物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的研究

物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的研究

0模型的構(gòu)建與應(yīng)用從本質(zhì)上講，網(wǎng)絡(luò)連接是連接對象的網(wǎng)絡(luò)，是網(wǎng)絡(luò)和下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然產(chǎn)物。由于目前國內(nèi)外對物聯(lián)網(wǎng)研究尚未深入,學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都沒有完全認(rèn)識物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)在本質(zhì),對物聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性缺乏認(rèn)識。由于目前已經(jīng)研究和開發(fā)了一些物品或物理裝置的聯(lián)網(wǎng)技術(shù),使得一些研究人員僅僅從專用的物品或物理裝置聯(lián)網(wǎng)的角度片面理解物聯(lián)網(wǎng),在一定程度上形成了物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)識的誤區(qū),使得人們對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)生了兩個(gè)極端的認(rèn)識:認(rèn)為所有網(wǎng)絡(luò)與信息化技術(shù)都是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),物聯(lián)網(wǎng)是信息化發(fā)展的一次新機(jī)遇;或者認(rèn)為根本不存在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)僅僅是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的一種集成。筆者認(rèn)為,無論是否認(rèn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),還是泛化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),都沒有從系統(tǒng)角度分析和研究物聯(lián)網(wǎng),沒有把握物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)在本質(zhì)特征。本文試圖從專用物聯(lián)網(wǎng)與公共互聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)實(shí)物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界融合、以及三維物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)方面,系統(tǒng)地分析和研究物聯(lián)網(wǎng),探索物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)在本質(zhì)特征。目前在學(xué)術(shù)刊物上可檢索到的從系統(tǒng)角度研究物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)工作很少,L.Atzori等人從系統(tǒng)角度對物聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性進(jìn)行了較為深入的分析,提出了從物品、互聯(lián)網(wǎng)和語義三個(gè)視圖看待物聯(lián)網(wǎng)的概念模型(見圖1),客觀地分析了國際上從物品和網(wǎng)絡(luò)的視圖研究物聯(lián)網(wǎng)的思路、方法以及系統(tǒng)。從物品視圖研究物聯(lián)網(wǎng),側(cè)重于物品的標(biāo)識、編碼、傳感和操縱等方面技術(shù),由此產(chǎn)生了射頻標(biāo)識(RFID)技術(shù)、產(chǎn)品電子編碼(EPC)系統(tǒng)、以及傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò);從網(wǎng)絡(luò)視圖研究物聯(lián)網(wǎng),側(cè)重于基于現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的物品聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究,由此產(chǎn)生了一系列簡化的聯(lián)網(wǎng)技術(shù),包括智能物品互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IPSO)聯(lián)盟提出的面向物品的IP聯(lián)網(wǎng)技術(shù),互聯(lián)網(wǎng)工程工作組(IETF)提出了在低功耗個(gè)域網(wǎng)(LoWPAN)鏈路上高效、低開銷傳輸IPv6(第6版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)的技術(shù)(6LoWPAN),以及物品萬維網(wǎng)(物品WEB)技術(shù)。L.Atzori等人認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),其原因在于:不同的研究組和研究機(jī)構(gòu)可以從物品和網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)視角分別定義和研究物聯(lián)網(wǎng)。筆者認(rèn)為,L.Atzori等人采用的多視角物聯(lián)網(wǎng)分析方法是一個(gè)有效的方法,可以從系統(tǒng)角度揭示物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和技術(shù)的復(fù)雜程度。但是,L.Atzori等人僅僅從綜述現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)角度進(jìn)行了初步的研究,并沒有完整地從系統(tǒng)角度研究物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù),其“語義”視圖的引入有些牽強(qiáng)。筆者認(rèn)為,“語義”僅僅是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的某個(gè)方面,與物聯(lián)網(wǎng)涉及到的“物品”和“網(wǎng)絡(luò)”的概念不在同一個(gè)層次,這里引入“語義”的視圖是不合適的。這種“語義”的視圖應(yīng)該替換為“應(yīng)用”視圖,這樣,才能解釋由于目前不同應(yīng)用領(lǐng)域提出各自的專用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和技術(shù)所造成的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和技術(shù)表面混亂的現(xiàn)象。L.Atzori等人提出的三個(gè)視圖的物聯(lián)網(wǎng)模式僅僅綜合分析和歸納了現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和技術(shù),并沒有涉及到物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)問題和核心技術(shù)。筆者認(rèn)為,物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)問題必須從虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界融合的角度進(jìn)行探索,物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是虛擬的信息網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)的物理世界融合的必然產(chǎn)物;物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是虛擬與現(xiàn)實(shí)世界融合的實(shí)際可用系統(tǒng)的總稱,美國總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)咨詢委員會建議美國政府優(yōu)先資助的網(wǎng)絡(luò)化物理系統(tǒng)(CPS)僅僅是虛擬與現(xiàn)實(shí)世界融合的關(guān)鍵技術(shù)之一;在虛擬與現(xiàn)實(shí)世界融合的關(guān)鍵技術(shù)中,還包括CPS前端與物品標(biāo)識和信息采集相關(guān)的信息材料技術(shù),以及CPS后端與處理物理空間語義和時(shí)間語義相關(guān)的物理化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(PCS)技術(shù);虛擬與現(xiàn)實(shí)世界的融合必須涉及到一系列社會、經(jīng)濟(jì)、法律和隱私保護(hù)方面的問題,例如虛擬世界的貨幣系統(tǒng)如何與物理世界的貨幣系統(tǒng)關(guān)聯(lián),物理世界的法律體系如何延伸到虛擬世界。由此可以看出,基于虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界融合構(gòu)造的物聯(lián)網(wǎng)概念模型,可以觸及到物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)問題。基于兩個(gè)世界融合的物聯(lián)網(wǎng)概念模型可以梳理物聯(lián)網(wǎng)研究中一些容易混淆的概念,尚不足以歸納總結(jié)出物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征,為此,必須進(jìn)一步研究物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)是從功能構(gòu)成的角度研究物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu),筆者曾經(jīng)提出過一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)模型,那是僅僅從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的維度研究物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),還沒有包括物品和應(yīng)用的維度。本文將從信息物品、自主網(wǎng)絡(luò)、智能應(yīng)用三個(gè)維度提出了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),較為完整地探討物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征。本文第2節(jié)從專用物聯(lián)網(wǎng)與公共物聯(lián)網(wǎng)角度,分析物聯(lián)網(wǎng)的功能特征;第3節(jié)從信息網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界融合的角度分析和研究物聯(lián)網(wǎng)概念模型及相關(guān)技術(shù),試圖闡述物聯(lián)網(wǎng)與CPS之間的關(guān)系,論述其他融合虛擬和現(xiàn)實(shí)世界的關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)的社會問題;第4節(jié)從物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)角度分析和研究物聯(lián)網(wǎng)的功能組成以及技術(shù)體系;第5節(jié)討論物聯(lián)網(wǎng)概念模型與體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例;第5節(jié)給出本文的結(jié)論。1公共物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要構(gòu)建一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的公共技術(shù)平臺物聯(lián)網(wǎng)可以分成公共物聯(lián)網(wǎng)和專用物聯(lián)網(wǎng),公共物聯(lián)網(wǎng)是指可以連接所有物品、覆蓋某個(gè)社會行政區(qū)域的、與公共互聯(lián)網(wǎng)連接的、作為真正社會的公共信息基礎(chǔ)設(shè)施的物聯(lián)網(wǎng);專用物聯(lián)網(wǎng)是指連接某些特定物品的、覆蓋某個(gè)特定機(jī)構(gòu)區(qū)域的、作為該機(jī)構(gòu)內(nèi)部特殊用途的物聯(lián)網(wǎng)。公共物聯(lián)網(wǎng)必須包括公共物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以及公共物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系,公共物聯(lián)網(wǎng)需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)體系,包括物品標(biāo)識的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,物品信息傳遞的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,以及物品數(shù)據(jù)處理和服務(wù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。智慧城市、智慧中國、智慧地球都屬于公共物聯(lián)網(wǎng),都需要一個(gè)公共物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的支撐,形成一個(gè)公共物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)。筆者認(rèn)為,能夠真正推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展和社會進(jìn)步的是公共物聯(lián)網(wǎng)以及相關(guān)的技術(shù)體系,國際電信聯(lián)盟的物聯(lián)網(wǎng)報(bào)告討論的就是公共物聯(lián)網(wǎng),國家和政府重點(diǎn)發(fā)展的應(yīng)該是公共物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和公共物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。專用物聯(lián)網(wǎng)可以包括專用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以及專用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系,專用物聯(lián)網(wǎng)可以構(gòu)造一個(gè)面向特定應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系,同樣包括了物品標(biāo)識、物品信息傳遞、以及物品數(shù)據(jù)處理和服務(wù)的技術(shù)體系。從擴(kuò)展角度考慮,專用物聯(lián)網(wǎng)最好參照公共物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。但是,在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的初級階段,專用物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展必然領(lǐng)先于公共物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,專用物聯(lián)網(wǎng)制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一定被公共物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系采納,這樣,早期發(fā)展的專用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可能成為被淘汰的技術(shù)。智慧工廠、智慧校園、智慧醫(yī)院、智慧商場、智慧倉庫都是一些典型的專用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),目前的這些物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是無法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作的,這是專用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)本身的局限性造成的,這些局限性使得專用物聯(lián)網(wǎng)無法具有物聯(lián)網(wǎng)的全部特征,大部分專用物聯(lián)網(wǎng)也不需要具備物聯(lián)網(wǎng)的全部特征。專用物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)覆蓋全國范圍內(nèi)的、針對某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的物品連接網(wǎng)絡(luò),這種專用物聯(lián)網(wǎng)也可以通過互聯(lián)網(wǎng)提供相關(guān)的信息服務(wù),例如國際傳遞公司通過物流網(wǎng)絡(luò),可以提供互聯(lián)網(wǎng)查詢快件當(dāng)前到達(dá)位置的服務(wù)。但是,不同專用物聯(lián)網(wǎng)之間無法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通,無法構(gòu)成整個(gè)社會需要的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。所以,只有公共物聯(lián)網(wǎng)才能作為信息社會基礎(chǔ)設(shè)施,發(fā)揮類似于互聯(lián)網(wǎng)的作用。公共物聯(lián)網(wǎng)不僅可以構(gòu)建一個(gè)互連各類專用物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施,而且可以構(gòu)建一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的公共技術(shù)平臺。按照M.Cusumano的觀點(diǎn),只有公共技術(shù)平臺才能形成產(chǎn)業(yè)鏈,才能推動一個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所以,關(guān)注公共物聯(lián)網(wǎng)的研究和開發(fā),才能帶動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2物體網(wǎng)絡(luò)的概念模型物聯(lián)網(wǎng)的概念模型是理解和進(jìn)一步研究物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),客觀的物聯(lián)網(wǎng)概念模型將引導(dǎo)有實(shí)用價(jià)值的物聯(lián)網(wǎng)理論研究和技術(shù)開發(fā)。2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起—概念模型提出的動因筆者認(rèn)為,物聯(lián)網(wǎng)的概念模型是網(wǎng)絡(luò)世界與物理世界融合模型。人類社會在20世紀(jì)的最后20年借助于網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)(NIT)的發(fā)展,創(chuàng)造了一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界。人類社會已經(jīng)可以利用網(wǎng)絡(luò)虛擬世界,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上交友、網(wǎng)上購物、網(wǎng)上游戲、網(wǎng)上辦公、網(wǎng)上訂票、網(wǎng)上教育、網(wǎng)上倉庫管理、網(wǎng)上電力調(diào)度、網(wǎng)上生產(chǎn)控制、網(wǎng)上交通監(jiān)控等。但有些虛擬世界的活動必須依賴于現(xiàn)實(shí)物理世界,例如網(wǎng)上購物必須依賴于現(xiàn)實(shí)世界物流系統(tǒng)的支撐;有些人類社會的活動必須依賴于虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界的實(shí)時(shí)交互,例如網(wǎng)上倉庫管理、網(wǎng)上電力調(diào)動以及網(wǎng)上生產(chǎn)控制等方面的應(yīng)用。虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界分離的狀況必將阻礙虛擬網(wǎng)絡(luò)世界的發(fā)展。NIT發(fā)展的一定程度,必然提出了網(wǎng)絡(luò)世界與物理世界融合的要求。近十年工業(yè)界提出了信息化必須與工業(yè)化結(jié)合,這種結(jié)合既給傳統(tǒng)工業(yè)的發(fā)展注入了活力,也為網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。NIT進(jìn)一步發(fā)展,必然會把應(yīng)用的觸角伸到現(xiàn)實(shí)物理世界,必然會把集中反映網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)物理世界的物品連接。這樣,自然就產(chǎn)生了物聯(lián)網(wǎng)的研究需求并且在倉儲和物流管理等應(yīng)用方面取得了顯著的效果,這些研究也促使國際電信聯(lián)盟在2005年提出的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略思想。物聯(lián)網(wǎng)最初是從連接物品的角度進(jìn)行研究的,自然會把與物品聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物品聯(lián)網(wǎng)的第一項(xiàng)技術(shù)就是物品的信息標(biāo)識,目前信息標(biāo)識技術(shù)中最為成熟并且得到廣泛應(yīng)用的是射頻標(biāo)識(RFID)技術(shù),它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于倉儲和物流;用于物品感知的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),由于具有標(biāo)識和感知物品的能力,也自然歸類于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。傳統(tǒng)的嵌入式技術(shù)的許多應(yīng)用就是駐留人造的物品內(nèi),通常也被歸類于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。這樣,在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界造成了一種誤解,似乎所有的信息技術(shù)都屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以包括所有的信息化技術(shù);有些學(xué)者從這些片面認(rèn)識中得出結(jié)論:物聯(lián)網(wǎng)沒有特殊的技術(shù),只是現(xiàn)有技術(shù)的集成。2.2物理世界與網(wǎng)絡(luò)世界的融合物聯(lián)網(wǎng)是否具有特定的技術(shù)?這需要從系統(tǒng)的角度客觀分析物聯(lián)網(wǎng)的定義和特征,而基于網(wǎng)絡(luò)世界與物理世界融合的概念模型是分析物聯(lián)網(wǎng)特征的較為客觀的方法。筆者認(rèn)為,網(wǎng)絡(luò)世界與物理世界融合涉及到三個(gè)層面(見圖2):技術(shù)層面、社會層面和系統(tǒng)層面,技術(shù)層面主要涉及到一些與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的技術(shù),例如RFID、傳感器網(wǎng)絡(luò)、CPS等;社會面主要涉及到網(wǎng)絡(luò)世界與物理世界融合的社會、經(jīng)濟(jì)、法律以及隱私保護(hù)相關(guān)的問題;系統(tǒng)層面涉及到網(wǎng)絡(luò)世界與物理世界融合的具體系統(tǒng),例如智能交通系統(tǒng)、智能電網(wǎng)系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)、智慧城市、智慧校園等。從物理世界與網(wǎng)絡(luò)世界融合的角度看,技術(shù)面涉及到的技術(shù)可以分成物品信息化的技術(shù),其中具有代表性的技術(shù)是信息材料技術(shù);物品信息傳感和物品行為控制技術(shù),其中具有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特征的是網(wǎng)絡(luò)化物理系統(tǒng)技術(shù);物品信息傳遞、處理和決策技術(shù),這是現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)不具備的技術(shù),是面向物理世界的虛擬網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù),可以稱為物理化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(PCS)。從物理世界與網(wǎng)絡(luò)世界融合的角度看出,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),例如智能交通系統(tǒng)、智能電網(wǎng)系統(tǒng)、智慧城市等,都是兩個(gè)世界融合形成的具體的系統(tǒng)。這種物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)僅僅是物理世界與網(wǎng)絡(luò)世界融合的一個(gè)側(cè)面,單純從物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)角度難以真正理解和把握物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)內(nèi)涵和核心技術(shù)。因?yàn)楝F(xiàn)在討論的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)僅僅是物理世界與網(wǎng)絡(luò)世界融合的結(jié)果,屬于兩個(gè)世界融合的表象。兩個(gè)世界融合需要涉及到一系列特有的技術(shù),因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)涉及到兩個(gè)世界融合的技術(shù),例如PCS技術(shù)、CPS技術(shù)、信息材料技術(shù)等,都是隱藏在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)后面的核心技術(shù),單純研究物理世界技術(shù)或網(wǎng)絡(luò)世界技術(shù)的研究人員未曾系統(tǒng)地研究和開發(fā)這類融合的技術(shù),必然出現(xiàn)研究方面的片面。物理世界與網(wǎng)絡(luò)世界融合涉及到一系列社會和法律層面的問題。因?yàn)樘摂M網(wǎng)絡(luò)世界已經(jīng)構(gòu)成了一個(gè)虛擬社會,這是一個(gè)現(xiàn)實(shí)社會的反映,既有光明的、積極的一面,又有黑暗的、消極的一面?，F(xiàn)實(shí)社會中犯罪活動,例如盜竊財(cái)產(chǎn)、商業(yè)欺詐等,在虛擬網(wǎng)絡(luò)社會也存在。這樣,如何取證、如何定罪,這在虛擬網(wǎng)絡(luò)社會是必須探討的問題?，F(xiàn)代社會是一個(gè)分層的社會;物理世界與網(wǎng)絡(luò)世界融合之后,這種分層的關(guān)系應(yīng)該如何處理?如何才能形成一個(gè)穩(wěn)定、核心的新型社會體系?兩個(gè)世界融合之后,應(yīng)該如何開展相關(guān)的經(jīng)濟(jì)活動,如何才能獲得合理、合法的收益?原來物理世界中的法律法規(guī),哪些可以繼續(xù)保留,哪些需要進(jìn)一步改進(jìn)?在兩個(gè)世界融合之后,個(gè)人和某個(gè)組織的隱私應(yīng)該如何保護(hù)?2.3網(wǎng)絡(luò)世界和現(xiàn)實(shí)世界的關(guān)聯(lián)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界的融合涉及到一個(gè)全新的經(jīng)濟(jì)模型,如果期望通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和開發(fā)能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步,就需要設(shè)計(jì)一個(gè)與物理世界和網(wǎng)絡(luò)世界相融合的經(jīng)濟(jì)模型,在這個(gè)經(jīng)濟(jì)模型中需要考慮網(wǎng)絡(luò)貨幣與現(xiàn)實(shí)貨幣的關(guān)聯(lián),網(wǎng)絡(luò)資源與現(xiàn)實(shí)資源的關(guān)聯(lián),以及網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)與現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)的關(guān)聯(lián)等問題。網(wǎng)絡(luò)貨幣和現(xiàn)實(shí)貨幣的關(guān)聯(lián),網(wǎng)絡(luò)貨幣是網(wǎng)絡(luò)世界度量價(jià)值的單位,現(xiàn)實(shí)貨幣是實(shí)現(xiàn)世界度量價(jià)值的單位,必須建立一個(gè)動態(tài)匯率調(diào)控機(jī)制,合理引導(dǎo)人類社會對網(wǎng)絡(luò)資源和現(xiàn)實(shí)資源的消耗,合理引導(dǎo)人類社會對網(wǎng)絡(luò)財(cái)富和現(xiàn)實(shí)財(cái)富的創(chuàng)造,真正通過物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營,促進(jìn)人類社會物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富的不斷增長。網(wǎng)絡(luò)資源與現(xiàn)實(shí)資源的關(guān)聯(lián),網(wǎng)絡(luò)資源需要占用巨大的現(xiàn)實(shí)資源,谷歌的數(shù)據(jù)中心耗電量巨大,這樣網(wǎng)絡(luò)世界的無效空轉(zhuǎn),必定會阻礙人類社會的持續(xù)發(fā)展;但是,谷歌數(shù)據(jù)中心的耗電量應(yīng)該遠(yuǎn)低于人類社會浪費(fèi)的電量。如何客觀地界定網(wǎng)絡(luò)資源與現(xiàn)實(shí)資源的關(guān)聯(lián),這需要對網(wǎng)絡(luò)世界和現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行全成本核算,在此基礎(chǔ)上才能保證物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營模式可以盈利。網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)與現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)的關(guān)聯(lián):傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)是吸引人眼球,吸引人時(shí)間,以此獲得盈利;而現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)則通過增值的“供應(yīng)-消費(fèi)”循環(huán)鏈取得盈利。物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營要取得盈利,必須打破網(wǎng)絡(luò)世界“永生”的模式,必須引入自然消費(fèi)的模式。這種經(jīng)濟(jì)模式是否可行,需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。3網(wǎng)絡(luò)管理體系網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)主要研究網(wǎng)絡(luò)的組成部件以及這些部件之間的相互關(guān)系。按照研究者關(guān)心的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的角度不同,可以劃分不同類型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。例如從網(wǎng)絡(luò)的功能角度看,可以得到網(wǎng)絡(luò)的功能分層體系結(jié)構(gòu);從網(wǎng)絡(luò)管理角度看,可以得到網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)。以下主要從物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)功能角度研究體系結(jié)構(gòu)。3.1物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)不同,不能簡單采用分層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)描述。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)本身是由三個(gè)維度構(gòu)成的一個(gè)系統(tǒng)(見圖3),這三個(gè)維度是信息物品、自主網(wǎng)絡(luò)、智能應(yīng)用。自主網(wǎng)絡(luò)表示這類網(wǎng)絡(luò)具有自配置、自愈合、自優(yōu)化、自保護(hù)能力,智能應(yīng)用表示這類應(yīng)用具有智能控制和處理能力,信息物品表示這些物品是可以標(biāo)識或感知其自身信息。這三個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的功能維度是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不具備的維度(包括自主網(wǎng)絡(luò)的維度),卻是連接物品的網(wǎng)絡(luò)必須具有的維度,否則,物聯(lián)網(wǎng)就無法滿足應(yīng)用的需求。信息物品、自主網(wǎng)絡(luò)與智能應(yīng)用三個(gè)功能部件的重疊部分就是具有全部物聯(lián)網(wǎng)特征的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),可以稱為物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施?，F(xiàn)實(shí)世界中沒有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)僅僅是一組連接物品的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總稱,例如智能交通系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、智慧城市可以統(tǒng)稱為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。這里的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施表示服務(wù)于具體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的支撐系統(tǒng),可以提供包括不同應(yīng)用領(lǐng)域的物品標(biāo)識、物品空間位置識別、物品數(shù)據(jù)特征驗(yàn)證和隱私保護(hù)等服務(wù),這個(gè)部分組成了公共物聯(lián)網(wǎng)的核心。物聯(lián)網(wǎng)是由物品連接構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),無法采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的單一的分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。物聯(lián)網(wǎng)首先需要包括物品的功能維度,這是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不具備的維度。連接到物聯(lián)網(wǎng)的物品可以稱為信息物品,這些物品具備的基本功能包括:具有電子標(biāo)識、可以傳遞信息;構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)需要連接多種物品,這類網(wǎng)絡(luò)至少具有自配置和自保護(hù)的功能,屬于一類自主網(wǎng)絡(luò);物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用都是與物品相關(guān)的應(yīng)用,這些應(yīng)用至少具備自動采集、傳遞和處理數(shù)據(jù),自動進(jìn)行例行的控制,屬于一類智能應(yīng)用。自主網(wǎng)絡(luò)屬于現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的高級形態(tài),一旦不進(jìn)行自配置、自愈合、自優(yōu)化和自保護(hù)的處理,則就簡化成為一般的網(wǎng)絡(luò),可以采用網(wǎng)絡(luò)分層模型描述;智能應(yīng)用如果完全通過人機(jī)交互界面進(jìn)行處理,則智能應(yīng)用也就可以簡化成為一般的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用;如果物聯(lián)網(wǎng)不再直接連接物品,而是通過人機(jī)交互界面輸入物品的信息,則也就不再需要標(biāo)識物品和自動傳遞物品信息。這樣,物聯(lián)網(wǎng)也就可以簡化成為一般的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可以采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。所以,現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)可以看作三個(gè)維度的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的特例。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)的三維體系結(jié)構(gòu)模型可以分析和評價(jià)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的特征,可以判斷一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否屬于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。例如一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)僅僅連接和感知了物品,但是,并不具有智能應(yīng)用,這就不屬于一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)。所以,傳感器網(wǎng)絡(luò)就不屬于一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng),它僅僅具有信息物品和自主網(wǎng)絡(luò)的特征。3.2功能組成部件物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)功能維度就是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的三類組成部件,這些組成部件通過具體的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián),例如通過智能交通系統(tǒng)或者智能電網(wǎng)可以關(guān)聯(lián)這三類組成部件,這樣,整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)立體的結(jié)構(gòu)(見圖4)。三類物聯(lián)網(wǎng)組成部件采用三個(gè)立柱表示,三個(gè)立柱的每個(gè)水平層面代表了一個(gè)具體的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),三個(gè)立柱重疊的公共部分就是貫通各個(gè)具體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。圖4表示了智能交通系統(tǒng)的層面和智能電網(wǎng)的層面,這兩個(gè)系統(tǒng)都是具體的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),各自具有信息物品、自主網(wǎng)絡(luò)與智能應(yīng)用三個(gè)維度的組成部件。例如智能交通系統(tǒng)的信息物品功能部件包括機(jī)動車、非機(jī)動車和行人的標(biāo)識以及這些物品的信息采集;自主網(wǎng)絡(luò)功能部件包括機(jī)動車、非機(jī)動車和行人的自主接入網(wǎng)絡(luò)、自主優(yōu)化網(wǎng)絡(luò);智能應(yīng)用功能部件包括車輛、行人智能導(dǎo)航,交通信號燈的自動控制。這些功能組成部件是智能交通系統(tǒng)中特有的,不同于智能電網(wǎng)中同類型的功能部件。物聯(lián)網(wǎng)不同于互聯(lián)網(wǎng),不存在通用的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),在實(shí)際應(yīng)用中可以看到智能交通系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、智能倉儲等系統(tǒng),這些系統(tǒng)可以抽象地稱為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。所以,物聯(lián)網(wǎng)必定是與應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的,在特定的應(yīng)用領(lǐng)域,可以具體定義、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)信息物品、自主網(wǎng)絡(luò)和智能應(yīng)用類的功能部件。物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中三類功能部件之間都存在相互的關(guān)系,這三類功能部件之間的相互關(guān)系不同于互聯(lián)網(wǎng)分層體系結(jié)構(gòu)定義的功能部件之間的相互關(guān)系,這三類功能部件之間以及不再是一個(gè)分層的服務(wù)調(diào)用和服務(wù)提供的關(guān)系。如圖5所示,信息物品需要依賴自主網(wǎng)絡(luò)提供的接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù),使得信息物品成為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以識別、可以訪問的物品;智能網(wǎng)絡(luò)需要依賴于自主網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)傳遞、遠(yuǎn)地服務(wù)訪問功能,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳遞和服務(wù)調(diào)用;自主網(wǎng)絡(luò)需要依賴信息物品的標(biāo)識,自動選擇相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議和配置協(xié)議,提供接入信息物品的服務(wù);自主網(wǎng)絡(luò)需要依賴智能應(yīng)用的需求,確定相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量以及可能的定制服務(wù);智能應(yīng)用需要依賴于信息物品的數(shù)據(jù)語義,進(jìn)行相關(guān)的處理和決策,確定對于信息物品的操作;信息物品依賴于智能應(yīng)用的需求,確定提供信息的類型以及可以執(zhí)行的相關(guān)操作。從以上對物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)組成的三類功能部件的相互之間關(guān)系可以看出,物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)具有如下特征:物品可標(biāo)識、應(yīng)用智能化、網(wǎng)絡(luò)自主化。3.3物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施類技術(shù)利用前面提出的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),可以研究物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施類技術(shù),它屬于物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù),是各類具體物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的支撐系統(tǒng),可以構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施類技術(shù)屬于三維物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中核心部分的支撐技術(shù),它是集成自主網(wǎng)絡(luò)、信息物品和智能應(yīng)用功能部件的關(guān)鍵技術(shù),是真正可以構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺,推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)體系。公共物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),例如智能交通系統(tǒng)、智能電網(wǎng)等,必須依賴于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施類技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施類技術(shù)目前是物聯(lián)網(wǎng)研究中尚未開墾的處女地,這方面存在諸多的理論問題和技術(shù)難點(diǎn),筆者在這方面僅僅展開了一些初步研究,需要國內(nèi)外同行在這方面進(jìn)一步開展深入的研究。筆者認(rèn)為,物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施類技術(shù)包括:(1)物品的統(tǒng)一標(biāo)識和標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù),包括全球統(tǒng)一的、面向各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的、物品統(tǒng)一標(biāo)識技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù),信息物品是這類技術(shù)的主要載體,標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)需要依賴于自主網(wǎng)絡(luò)。(2)物理化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù),包括支持現(xiàn)實(shí)世界空間坐標(biāo)系的網(wǎng)絡(luò)接入和網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù),支持現(xiàn)實(shí)世界統(tǒng)一時(shí)間體系的網(wǎng)絡(luò)操作技術(shù)等,自主網(wǎng)絡(luò)是這類技術(shù)的主要載體。(3)自主網(wǎng)絡(luò)技術(shù),包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的自配置、自愈合、自優(yōu)化和自保護(hù)的技術(shù),自主網(wǎng)絡(luò)是這類技術(shù)的主要載體。(4)網(wǎng)絡(luò)化物理系統(tǒng)技術(shù),包括聯(lián)網(wǎng)嵌入式軟件的實(shí)時(shí)處理技術(shù)、可靠處理技術(shù),這類技術(shù)的載體是智能應(yīng)用,屬于智能應(yīng)用的物理裝置端技術(shù)。(5)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合和決策技術(shù),包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多種數(shù)據(jù)的融合,多類數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)挖掘和實(shí)時(shí)決策技術(shù),這類技術(shù)的載體是智能應(yīng)用,屬于智能應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)側(cè)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施類技術(shù)真正是值得國家和地方政府值得高度關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù),在研究這類核心技術(shù)基礎(chǔ)上,可以進(jìn)一步研究和開發(fā)具有國家基礎(chǔ)設(shè)施特征的智能交通、智能電網(wǎng)和智慧城市等典型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),這樣,可以真正通過物聯(lián)網(wǎng)的研究和開發(fā),帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步。4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用域運(yùn)用以上提出的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),可以分析現(xiàn)有的系統(tǒng)哪些屬于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),哪些不屬于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),可以分析哪些技術(shù)屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),哪些技術(shù)不屬于或者不完全屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可以明確哪些物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和技術(shù)可以真正帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。按照物聯(lián)網(wǎng)的三維體系結(jié)構(gòu),物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)在特征是由信息物品、自主網(wǎng)絡(luò)和智能應(yīng)用組合而成的。物聯(lián)網(wǎng)必須涉及到物品,不能連接物品的網(wǎng)絡(luò)不能作為物聯(lián)網(wǎng);同樣,物聯(lián)網(wǎng)必須依賴于互聯(lián)網(wǎng),即使人類有足夠的財(cái)富和時(shí)間重新構(gòu)造一個(gè)獨(dú)立于現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng),如何能夠保證人們可以通過互聯(lián)網(wǎng)使用物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)?物聯(lián)網(wǎng)離不開互聯(lián)網(wǎng)的支撐;物聯(lián)網(wǎng)涉及到具體的物品,不同應(yīng)用類型的物品具有不同的標(biāo)識、信息采集和傳遞的方式,這樣,物聯(lián)網(wǎng)必定是面向不同應(yīng)用域的,只有識別了應(yīng)用域,采用具體研究物聯(lián)網(wǎng)。表1從物品、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用三個(gè)視圖比較物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和傳感器的差異。從表1的特征分析和比較可以看出:物聯(lián)網(wǎng)≠無線傳感器網(wǎng)絡(luò)+互聯(lián)網(wǎng)。表1中的“物品的標(biāo)識”表示是否具有對物品的標(biāo)識能力,互聯(lián)網(wǎng)不具備物品標(biāo)識能力,物聯(lián)網(wǎng)必須具有物品的唯一標(biāo)識能力,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可