1. 概述
傳感器和執(zhí)行器連接到因特網(wǎng)已經(jīng)有數(shù)十年的歷史了，通常使用專(zhuān)有協(xié)議，然后通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接因特網(wǎng)(IP)協(xié)議。隨著智能電網(wǎng)、智能城市和智能家庭的興起，越來(lái)越多的對(duì)象需要實(shí)現(xiàn)互連。
我們常說(shuō)的 “機(jī)器到機(jī)器(M2M)” ，這里的機(jī)器通常是指能夠使用基于IP技術(shù)交換信息的設(shè)備，而那些機(jī)器僅僅是個(gè)子集。潛力更大、意義更深遠(yuǎn)的是每個(gè)物件的集成-把傳感器、執(zhí)行器和眾多其他常用物品連到“數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)”的能力。詞語(yǔ)“M2M”是由無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別(RFID)開(kāi)發(fā)社區(qū)在十幾年前創(chuàng)造的。
這個(gè)詞語(yǔ)，現(xiàn)在演變成了物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，即通過(guò)因特網(wǎng)聯(lián)接日常對(duì)象，可讀、可識(shí)別、可定位、甚至可控制。有人預(yù)言：在下一個(gè)十年里，數(shù)以百億計(jì)的“智能”對(duì)象會(huì)用因特網(wǎng)連接在一起。對(duì)于對(duì)象的狀態(tài)、變化及信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)哪芰Γ砻髁酥悄茉O(shè)備與人及社交網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)的潛能。實(shí)際上，把設(shè)備與社交網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)相結(jié)合可以構(gòu)建人與物之間協(xié)同的新形式。人的連接和設(shè)備的連接從此不再孤立。
物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)難以置信地影響了我們的日常生活。物聯(lián)網(wǎng)將是未來(lái)的一個(gè)新領(lǐng)域，無(wú)處不在的計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)徹底改變了社會(huì)、公司、社區(qū)和個(gè)人習(xí)慣。早期的信息和通信網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)為手機(jī)的廣泛使用，這種小玩意兒已成為一種生活方式，是成千上萬(wàn)人每天生活中的親密一份子。第二步是嵌入式短距離移動(dòng)收發(fā)裝置進(jìn)入領(lǐng)域更寬泛的設(shè)備中，使人與物(P2T)和物與物(T2T)之間產(chǎn)生一種新型的通信。一個(gè)新領(lǐng)域?qū)⒓尤氲叫畔⒑屯ㄐ偶夹g(shù)(ICT)的世界中：任何時(shí)間(白天/黑夜)，任何地方(PC附近、屋內(nèi)、屋外、甚至在移動(dòng))可以連接任何人，任何物;比如在PC之間，人與人(H2H)，人與物(H2T)和物與物(T2T)的連接。多種連接創(chuàng)造了一個(gè)全新的動(dòng)態(tài)網(wǎng)-物聯(lián)網(wǎng)，基于固有技術(shù)的先進(jìn)性和無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算和通信，這是不同領(lǐng)域 -- 從無(wú)線(xiàn)傳感器到納米動(dòng)態(tài)技術(shù)不斷創(chuàng)新的結(jié)果。
為了把日常物品和設(shè)備連接到巨大的數(shù)據(jù)庫(kù)和物聯(lián)網(wǎng)，需要一種簡(jiǎn)單且性?xún)r(jià)比高的物體識(shí)別系統(tǒng)：把“物品”變成可收集、可處理、可轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別(RFID)恰恰具有這種特性。數(shù)據(jù)收集的收益來(lái)自發(fā)現(xiàn)對(duì)象物理狀態(tài)(事件檢查)變化的能力，這是先進(jìn)傳感技術(shù)的成果。嵌入式智能可以進(jìn)一步提升物聯(lián)網(wǎng)的威力，因?yàn)橹R(shí)和信息的處理轉(zhuǎn)移到了網(wǎng)絡(luò)的邊緣。小型化和納米技術(shù)進(jìn)一步使物體尺寸減小：越來(lái)越小的智能對(duì)象具有連接和互動(dòng)能力。結(jié)合上述所有技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)以感知和智能的方式連接世界，用數(shù)字來(lái)表示物理對(duì)象，物聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)字映射。
2. RFID
圖 1表示了一種典型的RFID讀寫(xiě)方案。RFID標(biāo)簽是一種智能設(shè)備，裝有電子芯片和智能天線(xiàn)。RFID讀寫(xiě)器與標(biāo)簽交換數(shù)據(jù)，然后把信息發(fā)送到PLC或者PC做進(jìn)一步處理。
圖 1 RFID實(shí)現(xiàn)了物理與數(shù)字的轉(zhuǎn)換
RFID-使系統(tǒng)能夠解讀數(shù)據(jù)，并且能作出某些決定。現(xiàn)在讓我們用新觀(guān)點(diǎn)分析一下圖1。 RFID標(biāo)簽是一個(gè)物理對(duì)象，應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)世界的項(xiàng)目中，使我們能夠用電子的方式對(duì)他進(jìn)行識(shí)別和跟蹤。標(biāo)簽代表了無(wú)線(xiàn)科學(xué)與相關(guān)技術(shù)的結(jié)合，使物理對(duì)象成為一個(gè)能源消費(fèi)者，因?yàn)镽FID技術(shù)使用供給能源的有源標(biāo)簽，或者要對(duì)無(wú)源標(biāo)簽供能才能激活他們發(fā)送數(shù)據(jù)。雖然消耗非常小，但概念非常清楚：任何物品都是能源的消費(fèi)者。物理對(duì)象轉(zhuǎn)換到數(shù)字世界，也進(jìn)入數(shù)字能源世界。RFID技術(shù)通過(guò)簡(jiǎn)單的掃描，可以把物理對(duì)象映射到數(shù)字世界。這種行為具有以下含義：我們現(xiàn)在可以有一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象的數(shù)字表示，對(duì)象的數(shù)字克隆，確實(shí)為第二種生命。在圖 1中，我們可以看到現(xiàn)實(shí)世界的物品由標(biāo)簽(A)識(shí)別，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸(B)把數(shù)字信號(hào)(C)傳輸?shù)絇LC或者PC做進(jìn)一步處理。
上面所說(shuō)的情形可以用物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中的實(shí)際案例來(lái)說(shuō)明。讓我們來(lái)觀(guān)察圖2，這是現(xiàn)實(shí)世界中的一個(gè)例子，牲畜(A)由標(biāo)簽(B)來(lái)識(shí)別，成為物聯(lián)網(wǎng)(C)中的一個(gè)數(shù)字對(duì)象。此后，業(yè)務(wù)的各種計(jì)算就可以用數(shù)字對(duì)象來(lái)處理了。
圖 2對(duì)象映射
在圖 3中，我們來(lái)分析一個(gè)地理分布的流程，流程可以分解成多個(gè)業(yè)務(wù)：物品生產(chǎn)(A)，運(yùn)輸業(yè)務(wù)(B)，附加值服務(wù)(C)，嵌套的業(yè)務(wù)(D)，分包的業(yè)務(wù)(E)，配送/供應(yīng)鏈(F)和其他外部業(yè)務(wù)(G)。我們可以把流程映射到數(shù)字世界中，組織可互操作的業(yè)務(wù)，優(yōu)化和改變流程。流程是一種非物理對(duì)象，所以，也可以把非物理對(duì)象轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。
圖 3流程映射
這里有不同的互動(dòng)形式：人與現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象的互動(dòng)，使用PC或者智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)人與數(shù)字世界對(duì)象的互動(dòng)，人與現(xiàn)實(shí)世界流程的互動(dòng)，人與數(shù)字化流程的互動(dòng)。無(wú)線(xiàn)科學(xué)和相關(guān)技術(shù)幫我們創(chuàng)造了用PC與智能設(shè)備完成對(duì)現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)字世界的互動(dòng)和管理。
物聯(lián)網(wǎng)的下一步有可能結(jié)合使能技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖4所表示的愿景。
圖 4物聯(lián)網(wǎng)
“傳統(tǒng)”的世界用組件(A)表示，包括傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、擴(kuò)展的和分布的企業(yè)，一般的員工、家庭、能源設(shè)施、網(wǎng)格、服務(wù)和其他現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)。對(duì)前面現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)擴(kuò)展的新使能和新出現(xiàn)的技術(shù)包括在組件(C)中，包括形式化認(rèn)知過(guò)程、業(yè)務(wù)智能(BI)、機(jī)器推理、語(yǔ)義Web、自動(dòng)決策支持和其他應(yīng)用技術(shù)。這是無(wú)線(xiàn)擴(kuò)展到將來(lái)無(wú)人世界的景象，其中自動(dòng)化智能可能管理著一切：物理對(duì)象和非物理實(shí)體(流程)，多個(gè)部分的現(xiàn)實(shí)世界或者數(shù)字世界。組件(B)表示了使用RFID可能產(chǎn)生的景象，RFID是無(wú)線(xiàn)科學(xué)和技術(shù)的一部分，把現(xiàn)實(shí)生活成員轉(zhuǎn)換成數(shù)字形態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)。
3. 應(yīng)用
物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)悄然聲息地影響了我們的日常生活，成為諸多領(lǐng)域中的一個(gè)組成部分，例如：電力輸配、交通運(yùn)輸、工業(yè)控制、公共設(shè)施管理、健康醫(yī)療、水資源管理、油氣輸配等。
物聯(lián)網(wǎng)能夠幫助我們解決今天兩個(gè)最大的問(wèn)題：能源與健康。能源的問(wèn)題如，由于效率不高，當(dāng)今的樓宇消耗了過(guò)多的能源。這些浪費(fèi)的能源可以通過(guò)使用大范圍的監(jiān)視和控制就可以節(jié)省出來(lái)。智能電網(wǎng)和智能家庭就會(huì)包括無(wú)所不在的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視。健康的問(wèn)題如，因?yàn)樵L(fǎng)問(wèn)醫(yī)生或醫(yī)院的不同而得到不同的診斷結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)可以把傳感器不顯眼地附著在人的身體上，隨時(shí)對(duì)身體的功能特征進(jìn)行跟蹤。吃飯時(shí)飯碗會(huì)監(jiān)視攝入的食物量;吃藥時(shí)藥瓶會(huì)指示藥的劑量;喝酒時(shí)酒杯會(huì)提醒不要飲酒過(guò)量，等等。
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用物聯(lián)網(wǎng)也會(huì)獲得受益。例如，使用太陽(yáng)能供電的農(nóng)作物澆水設(shè)備和嵌入式無(wú)線(xiàn)設(shè)備，可以把數(shù)據(jù)從地面?zhèn)鞲衅鱾魉偷叫l(wèi)星，通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)條件，溫度和氣候變化等諸多因素進(jìn)行計(jì)算，可以得出每塊地的屬性，這就完成了一對(duì)一的澆水量、施肥量、打藥量、除草劑的“私人定制”。因此可以提高作物的生產(chǎn)率。
自動(dòng)化公司正在開(kāi)發(fā)潛在的物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。例如，某家公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)信息平臺(tái)，建立了一個(gè)設(shè)備協(xié)同社區(qū)，這個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)最終用戶(hù)與服務(wù)工程師的互動(dòng)。在這個(gè)社交網(wǎng)絡(luò)中，用戶(hù)可以對(duì)設(shè)備供應(yīng)商和系統(tǒng)集成商提出具體問(wèn)題，授權(quán)的專(zhuān)家、工程師、服務(wù)人員可以遠(yuǎn)程回答問(wèn)題或操作設(shè)備，幫助用戶(hù)快速解決出現(xiàn)的問(wèn)題。最重要的是，通過(guò)不斷的積累，可以建立一個(gè)各類(lèi)問(wèn)題的問(wèn)與答數(shù)據(jù)庫(kù)，可以幫助用戶(hù)找到常見(jiàn)問(wèn)題的解決方法，而且這些經(jīng)驗(yàn)可以反復(fù)使用。
智能物品與因特網(wǎng)的融合正在創(chuàng)造一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。沒(méi)有趕上這波物聯(lián)網(wǎng)革命的公司可能會(huì)被淘汰。而大多數(shù)具備物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和服務(wù)的公司將會(huì)取得成功。
4. 結(jié)論
前面我們勾勒出一種把現(xiàn)實(shí)世界映射到物聯(lián)網(wǎng)可能的方法。現(xiàn)在，無(wú)線(xiàn)技術(shù)的功能和使能技術(shù)的貢獻(xiàn)正在把信息與通信技術(shù)(ICT)的世界推向物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的世界。文章也分析了現(xiàn)實(shí)世界中的例子，從應(yīng)用的角度指出了結(jié)合使用RFID、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通用技術(shù)的需求。文章也介紹了現(xiàn)實(shí)世界流程轉(zhuǎn)換為數(shù)字化流程的方法。
為了與物聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)，人們將繼續(xù)使用PC或其他智能設(shè)備。但更多的選擇有可能是使用全球范圍自動(dòng)化和無(wú)邊界擴(kuò)展的協(xié)同，例如使用那些結(jié)合知識(shí)和認(rèn)知技術(shù)的產(chǎn)品，以及那些使能轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品，RFID擁有對(duì)物理世界與計(jì)算系統(tǒng)緊密結(jié)合的特征，所以是今后物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中不可或缺的一員。
（羅克韋爾自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司 華镕）
