国际电信联盟描绘物联网蓝图

　　时至今日，人们对物联网这个词语可能一点都不陌生了，实际上，早在2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS，World Summit on the Information Society）上， 国际电信联盟（ITU）就发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，该报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行数据交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术这四项技术将得到更加广泛的应用。ITU战略与政策部的分析师Lara评价说：“虽然未来还需要解决新资源的标准制定和管理等问题，但我们的确正迈向一个新世界，在那里物与物之间不需要我们的任何指示就能相互进行数据交换。” 


　　该报告主要内容包括“物联网”介绍、“物联网”技术支持、市场的形成、面临的挑战、发展中国家的机遇、未来展望六个部分，介绍如下。 


　　一、何为物联网（The Internet of Things） 


　　人类世界正处在无所不在的计算机和通信时代的前缘，这个时代将从根本上改变我们的企业、社区和个人的存在方式。十几年前，科学家马克？维瑟（Mark Weiser）开创性地提出普适计算的思想，认为普适计算的发展将使技术无缝地融入日常生活。早期无所不在的信息通信网络的形式是移动电话的广泛应用：2005年中旬全世界的移动电话用户超过20亿，这类设备已经成为成千上万人日常生活不可或缺的一部分。 


　　今天，技术的发展使这种现象继续推进，通过在各种日常使用的设备中嵌入移动无线电收发器，实现了人与物之间以及物与物之间的通信。ICT世界呈现出新模式：任何时间、任何地点、来自任何人的连接，都是物与物的连接（见图1）。这种连接将创造网络中新的动态网络--物联网。物联网既不是科学的虚构也不是一场骗局，它建立在技术迅猛发展和无处不在的网络基础上。 

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　　图1  互联网新模式 

　　二、物联网技术支持 


　　物联网是技术变革的产物，它代表了计算技术和通信技术的未来，它的发展依靠某些领域的技术革新，包括无线射频识别技术（RFID）、无线传感技术和纳米技术。无线射频识别技术通过射频信号自动识别目标对象并获取物体的特征数据，将日常生活中的物体连接到同一个网络和数据库中。 传感技术用于检测事物物理特征的变化并实时收集变化数据，并对之进行处理（变换）和识别。纳米技术的发展则使越来越小的物体实现连接和交流。以上主要技术的发展将创建连接所有物体的物联网。随着集成化信息处理技术的发展，工业产品和日常物体都将表现出智能化的特征，可以被远程识别或被检测。甚至连垃圾也可以被标记和网络化，最终由完全静态的物体转变为新型动态的物体。 


　　RFID技术被认为是物联网的关键技术，有时也被称为“第二代条形码”，它能提供位置和状态等重要信息。RFID技术的早期应用包括高速公路自动收费、供应链管理（大额零售商）、药品管理（防止假药）、电子医疗（病人管理）等。最近的发展表明RFID的应用将更加广泛，包括从体育运动和娱乐休闲到人身安全（为学校的孩子加注标签）。RFID标签还可被植于人的皮肤下用作医疗等的目的，也有如巴塞罗那的Baja Beach俱乐部，为了方便不愿携带现金的“光膀子用户”，可以使用皮下标签为其食物和饮料进行电子“信用卡”支付。RFID阅读器正被嵌入到移动电话中，如2004年，诺基亚公司成立了商用RFID手机工作组，计划2006年推出（手提式）步话机。 


　　传感器是获取自然领域中信息的主要途径和手段，在缩小物理世界和虚拟世界之间的差距方面发挥了重要作用，它使物体能够在各自的物理环境中对改变做出反应，收集来自环境的信息等并能对环境变化做出反应，比如电子装置中的传感器能够收集外部温度的变化信息并相应地改变电子装置中的其他参数。 


　　物体中的嵌入式智能本身可以增强网络前端的处理能力，为数据处理提供更大的可能性并提高网络的适应能力。对于什么是“智能物体”很难去界定，但智能物体都具备某些处理能力和对外部刺激做出反应的能力。现在比较领先的有智能家庭、智能汽车和智能机器人，对“可穿戴计算”的研究（包括可穿戴移动汽车）正在进行，科学家正在开发新的设备和应用，如智能烤箱（通过电话或互联网控制）、在线冰箱和无人网络等。 


　　三、市场机遇 


　　物联网技术的发展为消费者、制造商以及公司等提供了潜在的市场。但是要使这些创新从概念变为市场上的特种产品或应用，还需要很复杂的商业化程序，其中包括一系列参与者如标准化发展组织、国家研究中心、服务提供者、网络工作者以及领先用户等的参与。从开始到整个研究设计阶段，都会出现新的概念和技术引领到产品阶段，要进入市场还需要关键的“领先用户”，他可以推动技术革新。至今，物联网的关键技术对于推动私人企业加入还是非常重要的，比如通过产业论坛和产业合作，公共机构也逐渐加入其中。 


　　RFID是建立标准化协议和商务应用广泛市场的最成熟的技术，RFID的产品和服务市场正迅速增长，2004年全球RFID市场和服务税收已经达到了15～18亿美元，但随着智能卡和RFID技术在多种消费品中的应用，对于中期和长期目标还相距甚远。 


　　无线传感器网络广泛应用于自动化、国家安全、医疗、家庭自动化、航空航天、远程监控、环境监管等产域，市场潜力相当大。分析家预测说，随着价格的下跌， 各领域的应用数量将有大幅度增长，同时，机器人正出现在新的领域和市场。目前，工业机器人的市场大于个人机器人和服务机器人，但是这种状况将会改变，将来个人机器人能够引领市场增长。 


　　不断变化的商务战略是“物联网”市场的特征，特别是零售业、自动化以及电信产业。公司应该抓住物联网技术，优化内部处理过程，扩张传统市场，发展新的商务模式。 


　　四、面临的挑战和存在的问题 


　　虽然物联网会带来相当的便利和巨大的市场，同时也面临着许多挑战。技术标准化是最大的挑战，现在技术标准化还是一个空白或者相当不完整。促进创新是对政府和产业的挑战。标准化是任何一项技术大范围应用和扩散的必要条件，几乎所有在商业上成功的技术都经历过标准化的历程，才会得到更大的市场占有率。如果没有标准化的TCP/IP和IMT-2000，将不会有今天的网络和移动电话的繁荣。 


　　RFID的标准化已经通过Auto-ID获得了初步的成功，如ETSI、ISO等组织也在为RFID的标准化努力，ITU也将进一步协调RFID协议的标准化问题。通过ZigBee联盟和其他组织的努力，无线传感网络的标准化已经取得了很大进步。 


　　最重要的挑战是数据和隐私的保护，数据隐私保护问题非常普遍，特别是由于传感器和智能标签能够跟踪用户的行动、习惯以及偏好等。如果每天都装上某些或所有具有计算和通信能力的传感器，数据需求和数据获得允许的概念将过时，物与人之间以及物与物之间的实时数据交换将不会被人察觉，新技术的强大能力将使这个问题更加严重。为了提高物联网技术的更广泛应用，保护秘密数据的安全，不仅要坚持被允许的原则，同时还包括立法、市场机制、社会道德的因素（见图2）。如果政府部门、民间社团以及私人企业不加以保护，物联网的发展将受到很大阻碍。 

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　　图2  隐私保护涉及的各个领域 

  　五、发展中国家的机遇 


　　物联网技术不仅仅是工业化国家“宝藏”，同时也为发展中国家提供了更多便利，带来诸多领域的应用，比如在医疗诊断和治疗、水处理、环境卫生改善、发电、日用品出口和食品安全等领域。 


　　为了达成《千年发展目标》，信息社会世界峰会（WSIS）重点提出通过国家电子战略发展信息通信技术，提倡通用的、无所不在的、平等的、可用的技术连接以及信息和知识的广泛传播和共享。WSIS承诺要尽可能的将技术进行扩散--这是通过通信及其相关技术增强人的潜能和总发展的共同行动。 


　　一个例子，在日用品制造和出口中，传感器技术用来测试不同产品的质量和纯度，比如巴西的咖啡和纳米比亚的牛肉。RFID用来跟踪和验证牛肉的来源、加工、装运和出货的整个过程，这些应用能帮助确保来自发展中国家的日用品的质量和市场开发。 


　　发展中国家应用“物联网”技术提高人民的生活质量，孟加拉国正运用纳米过滤技术消除污染，确保饮用水的安全。纳米传感器可以帮助低成本地监控水质；纳米隔膜可以用来处理废水；纳米技术在疾病诊断和治疗（包括HIV和AIDS）上的应用和纳米药物在疾病中的应用正在研究中，新兴技术将为发展中国家提高传统药物的质量和可靠性，比如RFID能跟踪安全药物的来源，减少假冒的可能性。 


　　传感器技术可以随时监测易变的环境。预防或限制自然灾害，需要系统的早期预警和人员疏散，从而降低由于自然灾害带来的损失。使用特殊机器人可以在挖掘中探测救人，在突发的困境中救人。有些发展中国家也将这些技术用在商业上，比如印度、泰国、土耳其等国家。 


　　下一代通信技术的发展将借助于发展中国家日益扩大的市场，特别是中国和印度。许多大的发展中国家已经开始了一些实质项目的研究，这意味着它们将采用物联网来改善当地的环境和状况或者国际贸易。如沃尔玛需要对他的商品通过RFID进行验证，而在2002年沃尔玛从中国进口了近十亿美元的产品，那么中国就需要应用RFID技术。即使没有“物联网”的这种被动的应用，发展中国家也会坚持采用和推广这些技术。 


　　六、展望2020年的某一天 


　　现在，让我们来设想一下2020年某一天，一个来自西班牙的23岁学生Rosa的一天。Rosa刚刚同男朋友吵完架，想要独处一段时间。她决定驾驶自己的智能Toyota去法国阿尔卑斯山的滑雪胜地。但是她必须先去修车厂，因为Rosa的汽车的RFID传感系统提醒她轮胎坏了。当她进入她最喜爱的修车厂后，应用传感器和无线电系统的诊断工具为她的车进行了详细检查后，送进一个配备有完全自动的机器人手的维护终端。Rosa去喝杯咖啡，“Orange Wall”饮料自动售卖机知道Rosa喜欢冰咖啡，所以在Rosa通过自己的网络手表付过账之后她得到了一杯冰咖啡。当Rosa回来时，一对新的轮胎（装有集成RFID标签，可以检测压力、温度和变形情况）已经安装好 。 


　　机器人指导提示Rosa选择轮胎上与隐私相关的选项，Rosa不想任何人知道（特别是她的男友）她要去哪里，所以把这些信息设置为被保护。 


　　最后，Rosa去了最近的商业街购物，她想买个内嵌有媒体播放器和天气预测装置的滑雪板包，她用无线网络传感器检测物品信息，在通过法国和西班牙边境时，她没有停留，因为她的车包含的驾驶执照和密码等信息，可以在越过边境的时候，自动转换到最小边境调节装置。 


　　突然，Rosa从她的太阳镜上得到了一个视频寻呼，看到她的男友正请求她的原谅并问他是否想一起度过这个周末。于是她对导航系统发出了一个口令：撤掉隐私保护，以至于她的男友可以看到她现在的位置和目的地。 


　　即使人类所有的事物都被连接到了一起，人的感觉仍然是存在的。 


　　七、一种新型生态系统 


　　我们知道，网络正在发生变革，从学术网络变成一个有广阔市场的、以消费者为导向的网络。现在，它正慢慢变得更加普及、交互和智能化。不仅实时通信变得可能，而且包括来自任何时间、任何地点的任何事物都能通信。物联网的出现将创造更多创新的应用和服务，这些应用和服务将提升人的生活质量，在为一些商业企业提供新的收入机会的同时缩小了不同人群之间的不平等。 


　　随着物联网的发展将出现新型的生态系统，该生态系统包含如下要素：产品和应用、消费者支持群、研究设计组织、政府和立法机构、国际组织、领先用户。该系统中不断进化的经济和立法系统是这些要素发挥各自的作用的框架。然而，人类还应该处在整个系统的核心，因为人类的需要对物联网将来的革新是最重要的。事实上，从社会和道德系统的周围原则来看，技术和市场是不可能独立存在的。物联网将会对我们的日常生活产生更加广泛的影响，影响我们的行为甚至价值观。 


　　对于电信产业来说，物联网是一个成功的投资机会，比如移动通信和无线通信，但是也要探索新的边缘地带。在一个以迅速发展的技术为媒介的世界里，我们必须确保人类是我们行为的核心。在通往物联网的道路上，制定的战略只能是以人为导向的，要在创造技术和应用技术之间建立紧密的联系，这样，我们才能更好地面对未来生活中的挑战。

（工业和信息化部电子科学技术情报研究所信息化研究与促进中心  郭利）