物聯網關鍵技術亟待突破 規模商用仍存挑戰
什么是物聯網?從技術角度該如何定義?中科院軟件所研究員、中國計算機學會傳感器網絡專業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、無縫互聯與協同、高度智能化的新型網絡形態。
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在孫利民看來,物聯網是具有標識、感知和智能處理能力的物體基于通信技術相互連接形成的網絡,這些物體可以在無需人工干預的條件下實現協同和互動,目的在于為人們提供智慧和集約的服務。
清華大學教授、清華大學儀器科學與技術研究所所長王雪在接受記者采訪時稱,從技術層面來說,物聯網一定是多學科性質的,“沒有哪個專業或者哪個專家就是研究物聯網的。”
南京大學教授、計算機系副主任陳貴海亦強調,現在大家在談論物聯網時有一個誤區,把傳感網等同于物聯網,或者認為物聯網是互聯網的演進版。“其實,傳感網和互聯網都只是物聯網的一個組成部分,物聯網是一個大的技術系統,它可以分解出很多子課題進行研究。”陳貴海說。
脆弱的“五官”
傳感器是一種物理裝置或生物器官,能夠探測、感受外界的信號、物理條件(如光、熱、濕度)或化學組成(如煙霧),并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。如果把物聯網比作人,那么傳感器就像人體的五官。
在王雪看來,目前在傳感器技術領域我國尚無話語權。“我國的傳感器芯片,從技術到制造工藝,都落后于美國等發達國家。”王雪向記者解釋道,“傳感器是物聯網的基礎,沒有它,物聯網就是無源之水、無本之木。”
據記者了解,像傳感器節點的供電問題,就是目前無線傳感網在實際應用中亟待解決的一大技術難點。陳貴海向記者介紹,現在一般的傳感器壽命大概是幾個星期的時間,壽命最長的據說有7至8年,已算是很大的突破。
“目前對無線傳感器的供電研究主要集中在太陽能供電、電磁波供電以及嵌入微納發電機供電。”陳貴海表示,“但目前都存在著這樣那樣的問題,沒有取得突破性進展。并且,這些傳感器的造價都不菲,距離大規模商用還有待時日。”
中科院計算所研究員、中國計算機學會傳感器網絡專業委員會秘書長崔莉在接受記者采訪時也談到了傳感器節點在實際應用中遇到的困難。據介紹,2005年起中科院計算所和故宮博物院合作實施了傳感器網絡在文物保護中的應用,概言之,就是利用傳感器節點獲取文物展陳所處環境的溫度、濕度等數據,然后對這些數據進行無線傳輸實現監控。該系統獲得了故宮博物院有關專家的好評。
“但這僅僅是在室內的條件下,而且一個殿內傳感器節點只有幾十個。如果換到室外的甚至惡劣的應用條件下,傳感器節點有成百上千個時,那將會面臨一系列新問題。”崔莉解釋道,“比如某個傳感器節點失效是否會影響整個傳感網連通的問題,比如對‘熱節點’的保護問題等等。”
萬物如何通信?
未來的物聯網上,所有的物體都要求具備智能、能夠互動,包括人與人、物與物、人與物之間都能通過網絡進行交流。這對網絡體系的建設提出了嚴峻的挑戰。
下一代互聯網互聯設備國家工程實驗室主任、北京郵電大學網絡技術研究院執行院長張宏科認為,現有的電信網、互聯網、有線電視網和傳感網都只是為了原始的業務而設計的,所以在其他業務的承載方面不盡如人意,“我們希望未來有一種主要的網絡,能完成萬物之間的信息交流。”張宏科表示。
一個普遍樂觀的看法是,未來的物聯網會給每一個聯網的物體分配一個IPv6地址進行通信,“哪怕是一粒沙子”。
對此張宏科表示,IPv6在技術上比較好地解決了IPv4的問題,包括安全性、移動性、質量上都有了改善,是一個相對比較好的技術。“但是我感覺它也存在很大的危機。”張宏科說,“IPv6設計的時候仍是以固定有線網為主設計的,要在無線移動環境下應用是比較困難的。實際上不管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、移動性天生就帶來重大弊端。”
此外,陳貴海在接受記者采訪時也曾表示,傳感網末梢節點需要的是“輕量級”通信協議,其根本無法承載IPv6。
在“2009無線技術世界暨物聯網國際高峰會議”上張宏科提出,未來的網絡將設計成2層模型,上面是應用服務,下面是基礎設施。基礎設施層完成交換路由傳輸,相當于網絡層面。物聯網是在網絡層面進行各種的應用。
“這就是未來網絡整體的工作基點,我們希望有基礎的支持未來的普適的網絡。”張宏科表示。
并非萬能的云計算
隨著海量數據存儲和處理的需求日益擴大,云計算開始成為顯學逐漸被公眾所知曉;而在未來的物聯網上,同樣面臨傳感器測量到的海量數據如何處理問題,云計算技術也當仁不讓地成為了物聯網之“腦”。
不過,在Gartner公司的兩名分析師JayHeiser和MarkNicolett共同撰寫的《評估云計算的安全風險》報告中,則列出了云計算存在的許多危險因素。分析師們指出,在采用云計算時要睜大眼睛,完全明白相關風險,并且采取必要的防范措施來確保安全,這是由于云計算具有“黑盒子” 的性質,充滿了未知因素。
而對于云計算的計算能力,王雪指出,對于像天氣預報這樣要求精確預報未來天氣情況的應用場景,云計算技術其實還遠遠不夠。
實際上,海量數據計算只是物聯網信息處理技術的一個方面,在如何使測量信號變為有價值的信息過程中,涉及到很多不同的處理技術。
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,有兩輛汽車同時并排而過,那么我們如何準確判斷汽車的數量?”崔莉接著解釋道,“不要小看這個細節,它其實就涉及到傳感網中的信號采集和協同信息處理技術。不解決好類似這樣的技術點,‘智能交通’系統就是空中樓閣。”
“板凳要做十年冷”
“實際上傳感網的研究從上世紀90年代末開始,就一直是學術界的熱點,并且我們也一直在致力于學術研究和技術應用推廣。”崔莉表示,“通過這些年的研究和實踐,我深刻地感受到,雖然已經有不少小規模應用的范例,但傳感器網絡目前距離大規模的行業應用,仍面臨很多技術挑戰。”
而在孫利民看來,隨著產業應用的大規模展開,隨著感知的數據和信息處理的海量化,一些現在沒有預見到的問題也將陸續浮出水面,“那就是產業界給學術界提出的課題,反過來會促進我們研究的深入。”
所以孫利民認為,在未來10年、20年或者更長的時間里,中國物聯網的大發展,有賴于產業界與學術界的良性互動,“目前成熟的技術就可以展開商用,應用的規模越大,涉及的行業越多,越有利于及時發現盲點,我們再來組織研究集中攻克,這是一條現實可行的發展之路。”孫利民表示。
而在另一方面,對于大家當下對物聯網投入極大的熱情,王雪表示這對物聯網的發展大有助益,但他同時也強調,今后關鍵技術的攻關中如果遇到困難,那時大家是否還能繼續關注并花更大的人力物力去解決困難,尤其值得警惕。
“人工智能技術也曾經很熱,跟今天的物聯網一樣;但是后來人工智能的研究遇到了一些困難,現在學術界仍處于潛心研究階段。”王雪給記者舉了一個例子,“‘板凳要做十年冷’,所以溫家寶總理才會強調‘著力突破物聯網及無線傳感網關鍵技術’,意義就在這里。”
物聯網的可持續發展,需要社會各界的共同參與。王雪表示,打造一個公開公平公正的科研體制和用人機制,能夠充分調動起各方面的積極性和創造性,可以最大限度的人盡其才,也是保證我國物聯網發展高水平的關鍵因素。



