引言 

      一年來，從IT界到一些國家首腦，都高度關(guān)注傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)與智慧地球的發(fā)展動態(tài)，認為這是繼20世紀8O年代PC機、90年代因特I~(Intemet，又稱互聯(lián)網(wǎng))、移動通信網(wǎng)之后，將引發(fā)IT業(yè)突破性發(fā)展的第三次IT產(chǎn)業(yè)化浪潮。當今世界，信息技術(shù)正處于新一輪重大技術(shù)突破的前夜。
 
　　2009年1月，奧巴馬就任總統(tǒng)后第一次舉行的美國工商業(yè)領(lǐng)袖圓桌會上，IBM 總裁兼CEO彭明盛提出“智慧地球”(smart eal'th)的新理念，建議投資新一代智慧型基礎(chǔ)設(shè)施。奧巴馬給予積極的回應，表示要投資寬帶網(wǎng)絡等新興技術(shù)，以保持美國在21世紀的競爭優(yōu)勢。表明智慧型基礎(chǔ)設(shè)施和“智慧地球”將可能上升為美國國家發(fā)展戰(zhàn)略的動向。

　　2009年8月7日，溫家寶總理到中科院無錫微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心考察時說：“當計算機和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展時，我們因為沒有掌握核心技術(shù)而走過一些彎路。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)。 ”提出要加快推進傳感網(wǎng)發(fā)展，建立中國傳感信息中心。 

　　2009年9月11日，傳感網(wǎng)國家標準工作組在京成立?！案兄袊备叻逭搲匍_，中國移動稱：物聯(lián)網(wǎng)是“萬億”級產(chǎn)業(yè)。2009年11月3日，溫家寶總理在北京向首都科技界發(fā)表了題為《讓科技引領(lǐng)中國可持續(xù)發(fā)展》時強調(diào)，“要著力突破傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，及早部署后I P時代相關(guān)技術(shù)研發(fā)，使信息網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)成為推動產(chǎn)業(yè)升級、邁向信息社會的“發(fā)動機”。 

　　以上表明，傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為當前各國科技和產(chǎn)業(yè)競爭的熱點，許多發(fā)達國家都加大對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智慧型基礎(chǔ)設(shè)施的投入與研發(fā)力度，力圖掄占科技制高點。我國也及時地將傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)列為國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)之一。 

　　1 傳感網(wǎng)的由來與進展 

　　信息技術(shù)(IT)是指實現(xiàn)信息的獲取、傳輸、處理和應用等功能的一類技術(shù)。它由感測、通信網(wǎng)絡、計算機和控制等四大基本部分組成。傳感器技術(shù)、通信網(wǎng)絡技術(shù)和計算機技術(shù)，分別承擔對信息的獲取、傳輸和處理，它們的融合構(gòu)建了現(xiàn)代信息系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“頭腦”。 

　　1．1 無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks，WSN) 

　　20世紀90年代末，隨著現(xiàn)代傳感器、無線通信、現(xiàn)代網(wǎng)絡、嵌入式計算、微機電(Micro．Electro．Mechanical Systems MEMS)、集成電路、分布式信息處理與人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展與融合，以及新材料、新工藝的出現(xiàn)，傳感器技術(shù)向微型化、無線化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化方向迅速發(fā)展。由此研制出了各種具有感知、通信與計算功能的智能微型傳感器。由大量的部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的微型傳感器節(jié)點構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡，通過無線通信方式智能組網(wǎng)，形成一個自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)，具有信號采集、實時監(jiān)測、信息傳輸、協(xié)同處理、信息服務等功能，能感知、采集和處理網(wǎng)絡所覆蓋區(qū)域中感知對象的各種信息，并將處理后的信息傳遞給用戶。 

　　WSN 可以使人們在任何時間、地點和任何環(huán)境條件下，獲取大量詳實可靠的物理世界的信息，這種具有智能獲取、傳輸和處理信息功能的網(wǎng)絡化智能傳感器和無線傳感器網(wǎng)，正在逐步形成IT領(lǐng)域的新興產(chǎn)業(yè)。它可以廣泛應用于軍事、科研、環(huán)境、交通、醫(yī)療、制造、反恐、抗災、家居等領(lǐng)域。

　　無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)是一個學科交叉綜合的、知識高度集成的前沿熱點研究領(lǐng)域，正受到各方面的高度關(guān)注。美國國防部在2000年時就把傳感網(wǎng)定為五大國防建設(shè)領(lǐng)域之一；美國研究機構(gòu)和媒體認為它是21世紀世界最具有影響力的、高技術(shù)領(lǐng)域的四大支柱型產(chǎn)業(yè)之一，是改變世界的十大新興技術(shù)之一。日本在2004年就把傳感器網(wǎng)絡定為四項重點戰(zhàn)略之一。

　　我國《國家中長期科學與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006．2020年)》中把智能感知技術(shù)、自組織網(wǎng)絡與通信技術(shù)、寬帶無線移動通信等技術(shù)列為重點發(fā)展的前沿技術(shù)。 

　　1．2 基于射頻識別(RFID)的傳感器網(wǎng)絡 

　　基于射頻識別RFID (Radio Frequency Identification)的無線傳感器網(wǎng)絡，是目前最主要的一種無線傳感器網(wǎng)絡類型。射頻識別是一種利用無線射頻方式在讀寫器和電子標簽之問進行非接觸的雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達到目標識別和數(shù)據(jù)交換目的的技術(shù)。它能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，將客觀世界的物理信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而實現(xiàn)物理世界、計算機世界以及人類社會的交流。 

　　通常，RFID系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器、微型天線和信息處理系統(tǒng)組成I 。 

　　1）電子標簽：即應答器，它由耦合元件和微電子芯片組成，粘附在物體上，內(nèi)部存儲待識別物體的信息。通常電子標簽沒有自備的供電電源，其工作所需要的能量，由讀寫器通過耦合元件傳遞給電子標簽。 

　　2）讀寫器：又稱掃描器，它能發(fā)出射頻信號，掃描電子標簽而獲取數(shù)據(jù)。讀寫器包含高頻模塊(發(fā)送器和接受器)、控制單元、與電子標簽連接的耦合元件以及與PC機或其它控制裝置進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌凇?nbsp;

　　3）微型天線：它在電子標簽和閱讀器問傳遞射頻信號。 

　　4）信息處理系統(tǒng)：即計算機系統(tǒng)。 

　　在實際應用中，RFID系統(tǒng)內(nèi)存儲有約定格式數(shù)據(jù)的電子標簽，粘附在待識別物體的表面。讀寫器通過天線發(fā)出一定頻率的射頻信號，當電子標簽進入感應磁場范圍時被激活產(chǎn)生感應電流從而獲得能量，發(fā)送出自身的編碼等信息，被讀寫器無接觸地讀取、解碼與識別，從而達到自動識別物體的目的。然后將識別的信息送至主計算機系統(tǒng)進行有關(guān)的數(shù)據(jù)信息處理。 

　　1．3 傳感網(wǎng)技術(shù)優(yōu)先攻關(guān)的瓶頸 

　　據(jù)有關(guān)方面研究表明：現(xiàn)在傳感器問的信息量已超過計算機或其它應用，成為信息交互的主流。其在感知層、網(wǎng)絡層與應用層都有各自攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。傳感網(wǎng)與因特網(wǎng)的高效融合，能實現(xiàn)人與物、物與物的互聯(lián)，從而形成“物聯(lián)網(wǎng)”。因此，傳感器核心芯片和傳感器網(wǎng)接入因特網(wǎng)的技術(shù)將成為今后幾年IT前沿技術(shù)進展中優(yōu)先攻關(guān)的瓶頸。

　　2．1物聯(lián)網(wǎng)的由來 

　　今年以來，“物聯(lián)網(wǎng)”(IntemetofThings)成為國內(nèi)外IT業(yè)界和社會關(guān)注的焦點之一，實際上它已經(jīng)走過了l0年的發(fā)展歷程。1999年正式提出物聯(lián)網(wǎng)概念后，世界各國都在加緊物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)。我國物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)始于1999年，當時中科院啟動了傳感網(wǎng)研究，在無線傳感網(wǎng)絡、智能微型傳感器、現(xiàn)代通信技術(shù)等方面取得了重要進展。2004年國家金卡工程把RFID應用試點列為重點工作之一；2005年1O月原信息產(chǎn)業(yè)部批準成立了“電子標簽標準工作組”，開展電子標簽標準的研究；2006年23個部門f行業(yè))共同成立了國家金卡辦RFID應用工作組，啟動了相關(guān)RFID應用試點工作。 

　　據(jù)了解，國內(nèi)RFID企業(yè)數(shù)量不斷增加，在市場中已占據(jù)主導地位。目前我國RFID產(chǎn)業(yè)鏈逐步擴大，集電子信息產(chǎn)業(yè)、軟件業(yè)、通信運營業(yè)、信息服務業(yè)和面向各相關(guān)行業(yè)的應用等產(chǎn)業(yè)鏈正在逐步形成。2008年上半年無錫市與中科院上海微系統(tǒng)研究所合作成立中科院無錫微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心，大力推進傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化進程。目前，我國物聯(lián)網(wǎng)從材料、器件、技術(shù)、系統(tǒng)到無線通信網(wǎng)絡等方面也正在形成產(chǎn)業(yè)鏈。

　　截至2009年6月，我國擁有固定電話3；30億戶、移動電話用戶6．95億戶、因特網(wǎng)用戶3．38億戶，均居世界第一。因特網(wǎng)和無線通信網(wǎng)絡已經(jīng)成為人們獲取信息和人際溝通的基礎(chǔ)設(shè)施，這為實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。我國與德國、美國、英國、韓國等已成為物聯(lián)網(wǎng)國際標準制定的主導國。我國物聯(lián)網(wǎng)的典型應用雛形已經(jīng)逐漸呈現(xiàn)，如上海浦東國際機場的“圍界防入侵系統(tǒng)”，它通過埋設(shè)在地下的傳感器，在機場圍欄外面設(shè)置了一道傳感網(wǎng)，一旦有人或動物靠近，系統(tǒng)就會自動發(fā)出識別信號，并且精確地進行定位。它實際上是一個電子圍界防入侵系統(tǒng)。歷史經(jīng)驗表明，全球經(jīng)濟危機往往孕育著新的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命。任何國家都需要在經(jīng)濟危機后尋找一個能夠有效拉動經(jīng)濟復蘇的“引擎”，物聯(lián)網(wǎng)就在這種背景下應運而生?！皟苫诤稀币恢笔俏覈珜ЧI(yè)信息化的發(fā)展方向，從國家政府到企業(yè)個人都在尋找有效的解決途徑，物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)有望成為“兩化融合”的突破口。 

　　2．2 物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵 

　　目前，對物聯(lián)網(wǎng)概念，說法不一，有的說，它與傳感網(wǎng)是同一概念，也有的說，兩者有區(qū)別。關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的準確定義，目前國家傳感網(wǎng)標準化工作組正在從標準化的角度進行研究，有望在不久后發(fā)布。本文僅從應用角度闡述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)涵。 

　　眾所周知，因特網(wǎng)實現(xiàn)了世界上計算機與計算機、人與計算機、人與人之間的對話與交互；而物聯(lián)網(wǎng)則正在實現(xiàn)世界上物與物、人與物、人與自然之間的對話與交互。通過裝置在各類物體上的射頻識別電子標簽fI ID)、二維碼、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等組成的智能傳感器，經(jīng)過接口與無線通信網(wǎng)絡、因特網(wǎng)互連，以實現(xiàn)人與物、物與物相互間智能化地獲取、傳輸與處理信息的網(wǎng)絡稱為“物聯(lián)網(wǎng)”，其核心是智能傳感網(wǎng)技術(shù)。

　　“物聯(lián)網(wǎng)”的精髓是感知，感知包括傳感器的信號采集、協(xié)同處理、智能組網(wǎng)、信息服務，以達到控制指揮的目的。其中，傳感網(wǎng)是感知的網(wǎng)絡，是物和物的互聯(lián)；移動通信網(wǎng)是信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡，是人和人的互聯(lián)；因特網(wǎng)是聯(lián)接虛擬信息共享的網(wǎng)絡，而物聯(lián)網(wǎng)是聯(lián)接現(xiàn)實物理世界的網(wǎng)絡。實質(zhì)上，物聯(lián)網(wǎng)是傳感網(wǎng)與因特網(wǎng)、移動通信網(wǎng)，“三網(wǎng)”高效融合的產(chǎn)物，是信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)高效融合的產(chǎn)物(又稱為信息物理融合系統(tǒng))。 

　　微型計算機的出現(xiàn)，使數(shù)字化信息處理技術(shù)普及化，形成了第一次IT產(chǎn)業(yè)化浪潮；因特網(wǎng)和移動網(wǎng)的出現(xiàn)，使全球性信息傳輸技術(shù)普及化，形成了第二次盯產(chǎn)業(yè)化浪潮；傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，破解了智能化信息獲取技術(shù)，使虛擬因特網(wǎng)與現(xiàn)實傳感網(wǎng)高效融合，為信息傳輸和信息處理，提供強大的需求驅(qū)動力，將掀起第三次IT產(chǎn)業(yè)化浪潮。 

　　2．3 物聯(lián)網(wǎng)面臨的主要問題 

　　物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展?jié)摿褪袌鼍薮?。但是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)需要解決一系列問題，主要是核心技術(shù)、標準規(guī)范、產(chǎn)品研發(fā)、安全保護等技術(shù)方面問題，和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、體制機制、協(xié)調(diào)合作、推廣應用等管理方面的問題。

　　第一，核心技術(shù)有待突破。目前，我國處于物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和規(guī)?；瘧玫某跏茧A段，關(guān)鍵在于盡快突破核心技術(shù)，搶占制高點。其中，傳感器核心芯片和傳感器網(wǎng)接入因特網(wǎng)的技術(shù)，將是今后幾年優(yōu)先攻關(guān)的瓶頸l2J。 

　　第二，標準規(guī)范有待制定。制定一種能被世界各國認可的統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)國際標準，難度很大。據(jù)悉目前我國正處于研究制定物聯(lián)網(wǎng)標準框架階段，需要集中力量制定標準化體系、產(chǎn)業(yè)鏈體系、研發(fā)與應用項目規(guī)范等。 

　　第三，信息安全有待解決。物聯(lián)網(wǎng)中的物與物、物與人之間互聯(lián)，使用大量的信息采集和交換設(shè)備，信息安全和保護隱私成為亟待解決的問題Il?。 

　　第四，統(tǒng)一協(xié)議有待制定。在物聯(lián)網(wǎng)核心層面是基于TCP／IP協(xié)議，但是在接入層面，協(xié)議種類很多，如GPRS、短信、傳感器、TD．SCDMA等，物聯(lián)網(wǎng)需要一個統(tǒng)一的協(xié)議基礎(chǔ)。 

　　第五，IP地址有待擴充。物聯(lián)網(wǎng)中的每個物件都需要一個唯一的IP地址，這只能依靠IPv6來支撐。由IPv4向IPv6轉(zhuǎn)型以及妥善處理與IPv4的兼容性問題，將是一個很長的過程。 

　　2．4 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢 

　　目前全球物聯(lián)網(wǎng)狀況尚處于概念、論證與試驗階段，處于攻克關(guān)鍵技術(shù)、制定標準規(guī)范與研發(fā)應用的初級階段，我國物聯(lián)網(wǎng)處于與國際同步地位。但是，在核心技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模方面都還有差距。2009年國務院將傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)上升為國家五大戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)。 

　　當前物聯(lián)網(wǎng)進展中，從技術(shù)發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出融合化、嵌入化、可信化、智能化的特征，從管理應用發(fā)展趨勢呈現(xiàn)標準化、服務化、開放化、工程化的特征。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵在于應用，只有以應用需求為導向，才能帶動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。2008年底IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提 出“智慧的地球(Smart earth)”新理念，據(jù)了解，“智慧地球” 戰(zhàn)略主要是把IT前沿技術(shù)應用到各行各業(yè)之中，把傳感器嵌入和裝置到全球的電網(wǎng)、鐵路、公路、橋梁、建筑、供水系統(tǒng)等各種物體中，井通過互連形成“物聯(lián)網(wǎng)”；而后通過超級計算機和云計算技術(shù)，對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析與處理，將“物聯(lián)網(wǎng)”整合起來，實施智能化的控制與管理，從而達到全球的“智慧”狀態(tài)，最終實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)=智慧地球”。

　　IBM 還進一步推出其各種“智慧”解決方案，包括智慧能源系統(tǒng)、智慧交通系統(tǒng)、智慧金融和保險系統(tǒng)、智慧零售系統(tǒng)、智慧醫(yī)療保健系統(tǒng)與智慧城市系統(tǒng)等?！爸腔鄣厍颉?的核心是“更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通和更深入的智能化”：其基礎(chǔ)是傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和因特網(wǎng)在各行各業(yè)的高效融合與綜合應用。這種能夠?qū)崿F(xiàn)人與人、人與物乃至物與物之間隨時隨地溝通的全新網(wǎng)絡環(huán)境稱為泛在網(wǎng)(Ubiquitous Network) 。

　　物聯(lián)網(wǎng)、因特網(wǎng)與空間信息系統(tǒng)f基于RS／GIS／GPS的SIS：Spatial information system)的高效融合，將使數(shù)字地球、智慧地球從理念逐步轉(zhuǎn)為實際應用。 

　　總之，我國物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過十年磨一劍的積累，已經(jīng)與國際同步發(fā)展，前景廣闊。但是，我國要形成規(guī)?；奈锫?lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，全面進入物聯(lián)網(wǎng)時代，還需要經(jīng)歷相當長時間的技術(shù)與應用的再積累和創(chuàng)業(yè)過程。我們既需要熱情的追求，更需要理智的思考和扎實的工作，去迎接中國物聯(lián)網(wǎng)春天的來臨。