再谈无线传感网络与物联网发展关系辨析

    笔者在《无线传感网络与物联网发展关系辨析》中指出过“物联网”与“无线传感网”有很大的不同。本文将继续探讨两者在实际意义、应用、标准、发展策略上的区别。
 
1 实际意义与应用

1.1 从互联网到物联网

     互联网（Internet）的雏形阶段为1969年。美国国防部研究计划管理局开始建立一个命名为ARPANET的网络，当时建立这个网络的目的只是为了将美国的几个军事及研究用电脑主机连接起来，这就是互联网的雏形。随着商业网络和大量商业公司进入互联网，网上商业应用取得高速的发展，同时也使互联网能为用户提供更多的服务，使互联网迅速普及和发展起来。

     现在互联网已经发展多元化，不仅仅单纯为科研服务，也逐步进入到日常生活的各个领域。近几年来，互联网在规模和结构上都有了很大的发展，已经­发展成为一个名副其实的“全球网”。

     网络的出现，改变了人们使用计算机的方式；而互联网的出现，又改变了人们使用网络的方式。互联网使计算机用户不再被局限于分散的计算机上，同时，也使他们脱离了特定网络的约束。任何人只要进入了互联网，就可以利用网络中和各种计算机上的丰富资源。

     互联网一般是由电缆连接起来的，靠着有线电缆的连接，互联网的“触角”已遍布包括家庭、办公室等世界的各个角落。我们简称这种网络为“固网”。但是有些地方例如偏远地区、沙漠、海洋、天空，不能架设固网；另外，很多地方即便有固网，但出于方便，人们习惯使用移动的方式与网络连接，这就需要无线网。广泛使用和正在发展的这种无线连接的种类有WLAN（无线局域网），WiFi（无线宽带接入），WiMax（全球微波互联接入）、WSN（无线传感网）、UWB（超宽带）、ZigBee（紫峰）、Blue Tooth(蓝牙)、RFID（射频识别）等等。我们统称它们为无线网络，简称无网。尽管在应用中有的是以点对点方式为主（RFID、Blue Tooth等），但主流是以网络形式（WSN、ZigBeed 等）。网络情况下的构成也不尽相同，例如星型、网状网等等，它们共同之处在于都是对固网的重要补充，可视为互联网覆盖全球每一寸土地的最后一英里技术。

     其中需要特别指出的是RFID，当阅读器直接作为固网形式互联网的终端时，它可以非接触地读到一定距离内做过电子编码标示的物体。实际上阅读器成为这种网络的一个节点。
    以固网形式的互联网为基础，采用某种特殊方式的传输/检索标准（例如EPC），构成了目的十分明确的网络，它实现“物物相连”，这就是物联网。物联网解决物体“是谁”（Who）的问题。尽管上述节点有时不直接与固网相连，还要借助于其它无线通信协议，但终归是要与固网联接的。
 
1.2 无线传感网

     WSN（Wireless Sensor Network）的构想最初是由美国军方提出的，美国国防部高级研究所计划署（DARPA）于1978年开始资助卡耐基－梅隆大学进行分布式传感器网络的研究，这被看成是无线传感器网络的雏形。WSN是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输。综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。具体的来讲，WSN兼具感测、运算与网络能力，透过传感器侦测周遭环境，如温度、湿度、光照、气体浓度、震动幅度等，并由无线网络将搜集到的信息传送给监控者；监控者解读报表信息后，便可掌握现场状况，进而维护、调整相关系统。由于监控物理环境的重要性从来没有像今天这么突出，无线传感器网络已被视为环境监测、建筑监测、公用事业、工业控制、家庭、船舶和运输系统自动化中的下一个发展方向。无线传感器网络的应用一般不需要很大的带宽，但是对功耗要求却很严格，大部分时间必须保持低功耗。由于无线传感节点通常使用存储容量不大的嵌入式处理器，因此对协­议栈的大小也有严格限制。
 
1.3 两者的区别

     无线传感网与物联网最根本的不同在于它立足一个地地道道的无线通信协­议，而且利用传感器作为节点，要解决的是物体“怎样”（How）的问题。尽管从WSN得到数据有的要通过固网，但那仅仅是传递数据的一种手段，与WSN本身没有任何关系。

     两者在网络上的不同在于（1）物联网的基础是固网，无网仅仅是补充；传感网的基础是无网，与固网无关。（2）物联网解决“是谁”；传感网解决“怎样”。两者的区别甚为明显。

     笔者曾经­这样比喻两者的区别：物联网与传感网的不同在于，如果把互联网（物联网完全依托在互联网上）比作人体，则RFID（物联网的节点）可以视为“眼睛”，传感网可以视为“皮肤”。物联网解决“WHO”，利用应答器（也称电子标签）实现对物品的标志与识别；而传感网解决“HOW”，利用传感器，实现对物体状态的把握；眼睛可以识别，皮肤可以感觉，眼睛的功能不在于感觉温度的变化，而皮肤的功能也不是用来辨别哪个人或哪件东西。传感网利用无线网络技术可以自成体系地单独使用，也可以作为互联网的“神经­末梢”。
 
2 标准

2.1 物联网 

     物联网由节点和网络、数据库组成的物物相连。对任何表示物品的识别和检索早已有健全的标准。RFID在各种不同频率上有不同种类，用于物品识别、检索和管理的首推超高频频段种类（UHF），其标准虽有几种，但最重要的是EPC标准。EPC至少包含对物品标识的编码、读写器与标识物品的电子标签的空中接口以及在网络上利用检测到的编码实现对物品的检索三部分内容。这些标准构成了物联网的最核心的内容。尽管物联网还需要建立一些标准来规范在运用中的各种技术细节，但是物联网本质与核心的东西已经­存在，不需要“重新打鼓另开张”。基于这种核心的东西，世界各地的GS1组织已经­作了很多研究、尝试和应用，建设着雏形阶段的物联网。之所以称为雏形只是因为它不够完备。例如美国、中国香港、日本的GS1都在努力进行物流中的应用。中国科技部的863计划中有一个RFID公共信息服务平台的项目，由北京大学张世琨领导的研究小组与中科院等单位联合开发，现在上海张江­RFID产业基地正在试运行这一公共信息服务平台。我们今天讲发展物联网就是要在前人已做过大量工作的基础上将其完善。
 
2.2 无线传感网

     传感网对网络安全性、节点自动配置、网络动态重组等方面也有一定的要求。WSN的这些特殊性对应用于该技术的网络协­议提出了较高要求。目前最广泛使用的WSN的MAC层协议为美国电气和电子工程师协­会(IEEE)制定的IEEE802.15.4。
 
2.3 两者区别

     显而易见，物联网与无线传感网从标准上完全不是一种东西，所以不应该混为一谈。有些人不明白，通过学习可以搞懂。但当前有些人明明知道，却揣着“明白”装“糊涂”把政府领导的思想搞乱，目的为的是捞“钱”这是最要不得的。 
 
3 发展策略

3.1 物联网

     作为物联网节点的RFID经­过几年的发展，已经在性能的提高与成本的降低方面有了长足的发展。物联网在物品编码、识别、接口、检索等方面的标准也在日趋完善。中国科技部、国家发展与改革委员会等政府机关先后组织了很多RFID发展计划。在食品安全、药品监管等许多重要方面都做过重大部署。各地方政府和企业也做过很多研究、实验运行，取得了不同程度的进展。

     发展和扩大RFID应用的关键是怎样打破“闭环”瓶颈，实现“开环应用”。这需要中央和地方政府怎样逐个行业地去融合贯通。如果各个行业领域都整合了，那么物联网就容易形成。这里有个“由零向整”的发展过程，这个“零”就是各个领域，“整”就是物联网全体。

3.2 传感网

     无线传感网在世界上已经­有很多成功的事例。在我国的应用有对电网的智能控制、湖水的污染监测等案例。与发达国家相比，水平相差甚远。以湖水监测为例，用于监测的一个节点的成本甚至高达十几万元人民币，根据面积和设点的规模来看，要达到要求，一个监测项目就可能耗资高达数百万甚至数千万元不等。距离实际部署和应用还相差甚远。

     为了推广无线传感网的应用，首先要解决高性能、低成本的通用型无线传感模块的研发。国外早有这样的产品。由于早几年中国着力发展RFID，但对无线传感网络并没有足够重视。与RFID元器件的高性能、低成本相比，无线传感元器件的水平还很低下。在这种状况下，千万不能妄自尊大，自称在世界上有“话语权”

    在无线传感元器件性能提高的同时，要指导更多的企业加入的到无线传感网络的应用上来。与物联网相比，无线传感网的应用规模要小得多，分散得多。因此其发展就有个“积少成多”的过程。由于没有所谓“闭环”瓶颈，所以在发展上每个项目相对具有独立性，所以相对容易和简单。但是真正做到普及和大规模应用却并非易事。
 
4 应用领域

     物联网的应用是一种针对性极强的实际应用，一句话就是“物物相联”的对物应用。尽管下属有多个领域与行业，但在模式上是一通百通的，都是实现优化“信息流、货币流、物流”，提高电子商物、便利生产、方便生活的重要手段。

     无线传感网的地位有点类似小规模互联网，涉及的是一种物理信号检测传输的手段，针对性是千差万别的，针对不同的检测需要要有不同的传感器。硬件上则要在通用无线传感模块上加装不同的传感器。根据我国目前在能源、温室气体排放、防治污染、建筑、交通等领域的紧迫要求来看，其最大的应用应该在能源和环保以及智能家居、智能交通方面上。

     我们有理由相信，在国家和各级地方政府的指导和大批企业的积极参与下，不论是物联网还是无线传感网都将取得巨大进展，结出丰硕成果！