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物联网关键技术亟待突破 规模商用仍存挑战


作者:吴磊 来源:通信产业网 2009-12-01 10:39:32

摘要:在承认物联网多学科性质的前提下,仔细厘清“大概念”下的“小环节”并认真审视自身发展现状,才是科学发展物联网的应有态度。

关键词:物联网[381篇]  云计算[3篇]  传感器[170篇]  关键技术[1篇]  

  什么是物联网?从技术角度该如何定义?中科院软件所研究员、中国计算机学会传感器网络专业委员副主任孙利民给出了自己的理解,即:全面信息感知和获取、无缝互联与协同、高度智能化的新型网络形态。 

  在孙利民看来,物联网是具有标识、感知和智能处理能力的物体基于通信技术相互连接形成的网络,这些物体可以在无需人工干预的条件下实现协同和互动,目的在于为人们提供智慧和集约的服务。 

  清华大学教授、清华大学仪器科学与技术研究所所长王雪在接受记者采访时称,从技术层面来说,物联网一定是多学科性质的,“没有哪个专业或者哪个专家就是研究物联网的。” 

  南京大学教授、计算机系副主任陈贵海亦强调,现在大家在谈论物联网时有一个误区,把传感网等同于物联网,或者认为物联网是互联网的演进版。“其实,传感网和互联网都只是物联网的一个组成部分,物联网是一个大的技术系统,它可以分解出很多子课题进行研究。”陈贵海说。 

  脆弱的“五官” 

  传感器是一种物理装置或生物器官,能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾),并将探知的信息传递给其他装置或器官。如果把物联网比作人,那么传感器就像人体的五官。 

  在王雪看来,目前在传感器技术领域我国尚无话语权。“我国的传感器芯片,从技术到制造工艺,都落后于美国等发达国家。”王雪向记者解释道,“传感器是物联网的基础,没有它,物联网就是无源之水、无本之木。” 

  据记者了解,像传感器节点的供电问题,就是目前无线传感网在实际应用中亟待解决的一大技术难点。陈贵海向记者介绍,现在一般的传感器寿命大概是几个星期的时间,寿命最长的据说有7至8年,已算是很大的突破。 

  “目前对无线传感器的供电研究主要集中在太阳能供电、电磁波供电以及嵌入微纳发电机供电。”陈贵海表示,“但目前都存在着这样那样的问题,没有取得突破性进展。并且,这些传感器的造价都不菲,距离大规模商用还有待时日。” 

  中科院计算所研究员、中国计算机学会传感器网络专业委员会秘书长崔莉在接受记者采访时也谈到了传感器节点在实际应用中遇到的困难。据介绍,2005年起中科院计算所和故宫博物院合作实施了传感器网络在文物保护中的应用,概言之,就是利用传感器节点获取文物展陈所处环境的温度、湿度等数据,然后对这些数据进行无线传输实现监控。该系统获得了故宫博物院有关专家的好评。 

  “但这仅仅是在室内的条件下,而且一个殿内传感器节点只有几十个。如果换到室外的甚至恶劣的应用条件下,传感器节点有成百上千个时,那将会面临一系列新问题。”崔莉解释道,“比如某个传感器节点失效是否会影响整个传感网连通的问题,比如对‘热节点’的保护问题等等。”

  万物如何通信? 

  未来的物联网上,所有的物体都要求具备智能、能够互动,包括人与人、物与物、人与物之间都能通过网络进行交流。这对网络体系的建设提出了严峻的挑战。 

  下一代互联网互联设备国家工程实验室主任、北京邮电大学网络技术研究院执行院长张宏科认为,现有的电信网、互联网、有线电视网和传感网都只是为了原始的业务而设计的,所以在其他业务的承载方面不尽如人意,“我们希望未来有一种主要的网络,能完成万物之间的信息交流。”张宏科表示。 

  一个普遍乐观的看法是,未来的物联网会给每一个联网的物体分配一个IPv6地址进行通信,“哪怕是一粒沙子”。 

  对此张宏科表示,IPv6在技术上比较好地解决了IPv4的问题,包括安全性、移动性、质量上都有了改善,是一个相对比较好的技术。“但是我感觉它也存在很大的危机。”张宏科说,“IPv6设计的时候仍是以固定有线网为主设计的,要在无线移动环境下应用是比较困难的。实际上不管IPv4还是 IPv6地址,均具有双重性,既有位置信息也有用户信息,把它们捆绑在一起,安全性、移动性天生就带来重大弊端。” 

  此外,陈贵海在接受记者采访时也曾表示,传感网末梢节点需要的是“轻量级”通信协议,其根本无法承载IPv6。 

  在“2009无线技术世界暨物联网国际高峰会议”上张宏科提出,未来的网络将设计成2层模型,上面是应用服务,下面是基础设施。基础设施层完成交换路由传输,相当于网络层面。物联网是在网络层面进行各种的应用。 

  “这就是未来网络整体的工作基点,我们希望有基础的支持未来的普适的网络。”张宏科表示。 

  并非万能的云计算 

  随着海量数据存储和处理的需求日益扩大,云计算开始成为显学逐渐被公众所知晓;而在未来的物联网上,同样面临传感器测量到的海量数据如何处理问题,云计算技术也当仁不让地成为了物联网之“脑”。 

  不过,在Gartner公司的两名分析师JayHeiser和MarkNicolett共同撰写的《评估云计算的安全风险》报告中,则列出了云计算存在的许多危险因素。分析师们指出,在采用云计算时要睁大眼睛,完全明白相关风险,并且采取必要的防范措施来确保安全,这是由于云计算具有“黑盒子” 的性质,充满了未知因素。 

  而对于云计算的计算能力,王雪指出,对于像天气预报这样要求精确预报未来天气情况的应用场景,云计算技术其实还远远不够。 

  实际上,海量数据计算只是物联网信息处理技术的一个方面,在如何使测量信号变为有价值的信息过程中,涉及到很多不同的处理技术。 

  为了向记者解释清楚,崔莉举了“智能交通”的例子。“假如在一条双车道上,有两辆汽车同时并排而过,那么我们如何准确判断汽车的数量?”崔莉接着解释道,“不要小看这个细节,它其实就涉及到传感网中的信号采集和协同信息处理技术。不解决好类似这样的技术点,‘智能交通’系统就是空中楼阁。” 

  “板凳要做十年冷” 

  “实际上传感网的研究从上世纪90年代末开始,就一直是学术界的热点,并且我们也一直在致力于学术研究和技术应用推广。”崔莉表示,“通过这些年的研究和实践,我深刻地感受到,虽然已经有不少小规模应用的范例,但传感器网络目前距离大规模的行业应用,仍面临很多技术挑战。” 

  而在孙利民看来,随着产业应用的大规模展开,随着感知的数据和信息处理的海量化,一些现在没有预见到的问题也将陆续浮出水面,“那就是产业界给学术界提出的课题,反过来会促进我们研究的深入。” 

  所以孙利民认为,在未来10年、20年或者更长的时间里,中国物联网的大发展,有赖于产业界与学术界的良性互动,“目前成熟的技术就可以展开商用,应用的规模越大,涉及的行业越多,越有利于及时发现盲点,我们再来组织研究集中攻克,这是一条现实可行的发展之路。”孙利民表示。 

  而在另一方面,对于大家当下对物联网投入极大的热情,王雪表示这对物联网的发展大有助益,但他同时也强调,今后关键技术的攻关中如果遇到困难,那时大家是否还能继续关注并花更大的人力物力去解决困难,尤其值得警惕。 

  “人工智能技术也曾经很热,跟今天的物联网一样;但是后来人工智能的研究遇到了一些困难,现在学术界仍处于潜心研究阶段。”王雪给记者举了一个例子,“‘板凳要做十年冷’,所以温家宝总理才会强调‘着力突破物联网及无线传感网关键技术’,意义就在这里。” 

  物联网的可持续发展,需要社会各界的共同参与。王雪表示,打造一个公开公平公正的科研体制和用人机制,能够充分调动起各方面的积极性和创造性,可以最大限度的人尽其才,也是保证我国物联网发展高水平的关键因素。

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