兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。目前國內(nèi)外對RFID與WSN的集成技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，并在集成傳感器的RFID標(biāo)簽、體系架構(gòu)以及應(yīng)用開發(fā)等方面取得了一定的成果[25,26]。

4.3 泛在應(yīng)用整合

網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)代社會的信息基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)用是促使其不斷創(chuàng)新和發(fā)展的源動力。已實(shí)現(xiàn)人與人之間通信的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從20世紀(jì)70年代前的理論準(zhǔn)備，到從70年代初到90年代中期之間的技術(shù)競爭，再到從90年代中期到21世紀(jì)初前10年的IP化，歷經(jīng)40多年的發(fā)展，由于不斷出現(xiàn)的應(yīng)用驅(qū)動，使這一最早主要面向科學(xué)研究且規(guī)模有限的網(wǎng)絡(luò)，成為一個(gè)面向社會全方位的全球信息服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施。在這一過程中，適者生存、優(yōu)勝劣汰這一自然規(guī)律在信息化環(huán)境中得以充分體現(xiàn)，如果說生物界競爭是為了生存，那么在信息化環(huán)境中的競爭則是為了應(yīng)用?；ヂ?lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的奠基者，無論是技術(shù)融合還是應(yīng)用整合方面，互聯(lián)網(wǎng)都為物聯(lián)網(wǎng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也提供了具體可行的實(shí)現(xiàn)方法和思路。

應(yīng)用整合同時(shí)涉及理論架構(gòu)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、展現(xiàn)平臺的整合，企業(yè)應(yīng)用集成（enterprise application integration，EAI）概念的提出最初僅僅是為實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的互連，通過系統(tǒng)間的同步和共享解決企業(yè)內(nèi)部的“信息孤島”問題。物聯(lián)網(wǎng)對EAI賦予了更加豐富的內(nèi)涵，其實(shí)現(xiàn)過程和內(nèi)容相對更加復(fù)雜，各種智能終端、接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、中間件以及個(gè)人和行業(yè)應(yīng)用等，分別在發(fā)展過程中趨于整合，以提供統(tǒng)一的應(yīng)用接口、服務(wù)模式和管理平臺。

5 結(jié)束語

本文在討論物聯(lián)網(wǎng)概念的基礎(chǔ)上，提出了物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)路線是交叉融合，物聯(lián)網(wǎng)的屬性是泛在化，并結(jié)合當(dāng)前大家普遍接受的感知層、傳送層和應(yīng)用層這一物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，按照功能域的不同將物聯(lián)網(wǎng)劃分為泛在設(shè)備域、網(wǎng)絡(luò)域和應(yīng)用域。闡述了將傳感器網(wǎng)絡(luò)、EPC系統(tǒng)和泛在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，從而形成真實(shí)意義上的物聯(lián)網(wǎng)這一技術(shù)思路，強(qiáng)調(diào)了物聯(lián)網(wǎng)以泛在互聯(lián)網(wǎng)、泛在技術(shù)支持和泛在應(yīng)用整合為基本屬性。通過對物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)路線演進(jìn)和屬性形成的分析，力求從概念、技術(shù)發(fā)展、體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用趨勢等方面對物聯(lián)網(wǎng)給出一個(gè)較為全面的描述。

目前，物聯(lián)網(wǎng)尚處于研究的初級階段，所論述的一些概念和思想僅僅是筆者在歸納現(xiàn)有研究成果基礎(chǔ)上所形成的僅供大家參考的個(gè)人觀點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)能力等諸多內(nèi)容是一個(gè)逐步演進(jìn)的過程，這也要求筆者對其中的理論和技術(shù)問題進(jìn)行長期深入的研究和探索。

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Technology Roadmap and Formation Process of the Property for Internet of Things

Wang Qun1,2，Qian Huanyan1
(1.Computer Science and Technology,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,China;2.Department of Science&Technology,Jiangsu Police Institute,Nanjing 210012,China)

Different from the internet,IoT extendes the techniques and applications of internet.The IoT’s connection object from man to man,be extended to man to machine and machine to machine.Based on the convergence of the sensor network,EPC system and ubiquitous network,the IoT provides a ubiquitous multi-information access methods.Based on the convergence of internet,telecommunications network,cable TV and various types of access networks,the IoT achieves ubiquitous data transfer.The functionality of the IoT is to provide ubiquitous service capabilities for different socio-professional.A core idea of IoT’s technology roadmap is convergence,on the basis of internet,by learning and absorbing the research and application results of related discipline,formes a information services infrastructure platform that combines the physical space and virtual space and man and machine.A core idea of IoT’s fundamental properties is ubiquitous,also known as the ubiquitous network,including ubiquitous interconnected,ubiquitous technical supported and ubiquitous application integrated.

Internet of things,sensor network,EPC system,intercross and combine,ubiquitous

王群，江蘇警官學(xué)院副教授、公安科技系副主任，南京理工大學(xué)博士研究生，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全管理、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；錢煥延，南京理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)橄乱淮W(wǎng)絡(luò)協(xié)議與通信模型。

2012-06-25）