物聯網為嵌入式系統帶來機遇

　　1012的大市場

　　在1999年物聯網概念就開始提出，實際上就是互聯網向物聯網的轉移，要上物聯網的設備是1012數量級，非常巨大。但我們現在的Internet網的利用率該產品還很低，只有2%~5%。目前嵌入式設備需要聯成網絡，但嵌入式設備一般無瀏覽器，需要建立信息平臺，實現低端和高端的連接。

　　與物聯網相關的熱詞

　　感知中國、物聯網、智慧地球、CPS(Cyber-Physical System，信息融合物理系統)等與傳感網絡相關的詞匯最近很熱……

　　物聯網的概念最早是從RFID(射頻識別)技術這個領域來的，1999年專門做RFID的EPC global前身——麻省理工Auto-ID中心提出。它當時指每一個物品上都貼一個電子標簽，這樣通過后臺信息系統構成一個借助于Internet、所有物品都能互相聯系起來的一個物聯網。但是這個概念當年并沒有太多人關注，真正受到關注是從2005年ITU(國際電信聯盟)重新定義了物聯網的概念。它主要是從信息和通信的角度去考慮，集中在三個“Any”(anytime、anyplace、anyone)去獲取信息。從此概念能看出，RFID技術、傳感器技術以及嵌入式智能技術是物聯網的基礎部分，即底層技術。

　　物聯網的發展主要是2008年IBM從商業角度提出所謂的“智慧地球”。物聯網有三大層，底層是感知層，中間是網絡層，上層是應用層。基于此，智慧地球的核心技術有三個i：instrument，傳感技術(物聯化);interconnected(互聯化);intelligent(智能化)。

　　目前，學術界流行一個詞CPS。我們人類社會生活在兩個世界上，一個是信息世界，一個是物理世界。信息世界跟物理世界的融合，就稱為CPS。中國計算機學會微機專業委員會嵌入式學組組長、復旦大學的陳章龍教授一年前開始研究CPS，但是他和IBM和Intel等公司去探討時，這些商用公司說他們知道CPS，但現在不會去做CPS，因為做CPS風險很大。CPS實際上就是信息和物理系統的融合，即三個C：1，把物理設備Computer化;2，通過通訊(Communication)和后臺連起來;3，Control。這不是把CPS單獨拆離開來一個一個的系統，從控制層面來看，是整個的一個大系統。這樣一來，我們的計算機就要有一個變更性的革命，因為我們計算機處理的是數字的、離散的、跟時間無關的對象，而現在如果是CPS，處理的對象則是模擬的、連續的、跟時間相關的，那么所有的理論、語言都要配套重來。所以美國也是首先在自然資金里面展開這個方面的探索工作。

　　溫家寶總理2009年8月到無錫考察時，提出重視發展“感知中國”。目前要做的工作是三個方面：把傳感系統和3G中的TD技術結合起來;在國家重大科技專項中，加快推進傳感網的發展;盡快建立中國的傳感信息中心。

　　不僅感，還要知、行

　　陳章龍教授認為，“感知中國”的感知耐人尋味，“感”是傳感器通過RFID對信息的采集和傳輸;關鍵是“知”，就是要通過處理計算，并返回去，才會產生真正的價值。

　　無線傳感器網絡在國內已經炒了十年，現在重新拿出來，我們一定要認真考慮以前的十年炒無線傳感器網絡為什么沒有“量變成質變”?因為我們只發展了“感”，還沒有去“知”。

　　中國科學院自動化所的關強博士提出要重視“知”和“行”。物聯網的架構包括幾層：基礎層、傳輸層，還有執行，即所謂感知的“知”和行動的“行”，控制、中間件、公共信息服務，最后結合到具體的應用去。

　　嵌入式的機遇

　　無論是物聯網三要素(感知行)，還是智慧地球3i，CPS的3C，實際上都是在講一件事：人、機、物的和諧發展。這對嵌入式系統的要求是什么?陳章龍教授認為第一要多功能化、低功耗、微型化，這些已經都在做了，比如無線傳感器的結點的智能匯集，傳感器的設計趨向一體化。由于嵌入式系統無處不在，有的可做得很小，例如智能灰塵，它里面的一些軟件，即嵌入式軟件也需要很小。

　　第二，嵌入式系統要網絡化。假如現在就把互聯網復制到物聯網，這在技術上是行不通的，因為我們面向對象是數據，是連續的、動態的、是非結構化的。所以瀏覽就不能簡單地設為嵌入式瀏覽器，因此需要在低端和高端之間建立信息中間件，OSGi (Open Service Gateway initiative)應運而生(圖2)，是開放性的機構，專門針對汽車電子、家庭網絡、移動設備和工業環境等特定領域的互聯網中間件的應用。例如，OSGi聯盟專門成立了一個名為汽車專家組(Vehicle Expert Group)的特別機構，為OSGi在汽車電子領域的應用制定規范 。

　　關強博士從RFID應用角度介紹了嵌入式的發展機會。他說，很多案例是通過一定的技術手段來實現從終端到終端，一般來說是閉環應用。閉環只在一個特定的范圍或是應用領域之內，還達不到開環，譬如公共領域的信息服務。因為實際上物聯網的發展受制于應用模式，如果要做到開環，會面臨復雜的問題：要找怎樣的一種商業模式、基礎設施由誰掏錢。

　　歐洲一家專門研究物聯網、智能系統集成的協會對物聯網的預測是四個階段：

　　? 2010年之前從RFID技術角度去討論;

　　? 2010到2015年電子標簽、傳感器網絡實現更深層次的信息交互;

　　? 2015到2020年實現互聯物品智能化;

　　? 2020年實現全面的智能化。

　　技術層包括以下幾類(圖3)：RFID標簽、讀寫器等基礎設備，還有傳感器、傳感器網絡、傳感設備。傳輸層(這也是ITU重新定義物聯網的原因)主要是在網絡層考慮，從網絡技術、通信技術去考慮。我國提出利用3G去傳輸物聯網，但這里還是涉及許多問題，比如信息終端，還有現在的操作系統，像中國移動推出的OMS操作系統，如果真正涉及到基礎設施，還有工業以太網、交通、離散控制領域等特殊的網絡，當然基礎設施上還有一些軟件的工作，比如中間件、中間件的功能、實時信息處理、海量的數據怎么處理。如果實現物聯網應用，一定要正開環，因為開環要為公共服務，涉及到更多的問題。

　　目前，物聯網相關標準還很多，但總體上，與理想的物聯網標準還差得很遠。

　　那么RFID與嵌入式系統之間的關系如何?關強認為，首先是射頻前端的特殊設計;再一個就是嵌入式系統設計方面，主要是把RFID作為一個組成部分。RFID產品的嵌入式系統設計看起來難度不大，因為只要RFID讀寫設備是固定式設備，基本上基于嵌入式Linux平臺，主流產品目前是國外廠商實力較強，本土產品的操作系統還待完善。

　　應形成本土戰略

　　到此看來本文就該結束，但本國家863計劃信息技術領域專家組組長、北京航空航天大學校長懷進鵬院士提出不要成為國外理念的實驗場，應該探索自己特色之路。他指出，物聯網和智慧地球是美國人提出的，是否這次我們再為美國做注解，注解其發展的合理性，和中國成為其一個巨大的應用示范、產業化開動前期的一個試點?

　　通常來說，如果你自己提出了一個新概念，想堅持下來也許比較難，但是他們有了我們說我們也曾經想過了，這樣再拿來更容易得到支持，尤其在特定的應用服務范圍內。所以當時863小組在規劃時認為，要借鑒國外的發展模式，再結合我們自己的重大的問題、重大的任務來進行謀劃。我們需要思考三件事：第一，一種發展的暢想，能否在重大技術、產生重大突破的機會沒有到來之前，我國有可能引領并堅持一些方向，也許最后還能形成國際社會的趨勢;第二，在信息技術未來發展當中，建立以純技術驅動為主的，結合以應用為創新模式的這種互動方式，也許在最近五年甚至十年當中，重大應用的突破對孕育和推進技術的發展帶來機會，具體體現就是在網絡和通訊技術上。最后，需要走從參與到主導的模式。

　　五年十年后面臨互聯網應用大突破

　　對于網絡化，很多國內外專家和產業界有一個共識，到2020年前后，信息技術將會遭遇到漸進式改進難以持續發展的重大障礙，或者另一種解釋是，十年之內在信息技術領域，想要在技術上取得重大突破的可能性比較小。而另一種機會孕育著重大技術突破的，就是應用當中新模式所帶來的大規模應用技術、集成性技術或系統集群技術的突破，它的重要性將會凸顯。而再往后發展的20年當中，可能出現信息科學在一些基礎的微電子、電路、體系結構、模型、算法和重大系統帶來的突破，但這時一定是重大應用所匯聚的系統級的技術和基礎研究的新突破。

　　所以總體上，在多核、高并行、網絡化、海量多元化這樣發展的模式下，怎樣來建立新的發展空間就給我們帶來了思考。因為計算技術面臨的新的技術墻在五年走不動，諸如摩爾定律、還有存儲墻、軟件的復雜性墻、數據的規模墻還有功耗等一系列的問題。也就是說過去在我們過度關注系統復雜性的時候，開始關注了人如何作為一種重要的方式和系統進行結合，來降低系統的復雜性，變成今后作為應用發展當中一個重要的內容。同時在軟件的可信、數據的不確定、以及情感感知等等有很多的問題。在這些問題中，最突出的是信息化和兩化融合面臨的應用墻，怎樣把應用墻推倒來看到另一個世界，使那些墻來直接服務。

　　總之，如何為這五年十年做好準備?這是擺在所有人面前的機遇和挑戰。