郭劍平

(中國中輕國際工程有限公司，北京100000)

1999年，美國召開的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議上提出了“物聯(lián)網(wǎng)”(The Internet of things)這個(gè)概念，即刻在世界范圍內(nèi)引起了極大地轟動(dòng).國家間、企業(yè)間、產(chǎn)業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)格局，即刻間發(fā)生了重大動(dòng)蕩和變化.十年后，美國總統(tǒng)奧巴馬在召開的一次“圓桌會(huì)議”上，又首次提出了“智慧地球”的概念，并將物聯(lián)網(wǎng)上升為:振興美國經(jīng)濟(jì)兩大重點(diǎn)之一、國家創(chuàng)新戰(zhàn)略重點(diǎn)之一.同年，溫家寶總理也提出了要“感知中國”，將物聯(lián)網(wǎng)正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，并寫入了“政府工作報(bào)告”.隨后，歐盟制定了促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的十四點(diǎn)行動(dòng)計(jì)劃;日本制定了U－Japan計(jì)劃.發(fā)達(dá)國家在加大力度發(fā)展傳感器核心芯片、嵌入式操作系統(tǒng)、智能計(jì)算等技術(shù)的同時(shí)，加快物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，在日趨激烈的國際競(jìng)爭(zhēng)中，搶奪先機(jī)，以求占盡優(yōu)勢(shì)，提升本國的地位.

物聯(lián)網(wǎng)究其實(shí)質(zhì)是:繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信之后，集編碼技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)、云計(jì)算技術(shù)、嵌入式技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、納米技術(shù)、傳感器等技術(shù)之大成，而構(gòu)建的一個(gè)、全球物品信息實(shí)時(shí)共享的、實(shí)物聯(lián)網(wǎng)的智能化技術(shù)網(wǎng)絡(luò).是將識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控、管理為一體的，滿足現(xiàn)實(shí)需要及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的局域網(wǎng)、專用網(wǎng).簡(jiǎn)言之，物聯(lián)網(wǎng)展現(xiàn)的是一個(gè)充滿智能的世界.其市場(chǎng)規(guī)模之巨大、涉及產(chǎn)業(yè)群之眾、產(chǎn)業(yè)鏈之長(zhǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域之廣泛，是所有技術(shù)都不可比擬的、最具發(fā)展?jié)摿Φ默F(xiàn)代化技術(shù)!使下個(gè)世紀(jì)人類面臨著一個(gè)前所未有的發(fā)展機(jī)遇!是“全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的技術(shù)動(dòng)力”!“新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)”!這必將催化世界生產(chǎn)力的巨大變革、注定會(huì)從根本上引起經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、社會(huì)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的深度變革;也必將引起各國重新構(gòu)造建和重塑本國家長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)的社會(huì)新模式.

近十多年來，我國積極采取各項(xiàng)政策措施，致力于關(guān)鍵核心技術(shù)的突破，加強(qiáng)國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定，推動(dòng)九大典型應(yīng)用示范.已取得了500項(xiàng)以上重要研究成果，200項(xiàng)以上國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);培育和發(fā)展了10個(gè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，100多家骨干企業(yè)，形成了一個(gè)門類齊全、布局合理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、完善的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系.

同時(shí)，“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”、“物聯(lián)網(wǎng)世界”、“物聯(lián)網(wǎng)世界門戶網(wǎng)站”、“物聯(lián)中國”、“國脈物聯(lián)網(wǎng)”等主流媒體也相繼問世;北京郵電大學(xué)、南京郵電大學(xué)，作為“感知中國”中心，圍繞著計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)多媒體、無線通信、光通信、傳感網(wǎng)、以及電子、自動(dòng)化等技術(shù)領(lǐng)域，加緊研發(fā)和人才培養(yǎng);江南大學(xué)也于2010年，組建了全國第一所“物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院”，為提升戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)以最快的速度培養(yǎng)人才.為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的需求，中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通“三網(wǎng)合一“已成定勢(shì)，并分別向工信產(chǎn)業(yè)部申請(qǐng)了物聯(lián)網(wǎng)專用號(hào)段一萬多，號(hào)碼數(shù)量均可達(dá)一億以上.所有這一切，必將推動(dòng)我國在國防軍事、工業(yè)與自動(dòng)化、智能交通、智能電網(wǎng)、智能物流、智能家居、醫(yī)療保健、金融服務(wù)、環(huán)境與安全檢測(cè)等重點(diǎn)領(lǐng)域，有更加廣泛的應(yīng)用和長(zhǎng)足的發(fā)展.

物聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)角度來看，涵蓋了:由各種私有網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)及云計(jì)算平臺(tái)等組成的傳輸層;由輸入、輸出接口、控制終端、電腦、手機(jī)等組成的應(yīng)用層;以及由各類傳感器、各種編碼、RFID標(biāo)簽和讀寫器等終端組成的感知層.下面就物聯(lián)網(wǎng)的幾個(gè)環(huán)節(jié)做一簡(jiǎn)單分析探討.

(1)關(guān)于云計(jì)算(cloud computing)問題:云計(jì)算把大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，對(duì)傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，改變對(duì)象的行為進(jìn)行控制和反饋，使得數(shù)以億計(jì)的各類物品，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理，即是說完成物聯(lián)網(wǎng)的智能處理.目前，IBM的藍(lán)云、亞馬遜的Ainazon EC2、谷歌的 Google AppEngine、微軟的windons Azure就是四款較成熟實(shí)用的產(chǎn)品.其他新產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)，方案逐漸完善，計(jì)算日趨成熟.

(2)關(guān)于HTML數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)問題:三網(wǎng)合一之后，擴(kuò)展了路由和尋址能力、增加了身份驗(yàn)證、提高了數(shù)據(jù)一致性和保密性、有更高帶寬的IPv6，已取代了IPv 4技術(shù);物聯(lián)網(wǎng)很多不能運(yùn)行IP stack的低層通信介質(zhì)，通過UID等軟件標(biāo)準(zhǔn)得以解決.至于數(shù)據(jù)表達(dá)、交換、處理標(biāo)準(zhǔn)(TML標(biāo)準(zhǔn))，國外已有ONS/ PML標(biāo)準(zhǔn)、NGTP標(biāo)準(zhǔn)，以及EDDL、M2MXML等;傳感層的數(shù)據(jù)格式和模型亦有Sensor ML、IRIG、TEDS等，都解決得較好.我們將這些標(biāo)準(zhǔn)融合，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的HTML物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，是很快可以實(shí)現(xiàn)的.

(3)關(guān)于M2M(Machine to machine)技術(shù)問題:機(jī)器到機(jī)器通信是物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用形式，它巨大的發(fā)展平臺(tái)涵蓋著農(nóng)業(yè)、金融、市政、物業(yè)、生活等各個(gè)方面.據(jù)有關(guān)報(bào)道，移動(dòng)的M2M終端達(dá)到300萬臺(tái)，南方電網(wǎng)、北京、重慶已安裝了104萬臺(tái)無線電表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，江西2萬臺(tái)電力變壓器運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，電信的M2M通信協(xié)議(MDMP也進(jìn)入了2.0版本開發(fā)，這一切都說明了M2M技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)已日趨成熟.

(4)關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)問題:無線網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)“無線城市”的重要環(huán)節(jié).據(jù)報(bào)道，移動(dòng)發(fā)布的“宜居通”，實(shí)現(xiàn)了TD—SCDMA無線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合.不但可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)距離遙控，完成設(shè)防、撤防，又可完成一般通信、并具有無線上網(wǎng)等功能.它代表了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)、寬帶的無線通信網(wǎng)絡(luò).只要發(fā)揮TD優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)無線傳感網(wǎng)與TD網(wǎng)的融合，構(gòu)建起適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的GPRS/TD/SWSN(無線傳感網(wǎng))融合的網(wǎng)絡(luò)，是不需要多長(zhǎng)的時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)的.

(5)關(guān)于編碼技術(shù)問題:二維條形碼到目前為止，應(yīng)用已十分廣泛，隨處可見，技術(shù)已經(jīng)成熟.主要針對(duì)物流領(lǐng)域的EPC編碼(64位、96位、256位的ID編碼)，已形成具有可視性、可編性，較成熟的集成框架——EPC網(wǎng)絡(luò).技術(shù)難度不大，也已得到較全面的解決.

(6)關(guān)于中間件(Savan)技術(shù);中間件(Middleware)是物聯(lián)網(wǎng)的核心.介于RFID閱讀器與企業(yè)應(yīng)用之間的中間件Savan技術(shù)，在完成對(duì)企業(yè)應(yīng)用中的閱讀器讀取標(biāo)簽的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾匯集、計(jì)算等操作過程中，大大減少從閱讀器傳往企業(yè)的數(shù)據(jù)量，提升了準(zhǔn)確度.它所提供與ONS、PLM服務(wù)器及其他Savant互操作功能，亦容易得到徹底解決.

(7)關(guān)于射頻識(shí)別(RFID)技術(shù):物聯(lián)網(wǎng)的信息采集、模式識(shí)別的RFID技術(shù)，在已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，完成對(duì)多類傳感器提供的海量信息完成接收、識(shí)別、轉(zhuǎn)換，處理成適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式，正確無誤地，及時(shí)傳送到分布式處理中心，或IDC集中處理中心.前述的條形碼、EPC編碼所代表的物體的“智能標(biāo)簽”，就是通過RFID進(jìn)行識(shí)別、讀取的.它是物聯(lián)網(wǎng)的門戶、信息的入口通道.RFID中有很多已是成熟技術(shù)，進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用也不是比較容易.

(8)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)終端問題:終端連接的是傳感器和傳輸層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、加工、轉(zhuǎn)換、匯集，向網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送數(shù)據(jù).終端有許多不同的應(yīng)用領(lǐng)域、又各有不同的數(shù)據(jù)傳輸量、不同的性能結(jié)構(gòu)，不同的使用要求，不同的連接和不同的傳輸方式.但無論是工業(yè)設(shè)備檢測(cè)或農(nóng)業(yè)檢測(cè)終端、以太終端或WI_ FI終端、單一功能終端或通用智能終端、數(shù)據(jù)透?jìng)鹘K端或非透?jìng)鹘K端等等.最大的障礙就是終端的硬件、數(shù)據(jù)、協(xié)議幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化問題.只要組織好終端設(shè)備企業(yè)、運(yùn)營(yíng)商共同定制接口規(guī)范和通訊規(guī)范，也容易得以解決.

(9)關(guān)于傳感器的問題:回顧計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程，對(duì)全球著名的通訊公司、計(jì)算機(jī)公司、互聯(lián)網(wǎng)公司、軟件公司，我們總能數(shù)出一些，像微軟、戴爾、IBM、惠普、諾基亞、中興、聯(lián)想，谷歌、百度、新浪等，但全球著名的傳感器公司又有那家?這不能不引起我們的深思!

雖然，近幾年來，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防軍事、交通運(yùn)輸、樓宇智能、家庭生活等領(lǐng)域，各類傳感器的應(yīng)用在不斷增多，自動(dòng)化程度也有了較大的提高.

雖然，在國家大力加強(qiáng)傳感器開發(fā)應(yīng)用一系列政策指導(dǎo)和支持下，形成了一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ);在技術(shù)創(chuàng)新、自主研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化方面取得較大進(jìn)展，比如，研制出了國際先進(jìn)的光纖傳感器、世界第一顆二維碼解碼芯片;一批基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的新型傳感器也已進(jìn)入市場(chǎng)，但這絕滿足不了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求!

在國內(nèi)長(zhǎng)期“重軟輕硬”的大環(huán)境下，傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展是最慢的，而且存在許多短期難以解決得瓶頸.2009年，溫總理指出:“在傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中，要早一點(diǎn)謀劃未來，早一點(diǎn)攻破核心技術(shù)”，“在國家重大科技專項(xiàng)中，加快推進(jìn)傳感網(wǎng)發(fā)展”，“盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫感知中國中心”.據(jù)了解，到目前為止全國已有1600家企事業(yè)單位在從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，這確實(shí)是一個(gè)良好的開端.因?yàn)椋瑐鞲衅髦萍s著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，“沒有傳感器，就沒有物聯(lián)網(wǎng)”，就沒有感知中國，沒有智慧地球!突破物聯(lián)網(wǎng)的這第一核心技術(shù)，加快傳感器的開發(fā)已刻不容緩，發(fā)展傳感器任重而道遠(yuǎn)!

傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展遲緩的第二原因是:由于傳感器目前應(yīng)用領(lǐng)域還很有限，形不成大批量生產(chǎn)，導(dǎo)致成本居高不下，返過來又限制了它的應(yīng)用.其次，由于現(xiàn)有的傳感器行業(yè)分散凌亂，缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃而形不成規(guī)模.再次，由于我們的高等院校、科研院所，跟風(fēng)二十多年，瞄準(zhǔn)的是計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、各種應(yīng)用軟件的開發(fā).在傳感器研發(fā)方面投入少之又少，致使人才匱乏極其嚴(yán)重，人才的培養(yǎng)跟不上發(fā)展，根本滿足不了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需求，但歸根結(jié)底是由于傳感器本身技術(shù)的復(fù)雜性所致.

我們知道:傳感器要按照被測(cè)量參數(shù)來劃分有:重力、壓力、拉力、張力、力矩、線位移、角位移、壓強(qiáng)、距離、位置、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、厚度、長(zhǎng)度、液位、振動(dòng)、慣性、表面粗糙度混濁度、流量、流速、溫度、濕度、尺度、聲強(qiáng)、聲壓、光照度、光強(qiáng)度、超聲、次聲、可燃?xì)?、有毒氣體、其他氣體、粉塵、煙霧、噪聲、滑覺、壓覺、視覺、電導(dǎo)率、PH值、紅外、激光、圖像、字符識(shí)別等等.

按結(jié)構(gòu)形式又分為:電阻應(yīng)變式、電位器式、固態(tài)壓阻式、熱電阻式、熱電偶式、熱敏電阻式、雙金屬片式、彈簧式、自感式、互感式、電渦流式、感應(yīng)同步式、磁感應(yīng)式、磁柵式、電容式、容柵式、霍爾式、聲表面波式、光柵式、光纖式、光學(xué)編碼式、激光式、紅外式、圖像式、陀螺式、波紋管式、氣動(dòng)量式、開關(guān)式、模擬型、計(jì)數(shù)型、代碼型、液體壓力平衡式、有源型、無源型、微型集成、復(fù)合式等等.

按材料、制造原理來劃分又有:晶體半導(dǎo)體式、非晶半導(dǎo)體式、精細(xì)陶瓷式、光刻擴(kuò)散式、各向異性腐蝕式、納米技術(shù)式、高分子壓電式、約瑟夫遜應(yīng)變式、光子滯后效應(yīng)式、現(xiàn)狀記憶合金式、吸收效應(yīng)式、核磁共振式、仿生式、藍(lán)寶石、微熔式、濺射薄膜式、陶瓷硅壓陽式，以及V－zotov等.當(dāng)然，MEMS微電機(jī)技術(shù)和納米技術(shù)仍然是傳感器主流制造技術(shù).

其次，傳感器還有它的靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性，穩(wěn)定性、抗干擾性、通用性、頻率階躍特性、重復(fù)性、精確度、靈敏度、功耗、量程、過載能力、溫度范圍、環(huán)境參數(shù)、校準(zhǔn)標(biāo)定、自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)選擇功能、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)誤差修正、自動(dòng)定時(shí)測(cè)量、自動(dòng)故障診斷、復(fù)合檢測(cè)功能等智能化程度特性等.

總之，傳感器行業(yè)是一個(gè)高度綜合性、專業(yè)性很強(qiáng)的行業(yè)，技術(shù)難度大，制造工藝復(fù)雜.它不但涉及材料問題、加工技術(shù)、電子技術(shù)等問題，而且，由于自然量多變性、應(yīng)用的多樣性，加之以它的研發(fā)要依賴于自然學(xué)科幾乎絕大多數(shù)基礎(chǔ)理論，因?yàn)槊恳粎?shù)的檢測(cè)可依據(jù)不同的原理，每一原理又有不同的優(yōu)缺點(diǎn);所以，要制造出體積小、精度高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、感知復(fù)雜指標(biāo)能力強(qiáng)的傳感器有很大的難度.何況，掌握各種傳感器的技術(shù)性能，在不同環(huán)境中的應(yīng)用，本身就是一門專業(yè)性很強(qiáng)、難度極高的技術(shù).所有這一切是我們要盡快發(fā)展傳感器產(chǎn)業(yè)面臨的最嚴(yán)峻的問題!

綜上所述，要突破傳感器的瓶頸，除了加強(qiáng)科研機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)理論研究，邊緣科學(xué)理論的研究;從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的整體和全局需要出發(fā)，要有總體研究、生產(chǎn)規(guī)劃，減少重復(fù)設(shè)計(jì)費(fèi)用之外，充分發(fā)揮高等院校的作用，圍繞物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，開辦相關(guān)、相近專業(yè)，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等課程的比重，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，盡快培養(yǎng)出研發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)等各層次，更多更好綜合性、專業(yè)性人才，這才是重中之重.

［1］張建民.傳感器與檢測(cè)技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2000，3

［2］謝雙雄.傳感器技術(shù).中國計(jì)量出版社，2005，8

［3］郎為民.射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)原理與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2006，08

［4］張?jiān)朴?中間件技術(shù)原理與應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，2004，10

［5］周洪波.物聯(lián)網(wǎng):技術(shù)、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)和商業(yè)模式2010，07

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