物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)亟待突破 規(guī)模商用仍存挑戰(zhàn)
什么是物聯(lián)網(wǎng)?從技術(shù)角度該如何定義?中科院軟件所研究員、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)專業(yè)委員副主任孫利民給出了自己的理解,即:全面信息感知和獲取、無(wú)縫互聯(lián)與協(xié)同、高度智能化的新型網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。
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在孫利民看來,物聯(lián)網(wǎng)是具有標(biāo)識(shí)、感知和智能處理能力的物體基于通信技術(shù)相互連接形成的網(wǎng)絡(luò),這些物體可以在無(wú)需人工干預(yù)的條件下實(shí)現(xiàn)協(xié)同和互動(dòng),目的在于為人們提供智慧和集約的服務(wù)。
清華大學(xué)教授、清華大學(xué)儀器科學(xué)與技術(shù)研究所所長(zhǎng)王雪在接受記者采訪時(shí)稱,從技術(shù)層面來說,物聯(lián)網(wǎng)一定是多學(xué)科性質(zhì)的,“沒有哪個(gè)專業(yè)或者哪個(gè)專家就是研究物聯(lián)網(wǎng)的?!?nbsp;
南京大學(xué)教授、計(jì)算機(jī)系副主任陳貴海亦強(qiáng)調(diào),現(xiàn)在大家在談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)時(shí)有一個(gè)誤區(qū),把傳感網(wǎng)等同于物聯(lián)網(wǎng),或者認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)版?!捌鋵?shí),傳感網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)都只是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)組成部分,物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)大的技術(shù)系統(tǒng),它可以分解出很多子課題進(jìn)行研究?!标愘F海說。
脆弱的“五官”
傳感器是一種物理裝置或生物器官,能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件(如光、熱、濕度)或化學(xué)組成(如煙霧),并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。如果把物聯(lián)網(wǎng)比作人,那么傳感器就像人體的五官。
在王雪看來,目前在傳感器技術(shù)領(lǐng)域我國(guó)尚無(wú)話語(yǔ)權(quán)?!拔覈?guó)的傳感器芯片,從技術(shù)到制造工藝,都落后于美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家?!蓖跹┫蛴浾呓忉尩?,“傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),沒有它,物聯(lián)網(wǎng)就是無(wú)源之水、無(wú)本之木?!?nbsp;
據(jù)記者了解,像傳感器節(jié)點(diǎn)的供電問題,就是目前無(wú)線傳感網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中亟待解決的一大技術(shù)難點(diǎn)。陳貴海向記者介紹,現(xiàn)在一般的傳感器壽命大概是幾個(gè)星期的時(shí)間,壽命最長(zhǎng)的據(jù)說有7至8年,已算是很大的突破。
“目前對(duì)無(wú)線傳感器的供電研究主要集中在太陽(yáng)能供電、電磁波供電以及嵌入微納發(fā)電機(jī)供電。”陳貴海表示,“但目前都存在著這樣那樣的問題,沒有取得突破性進(jìn)展。并且,這些傳感器的造價(jià)都不菲,距離大規(guī)模商用還有待時(shí)日?!?nbsp;
中科院計(jì)算所研究員、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)傳感器網(wǎng)絡(luò)專業(yè)委員會(huì)秘書長(zhǎng)崔莉在接受記者采訪時(shí)也談到了傳感器節(jié)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中遇到的困難。據(jù)介紹,2005年起中科院計(jì)算所和故宮博物院合作實(shí)施了傳感器網(wǎng)絡(luò)在文物保護(hù)中的應(yīng)用,概言之,就是利用傳感器節(jié)點(diǎn)獲取文物展陳所處環(huán)境的溫度、濕度等數(shù)據(jù),然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。該系統(tǒng)獲得了故宮博物院有關(guān)專家的好評(píng)。
“但這僅僅是在室內(nèi)的條件下,而且一個(gè)殿內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)只有幾十個(gè)。如果換到室外的甚至惡劣的應(yīng)用條件下,傳感器節(jié)點(diǎn)有成百上千個(gè)時(shí),那將會(huì)面臨一系列新問題?!贝蘩蚪忉尩溃氨热缒硞€(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)失效是否會(huì)影響整個(gè)傳感網(wǎng)連通的問題,比如對(duì)‘熱節(jié)點(diǎn)’的保護(hù)問題等等。”
萬(wàn)物如何通信?
未來的物聯(lián)網(wǎng)上,所有的物體都要求具備智能、能夠互動(dòng),包括人與人、物與物、人與物之間都能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交流。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系的建設(shè)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
下一代互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室主任、北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院執(zhí)行院長(zhǎng)張宏科認(rèn)為,現(xiàn)有的電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和傳感網(wǎng)都只是為了原始的業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的,所以在其他業(yè)務(wù)的承載方面不盡如人意,“我們希望未來有一種主要的網(wǎng)絡(luò),能完成萬(wàn)物之間的信息交流?!睆埡昕票硎尽?nbsp;
一個(gè)普遍樂觀的看法是,未來的物聯(lián)網(wǎng)會(huì)給每一個(gè)聯(lián)網(wǎng)的物體分配一個(gè)IPv6地址進(jìn)行通信,“哪怕是一粒沙子”。
對(duì)此張宏科表示,IPv6在技術(shù)上比較好地解決了IPv4的問題,包括安全性、移動(dòng)性、質(zhì)量上都有了改善,是一個(gè)相對(duì)比較好的技術(shù)?!暗俏腋杏X它也存在很大的危機(jī)?!睆埡昕普f,“IPv6設(shè)計(jì)的時(shí)候仍是以固定有線網(wǎng)為主設(shè)計(jì)的,要在無(wú)線移動(dòng)環(huán)境下應(yīng)用是比較困難的。實(shí)際上不管IPv4還是 IPv6地址,均具有雙重性,既有位置信息也有用戶信息,把它們捆綁在一起,安全性、移動(dòng)性天生就帶來重大弊端。”
此外,陳貴海在接受記者采訪時(shí)也曾表示,傳感網(wǎng)末梢節(jié)點(diǎn)需要的是“輕量級(jí)”通信協(xié)議,其根本無(wú)法承載IPv6。
在“2009無(wú)線技術(shù)世界暨物聯(lián)網(wǎng)國(guó)際高峰會(huì)議”上張宏科提出,未來的網(wǎng)絡(luò)將設(shè)計(jì)成2層模型,上面是應(yīng)用服務(wù),下面是基礎(chǔ)設(shè)施?;A(chǔ)設(shè)施層完成交換路由傳輸,相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)層面。物聯(lián)網(wǎng)是在網(wǎng)絡(luò)層面進(jìn)行各種的應(yīng)用。
“這就是未來網(wǎng)絡(luò)整體的工作基點(diǎn),我們希望有基礎(chǔ)的支持未來的普適的網(wǎng)絡(luò)?!睆埡昕票硎?。
并非萬(wàn)能的云計(jì)算
隨著海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的需求日益擴(kuò)大,云計(jì)算開始成為顯學(xué)逐漸被公眾所知曉;而在未來的物聯(lián)網(wǎng)上,同樣面臨傳感器測(cè)量到的海量數(shù)據(jù)如何處理問題,云計(jì)算技術(shù)也當(dāng)仁不讓地成為了物聯(lián)網(wǎng)之“腦”。
不過,在Gartner公司的兩名分析師JayHeiser和MarkNicolett共同撰寫的《評(píng)估云計(jì)算的安全風(fēng)險(xiǎn)》報(bào)告中,則列出了云計(jì)算存在的許多危險(xiǎn)因素。分析師們指出,在采用云計(jì)算時(shí)要睜大眼睛,完全明白相關(guān)風(fēng)險(xiǎn),并且采取必要的防范措施來確保安全,這是由于云計(jì)算具有“黑盒子” 的性質(zhì),充滿了未知因素。
而對(duì)于云計(jì)算的計(jì)算能力,王雪指出,對(duì)于像天氣預(yù)報(bào)這樣要求精確預(yù)報(bào)未來天氣情況的應(yīng)用場(chǎng)景,云計(jì)算技術(shù)其實(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
實(shí)際上,海量數(shù)據(jù)計(jì)算只是物聯(lián)網(wǎng)信息處理技術(shù)的一個(gè)方面,在如何使測(cè)量信號(hào)變?yōu)橛袃r(jià)值的信息過程中,涉及到很多不同的處理技術(shù)。
為了向記者解釋清楚,崔莉舉了“智能交通”的例子。“假如在一條雙車道上,有兩輛汽車同時(shí)并排而過,那么我們?nèi)绾螠?zhǔn)確判斷汽車的數(shù)量?”崔莉接著解釋道,“不要小看這個(gè)細(xì)節(jié),它其實(shí)就涉及到傳感網(wǎng)中的信號(hào)采集和協(xié)同信息處理技術(shù)。不解決好類似這樣的技術(shù)點(diǎn),‘智能交通’系統(tǒng)就是空中樓閣。”
“板凳要做十年冷”
“實(shí)際上傳感網(wǎng)的研究從上世紀(jì)90年代末開始,就一直是學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn),并且我們也一直在致力于學(xué)術(shù)研究和技術(shù)應(yīng)用推廣?!贝蘩虮硎?,“通過這些年的研究和實(shí)踐,我深刻地感受到,雖然已經(jīng)有不少小規(guī)模應(yīng)用的范例,但傳感器網(wǎng)絡(luò)目前距離大規(guī)模的行業(yè)應(yīng)用,仍面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn)?!?nbsp;
而在孫利民看來,隨著產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的大規(guī)模展開,隨著感知的數(shù)據(jù)和信息處理的海量化,一些現(xiàn)在沒有預(yù)見到的問題也將陸續(xù)浮出水面,“那就是產(chǎn)業(yè)界給學(xué)術(shù)界提出的課題,反過來會(huì)促進(jìn)我們研究的深入?!?nbsp;
所以孫利民認(rèn)為,在未來10年、20年或者更長(zhǎng)的時(shí)間里,中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的大發(fā)展,有賴于產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界的良性互動(dòng),“目前成熟的技術(shù)就可以展開商用,應(yīng)用的規(guī)模越大,涉及的行業(yè)越多,越有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)盲點(diǎn),我們?cè)賮斫M織研究集中攻克,這是一條現(xiàn)實(shí)可行的發(fā)展之路?!睂O利民表示。
而在另一方面,對(duì)于大家當(dāng)下對(duì)物聯(lián)網(wǎng)投入極大的熱情,王雪表示這對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展大有助益,但他同時(shí)也強(qiáng)調(diào),今后關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)中如果遇到困難,那時(shí)大家是否還能繼續(xù)關(guān)注并花更大的人力物力去解決困難,尤其值得警惕。
“人工智能技術(shù)也曾經(jīng)很熱,跟今天的物聯(lián)網(wǎng)一樣;但是后來人工智能的研究遇到了一些困難,現(xiàn)在學(xué)術(shù)界仍處于潛心研究階段?!蓖跹┙o記者舉了一個(gè)例子,“‘板凳要做十年冷’,所以溫家寶總理才會(huì)強(qiáng)調(diào)‘著力突破物聯(lián)網(wǎng)及無(wú)線傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)’,意義就在這里?!?nbsp;
物聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展,需要社會(huì)各界的共同參與。王雪表示,打造一個(gè)公開公平公正的科研體制和用人機(jī)制,能夠充分調(diào)動(dòng)起各方面的積極性和創(chuàng)造性,可以最大限度的人盡其才,也是保證我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展高水平的關(guān)鍵因素。