信息——物理因特网概论

徐玉清译 杭州计算机学会

信息
——物理因特网概论

徐玉清译 杭州计算机学会

译者序：2009年8月，温家宝总理考察了中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心。报道说：”传感网是一个全新的技术领域，实现了物与物的互联而被称作‘物联网’”。2010年1月，江苏无锡高新技术产业开发区的“电子信息（传感网）”正式列入工信部的第一批“国家新型工业化产业示范基地”。传感网真的就是物联网吗？

2009年11月，国家自然科学基金委员会把“CPS（Cyber-Physi cal Syst em）系统的机理与关键技术”列入2010年重点资助项目。2010年1月，科技部“国家重点基础研究发展计划、国家重大科学研究计划2010年重要支持方向”把CPS看作是物联网的“演进”。

“传感网”、“物联网”、“CPS”这些概念有何异同？杭州市在这个被称为继计算机、互联网后，世界信息产业的第三次浪潮来临之际，该如何选择发展战略？杭州市计算机学会学界、政界、业界的许多同仁，正在认真思考。希望这篇摘译能对广大读者有所裨益。

在因特网诞生时，把计算机互联起来是为了在大范围中共享数字数据。而另一方面，通常嵌入式系统是小到中等规模的，是为了通过传感设备在实时条件下控制系统组件。随着信息和通信技术（ICT）的大幅提升，发展的方向是使无处不在的计算，在大范围里时时控制所有东西（物理过程和物理对象）。这一新的前景，导致最近出现了信息——物理融合系统（Cyber-Physical Systems，CPS）。

现在大规模分布式计算系统到达了一个新的阶段，不再把计算和它的环境分离开来。这是因为需要把外部的物理数据、过程与计算集成起来，以实现对周围环境的广泛控制。一般认为这种集成不是新概念，因为嵌入式系统已经是这样的。事实上，嵌入式计算系统本质上依赖于它们的环境，它们在这个环境中通过传感获知物理过程。然而，当计算和我们的环境越来越紧密结合时，传统的嵌入式系统在满足大量网络化的嵌入式系统的新要求时，表现出它们的局限性。一方面，因特网已经提供了一个全世界范围的数据共享和信息检索的设施。但是，因特网的应用，源于大范围中交换逻辑信息的需要；在这些应用的设计中未考虑物理环境和逻辑信息之间的问题。这样，对于和物理环境紧密结合的大规模分布式计算系统，因特网和嵌入式系统的融合是一个重要的里程碑。一方面，通过基于射频识别的系统已经实现了走向融合的第一步，使得出现了物理对象网——通常被称为物联网的概念。2005年11月，国际电信联盟在信息社会世界高层会议上提出了一个行动报告，综述了物联网的基本概念、相关技术、问题、关注点和市场机会等。很清楚，RFID被看作物联网的关键技术。

一方面，无线传感器网（WSNs）作为另一种物理事件网的例子出现了，它支持通过传感对环境中的物理现象进行监控。其它一些系统，通过移动电话网，使用基于传感器的移动电话来监测日常项目。所有这些方式形成了信息-物理融合系统（CPS）的概念,它们是分布在大地理区域中的系统，通常由大量的和它们的物理环境紧密耦合的分布式计算设备组成。

我们并不能清楚地指出CPS和物联网之间的界限，因为两个概念并行地来自两个虽然总是关系密切但独立的联盟（分别是传感器网和RFID）。历史会重演——这种情况可看作类似于20世纪80年代早期因特网（由TCP/IP联盟推动）和电信网（由国际电信联盟-ITU推动）的设计。随着最近6LoWPAN的发布，CPS和物联网间的融合成为事实，因为它可使用因特网，作为传感网的支持设备，以及和RFID系统集成。

新出现的信息——物理融合系统的当前状态，使人们记起因特网诞生前的年代，主要由于缺乏标准，那时网络是分散的和私有的。类似地，现在的CPS也是分散的和私有的网络，各自完成特定的和它的工作环境关联的任务。CPS设计的主要问题是，如何把这些分散的网络化的嵌入式系统互联成单一的大规模网络，满足它们所有的要求。有一些困难阻碍信息-物理融合系统建立一个统一的网络。此外，一个重要的问题是在CPS的设计中，采用系统集成的方法把不同类型的网络合成一个CPS较好，还是从零开始采用基本的设计方法来构建CPS较好。（来源：《第8届实时网络国际研讨会论文集》《都柏林，爱尔兰》中内容）