第1章 君生我未生：物联网的前世今生
1.1 物联网概述
1.1.1 物联网的起源和概念
1.物联网概述
物联网（Internet Of Things）概念的提出已经有二十余年的历史，并在世界范围内引起了广泛的关注。在国内，随着政府对物联网产业的持续关注和大力支持，以及无线传感器等相关产业的日趋成熟，物联网已经逐渐从产业愿景走向现实应用。
1998年，MIT（麻省理工学院）的Kevin Ashton首次提出了“Internet of things”概念，通过在日常物品中运用射频识别技术和传感器技术，创建了一个物物相连的互联网（Internet of things）。这一概念的提出为人们对机器的理解开创了一个新纪元。1999年，Auto-ID Center提出的物联网概念相当于以射频识别（RFID）标签为基础的一个全球性基础设施建设。你可以把它（指物联网）作为存在于互联网底部的一个无线层，它可以对从刀片、欧元到汽车轮胎等数以百万计的物品进行跟踪和信息处理。
2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了一篇报告《ITU互联网报告2005：物联网》，该报告对物联网的概念进行了定义，并对物联网的技术细节及其对全球商业和个人生活的影响做了深入的探讨。报告指出，物联网主要解决物品与物品（Thing to Thing，T2T）、人与物品（Human to Thing，H2T）、人与人（Human to Human，H2H）之间的互联。但是与传统互联网不同的是，H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接，从而使得物品连接更加简化，而H2H是指人与人之间不依赖于计算机而进行的互联。该报告声称，无所不在的“物联网”通信时代即将到来，世界上所有的物品，从轮胎到牙刷，从房屋到纸巾，都可以通过互联网进行信息交换。射频识别技术、无线传感器技术、智能嵌入技术、纳米技术等将融合在一起，得到更加广泛的应用。因此，物联网概念的兴起，在很大程度上得益于国际电信联盟（ITU）2005年以物联网为标题的年度互联网报告；然而，ITU的报告对物联网还缺乏一个清晰的定义。
2009年9月，在北京举办的物联网与企业环境中欧研讨会上，欧盟委员会信息和社会媒体司RFID部门责人Lorent Ferderix博士给出了欧盟对物联网的定义：物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道，构成未来的互联网。
根据国内外专家与机构对于物联网的定义，可以简单地归结为：物联网是一个物物相连的网络，它通过前端的感知设备，如RFID系统、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等，按照既定的标准化协议将物理实体连接在一起，并利用信息智能处理和策略化控制方法实现对物理环境和物体的识别、定位、跟踪、监控和管理功能的综合信息化系统。
2.物联网的发展
物联网覆盖了多个领域，因此，物联网产业包含的门类十分庞大，延伸到社会经济生活的方方面面，被称为下一个万亿级的通信业务。在物联网发展过程中，包括日本、韩国、欧盟、美国等发达国家和地区都制定了物联网产业的发展战略，中国也在积极培育物联网产业，争夺物联网领域的战略制高点。下面我们简要介绍各个国家相关的物联网产业发展战略。
（1）日本的“U-Japan”计划。
日本的“U-Japan”计划通过发展“无所不在的网络”（U网络）技术催生新一代信息科技革命。日本的“U-Japan”战略理念是以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接，即所谓4U（Ubiquitous：无所不在；Universal：普及；User-oriented：用户导向；Unique：独特）。
此战略将以“基础设施建设”和“信息技术应用”为核心，重点在以下两个方面展开：一是泛在网络社会的基础建设，希望实现从有线到无线、从网络到终端，包括认证、数据交换在内的无缝连接泛在网络环境，人们可以利用高速或超高速网络；二是信息通信技术（Information Communication Technology，ICT）的广泛应用，希望通过ICT的有效应用，促进社会系统的改革，解决老年化社会的医疗福利、环境能源、防灾治安、教育人才、劳动就业等一系列社会问题。
事实上，基于RFID技术实现的手机钱包，已经在日本广泛应用，并正在向全球拓展。日本的先进企业多数已经开始利用U网络工具。相关研究报告显示：这些利用U网络的企业商品生产线效率提高了10%，交货期缩短了一半。如此强大的助推作用正使得越来越多的企业考虑启用泛在应用。日本的NTT DoCoMo公司在日本的家电和汽车行业中的企业进行了颇具创新力的尝试，将涉及企业客户的各类U应用作为今后发展的重点。
2009年8月，日本又将“U-Japan”升级为“I-Japan”战略，提出“智慧泛在”构想，将传感网列为其国家重点战略之一，致力于构建一个个性化的物联网智能服务体系，充分调动日本电子信息企业积极性，确保日本在信息时代的国家竞争力始终位于全球第一阵营。同时，日本政府希望通过物联网技术的产业化应用，减轻由于人口老龄化所带来的医疗、养老等社会负担，并由此实现积极自主的创新，催生出新的活力，改革整个经济社会。
（2）韩国的“U-Korea”战略。
韩国是全球首个提出U战略的国家之一，也实现了类似日本的发展。韩国成立了以总统为首的国家信息化指挥、决策和监督机构——“信息化战略会议”及由总理负责的“信息化促进委员会”，为“U-Korea”信息化建设保驾护航。韩国信息和通信部则具体落实并负责推动“U-Korea”项目的建设，重点支持“无所不在的网络”相关的技术研发及科技应用，希望通过“U-Korea”计划的实施带动国家信息产业的整体发展。2009年10月，韩国颁布了《物联网基础设施构建基本规划》，将物联网市场确定为新增长动力，确定了构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境四大领域，12项详细课题，并提出到2012年实现“通过构建世界最先进的物联网基础设施，打造未来广播通信融合领域超一流ICT（信息通信技术）强国”的目标。
配合“U-Korea”推出的“U-Home”是韩国信息通信发展计划的八大创新服务之一。这种智能家庭的最终目的是让韩国民众能通过有线或无线的方式控制家电设备，并能在家享受高品质的双向、互动的多媒体服务，比如远程教学、健康医疗、视频点播、居家购物、家庭银行等。近年来，韩国新建的民宅基本都具有“U-Home”功能。
（3）美国“智慧的地球”。
2008年11月，美国IBM公司总裁彭明盛在纽约对外关系理事会上发表了题为《智慧的地球：下一代领导人议程》的讲话，正式提出“智慧的地球”（Smarter Planet）设想。2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，彭明盛推广“智慧的地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施，阐明其短期和长期效益。奥巴马政府对此给予了积极的回应，认为“智慧的地球”有助于美国的“巧实力”（Smart Power）战略，是继互联网之后国家发展的核心领域。
“智慧的地球”是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，如把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁等各种物体中，并连接形成物联网。在此基础上，将各种现有网络进行对接，实现人类社会与物理系统的整合，从而使人类以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态。例如，2009年4月初在美国拉斯维加斯举行的无线通信展期间，美国Vitality公司推出了配备无线功能的药瓶盖。该产品可用在普通药瓶上，同时也具有完善的网络提醒功能。到预先设定的时间，盖子上的小灯就会亮，提醒用户吃药时间到了。如果此时用户不打开瓶盖，瓶盖就会发声。如若用户再不打开瓶盖，该信息就会经由家庭设置的网关装置，通过互联网发送至服务器，服务器在收到信息后会拨打电话通知用户。由于其具有联网功能，服务器还可以用电子邮件通知用户指定的联系人，或在药物快用完时自动向药房发送信息。可以预见，这种“智慧”状态将伴随大量“聚合服务”应用的产生，而“人-物”应用、“物-物”应用还会不断被开发、被集成，这也预示着聚合服务市场潜力十分巨大。
（4）欧盟的物联网行动计划。
欧盟早在2006年就成立了工作组，专门进行RFID技术研究，并于2008年发布《2020年的物联网——未来路线》。2009年，欧洲RFID项目组物联网小组（CERP-IoT）在欧盟委员会资助下制定了《物联网战略研究路线图》《RFID与物联网模型》等意见书。2009年6月，欧盟已经制定了截至目前堪称物联网产业最详细的发展规划，主要体现在2009年6月欧盟制定的《物联网——欧洲行动计划》，该计划涵盖了行政管理、安全保护、隐私控制、基础设施建设、标准制定、技术研发、产业合作、项目落实、通报制度、国际合作等重要内容。该计划已被视为重振欧洲的战略组成部分，且自2007年到2010年，欧洲已经投入了27亿欧元。目前，欧盟已将物联网及其核心技术纳入预算高达500亿欧元并开始实施的欧盟“第七个科技框架计划（2007—2013年）”中。这也是1994年以电信业为代表的“欧洲之路”战略、1999年e-Europe战略的最新延伸。
欧洲物联网的应用主要在企业管理、交通运输、医疗卫生等方面。例如，全球电源和自动设备制造商ABB在其芬兰赫尔辛基的工厂里采用RFID技术，追踪每年外运的20万件传动装置，利用RFID系统提高货物运输的追踪能力，可靠地记录货物运输日期，减少物流和仓储任务外包的风险。巴黎市政府制定了以RFID识别技术、GPS地理定位、谷歌地图测绘为基础的Patrimonia方案，巴黎城市用户可以通过网络访问关于巴黎市道路标志管理和应用的页面，该方案包括一个全面的数据库、谷歌电子地图、搜索引擎，还有分析程序、设计文件，并且能够以Excel等Office格式导出数据。瑞士制药集团诺华制药正在开发一种带有新型电子系统的芯片，这种芯片可以安装在药片中，患者如果未能遵医嘱服药，芯片就会向患者手机发送提醒短信，芯片有利于提醒患者对医嘱的遵从，从而增强药物疗效。除此以外，欧洲主要电信运营商Orange、Telnor、T-Mobile、Vodafone等都确定了物联网战略方向，开始以各种形式加速M2M业务的部署。
（5）中国的“感知中国”。
2009年8月，我国国家领导人在考察无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时指出，要积极创造条件，在无锡建立中国的传感网中心（“感知中国”中心），发展物联网。2009年11月，我国国家领导人在人民大会堂向科技界发表了题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话，其中提到要着力突破传感网、物联网的关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。2010年3月，“加快物联网的研发应用”第一次写入中国政府工作报告中。
此后，各部门、各地区积极响应，纷纷出台各项举措，推动物联网发展。《国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020年）》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。工业和信息化部开展物联网的调研，计划从技术研发、标准制定、推进市场应用、加强产业协作四个方面支持物联网发展。无锡市大力建设国家传感网创新示范区（国家传感信息中心），在物联网人才引进、资金、税收、土地等方面对相关企业进行大力支持，吸引了中科院、清华大学、北京邮电大学、中国移动、中国联通、中国电信等企事业单位在无锡设立机构。2010年1月，江苏省新型感知器件产业技术创新战略联盟在昆山传感器产业基地成立。该联盟的成立，将加快无锡物联网产业创新集群的形成。北京也着手启动物联网的规划工作。2009年11月，由同方股份、中国移动、大唐移动、中科院软件所、清华大学、北京大学、北京邮电大学等物联网产业链上的40余家企业和研发机构共同组建了中关村物联网产业联盟，志在打造中国物联网产业中心。广东则成立了RFID标准化技术委员会，加紧RFID标准攻关，打造“数字广东、智慧城市、知识经济、无处不在的网络社会”。上海为加快实现物联网对产业升级的带动作用，决定从2010年起由政府启动物联网体系建设，并在全市范围内组织实施物联网应用示范工程。其他地区也从制定规划、设立相应机构等方面着手推动物联网的发展。
在应用领域，我国销量最大的酒类品牌之一五粮液，其防伪系统就使用了RFID防伪和追溯管理的物联网技术。中国科技馆新馆将启用RFID电子门票，这样就可在后台的计算机终端反映出持有人的相关信息，实现门票与个人信息的绑定，从而可为观众提供更多的个性化服务。江西电网利用传感和测量技术监控全网2万多台配电变压器，一年降低电损1.2亿千瓦时。深圳24小时自助图书馆将RFID技术引入文化领域，解决了文献定位导航难、错架乱架多、难以精确典藏等问题，取得了图书馆的智能管理系统和自助服务模式的创新。上海世博园为进入园区的食材加装RFID，利用“食品安全实时综合监控平台”进行跟踪监控，确保食品安全。由此可见，物联网的应用已经扩展到交通运输、食品安全、电网管理、公共服务等多个方面。
目前，物联网在我国的发展形态主要以RFID、M2M、传感网网络三种为主。在RFID方面，2009年，中国RFID产业市场规模达110亿元，相比2008年增长36.8%，已用于物流、城市交通、工业生产、食品追溯、移动支付等方面，特别是随着3G网络开始运营，各运营商推出了移动支付方式，如中国移动于2009年11月宣布采用RFID技术的SIM卡，在星巴克和上海世博园园区内可以通过手机近端刷卡消费。在M2M方面，电信运营商积极开展M2M应用，如中国移动从2004年开始发展M2M业务，2008年M2M终端数量发展到229万部，目前已超过300万部，预计未来年增长率将超过60%，在智能楼宇、路灯监控等方面得到广泛应用。国内在传感器网络方面现仍处于发展初级阶段，基本上还是依托于科研项目、科研成果的示范；但在部分领域的国际标准制定方面已经具有了发言权，有可能形成具有自主知识产权的核心技术和标准，提高我国在物联网领域内的竞争力。
与其他发达国家相比，目前我国物联网发展尚处于初创和起步阶段，且存在一系列瓶颈和制约因素：一是产业体系初步形成但产业化能力不高，尚未形成规模化产业优势；二是核心关键技术有待突破，在传感器、芯片、关键设备制造、智能通信与控制、海量数据处理等核心技术上，与发达国家存在较大差距；三是标准比较分散、体系还不完善，在国际上面临着关键资源和核心标准方面的激烈竞争；四是物联网应用的规模和领域比较小，没有形成成熟的商业模式，应用成本较高；五是物联网承载大量的国家经济社会活动和战略性资源，因而面临巨大的安全与隐私保护挑战。我们需要结合中国国情来发展适合我国经济水平的绿色、开放、高可靠的物联网，走一条有中国特色、能带动国内核心技术企业发展的低成本信息化道路，让物联网真正惠及国家和人民。
3.物联网的行业应用
目前，物联网在很多方面都有广泛的应用，例如工业领域、农业领域、智能城市、智能交通、智能家居、智能电网、食品安全、安全防范、智能医疗、智能环保、智能物流、智能校园、智能文博、智能司法及M2M平台建设。总体来说，近几年，物联网在各个领域的发展都有了进一步推广和深入，物联网行业的发展主要还是集中于在工业领域、农业领域、智能城市、智能交通、智能家居及智能电网等方面的应用。
我国的工业目前面临着高污染、高能耗的威胁，节能减排是我国工业发展的瓶颈，工业用能在我国总能源消费中占据70%，因此推行节能减排，倡导低碳经济给物联网在工业领域的发展带来了契机，以物联网改造传统工业有广阔的发展前景。另外，我国的三农问题及城市化过程中带来的城市问题，使得物联网在农业领域的应用及智能城市和智能交通领域的应用也会有较好的发展前景。
1.1.2 物联网与互联网、传感网、泛在网的关系
1.物联网与互联网
实际上，互联网是物联网的基础，而物联网是升级换代后的互联网。换而言之，物联网是互联网的高级形态。互联网连接的主体是人，物联网连接的主体是物，但物联网不是单纯的对物的连接，它是先连接了人之后，才延伸到对物的连接。互联网以人工为主进行信息的采集与处理，而物联网则以“云脑”等人工智能为主进行信息的采集和处理。
互联网与物联网的关系就像父亲与儿子的关系，物联网是互联网的新生代，是互联网的创新成果。二者的区别主要体现在以下三个方面。
（1）从覆盖范围上来看，物联网的覆盖范围比互联网的覆盖范围大得多。从主要作用上来看，互联网的主要服务对象是人，人能通过互联网相互交换信息，为日常的生产生活带来便利。物联网的诞生，主要是为了帮助人类管理物。如果将地球比作人类的家，那么物联网就是为人类管理家中大小物品的情况下，还可以让物与物之间自动交换信息，并对物品进行实时的监控和管理。互联网与物联网的区别在于，互联网是直接服务于人类，而物联网是间接服务于人类。与互联网相比，物联网的实现相对困难，因为互联网服务过程由人类直接参与，由于自身的主观能动性，人可以对互联网中出现的问题进行及时发现并解决，但是物联网却脱离了人的直接参与，物体出现的问题全部是由人工智能进行分析、管理和纠正的。但是人工智能远远没有人脑灵活，所以，一些特殊性问题很难得到及时解决。
从复杂性来说，物联网比互联网更甚。未来，物联网的应用远超互联网，物联网产业的发展，无论在经济带动性上，还是社会影响力上，都比互联网的作用更强、更大。互联网解决了人类的沟通问题，实现了人与人之间的信息互通和共享。而物联网不仅沟通了人与人，还沟通了人与物、物与物，利用物联网技术，人类可以实现对物的智能管理和智能决策控制。
（2）互联网的终端包括台式电脑、笔记本、智能手机、平板电脑等。利用这些互联网终端，人们可以看新闻、看电影、发邮件、收邮件、买股票、买基金、订外卖、订机票，等等。这些终端与互联网的连接方式可以是有线连接，也可以是无线连接。而物联网的终端是无数的传感器，这些传感器连接成网，并通过汇聚节点与互联网进行连接。其主要连接方式是无线连接，这需要两个过程，一是利用读写器连接RFID芯片和控制主机，二是通过控制节点连接控制主机和互联网。由此可以看出，物联网与互联网的接入方式和应用系统都是不同的。无线传感器网络和RFID应用系统是物联网接入互联网的两种主要方式，物联网获取数据的方式通常有两种，一种是由传感器自动感应，一种是由RFID读写器自动读出。
（3）与互联网相比，实现物联网需要涉及更多的技术，包括互联网技术、计算机技术、无线网络技术、信息通信技术、智能芯片技术等。也就是说，互联网技术只是物联网所涉及技术的一个方面。另外，物联网与互联网的区别还在于，一个作用于虚拟世界，另一个作用于现实世界。
2.物联网与传感网
物联网强调的是物与物之间的连接，接近于物的本质属性，而传感器强调的是技术和设备，是对技术和设备的客观表述。从总体上来说，物联网与传感网具有相同的构成要素，它们实质上指的是同一种事物。物联网是从物的层面上对这种事物进行表述，传感网是从技术和设备的角度对这种事物进行表述。物联网的设备是所有物体，突出的是一种信息技术，它建立的目的是为人们提供高层次的应用服务。传感网的设备是传感器，突出的是传感器技术和传感器设备，它建立的目的是更多地获取海量的信息。
从细节上来说，传感网又可以被称为传感器网。构成传感器网需要两种模块，一种是“传感模块”，另一种是“组网模块”。传感网更加注重对物体信号的感知，比如感知物体的状态、外界环境信息等。而物联网却更注重对物体的标识和指示，如果要标识和指示物体，就要同时用到传感器、一维码、二维码及射频识别装置。从这个层面来看，传感网属于物联网的一部分，它们之间的关系是局部与整体的关系，也就是说物联网包含传感网。
3.物联网与泛在网
互联网与物联网相结合，便可以称为“泛在网”。利用物联网的相关技术如射频识别技术、无线通信技术、智能芯片技术、传感器技术、信息融合技术等，以及互联网的相关技术如软件技术、人工智能技术、大数据技术、云计算技术等，可以实现人与人的沟通、人与物的沟通及物与物的沟通，使沟通的形态呈现多渠道、全方位、多角度的整体态势。这种形式的沟通不受时间、地点、自然环境、人为因素等的干扰，可以随时随地自由进行。泛在网的范围比物联网还要大，除了人与人、人与物、物与物的沟通外，它还涵盖了人与人的关系、人与物的关系、物与物的关系。可以这样说，泛在网包含了物联网、互联网、传感网的所有内容，以及人工智能和智能系统的部分范畴，是一个整合了多种网络的网络系统。
泛在网最大的特点是实现了信息的无缝连接。无论是人们日常生活中的交流、管理、服务，还是生产中的传送、交换、消费，抑或是自然界的灾害预防、环境保护、资源勘探，都需要通过泛在网连接，才能实现一个统一的网络。而这种对事物的全面而广泛的包容性，是物联网无法企及的。
物联网与泛在网的联系在于，它们都具有网络化、物联化、互联化、自动化、感知化及智能化的特征。