关于作者
一个毕业于北京大学数学力学系，在中国科学院计算所、计算中心和网络中心工作过，在澳大利亚科工组织DMS、香港浸会学院数学系和中国21世纪议程管理中心等处工作过，多次获国家和中科院科技奖并享受政府特殊津贴的退休老头。现在在【中国科普博览】网“科学新语林”栏目里开设一个《数学与计算机》的个人专栏，愿和爱好数学与计算机的各界网友和青少年朋友，谈谈对数学与计算机的看法、想法。
物联网（1）
张建中
2012年10月23日
1、什么是物联网？
2、物联网的发展简史
3、物联网的核心技术
毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。然而，不谈什么隐私权和辐射等问题，单把所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。人们正走向“物联网”时代，但这个过程可能需要很长很长的时间。
2004年日本总务省提出 u-Japan 构想，希望在2010 年将日本建设成一个 “Anytime,Anywhere,Anything,Anyone”都可以上网的环境。同年，韩国政府制定了u-Korea 战略，韩国信通部发布的《数字时代的人本主义：IT839 战略》以具体呼应 u-Korea。
2005年11月在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU 互联网报告2005：物联网》，报告指出，无所不在的 “物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行信息交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术等将得到更加广泛的应用。
2009年6月欧盟委员会提出针对物联网行动方案，方案明确表示在技术层面将给予大量资金支持，在政府管理层面将提出与现有法规相适应的网络监管方案。
2009年8月温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时明确指示要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，并且明确要求尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。目前，经国家标准化管理委员会批准，全国信息技术标准化技术委员会组建了传感器网络标准工作组，标准工作组现聚集了中国科学院、中国移动通信集团公司等国内传感网主要的技术研究和应用单位。
2011年11月,中国工业和信息化部制定并发布了2011-2015 年《物联网“十二五”发展规划》,以加快物联网发展，培育和壮大新一代信息技术产业。《发展规划》提出了“十二五”期间物联网发展的八项主要任务，包括大力攻克核心技术、加快构建标准体系、协调推进产业发展、着力培育骨干企业、积极开展应用示范、合理规划区域布局、加强信息安全保障、提升公共服务能力等。
RFID 系统主要由数据采集和后台数据库网络应用系统两大部分组成，作为物联网中最为重要核心技术，对物联网的发展起着至为重要的作用。但RFID 目前仍然面临着诸多问题有待解决。RFID存在诸多国际标准，如影响力最大的 EPC Global 标准,支持各频段的 ISO/IEC 标准,以及日本本土制造商 SONY，NEC 等支持的 UID 标准。各国际标准间互不兼容，导致 RFID 应用难以大范围内推广。目前，欧盟下的 GRIFS 项目致力于各 RFID 标准开发机构间相互合作。RFID 的标签成本仍然过高和中国自主制定的 RFID 标准推广问题都成为制约物联网的瓶颈。除此之外，目前 RFID 应用集中为闭环市场，集中于医疗，军工等，到普及的开环市场还有一段时日。
WSN是wireless sensor network的简称，即无线传感器网络，由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。传感器网络将能扩展人们与现实世界进行远程交互的能力。无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有展开速度快、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。美国商业周刊和 MIT 技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一。
WSN 网络通常分为物理层、MAC 层、网络层、传输层，应用层。物理层定义 WSN 中的 Sink, Node 间的通信物理参数，使用哪个频段，使用何种信号调制解调方式等。MAC 层定义各节点的初始化，通过收发 beacon, request, associate 等消息完成自身网络定义，同时定义的MAC 帧的调试策略，避免20多个收发节点间的通信冲突。在网络层，完成逻辑路由信息采集，使收发网络包裹能够按照不同策略通过使用最优化路径到达目标节点。传输层提供包裹传输的可靠性，为应用层提供入口。应用层最终将收集后的节点信息整合处理，满足不同应用程序计算需要。
2、物联网的发展简史
3、物联网的核心技术
1、什么是物联网？
物联网（Internet of Things，简记为IoT），通俗地讲就是“物物相连的互联网”，也就是将各种信息传感设备通过互联网把物品与物品结合起来而形成的一个巨大网络，所以在我国也称其为传感网。“物联网”含如下两层意思：第一，物联网是互联网的延伸和扩展，其核心和基础仍然是互联网；第二，其用户端不仅仅是个人，还包括任何物品。
物联网示意图
物联网把新一代 IT 技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制；在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。然而，不谈什么隐私权和辐射等问题，单把所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。人们正走向“物联网”时代，但这个过程可能需要很长很长的时间。
2、物联网的发展简史
1999年MIT Auto-ID Center 提出“物联网”的概念，即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。2004年日本总务省提出 u-Japan 构想，希望在2010 年将日本建设成一个 “Anytime,Anywhere,Anything,Anyone”都可以上网的环境。同年，韩国政府制定了u-Korea 战略，韩国信通部发布的《数字时代的人本主义：IT839 战略》以具体呼应 u-Korea。
2005年11月在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU 互联网报告2005：物联网》，报告指出，无所不在的 “物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行信息交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术等将得到更加广泛的应用。
国际电信联盟
2008年11月IBM提出“智慧地球”概念，即“互联网 + 物联网 = 智慧地球”，以此做为经济振兴战略。如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。2009年6月欧盟委员会提出针对物联网行动方案，方案明确表示在技术层面将给予大量资金支持，在政府管理层面将提出与现有法规相适应的网络监管方案。
2009年8月温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时明确指示要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，并且明确要求尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。目前，经国家标准化管理委员会批准，全国信息技术标准化技术委员会组建了传感器网络标准工作组，标准工作组现聚集了中国科学院、中国移动通信集团公司等国内传感网主要的技术研究和应用单位。
2011年11月,中国工业和信息化部制定并发布了2011-2015 年《物联网“十二五”发展规划》,以加快物联网发展，培育和壮大新一代信息技术产业。《发展规划》提出了“十二五”期间物联网发展的八项主要任务，包括大力攻克核心技术、加快构建标准体系、协调推进产业发展、着力培育骨干企业、积极开展应用示范、合理规划区域布局、加强信息安全保障、提升公共服务能力等。
3、物联网的核心技术
物联网核心技术包括射频识别（RFID）装置、WSN 网络、红外感应器、全球定位系统、Internet与移动网络，网络服务，行业应用软件。在这些技术当中，又以底层嵌入式设备芯片开发最为关键，引领整个行业的上游发展，以下我们着重介绍RFID技术和WSN技术。
物联网的核心技术
3.1 RFID装置RFID 系统主要由数据采集和后台数据库网络应用系统两大部分组成，作为物联网中最为重要核心技术，对物联网的发展起着至为重要的作用。但RFID 目前仍然面临着诸多问题有待解决。RFID存在诸多国际标准，如影响力最大的 EPC Global 标准,支持各频段的 ISO/IEC 标准,以及日本本土制造商 SONY，NEC 等支持的 UID 标准。各国际标准间互不兼容，导致 RFID 应用难以大范围内推广。目前，欧盟下的 GRIFS 项目致力于各 RFID 标准开发机构间相互合作。RFID 的标签成本仍然过高和中国自主制定的 RFID 标准推广问题都成为制约物联网的瓶颈。除此之外，目前 RFID 应用集中为闭环市场，集中于医疗，军工等，到普及的开环市场还有一段时日。
FRID系统
3.2 WSN技术WSN是wireless sensor network的简称，即无线传感器网络，由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。传感器网络将能扩展人们与现实世界进行远程交互的能力。无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有展开速度快、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。美国商业周刊和 MIT 技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一。
WSN 网络通常分为物理层、MAC 层、网络层、传输层，应用层。物理层定义 WSN 中的 Sink, Node 间的通信物理参数，使用哪个频段，使用何种信号调制解调方式等。MAC 层定义各节点的初始化，通过收发 beacon, request, associate 等消息完成自身网络定义，同时定义的MAC 帧的调试策略，避免20多个收发节点间的通信冲突。在网络层，完成逻辑路由信息采集，使收发网络包裹能够按照不同策略通过使用最优化路径到达目标节点。传输层提供包裹传输的可靠性，为应用层提供入口。应用层最终将收集后的节点信息整合处理，满足不同应用程序计算需要。