试析物联网的技术创新性

◎北京遥测技术研究所 吴志超

这是一个崇尚奇迹的时代，物联网就是人们期待的下一个技术奇迹。一个技术奇迹的出现必定有其技术创新性作为支撑，物联网也不会例外。探析物联网的技术创新性，关注物联网的技术前沿，对人们在众说纷纭的学术与舆论环境中正确认识物联网、把握物联网发展机遇具有重要意义。

一、物联网的概念解读

基于不同技术视角，物联网的概念有多个定义。其中，2010年国务院《政府工作报告》的注释中对物联网的定义是综合多个定义提出的，即物联网是通过传感设备按照约定的协议，把各种网络连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

不同主体在不同阶段提出的物联网定义的侧重点有些许差异，但概念的基本内涵是一致的，即物联网是一个以世间万物为作用对象的信息系统。多个不同定义共同勾勒出了物联网的基本技术特征，即无处不在的实物感知手段、遵从标准化协议的网络化传输和智能化的信息处理。

各个定义对所关注的信息采集、信息传输、信息处理等技术环节特点的阐述都非常简洁，若单独考察似乎并无标新立异之处，但当基于一个针对特定作用对象并具有特定整体功能需求的网络系统创新性地融合这些技术特点时，物联网的鲜明技术特征就会体现出来。

二、物联网的技术特征

解读或认识一个新事物的有效途径之一是类比。人们介绍物联网用得最多的方法就是与互联网对比。这是因为物联网与互联网同是现代信息网络，构想中的物联网与互联网在技术特征方面也有诸多相似之处。

1．基本特性

互联网是近20年发展起来的新技术，主要应用于人们交流思想、传播信息、共享知识。以技术体制及商业模式为基础，互联网有三大被普遍认同的特性，即开放性、交互性、共享性，同时还具有地域通达性、协议标准化、分摊成本低、长尾理论适用性等突出特点。

与互联网不同，物联网的主要应用形式是针对特定范围的实物或环境实施感知和管理。虽然在地域通达性、协议标准化等方面有着与互联网相似的技术需求，但运用物联网实施管理活动的团体和个人并不强调系统开放性，而是对安全性有特别需求，对可信、可管可控有较高要求。物联网对共享性的需求是有度的，信息和部分资源的共享往往局限于个人或团体内部。因此，在可承受范围内物联网的分摊成本相对互联网要高得多。另外，长尾效应在物联网中的适用性还没得到普遍认同，即具体的实用系统还不可能在功能上兼顾多样化的应用需求。

2．业务终端与地址

从物理形态上看，机器终端是组成物联网系统的主体设备。机器终端常用于做人类做不了、难以顾及或不愿做的工作，按其功能可分为识别、传感、控制三类。

◆识别类终端

识别类终端又可分为预设标志识别终端和无标志识别终端。

预设标志识别终端是指人为附加身份识别标志到目标物品上并由采集终端通过无线技术对目标物品标志进行识别的技术，典型代表是条形码光学识别技术和电子标签技术。

无标志识别终端无需在目标物品上附加识别辅助标志即可完成特定的识别功能，通过感知目标物的物理、化学或生物信息并与网络中存储的目标物的先验信息进行对比，以达到识别的目的，典型代表是指纹识别技术。

◆传感类终端

传感类终端是指通过各类传感器获取目标物或环境的相关物理、化学、生物参数，用于对目标物或环境的研究与管理。传感类终端与无标志识别终端的区别在于：无标志识别终端只是对各种物理、化学或生物参数进行采集，而传感类终端则在采集基础上通过与预存储信息对比来加以识别。

基于各种原理的传感类终端品种繁多，原则上都可以作为物联网终端接入系统，需要的是在技术、工程、经济方面的适应性设计、优化和信息表示形式的调整。

从物理本质和功能作用上讲，被用于远距离目标信息感知、空间环境探测的无线电与光学设备，以及被用于水中目标感知和环境探测的声学雷达装置，当接入物联网时也应归类为传感终端。卫星导航终端也是一种传感类终端，用于感知卫星导航终端载体的空间位置及对时间信息的实时采集。

◆控制类终端

控制类终端通过转化管理信息或指令完成对目标物的操作或对环境的作用。构想中的物联网不仅能感知物理世界，还能够作用于物理世界，如对家用电器及被盗车辆的遥控等。

3．交换与传输体制

交换与传输体制是信息网络的技术基础，也是不同业务网特定技术特征的重要体现。物联网的交换与传输体制因其特定的应用需求而具有独特性。

现代信息网络体系结构可以纵向划分为承载网、业务网和应用层3 个层次以及支撑它们运转的支撑网。

◆交换体制

承载网分为电路交换网和分组数据交换网（分组网），分别对应电路交换和分组数据交换两种体制。分组数据交换体制被认为是适应现代新型业务的承载需求和代表着通信网络技术发展方向的网络技术体制。互联网的成功主要应归功于采用了一种分组网体制，即IP 协议体制。从目前业界对物联网的构想来看，物联网和互联网所依托的承载网体制是相似的，将承载于IP 网络。

IP 网络体制成就了互联网的技术开放性，但这种开放性与物联网的部分使用需求有冲突的一面。物联网用户对网络及所传输的信息有较高的私密性或保密需求，对业务还有“自治”需求。这些需求与技术开放性相悖，但却是物联网实用化的前提条件。

目前已用于互联网的IP 网络在技术体制上还不能满足物联网的这些需求，这就要求交换体制（承载网）或相关联的网络管理体制（支撑网）进行相应改变。要满足这种需求有两种途径，一种是对承载网的体制再造，另一种是充实、改造支撑网，或者是两种途径的结合。

◆传输体制

与互联网的使用场合不同，物联网通过机器终端向物理世界的伸展具有时空上的“泛在”性，即机器终端可在任何时间、任何地点便利地接入物联网。无线传输技术显然是满足这种“泛在接入”手段的不二选择，传输体制无线化因而成为物联网具有代表性的技术需求。

若以国际标准化组织的计算机网络OSI-RM（开放互连系统参考模型）为参照，无线接入链路主要完成链路层无线信道的分配和信息的传输，不涉及网络层及以上层级，因而目前已有的无线接入技术可以直接应用于物联网。

以数据的协作处理为中心运用无线技术正是无线传感器网络的精髓所在，无线传感器网络通过无线自组网技术可在随机分布的多个传感器之间交换信息并实现信息融合，以达到全面感知对象或环境的目的。这是传输技术与感知技术在体制上的一种融合或渗透。

一般认为，对异构网络的适应性是物联网“泛在接入”的一个重要特点，这包括对各种无线或有线接口、接入协议、信息封装协议、自治管理协议的适应性。物联网如何兼容各种异构的接入网技术，最终形成具有开放性的传输体系结构，是物联网传输体制研究的重要课题。

4．智能处理

在互联网和物联网中，以计算机软硬件技术为基础实现感知、存储、生成指令、寻址传输、计算、分析、综合、显示、响应指令等过程的信息处理技术都可称为智能处理技术。智能处理技术分布在物联网的3 个层面，其中能够体现物联网业务特点的智能处理技术更多地集中在感知层的信息感知处理技术和应用层的信息分析与辅助决策技术方面。

信息融合技术是感知层为多传感器信息综合利用而开发的智能处理技术，可通过先进的融合算法综合处理多类传感器所获取的关于对象和环境的原始数据，得到全面、完整、可用的感知信息。信息融合技术的一个典型应用就是融合了卫星导航、惯性导航、天文导航等多种传感手段的组合导航产品。

基于软件无线电技术的认知无线电技术是一种可在物联网技术领域发挥特殊作用的前沿智能处理技术，用以解决有限频谱资源的有效利用问题。

在应用层，数据挖掘被认为是一种非常有前景的智能处理技术。对通过机器终端等途径获取的海量数据进行甄选、矫正、统计、相关、估计、评判，可以从中提炼和发现常规手段难以直接获得的信息，为管理策略的选择提供有价值的参考和咨询。

云计算是与物联网同期出现的一种新技术和新型业务。云计算技术的基本思想是分布式计算和设施资源的虚拟化。这种思想若引入物联网网络规划和设计中，对物联网的技术架构将产生深刻影响。

5．安全性与可信、可管可控

与互联网相比，人们对物联网的安全性问题表现出更大的担忧。

物联网中大部分信息处理终端是机器。限于技术水平和成本等因素，大多数机器终端的“智能”极其低下，往往只是程序化地响应或操作，这就带来易受恶意攻击的隐患。物联网将信息的作用延伸到了物理世界，系统受到攻击或信息被截取都将带来比互联网更加直接和现实的危害。

安全性的实质是使用者对物联网的信任问题。除安全性外，物联网的可信问题还涵盖信息机密性、完整性、可用性、抗否认性、真实性、可控性等。

从技术视角看，可信问题即便不是由技术或工程的不完善带来的，也可以通过技术设计来有效降低其影响。

支撑网的网络管理子网的主要作用之一就是提供网络的可管可控功能，包括安全技术、用户管理、服务质量管理、网络资源管理等。

三、物联网的技术创新性

对物联网的多个技术环节的技术特征进行探析后，可以这样描述物联网，以体现物联网的技术创新性：物联网是基于创新的信息网络技术，是作用于世间万物的新型业务网络。物联网运用或协同运用多样化的实物感知技术，采用分组交换传输体制并引入面向连接技术，构建“泛在接入”和异构网络互联互通的能力，深度融入智能化信息处理技术，通过可管可控等机制保障网络的安全可信，以实现对目标物品或特定环境的全面感知和可信管理。

在目前这个阶段，最重要、最迫切的事情莫过于围绕物联网需求特点着力展开原创性技术创新活动，包括物联网概念的再思考，技术需求的研究与梳理，技术体制的研究与规划，网络顶层与接口的标准研究，关键新技术的攻关，软件中间件开发以及现有先进技术的运用转化研究等。◄