物联网与泛在智能

物联网与泛在智能

谢东亮，王羽

（北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京100876）

中图分类号：TP393.4 文献标志码：A 文章编号：1009-6868(2010)-04-0000-00

编者按：

区别于以往强调人与人连接的互联网概念，物联网将互联的范围扩展到了物与物。不仅在规模上更大，而且在语义上更丰富。传统的互联网和电信网均是以信息传送为中心，而物联网是以信息服务为中心，通过与传感网、互联网、电信网、云计算平台相结合，把对物理世界的感知、认识、影响和控制与计算机系统进行融合，实现物理世界、数字虚拟世界和人类感知的统一。本讲座将以物联网的泛在信息感知、泛在网络融合以及智能信息服务3个层面为线索，分期对物联网技术进行概要介绍：第1讲介绍无线传感器网络及泛在感知体系架构；第2讲将介绍泛在网络融合与协同技术；第3讲将介绍物联网的泛在智能业务等。

1概述

1.1 物联网与传感网技术特征

在计算机、微电子、通信网络、人机交互等新技术的推动下，人类社会逐步由网络连接的特征转向了泛在信息服务的特征。物联网正是在这一背景下快速发展起来的，但由于其技术内涵和外延的不断演进，至今仍难以形成一个统一、完整和精确的定义。在其技术的不同发展时期，人们对物联网的定义也有所变化。2005年11月17日，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，强调物联网是基于射频识别(RFID)的物与物、物与人的互联网络。但是，随着传感器网络的日渐成熟，以及现代服务科学技术与新兴业务的日渐丰富，物联网的传统概念已不能适应其技术与应用需求的发展趋势。

人们一般认为物联网是融合了基于传感器网络的多元信息采集、基于互联网、电信网乃至广电网的信息传送，以及基于信息服务网络的新兴业务与应用3个主要部分。其典型特征如下：(1) 广泛的信息获取能力。作为物联网发展的引擎，传感器网络是信息感知和处理的末梢。其区别于其它网络的核心在于可以近距离、多视角、多参数的采集环境和事件的海量、多元信息，其中信息表现形式的多样性，信息数量的巨大性，信息关系的复杂性都前所未有。并且传感器设备可以通过节点标识赋予信息特有的位置特征、身份特征等，可方便用于后期信息处理和信息溯源等应用。

(2) 可靠的信息传送能力。随着物联网的出现，信息种类的丰富性和服务质量保证的差异性会比现有网络更加复杂，“信息服务”而非“连接服务”将成为未来物联网运营的基本特征。此外，作为建设泛在信息社会的基础设施和支撑环境，泛在网络将成为信息通信网络基础设施发展的重要目标。在各种现有网络的融合与协同的基础上，需要可靠有效的传输技术适应泛在智能服务的需要，为人们提供丰富的现实世界信息。

(3) 高效的信息应用能力。物联网区别于现有网络的核心在于其业务的泛在智能特性：海量感知信息的丰富性和可靠信息传送的泛在性，将促使物联网的业务呈现一种多元化的趋势。对海量感知信息进行加工和利用，为社会、行业以及大众用户提供新的业务模式和业务体验，尤其是为其提供情境自适应的泛在服务、业务运营模式和管理体系将成为物联网的主要特征

之一。

本讲座针对物联网的3个重要组成部分——基于传感器网络的多元信息采集、基于泛在网络融合的信息传送，以及面向信息利用的新兴服务技术与业务为线索展开。本期重点介绍传感器网络相关内容。

1.2 传感网发展背景

20世纪中期以来，计算技术和网络技术的结合催生了许多新的应用模式和技术手段，但这二者的结合仍然基本属于传统的“人与人”或者“人与机”交互的范畴。直到20世纪90年代，随着通信技术、嵌入式计算技术，以及微电子技术的飞速发展，尤其是与摩尔定律相印证，各类电子产品的制造成本持续地降低到人们可以接受的时候，一种同时拥有感知、计算和通信能力，并且能适用于各类不同环境的微型智能传感器开始在世界范围内出现。而这些微小传感器节点的网络化将全面改变人们信息获取方式，这就是无线传感器网络技术(WSN)。

无线传感器网络是一种新兴的、极具发展潜力的网络技术，这种网络可以将大量简单的节点大冗余地随机部署在人迹罕至的恶劣环境中，节点之间通过自组织的组网，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种复杂环境或监测对象的信息，并对这些信息进行网内处理，从而获得详尽而准确的信息并传送给感兴趣的观测者。作为沟通客观物理世界和主观感知世界的载体与桥梁，无线传感器网络将是一种全新的信息获取和处理技术，是信息感知和采集的一场革命。

无线传感器网络的研究始于美国，最早是由美国国防部高级研究计划局(DARPA)为军事应用而发起的。无线传感器网络目前已经是美国网络通信和信息处理领域的热点研究之一，并且正步入一个高速发展的上升时期。此外，欧盟也在2007年的IST第七框架中将无线传感器网络列为网络化嵌入式控制系统的重要研究目标之一；韩国IT839计划也将“无处不在的传感器网络”列为三大尖端基础设施建设内容；日本的e-JAPAN和U-JAPAN战略也将传感器网络列为在2010年需要实现的下一代信息和通信技术(ICT)社会的远景目标之一。

2 传感网关键技术及发展现状

2.1 节点技术

节点技术是无线传感器网络研究与应用的基础，所有与无线传感器网络相关的协议、机制、算法等都需要在节点上得以实现才具有实际意义。因此，节点的设计和实现，是影响整个网络系统的功能、性能以及投入成本的最主要因素。

目前无线传感器网络大都采用通用嵌入式平台作为网络节点，例如Crossbow的Mica系列以及Telos系列节点。它们的特点是采用通用的CPU来外接传感器、射频芯片等外设以此构成传感器节点，并以软件开发为主要开发手段。由于有TinyOS等操作系统的支持，使得围绕此类节点的研发相对容易。但是由于节点上的硬件已经固定，使得研发的灵活性有限，并不能在物理设计上进行改进来减少节点的体积、成本和功耗。并且由于节点的处理能力有限，很难进行复杂程序的开发。

无线传感器网络的应用需求虽然多种多样，但大都要求网络节点具备低功耗、低成本、小体积、布设方便、工作可靠等关键性能。采用片上系统集成技术的节点通过高度集成化及在物理设计上进行改进以减小体积、成本和功耗，并设计无线传感器网络专用的体系结构以提高