1.1 什么是物聯(lián)網(wǎng)

自1999年提出物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things）這一概念以來，物聯(lián)網(wǎng)的概念一直在不斷地發(fā)展和擴(kuò)充。最早的物聯(lián)網(wǎng)概念來自于 RFID（射頻識(shí)別）領(lǐng)域，被認(rèn)為是將每個(gè)物品打上電子標(biāo)簽，然后通過射頻識(shí)別技術(shù)和通信技術(shù)形成信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物品的智能識(shí)別、定位和監(jiān)控。但是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展很快就突破了這個(gè)狹窄的定義，席卷了包括傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的傳統(tǒng)IT領(lǐng)域，研究團(tuán)體、大型企業(yè)、國際組織、政府都給予了高度的關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)所蘊(yùn)含的內(nèi)容在不斷豐富，人們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)也不斷加深，甚至有人預(yù)測物聯(lián)網(wǎng)將成為人類社會(huì)的第三次信息化浪潮。究竟物聯(lián)網(wǎng)是什么，到現(xiàn)在還沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，而且隨著發(fā)展不斷涌現(xiàn)出新的解釋。也許只有等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛普及，才會(huì)有一個(gè)全面的解答。

從物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)來說，正如本章開頭所言，物聯(lián)網(wǎng)體現(xiàn)了一種虛擬數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)物理世界的融合趨勢。20世紀(jì)40年代計(jì)算機(jī)的發(fā)明，使得人們對(duì)信息的理解和處理能力都大大加強(qiáng)，信息作為一種獨(dú)立的因素和力量開始深刻地塑造和改變著人類世界。到了20世紀(jì)90年代，互聯(lián)網(wǎng)的興起大大加強(qiáng)了信息的傳播能力，一個(gè)信息快速產(chǎn)生、流通和消亡的虛擬空間就此誕生。人們?cè)谶@個(gè)虛擬空間內(nèi)，可以以信息的形式完成自己的社會(huì)活動(dòng)，創(chuàng)造財(cái)富，生產(chǎn)價(jià)值。虛擬空間帶來的影響是明顯的，包括交流的形式不斷多樣化，地球成為一個(gè)村落，傳統(tǒng)的障礙和壁壘被不斷打破，空間和時(shí)間的尺度都被大大縮短，影響遍及經(jīng)濟(jì)、政治、文化等領(lǐng)域。到了今天，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為一個(gè)無比龐大的虛擬數(shù)字世界，包含著海量的信息，連接著數(shù)以十億計(jì)的網(wǎng)絡(luò)用戶。這個(gè)虛擬世界在數(shù)量和規(guī)模上仍然在不斷地?cái)U(kuò)大，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的滲透和影響也在不斷加強(qiáng)。然而到目前為止，虛擬世界的入口主要是計(jì)算機(jī)終端，虛擬世界的活動(dòng)方式以人為的瀏覽網(wǎng)頁、收發(fā)郵件、聊天等為主。虛擬世界只是現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)鏡像，一個(gè)存放數(shù)據(jù)的倉庫。隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展、通信能力的不斷增強(qiáng)、現(xiàn)代社會(huì)尋找創(chuàng)新動(dòng)力的需求出現(xiàn)，人們開始希望能夠隨時(shí)隨地進(jìn)入這個(gè)信息暢通的虛擬世界，同時(shí)希望能在虛擬世界中從事更多現(xiàn)實(shí)世界中的活動(dòng)。這種更深度的融合趨勢就催生了物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)既是虛擬世界繼續(xù)擴(kuò)大、深化的尖刀，也是現(xiàn)實(shí)世界繼續(xù)信息化、自動(dòng)化的利器。

物聯(lián)網(wǎng)正是因?yàn)榇砹诉@種融合的趨勢，蘊(yùn)含著融合所帶來的巨大創(chuàng)新空間，以及融合后產(chǎn)生的巨大價(jià)值，才成為了當(dāng)下的熱點(diǎn)，成為了包括我國在內(nèi)的多個(gè)國家的重大科技戰(zhàn)略。從這個(gè)意義上來說，物聯(lián)網(wǎng)的基本含義就是一種虛擬數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)物理世界的融合。這種融合是雙向的，第一個(gè)方向是現(xiàn)實(shí)世界向虛擬世界的融入，主要包括通過移動(dòng)通信、嵌入式等技術(shù)使得現(xiàn)實(shí)世界中處處可以產(chǎn)生數(shù)字信息，接入通信網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入虛擬世界，完成信息的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、復(fù)制、共享等，使得虛擬數(shù)字世界無處無時(shí)不在，我們可以稱之為“數(shù)字世界泛在化”；第二個(gè)方向是虛擬世界向現(xiàn)實(shí)世界的融入，這主要包括通過傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID 等技術(shù)使得現(xiàn)實(shí)物理世界中的物體能夠可感知、可識(shí)別、可控制，從而形成對(duì)物理世界的自動(dòng)識(shí)別、控制、監(jiān)控、管理等，為人類創(chuàng)造一個(gè)智能的環(huán)境，我們稱之為“物理世界智能化”。這兩個(gè)方向相輔相成、相生相伴，二者的融合就完整展現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的題中之義，并代表著物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值所在。

在“數(shù)字世界泛在化”和“物理世界智能化”的融合過程中，物聯(lián)網(wǎng)被賦予多個(gè)維度的內(nèi)涵，具有多重含義。為了全面了解物聯(lián)網(wǎng)，我們從領(lǐng)域（橫向）和層次（縱向）兩個(gè)維度來探討物聯(lián)網(wǎng)的概念和定義。

從領(lǐng)域的維度，物聯(lián)網(wǎng)覆蓋了信息技術(shù)和通信技術(shù)的眾多領(lǐng)域，包括RFID、傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、嵌入式、移動(dòng)通信等，每個(gè)領(lǐng)域都能夠從領(lǐng)域自身的視角給出物聯(lián)網(wǎng)的定義。例如對(duì)RFID領(lǐng)域來說，每一個(gè)物品上都貼電子標(biāo)簽，通過后臺(tái)信息系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)借助于互聯(lián)網(wǎng)，所有物品都能互相聯(lián)系起來的網(wǎng)絡(luò)就稱為物聯(lián)網(wǎng)。對(duì)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域來說，物聯(lián)網(wǎng)就是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)不同的只是能讓物品也能接入互聯(lián)網(wǎng)。對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域來說，物聯(lián)網(wǎng)就是一個(gè)廣域的傳感網(wǎng)。所有的理解都只是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)側(cè)面，如果以更廣泛的角度來說，物聯(lián)網(wǎng)就是以“物”的信息的感知、傳輸、處理為特征，利用包括移動(dòng)通信、傳感網(wǎng)等在內(nèi)的通信技術(shù)使“物”具有通信能力，利用包括嵌入式、中間件編程等在內(nèi)的信息技術(shù)使“物”具有信息處理能力，形成的一個(gè)物物、人人、人物都能通信的系統(tǒng)。“物”既包括電器設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施，例如家電、傳感器、移動(dòng)終端等，也包括生產(chǎn)和生活環(huán)境中諸如溫度、光線等可感知的因素。

從層次的維度來看，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)層次化的網(wǎng)絡(luò)。第一層是感知網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)利用RFID、攝像頭、傳感器、GPS 等識(shí)別物體、采集信息；第二層是傳輸網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)利用移動(dòng)通信系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等將感知層獲取的信息進(jìn)行處理和傳遞；第三層是業(yè)務(wù)和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)把感知網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)獲取的信息進(jìn)行分析和處理，作出正確的控制和決策，實(shí)現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)，該層次的網(wǎng)絡(luò)是與生產(chǎn)生活需求密切結(jié)合的業(yè)務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)，包括現(xiàn)有的各種智能物流、智能交通、M2M（Machine-to-Machine，機(jī)器對(duì)機(jī)器通信）等應(yīng)用。從層次上看，物聯(lián)網(wǎng)可以認(rèn)為是包含了這3種層次的網(wǎng)絡(luò)，并以此實(shí)現(xiàn)感知、互聯(lián)、智能三重功能的智能信息系統(tǒng)。在本書第2章中將詳細(xì)介紹各層的具體功能和關(guān)鍵技術(shù)，以此建立物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)最本質(zhì)的含義是數(shù)字世界和物理世界的融合網(wǎng)絡(luò)，以智能化和泛在化為特征的雙向融合帶來了巨大的創(chuàng)新價(jià)值和市場空間。有理由相信，隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開展，物聯(lián)網(wǎng)的影響將不僅僅局限在技術(shù)領(lǐng)域，就如同互聯(lián)網(wǎng)一樣會(huì)廣泛地深入經(jīng)濟(jì)生活、社會(huì)生活、文化生活等各個(gè)領(lǐng)域，很有可能接過互聯(lián)網(wǎng)的接力棒，成為新世紀(jì)的一場信息革命，全面改變我們的生活。

在初步了解了物聯(lián)網(wǎng)的概念后，下面將通過物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)等相似概念的辨析進(jìn)一步明晰物聯(lián)網(wǎng)的基本特征。

1．物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)

傳感網(wǎng)是指由隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點(diǎn)，通過自組織的方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在談到的傳感網(wǎng)，一般是指無線傳感網(wǎng)（WSN）。WSN 可以使人們?cè)谌魏螘r(shí)間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下，獲取大量翔實(shí)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(luò)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(yīng)用于軍事、科研、環(huán)境、交通、醫(yī)療、制造、抗災(zāi)、家居等領(lǐng)域。

目前有不少觀點(diǎn)認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)是傳感網(wǎng)，這樣設(shè)定的后果，會(huì)使得物聯(lián)網(wǎng)的外延縮小。傳感網(wǎng)的概念缺乏了人、物之間的相聯(lián)、溝通與互動(dòng)，而且傳感網(wǎng)主要采用“傳感器+近距離無線通信”的方式，不包含基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)即互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)如果僅僅作為傳感網(wǎng)，物在聯(lián)網(wǎng)之后，只需服從控制中心的指令，而各系統(tǒng)的控制中心則是互相分離的；如果作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸，則可以將所有聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)與節(jié)點(diǎn)有機(jī)地連成一個(gè)整體，起到互相協(xié)同的作用。所以，我們能夠明顯看出，傳感網(wǎng)只是一個(gè)很小的概念，完全可以將其包容在作為互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展形式的物聯(lián)網(wǎng)的概念之內(nèi)，傳感網(wǎng)技術(shù)可以認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)感知功能的關(guān)鍵技術(shù)。

2．物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)

有人說，互聯(lián)網(wǎng)的興起是20世紀(jì)最重要的革命。互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)改變了現(xiàn)實(shí)世界，形成了一個(gè)龐大的虛擬世界。物聯(lián)網(wǎng)并不是互聯(lián)網(wǎng)的翻版，也不是互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)接口，而是互聯(lián)網(wǎng)的一種延伸，是虛擬世界向現(xiàn)實(shí)世界的進(jìn)一步延伸。物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展，具備了互聯(lián)網(wǎng)的特性，但是又進(jìn)一步地增強(qiáng)了互聯(lián)網(wǎng)的能力。虛擬世界的信息量在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代會(huì)急速增加，人人通信會(huì)擴(kuò)展到人人、物物、人物通信，信息化的觸角在現(xiàn)實(shí)中扎得更深，這是最明顯的不同。

互聯(lián)網(wǎng)帶動(dòng)的不僅是技術(shù)革新，還有新的經(jīng)濟(jì)模式的出現(xiàn)。合作性與開放性、長尾理論的適用性，是互聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用中的重要基本特征，就是這些基本特征，引發(fā)了互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)來說，可以通過對(duì)環(huán)境的感知和自動(dòng)識(shí)別增加人與人之間的接觸，從中獲得更多的價(jià)值和商業(yè)機(jī)會(huì)；在人物交匯處可以建立起新的節(jié)點(diǎn)平臺(tái)，使得長尾在節(jié)點(diǎn)處顯示出最高的效用，正如在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，各式各樣的大型網(wǎng)站由于匯聚了大量的人氣，形成了一個(gè)個(gè)的中心節(jié)點(diǎn)，使得長尾理論的效應(yīng)得到大幅的提高。物聯(lián)網(wǎng)的普及，不僅能夠產(chǎn)生出新的需求，而且還能夠產(chǎn)生新的供給，更可以讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)獲得進(jìn)一步的擴(kuò)展和提高，從而創(chuàng)造出更多更豐富的業(yè)務(wù)應(yīng)用。正是這些特性，將使物聯(lián)網(wǎng)帶來的實(shí)際效應(yīng)比起互聯(lián)網(wǎng)會(huì)有更大的增強(qiáng)，而并不僅僅是角色的增加和功能的擴(kuò)展。

3．物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)

按照我們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的理解，物聯(lián)網(wǎng)是指通過部署具有一定感知、計(jì)算、執(zhí)行和通信等能力的各種設(shè)備，獲得物理世界的信息，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸、協(xié)同和處理，從而實(shí)現(xiàn)廣域的人與物、物與物之間信息交換的互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。歸納言之，物聯(lián)網(wǎng)的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)為“感知、傳輸、處理”。

泛在網(wǎng)絡(luò)也被稱作無所不在的網(wǎng)絡(luò)，最早見于施樂首席科學(xué)家Mark Weiser在1991年題為“21世紀(jì)的計(jì)算”的文章中提出的Ubiquitous Computing。泛在網(wǎng)絡(luò)是為了打破地域限制，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間按需進(jìn)行的信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、認(rèn)知、決策、使用等服務(wù)。人們可以在不意識(shí)到網(wǎng)絡(luò)存在的情況下，隨時(shí)隨地通過適合的終端設(shè)備上網(wǎng)并享受服務(wù)。泛在網(wǎng)絡(luò)要求盡量不改變或少改變現(xiàn)有設(shè)備及技術(shù)，通過異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的融合協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)。

從二者的定義來看，物聯(lián)網(wǎng)和泛在網(wǎng)有很多重合的地方，都強(qiáng)調(diào)物物之間、人物之間的通信，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也有泛在化的需求和特征。但是從廣度上來說，泛在網(wǎng)絡(luò)的概念反映了信息社會(huì)發(fā)展的遠(yuǎn)景和藍(lán)圖，具有比物聯(lián)網(wǎng)更廣泛的內(nèi)涵。泛在網(wǎng)絡(luò)可以認(rèn)為是一個(gè)大而全的藍(lán)圖，而物聯(lián)網(wǎng)是目前該藍(lán)圖實(shí)施中的物聯(lián)階段。

綜上所述，傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的組成部分，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，泛在網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的愿景。本書通過對(duì)概念的定義和比較，從邏輯上已經(jīng)勾勒了物聯(lián)網(wǎng)的基本輪廓，下面再從歷史的角度上揭示物聯(lián)網(wǎng)的前世今生。