彭 聰，羅德安，夏林中，許志良

（深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與通信學(xué)院，廣東 深圳 518172）

自2 0世紀(jì)9 0年代末業(yè)界首次引入物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）概念至今，物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)獲得發(fā)展并將在未來(lái)繼續(xù)進(jìn)一步增長(zhǎng)。越來(lái)越多的物品被聯(lián)網(wǎng)，比如智能手機(jī)、自動(dòng)取款機(jī)、工業(yè)系統(tǒng)、工業(yè)產(chǎn)品、運(yùn)輸集裝箱等等。如圖1所示，21世紀(jì)的前20年世界人口的人均聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)獲得了不可思議的幾百倍增長(zhǎng)。

圖1 21世紀(jì)前20年互聯(lián)設(shè)備的增長(zhǎng)情況

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展演進(jìn)的過(guò)程，是信息與通信技術(shù)領(lǐng)域的所有研發(fā)經(jīng)驗(yàn)在發(fā)展過(guò)程中交織融合的結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)自誕生以來(lái)，在關(guān)注重點(diǎn)、關(guān)鍵支撐技術(shù)、表現(xiàn)形式等方面都在持續(xù)發(fā)生變化，呈現(xiàn)出各有側(cè)重的特征。本文從進(jìn)化的角度以不同時(shí)期物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)背景下新業(yè)務(wù)需求兩方面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和演進(jìn)進(jìn)行分析和歸納，總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)路線。

物聯(lián)網(wǎng)的代際演進(jìn)可以劃分為具備不同特征的三個(gè)階段。第一代物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)在于如何標(biāo)記物理對(duì)象；第二代物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)在于如何將物理對(duì)象通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互相聯(lián)通；第三代物聯(lián)網(wǎng)則重點(diǎn)關(guān)注物理對(duì)象之間的社交、語(yǔ)義數(shù)據(jù)表示和物云（Cloud of Things）。

1 注重物體標(biāo)記的初代物聯(lián)網(wǎng)

初代物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)目標(biāo)是完成針對(duì)物理對(duì)象的標(biāo)記，所涉及的解決方案主要包括兩方面的內(nèi)容：EPCGlobal網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器對(duì)機(jī)器通信（Machine to Machine，簡(jiǎn)稱M2M）。它們的形成和提出都離不開特定的背景和動(dòng)機(jī)。

1.1 EPCGlobal網(wǎng)絡(luò)

20世紀(jì)末，后來(lái)被譽(yù)為物聯(lián)網(wǎng)之父的凱文·艾什頓開創(chuàng)性地提出將RFID技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品包裝，從而發(fā)掘出更智能的跟蹤產(chǎn)品的辦法。其后，凱文·艾什頓代表其雇主寶潔公司與麻省理工學(xué)院聯(lián)合成立了自動(dòng)識(shí)別中心（Auto-ID Labs），專門研究RFID技術(shù)和智能包裝系統(tǒng)。該中心提出，通過(guò)將載有物品（或稱實(shí)體對(duì)象）信息的RFID標(biāo)簽植入實(shí)體對(duì)象包裝，可以將物品網(wǎng)絡(luò)化映射為RFID網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)物品的聯(lián)網(wǎng)，這就是初代物聯(lián)網(wǎng)的重要特征之一 ——物品標(biāo)簽化。

沿著這樣的思路，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的早期，為了基于物品的標(biāo)簽化來(lái)實(shí)現(xiàn)物品聯(lián)網(wǎng)，就需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)行業(yè)驅(qū)動(dòng)的全球標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)要支持在全球范圍內(nèi)廣泛地使用電子產(chǎn)品代碼（Electronic Product Code，簡(jiǎn)稱EPC）和RFID標(biāo)簽解決方案[2]。EPC碼是一種分配和解釋全球唯一的標(biāo)簽標(biāo)識(shí)符的編碼體系，EPC碼存儲(chǔ)在附著于物品的RFID標(biāo)簽中。RFID標(biāo)簽解決方案憑借全球唯一標(biāo)識(shí)符——EPC碼——實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的唯一標(biāo)識(shí)。方案克服了傳統(tǒng)條形碼方法的局限性，從功用的角度是行之有效的，而從成本的角度考慮也是比較經(jīng)濟(jì)的。

EPCGlobal網(wǎng)絡(luò)是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的全球信息架構(gòu)，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、RFID和EPC編碼等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)可以識(shí)別任何物品，同時(shí)可以追蹤物品在供應(yīng)鏈中位置的開放性全球網(wǎng)絡(luò)。EPCGlobal網(wǎng)絡(luò)將信息與實(shí)物對(duì)象鏈接起來(lái)，這個(gè)實(shí)物對(duì)象帶有標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)放置了為該物品所配備的全球唯一的EPC編碼。通過(guò)整合現(xiàn)有信息系統(tǒng)和技術(shù)，EPCGlobal 網(wǎng)絡(luò)能夠即時(shí)、準(zhǔn)確、自動(dòng)地識(shí)別和跟蹤貿(mào)易單元在全球供應(yīng)鏈上的位置。有了EPCGlobal 網(wǎng)絡(luò)，供應(yīng)鏈上貿(mào)易單元信息的透明度與可視性得到提高，供應(yīng)鏈關(guān)聯(lián)的各機(jī)構(gòu)組織則能夠更有效地運(yùn)行。

EPCGlobal網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)主要基于面向服務(wù)的分層體系結(jié)構(gòu)。面向服務(wù)的體系架構(gòu)的重點(diǎn)是要定義好不同組件之間的接口，各個(gè)組件可以以模塊化的形式工作，多種技術(shù)就能在架構(gòu)中以比較經(jīng)濟(jì)和易用的形式充分發(fā)揮作用。EPCGlobal網(wǎng)絡(luò)包括的組件如圖2所示，其中一些是物理組件，一些是邏輯組件。

圖2 EPCGlobal網(wǎng)絡(luò)包括的組件

（1）RFID標(biāo)簽是和實(shí)體對(duì)象所關(guān)聯(lián)的標(biāo)簽。每個(gè)標(biāo)簽都具有唯一的ID，標(biāo)簽可以具有一定的數(shù)據(jù)處理能力。

（2）RFID閱讀器負(fù)責(zé)查詢附近的RFID標(biāo)簽，并將從標(biāo)簽收集到的信息傳遞給后端服務(wù)器。

（3）中間件負(fù)責(zé)接收來(lái)自上層的應(yīng)用程序的請(qǐng)求（這些請(qǐng)求由EPC信息服務(wù)組件進(jìn)行翻譯），以及處理來(lái)自下層的RFID閱讀器的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)返回到請(qǐng)求者（或請(qǐng)求中所指定的其他系統(tǒng)）。RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)是以EPC標(biāo)識(shí)符的形式被RFID閱讀器捕獲。

（4）EPC信息服務(wù)（EPC Information Service，簡(jiǎn)稱EPCIS）負(fù)責(zé)存儲(chǔ)EPCIS事件，并響應(yīng)來(lái)自應(yīng)用程序的查詢。

（5）對(duì)象名服務(wù)（Object Name Service，簡(jiǎn)稱ONS）的功能類似于互聯(lián)網(wǎng)上的域名系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)將EPC碼轉(zhuǎn)換為URL（互聯(lián)網(wǎng)上的統(tǒng)一資源定位符，可以理解為網(wǎng)址），反之亦然。

1.2 機(jī)器對(duì)機(jī)器通信

機(jī)器對(duì)機(jī)器通信[3]（Machine to Machine，簡(jiǎn)稱M2M）由電信運(yùn)營(yíng)商在實(shí)際業(yè)務(wù)發(fā)展的過(guò)程中挖掘并發(fā)起，也稱為機(jī)器類型通信（Machine-type Communication，簡(jiǎn)稱MTC），是一種涉及一個(gè)或多個(gè)實(shí)體的不需要人為干預(yù)的數(shù)據(jù)通信。隨著電信市場(chǎng)的逐步成熟，一方面，壟斷被打破，競(jìng)爭(zhēng)更充分，中國(guó)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的滲透率于2019年已超越110%，海外部分國(guó)家可達(dá)140%，用戶增速持續(xù)走低；另一方面，競(jìng)爭(zhēng)的加劇壓制資費(fèi)提升，運(yùn)營(yíng)商趨向于以更低廉的資費(fèi)和更高的速度吸引新用戶。移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的單用戶平均收入（Average Revenue Per User，簡(jiǎn)稱ARPU）持續(xù)下降，運(yùn)營(yíng)商亟待開發(fā)新的收入模式，以發(fā)掘新應(yīng)用、新需求和深挖用戶新價(jià)值的方式提升ARPU值。在M2M推廣的過(guò)程中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商敏銳地看到，不只是人類用戶，機(jī)器同樣可以被納入目標(biāo)用戶池，這可以為運(yùn)營(yíng)商在傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)之外持續(xù)帶來(lái)新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。

歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（European Telecommunications Standards Institute，簡(jiǎn)稱ETSI）定義的M2M高級(jí)體系架構(gòu)如圖3所示，架構(gòu)被分為兩個(gè)域：傳輸網(wǎng)部分和設(shè)備及網(wǎng)關(guān)部分。

圖3 ETSI定義的M2M通信高層架構(gòu)

設(shè)備及網(wǎng)關(guān)部分的主要組件包括M2M應(yīng)用組件和M2M服務(wù)能力組件。M2M服務(wù)能力組件的主要任務(wù)是提取M2M設(shè)備的資源，并在運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)域中的應(yīng)用程序和運(yùn)行于M2M設(shè)備中的應(yīng)用程序之間建立安全通信。M2M服務(wù)能力組件允許不同的應(yīng)用程序在同一個(gè)M2M設(shè)備上運(yùn)行。M2M應(yīng)用組件則定義了應(yīng)用程序的邏輯。M2M應(yīng)用組件和M2M服務(wù)能力組件的實(shí)例可以同時(shí)在設(shè)備及網(wǎng)關(guān)域和網(wǎng)絡(luò)域中運(yùn)行。

M2M應(yīng)用組件和M2M服務(wù)能力組件的實(shí)現(xiàn)有兩種情形。一是M2M設(shè)備能力較為強(qiáng)大，M2M應(yīng)用組件和M2M服務(wù)功能組件的功能可以在M2M設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，由M2M設(shè)備直接執(zhí)行。二是M2M設(shè)備相對(duì)能力較為受限，并沒有足夠的資源來(lái)運(yùn)行和執(zhí)行這些組件功能，則M2M應(yīng)用組件和服務(wù)功能可以在M2M網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行，M2M網(wǎng)關(guān)則可以看作網(wǎng)絡(luò)域和多個(gè)M2M設(shè)備之間的代理。

當(dāng)需要M2M網(wǎng)關(guān)作為代理的情況下，M2M設(shè)備是通過(guò)M2M傳感網(wǎng)連接到M2M網(wǎng)關(guān)的，M2M傳感網(wǎng)是基于某種LAN標(biāo)準(zhǔn)（比如IEEE802.15.4）的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。ETSI作為歐洲電信運(yùn)營(yíng)商牽頭成立的標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)盟組織，其立場(chǎng)受蜂窩網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的強(qiáng)烈影響，因此，在ETSI定義的M2M架構(gòu)中，M2M設(shè)備或M2M網(wǎng)關(guān)必須配備蜂窩無(wú)線接口。

在傳輸網(wǎng)部分，主要包括廣域網(wǎng)和M2M應(yīng)用系統(tǒng)組件。具體地說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)域的組件包括接入網(wǎng)組件、核心網(wǎng)組件、M2M通用服務(wù)能力組件、M2M應(yīng)用組件，以及M2M網(wǎng)絡(luò)管理組件和M2M管理功能組件。接入網(wǎng)組件為M2M設(shè)備提供對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)（實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的設(shè)備通常是獨(dú)立于M2M技術(shù)，支持大多數(shù)可用的數(shù)據(jù)訪問(wèn)標(biāo)準(zhǔn)）。核心網(wǎng)組件至少會(huì)提供包括IP連接、服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)控制、與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和漫游等功能。

2 注重物體聯(lián)網(wǎng)的二代物聯(lián)網(wǎng)

在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的第二階段，物聯(lián)網(wǎng)解決方案的目標(biāo)開始轉(zhuǎn)向如何將功能受限的實(shí)體對(duì)象直接聯(lián)接到互聯(lián)網(wǎng)。以物理實(shí)體標(biāo)簽化為中心的解決方案不再是關(guān)注的重點(diǎn)。為了達(dá)到這樣的目標(biāo)，輕量級(jí)IP協(xié)議的發(fā)展和Web技術(shù)的流行至關(guān)重要。

一方面，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)工程工作組（Internet Engineering Task Force，簡(jiǎn)稱IETF）提出了基于IP協(xié)議部署物聯(lián)網(wǎng)的思路，并很快在業(yè)界獲得了共識(shí)，這驅(qū)動(dòng)了二代物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展重心轉(zhuǎn)向物體聯(lián)網(wǎng)。IETF提出的是很輕量級(jí)的解決方案，不但支持聯(lián)接大量傳統(tǒng)通信設(shè)備，更重要的是，其可以在小型的電池驅(qū)動(dòng)嵌入式設(shè)備上運(yùn)行。這樣一來(lái)，在二代物聯(lián)網(wǎng)解決方案中，半徑僅為若干米的個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Personal Area Network，簡(jiǎn)稱PAN）的參考標(biāo)準(zhǔn)也能夠被納入二代物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)。在這樣的設(shè)計(jì)思想指引下，RFID設(shè)備同樣可以集成到IETF基于IP的物聯(lián)網(wǎng)愿景中。

另一方面，在基于IP協(xié)議部署物聯(lián)網(wǎng)的同一時(shí)期，基于瀏覽器的程序設(shè)計(jì)方法開始流行，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序可以設(shè)計(jì)為Web應(yīng)用程序，這種Web程序能在Web瀏覽器中運(yùn)行。在Web標(biāo)準(zhǔn)被重新啟用的背景驅(qū)動(dòng)下，人們開始考慮為那些能支持嵌入式設(shè)備的日常生活對(duì)象嵌入Web服務(wù)器功能，使這些實(shí)物可以被看作是Web服務(wù)，從而能被連接和集成到網(wǎng)絡(luò)中。在這樣的技術(shù)發(fā)展背景下，物聯(lián)網(wǎng)大跨步進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)代。

2.1 將受限設(shè)備集成到IP網(wǎng)絡(luò)

互聯(lián)網(wǎng)是以IP協(xié)議作為核心的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，要想將實(shí)體對(duì)象無(wú)縫和高效地集成到互聯(lián)網(wǎng)中，該實(shí)體對(duì)象需要使用與其它傳統(tǒng)主機(jī)完全相同的IP協(xié)議和相關(guān)設(shè)施。

物聯(lián)網(wǎng)所連接的實(shí)體對(duì)象多為資源受限設(shè)備，基于IEEE 802.15.4——低速率無(wú)線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱LR-WPAN，指網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑在幾米的短距離網(wǎng)絡(luò)）的參考標(biāo)準(zhǔn)——相互聯(lián)接。想要將資源受限的設(shè)備集成到IP網(wǎng)絡(luò)，就要利用IEEE 802.15.4鏈路支持基于IPv6的通信，遵守開放標(biāo)準(zhǔn)，并保證所聯(lián)接的資源受限設(shè)備與其它標(biāo)準(zhǔn)IP設(shè)備的互操作性。在這一思路框架下，2005年開始，IETF圍繞著適用于低功耗無(wú)線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)的IPv6（IPv6 over Low power WPAN，簡(jiǎn)稱6LoWPAN[4]）開展了一系列工作。6LoWPAN是一個(gè)輕量級(jí)的IPv6版本，其將IEEE 802.15.4納入基于IPv6協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，并可以在資源受限的設(shè)備上運(yùn)行。有了6LoWPAN，覆蓋半徑僅為幾米的短距離無(wú)線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)也被納入了IP體系架構(gòu)。

數(shù)據(jù)包的報(bào)頭越簡(jiǎn)單，處理過(guò)程就越快。為了使得IPv6數(shù)據(jù)包可以在LR-WPAN上傳輸，需要解決標(biāo)準(zhǔn)IPv6數(shù)據(jù)包包頭過(guò)大的問(wèn)題。作為輕量級(jí)IPv6版本，6LoWPAN為數(shù)據(jù)包頭的壓縮定義了適當(dāng)?shù)牟呗?，目的是使IPv6的報(bào)文頭可以在LR-WPAN上傳輸，其特征是短幀，其有效負(fù)載幾乎可以通過(guò)IPv6和TCP頭的組合完全填滿。

將6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)集成到互聯(lián)網(wǎng)中，需要部署網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)的主要功能是將6LoWPAN的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的IPv4（或IPv6）數(shù)據(jù)包。在6LoWPAN的支持下，無(wú)線傳感器、嵌入式設(shè)備等能力受限的終端節(jié)點(diǎn)可以被視為Internet的節(jié)點(diǎn)。6LoWPAN提供將每個(gè)設(shè)備轉(zhuǎn)換為Web服務(wù)器的功能。此外，可以利用傳感器虛擬化技術(shù)創(chuàng)建傳感器的抽象對(duì)象，從而屏蔽傳感器節(jié)點(diǎn)的特定特性。由此，上層的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用去調(diào)用和使用傳感器設(shè)備提供的Web服務(wù)時(shí)，只需要直接查詢傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的抽象對(duì)象。

2.2 將受限設(shè)備看做Web服務(wù)

對(duì)于以“網(wǎng)絡(luò)化物理實(shí)體對(duì)象”為主要關(guān)注點(diǎn)的二代物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)將資源受限的簡(jiǎn)單實(shí)體對(duì)象直接連接到互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)，僅僅做到令設(shè)備在功率受限的情況下在IP網(wǎng)絡(luò)中通信是不夠的，還需要方便地管理和處理這些連到IP網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和盛行，大多數(shù)軟件開發(fā)人員已經(jīng)在Web技術(shù)和編程方面有非常充分全面的積累。從軟件開發(fā)人員的角度看，利用Web服務(wù)（包括但不限于HTTP服務(wù)）來(lái)管理和處理所有連接到Internet的設(shè)備是可行的。為了方便地管理和處理連接到IP網(wǎng)絡(luò)上的資源受限的實(shí)體對(duì)象，使之真正變?yōu)槿f(wàn)維網(wǎng)中的設(shè)備，要充分利用Web技術(shù)的興起，令實(shí)體對(duì)象以Web服務(wù)的方式被訪問(wèn)。為了滿足這樣的迫切要求，逐漸興起的嵌入式技術(shù)需要支持在最微小的通信設(shè)備中嵌入Web服務(wù)器功能。

物體聯(lián)網(wǎng)概念的引入正是上述的客觀環(huán)境和技術(shù)趨勢(shì)自然演化的結(jié)果。在二代物聯(lián)網(wǎng)解決方案中，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被視作萬(wàn)維網(wǎng)的資源。設(shè)備被視作Web服務(wù)，意味著設(shè)備可以像Internet中的網(wǎng)頁(yè)那樣，由通用資源標(biāo)識(shí)符（URI）來(lái)唯一標(biāo)識(shí)。

例如，對(duì)于一個(gè)配備了若干傳感器、執(zhí)行器以及內(nèi)部組件（如無(wú)線電收發(fā)器和電池）的Java可編程嵌入式系統(tǒng)，系統(tǒng)中每個(gè)組件可以被看作是網(wǎng)絡(luò)資源，分別被分配唯一的URI?？梢允褂肦ESTful方法（一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)風(fēng)格和開發(fā)方式）執(zhí)行與這些資源的交互，比如，可以利用經(jīng)典的HTTP方法。在物聯(lián)網(wǎng)中交換信息，信息的格式需要簡(jiǎn)單易解釋。大多數(shù)解決方案建議使用用于構(gòu)建網(wǎng)頁(yè)的HTML語(yǔ)言，或者JSON語(yǔ)言。

顯然，Web技術(shù)的使用有助于將設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)并對(duì)其實(shí)現(xiàn)便利的訪問(wèn)。然而，如果在資源受限的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中直接利用Web技術(shù)，在復(fù)雜性和流量生成方面，效率較為低下，很不方便。為此，IETF于2010年3月正式成立了CoRE（Constrained RESTful Environment）工作組，主要討論在資源受限的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下如何進(jìn)行信息讀取及操控的應(yīng)用問(wèn)題。CoRE工作組提出了CoAP（Constrained Application）協(xié)議。CoAP協(xié)議是一種類似HTTP的應(yīng)用程序協(xié)議，該協(xié)議可以很容易地轉(zhuǎn)換成HTTP，并且具有簡(jiǎn)單、低開銷和支持多播通信的特點(diǎn)，特別適合資源受限的設(shè)備。它在應(yīng)用程序之間提供請(qǐng)求——響應(yīng)交互模型，并支持內(nèi)置服務(wù)和資源發(fā)現(xiàn)。

在開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（Open System Interconnection，簡(jiǎn)稱OSI）中，有兩個(gè)具有代表性的傳輸層協(xié)議，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Data Protocol，簡(jiǎn)稱UDP）和傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，簡(jiǎn)稱TCP）。UDP是一種面向無(wú)聯(lián)接的傳輸層通信協(xié)議，提供面向報(bào)文的簡(jiǎn)單不可靠信息傳送服務(wù)。TCP則是一種面向聯(lián)接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。和TCP相比，UDP的報(bào)文頭開銷小，傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)更高效。為了獲得低開銷，CoAP通常在UDP上執(zhí)行。CoRE工作組指出，需要有一個(gè)網(wǎng)關(guān)將CoAP/UDP/6LoWPAN設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的其余部分互聯(lián)。這個(gè)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)將消息格式從CoAP/UDP/6LoWPAN設(shè)備所指定的格式轉(zhuǎn)換為Internet所使用的標(biāo)準(zhǔn)格式，反之亦然，如圖4所示。

圖4 IETF CoRE工作組的物體聯(lián)網(wǎng)方案

圖5 不能提供Web服務(wù)功能的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)方案

在物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際部署中，還有大量設(shè)備并不能提供Web服務(wù)器功能。對(duì)于這些設(shè)備，可以使用適當(dāng)?shù)拇恚ㄓ址Q作智能網(wǎng)關(guān)）將它們連接到物聯(lián)網(wǎng)，如圖5所示。這個(gè)智能網(wǎng)關(guān)與設(shè)備之間的通信可以基于ZigBee、藍(lán)牙等標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú)線通信技術(shù)。有些應(yīng)用場(chǎng)景需要智能網(wǎng)關(guān)和若干設(shè)備組成的設(shè)備集合（或稱設(shè)備組）進(jìn)行交互，為此，需要為智能網(wǎng)關(guān)添加設(shè)備集合交互模塊，該模塊主要功能是提供與設(shè)備組（而不是單個(gè)設(shè)備）交互的API。

3 引入社交網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新物聯(lián)網(wǎng)

3.1 物聯(lián)網(wǎng)對(duì)人類社交網(wǎng)絡(luò)的利用

社交網(wǎng)絡(luò)，又稱為社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（Social Network Service，簡(jiǎn)稱SNS），是指以一定社會(huì)關(guān)系或共同興趣為紐帶、以各種形式為在線聚合的用戶提供溝通、交互服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。自21世紀(jì)初至今，社交網(wǎng)絡(luò)迅速興起并蓬勃發(fā)展。傳統(tǒng)意義上的社交網(wǎng)絡(luò)局限在人與人之間的溝通，包括但不限于網(wǎng)絡(luò)聊天、交友、視頻分享、博客、播客、網(wǎng)絡(luò)社區(qū)、音樂共享等多種形式。

借鑒人類社交網(wǎng)絡(luò)解決互聯(lián)網(wǎng)中“人人聯(lián)接”的問(wèn)題的思路，研究者們提出了將現(xiàn)有的社交網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入物聯(lián)網(wǎng)的想法，利用現(xiàn)有的社交網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，幫助用戶在社交平臺(tái)上分享用戶擁有的智能對(duì)象生成的數(shù)據(jù)，比如，和認(rèn)識(shí)或信任的人（例如親戚、朋友、同事等）共享數(shù)據(jù)[5]。這樣，用戶可以方便地通過(guò)社交平臺(tái)獲得由實(shí)物對(duì)象感知到的數(shù)據(jù)。將實(shí)物對(duì)象生成的數(shù)據(jù)用于社交網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用場(chǎng)景，可以幫助實(shí)體對(duì)象更緊密地集成到物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中，具有巨大的想象空間和創(chuàng)新空間[6]。如何借助社交網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)管理和利用這些數(shù)據(jù)，有以下幾種操作的思路。

第一，利用社交平臺(tái)管理實(shí)物對(duì)象。允許實(shí)物對(duì)象在其所有者（用戶）的社交平臺(tái)版面上發(fā)布消息，這樣，所有者就能夠輕松訪問(wèn)自己所擁有的對(duì)象的數(shù)據(jù)。通過(guò)這種方式，用戶不但可以和社交網(wǎng)絡(luò)的好友聯(lián)系，還可以持續(xù)地與所擁有的實(shí)物對(duì)象發(fā)生聯(lián)系，更新對(duì)象的狀態(tài)。例如，在智慧農(nóng)場(chǎng)應(yīng)用中，允許在農(nóng)場(chǎng)中部署的傳感器在社交網(wǎng)站上發(fā)布數(shù)據(jù)，從而農(nóng)民可以時(shí)刻掌握和檢查動(dòng)物、農(nóng)作物和溫室的狀況。又例如，支持智能電表直接將電表所有者的用電信息在所有者的社交平臺(tái)上發(fā)布，這樣，社交用戶可以在社交平臺(tái)上將自己的用電情況與朋友進(jìn)行比較，也可以和對(duì)應(yīng)的興趣社區(qū)內(nèi)用戶的平均行為（看做用電的基準(zhǔn)水平）進(jìn)行比較。

第二，利用社交平臺(tái)定向分享實(shí)物對(duì)象數(shù)據(jù)。用戶將所擁有的智能對(duì)象感測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)布到社交網(wǎng)站，并對(duì)數(shù)據(jù)的可見性設(shè)置限制，允許選定的人查看這些數(shù)據(jù)。所謂選定的人，可以是當(dāng)前好友，也可以是按某種規(guī)則定義的潛在好友。潛在好友，一般指通過(guò)社交網(wǎng)絡(luò)的判斷，與用戶有高度的相似性的陌生人。

第三，利用社交平臺(tái)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。社交網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)成為人、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和設(shè)備的匯聚點(diǎn)，特別適合作為向用戶提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的獲取端口，即物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的提供樞紐。當(dāng)設(shè)備也可以訪問(wèn)社交網(wǎng)絡(luò)帳戶，意味著設(shè)備也與Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)了連接。有關(guān)社交平臺(tái)提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，一個(gè)有趣的案例就是豐田汽車面向車主推出的社交網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)——豐田朋友（Toyota Friend）。Toyota Friend構(gòu)建了一個(gè)以汽車為中心的社交網(wǎng)絡(luò)，將車主使用的公共社交網(wǎng)絡(luò)、Toyota售后服務(wù)以及Toyota公司相互聯(lián)通，車主可以與汽車、經(jīng)銷商、豐田汽車公司開展互動(dòng)。用戶通過(guò)手機(jī)、平板等移動(dòng)終端在Toyota Friend上隨時(shí)隨地地了解汽車的狀況。實(shí)物物體——汽車——所生成的數(shù)據(jù)能夠用于人類的社交網(wǎng)絡(luò)中的營(yíng)銷和市場(chǎng)推廣。例如，當(dāng)純電動(dòng)車或者混合動(dòng)力車上電池電源不足，Toyota Friend將推送消息到用戶社交平臺(tái)，告知用戶。汽車還可以通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)用戶可能的后續(xù)操作，并通過(guò)Toyota Friend平臺(tái)向車主提供各種產(chǎn)品和服務(wù)的信息，比如維護(hù)保養(yǎng)知識(shí)，以創(chuàng)造良好的用戶體驗(yàn)。

社交網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序通常需要處理和利用來(lái)自不同來(lái)源的數(shù)據(jù)，以構(gòu)建個(gè)性化功能。構(gòu)建個(gè)性化社交應(yīng)用程序的工具有很多，一直在演變和豐富中。有的工具可以控制包括傳感器和執(zhí)行器在內(nèi)的設(shè)備，傳感器可以感知環(huán)境，執(zhí)行器可以通過(guò)控制燈、電源插座等影響環(huán)境。更復(fù)雜的工具，則支持透過(guò)常見的社交網(wǎng)站（如Twitter、Facebook、Instagram）來(lái)驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行任務(wù)和感知任務(wù)的組合。例如，設(shè)計(jì)一種通過(guò)社交網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供的Web服務(wù)，允許用戶透過(guò)社交網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建包含多類型實(shí)物對(duì)象的簡(jiǎn)單條件語(yǔ)句鏈：當(dāng)實(shí)物對(duì)象監(jiān)視的某些事件被觀測(cè)到且使得條件語(yǔ)句變?yōu)檎鏁r(shí)，觸發(fā)指定的對(duì)象來(lái)執(zhí)行特定的操作。

3.2 實(shí)物對(duì)象的自主社交網(wǎng)絡(luò)化

最初，將社交網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入物聯(lián)網(wǎng)，還只限于實(shí)物對(duì)象通過(guò)人類的社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與人類交互。這只是社交網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合設(shè)計(jì)的初步嘗試，包括如何利用社交網(wǎng)絡(luò)中的延遲耐受、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)容搜索、內(nèi)容推薦等成熟的概念和技術(shù)。進(jìn)一步發(fā)展下去，社交網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合方法還在以更創(chuàng)新甚至是顛覆的形式發(fā)展和豐富，即：將社交網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系對(duì)象從“人”擴(kuò)展到“物”，“物”不再只是“人”的從屬，直接挖掘構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)物對(duì)象的社交潛力，使之與外部環(huán)境直接交換數(shù)據(jù)。這顯然是一種更“純粹”的社交物聯(lián)網(wǎng)，意味著實(shí)物對(duì)象本身就具備自主的“社交”能力。

如果將構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備看作“新一代的社交對(duì)象”，已經(jīng)發(fā)展了十多年的、主要專注于人與人溝通聯(lián)系的社交網(wǎng)絡(luò)會(huì)如何進(jìn)化？應(yīng)該如何考慮納入了實(shí)物對(duì)象作為社交個(gè)體的新型社交網(wǎng)絡(luò)機(jī)制？這些都是非常有趣且具顛覆性的開放性問(wèn)題，值得深入思考。

將人類社交網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系對(duì)象從“人”擴(kuò)展到“物”，“物”不再只是“人”的從屬，意味更“純粹”的社交物聯(lián)網(wǎng)。在這樣的新型社交物聯(lián)網(wǎng)中，實(shí)物對(duì)象自主地建立社會(huì)關(guān)系，甚至創(chuàng)建與人類分離的、僅屬于實(shí)物對(duì)象自己的社交網(wǎng)絡(luò)。利用社交網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將實(shí)物對(duì)象之間的溝通做“社交網(wǎng)絡(luò)化”處理，有利于促進(jìn)高效解決方案的部署。基于成熟的人類社交網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)儲(chǔ)備的技術(shù)，完全可以同樣方便地發(fā)現(xiàn)、選擇和靈活組合分布式實(shí)物對(duì)象提供的服務(wù)和數(shù)據(jù)。在可導(dǎo)航性、數(shù)據(jù)交換的可靠性和設(shè)備社區(qū)的可擴(kuò)展性方面，這樣的社交物聯(lián)網(wǎng)都可能表現(xiàn)出有趣的特性。比如，愛立信研究實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的一個(gè)項(xiàng)目中，就考慮了更純粹的社交物聯(lián)網(wǎng)的愿景。在這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，實(shí)物對(duì)象更具有自主性，物聯(lián)網(wǎng)對(duì)象之間的交互與人們通常在各種社交網(wǎng)絡(luò)中體驗(yàn)的交互類似。人們?cè)噲D通過(guò)這樣的研究，預(yù)測(cè)和掌握在引入社交物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)模式之后的復(fù)雜性。

從理論的層面看，實(shí)物對(duì)象構(gòu)成的社交網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱實(shí)物社交網(wǎng)絡(luò)）可以直接模仿人類社交網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)，像支持人類用戶一樣，去支持聯(lián)網(wǎng)對(duì)象加入對(duì)象社區(qū)、創(chuàng)建興趣組，甚至采取協(xié)作行動(dòng)。從可行性的層面看，則需要考慮實(shí)際如何構(gòu)建以“物”為社交個(gè)體的社交網(wǎng)絡(luò)，包括為實(shí)物社交物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)合理的體系架構(gòu)和協(xié)議，包含創(chuàng)建和管理社交物聯(lián)網(wǎng)的主要功能模塊。比如，可以探索聯(lián)網(wǎng)對(duì)象之間建立友誼關(guān)系的機(jī)制。這就需要考慮網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的可信度評(píng)估問(wèn)題，采取的具體做法則可以借鑒人類社交網(wǎng)絡(luò)處理類似問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，支持聯(lián)網(wǎng)對(duì)象在評(píng)估朋友的可信度時(shí)模仿人類的行為。

3.3 引入數(shù)據(jù)分析和計(jì)算工具

無(wú)論是“人——物”還是“物——物”社交物聯(lián)，自主智能交互對(duì)于提升用戶體驗(yàn)的重要性不言而喻。為此，有必要將大數(shù)據(jù)技術(shù)用于分析物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，特別是開發(fā)專注于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析工具。此外，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的計(jì)算能力提升亦有利于促進(jìn)聯(lián)網(wǎng)物體之間的自主智能交互，從而幫助提升系統(tǒng)整體性能。計(jì)算能力對(duì)社交物聯(lián)網(wǎng)的重要性不言而喻，包括以服務(wù)器集群提供云計(jì)算、以分布式網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)提供霧計(jì)算，以及以終端智能設(shè)備提供邊緣計(jì)算。[8]

目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)公司開發(fā)的幾個(gè)開源的通用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，試圖解決設(shè)備接入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)展現(xiàn)等問(wèn)題，這些平臺(tái)包括Xively、Nimbits、OceanConnect等。這些物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)大多采取軟硬件結(jié)合的策略，并用到了云計(jì)算技術(shù)。一方面，平臺(tái)支持集成第三方應(yīng)用并與之交互數(shù)據(jù)，可以被自由地用來(lái)開發(fā)各種應(yīng)用程序，并通過(guò)Restful API Web界面實(shí)現(xiàn)對(duì)云服務(wù)的訪問(wèn)；另一方面，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和接入方式亦允許第三方硬件接入到平臺(tái)。

4 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)將在幾乎每一個(gè)可想象的行業(yè)領(lǐng)域造成巨大的破壞和創(chuàng)新，給經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活方式帶來(lái)無(wú)限的機(jī)會(huì)和影響，是繼互聯(lián)網(wǎng)之后最令人激動(dòng)的技術(shù)革命，這場(chǎng)技術(shù)革命始于20世紀(jì)90年代中期，經(jīng)歷了初期階段的概念萌芽和近20年的代際演進(jìn)。當(dāng)前，隨著存儲(chǔ)、計(jì)算、通信等領(lǐng)域的各類新興技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)也在繼續(xù)發(fā)展和成熟，這場(chǎng)技術(shù)革命對(duì)人類生產(chǎn)生活的影響正在繼續(xù)深入。從三個(gè)階段物聯(lián)網(wǎng)的演化可以看到，隨著關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步和業(yè)務(wù)需求的萌發(fā)，在不同的技術(shù)階段和應(yīng)用場(chǎng)景，存在著各種為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和應(yīng)用的特征而開發(fā)的解決方案。這些解決方案促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開展，并為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供新的動(dòng)力。從關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步和業(yè)務(wù)需求發(fā)展的雙重角度分析物聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)路徑，有助于更深刻地理解技術(shù)路線和用戶需求，有助于更有效地做好技術(shù)和市場(chǎng)的銜接，有助于更靈活機(jī)變地利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、社交網(wǎng)絡(luò)等新興信息技術(shù)，構(gòu)建契合用戶需求的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。