物聯(lián)網(wǎng)與自動識別技術(shù)

 

        2010年，所有關(guān)心政治經(jīng)濟的人，都開始熟悉一個名詞——物聯(lián)網(wǎng)。在2010年的兩會上，胡錦濤主席參加天津代表團團組會議時，兩次提到了“物聯(lián)網(wǎng)”，一次是關(guān)于調(diào)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，一次是關(guān)于自主創(chuàng)新。2010年3月5日，溫家寶總理在《政府工作報告》中，將“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”明確納入重點產(chǎn)業(yè)振興。在《政府工作報告》的末尾，對物聯(lián)網(wǎng)的定義做出了這樣的詮釋——“它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)。”

        美國權(quán)威咨詢機構(gòu)FORRESTER預(yù)測，到2020年，世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)，跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比，將達到30:1，因此，“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個萬億級的通信業(yè)務(wù)，所有的跡象都表明，世界已經(jīng)開始進入物聯(lián)網(wǎng)時代。

        隨著技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)概念的內(nèi)涵和外延都已經(jīng)發(fā)生了巨大變化，廣義物聯(lián)網(wǎng)的概念是指：在信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過物品編碼和標(biāo)識系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)采集技術(shù)和傳感技術(shù)，按照標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議，進行物品與網(wǎng)絡(luò)連接，以實現(xiàn)對物品的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等智能化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)把物質(zhì)世界和數(shù)字世界有機連接起來，實現(xiàn)現(xiàn)實世界和虛擬世界的融合，物聯(lián)網(wǎng)是從數(shù)字化向智能化的提升，是全球信息化發(fā)展的趨勢。正如鄔賀銓院士在物聯(lián)網(wǎng)大會上所說：物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用拓展重點，物聯(lián)網(wǎng)是泛在網(wǎng)的起點，物聯(lián)網(wǎng)是信息化與工業(yè)化融合的切入點，物聯(lián)網(wǎng)是低碳經(jīng)濟的支撐點，物聯(lián)網(wǎng)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的增長點，物聯(lián)網(wǎng)是民生服務(wù)的新亮點，物聯(lián)網(wǎng)是國際競爭的新熱點。因此，當(dāng)前應(yīng)抓住機遇，推動和探索物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為促進我國信息產(chǎn)業(yè)和國民經(jīng)濟及社會和諧發(fā)展做出貢獻。

 

         無論從最初的物聯(lián)網(wǎng)概念看，還是從廣義的物聯(lián)網(wǎng)概念看，物聯(lián)網(wǎng)的組成可歸納為以下四個部分：物品編碼標(biāo)識系統(tǒng)，它是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)；自動信息獲取和感知系統(tǒng)，它解決信息的來源問題；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它解決信息的交互問題；應(yīng)用和服務(wù)系統(tǒng)，它是建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)的目的。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖如圖1所示。

         物聯(lián)網(wǎng)中的“物”不再限于一般物理實體，而是包括了所有事物，甚至是應(yīng)用系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)中的“聯(lián)”更是包括條碼、射頻、傳感器等多種技術(shù)手段；物聯(lián)網(wǎng)中的“網(wǎng)”也不僅僅是Internet，而是能夠互聯(lián)的各類信息網(wǎng)絡(luò)，包括互聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、移動網(wǎng)等各種有線和無線的網(wǎng)絡(luò)。

 

   

 

 

                                                                                              

 

      編碼是指按一定規(guī)則賦予物品易于機器和人識別、處理的代碼，它是物品在信息網(wǎng)絡(luò)中的身份標(biāo)識，是一個物理編碼。編碼實現(xiàn)了物品的數(shù)字化，是物品實現(xiàn)自動識別的基礎(chǔ)，在物聯(lián)網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)，物品編碼是貫穿始終的關(guān)鍵字，是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。

      統(tǒng)一的物品編碼體系將滿足物聯(lián)網(wǎng)中各系統(tǒng)信息交換的需要，并能實現(xiàn)動態(tài)維護，對物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用、運行與管理提供支撐。如果沒有統(tǒng)一的物品編碼體系，這些系統(tǒng)只能是一個個不連通的信息孤島，不能形成物聯(lián)網(wǎng)。 因此，統(tǒng)一的物品編碼體系是信息互聯(lián)互通的關(guān)鍵。

      物聯(lián)網(wǎng)中由于編碼對象復(fù)雜，單一的某個物品編碼標(biāo)準(zhǔn)無法支撐整個物聯(lián)網(wǎng)的運行。由于歷史的原因，有些編碼方案的應(yīng)用已經(jīng)有一定的規(guī)模，在某些領(lǐng)域的信息化建設(shè)中正在發(fā)揮很好的作用。因此，國家物品編碼體系提供了一種行之有效的兼容性的解決方案，實現(xiàn)各種編碼方案的互聯(lián)互通，通過國家物品編碼解析平臺為各行各業(yè)提供服務(wù)。

      物品編碼與IP地址問題。IP地址是對連接到互聯(lián)網(wǎng)中的電子設(shè)備賦予的網(wǎng)絡(luò)通信用的相對唯一地址。IP的設(shè)計是為了連接到網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的尋址。IP地址在網(wǎng)絡(luò)中具有唯一性，但IPV6不能既用作物品唯一標(biāo)識，又用作路由地址。

物品編碼在系統(tǒng)中具有唯一性，但物品編碼不能既用作路由地址，又用作唯一標(biāo)識。 物品的標(biāo)識和通訊既需要物品編碼也需要IP地址。

      物品編碼與信息安全 問題。把物品編碼與自主創(chuàng)新和信息安全聯(lián)系起來，這是一種誤解。首先編碼是一種規(guī)則，規(guī)則是無法得到知識產(chǎn)權(quán)保護的，目前，國內(nèi)外未見哪一種規(guī)則取得了專利；但每一種編碼確實有一個管理問題，如EPC編碼、IPV4、IPV6等，但這與知識產(chǎn)權(quán)無關(guān)。因此，可以說編碼本身不會涉及信息安全。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，信息安全與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和管理措施有關(guān)，但與編碼本身無關(guān)。

 

      自動識別技術(shù)，是指條碼、射頻、傳感器等通過信息化手段將與物品有關(guān)的信息通過一定的方法自動輸入計算機系統(tǒng)的技術(shù)的總稱。自動識別技術(shù)在二十世紀(jì)七十年代初步形成規(guī)模，它幫助人們快速地進行海量數(shù)據(jù)的自動采集，解決了應(yīng)用中由于數(shù)據(jù)輸入速度慢、出錯率高等造成的“瓶頸”問題。目前，自動識別技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在商業(yè)、工業(yè)、交通運輸業(yè)、郵電通訊業(yè)、物資管理、倉儲等行業(yè)，為國家信息化建設(shè)做出了重要貢獻。

      以商品條碼為代表的一維條碼，見圖2主要用于商品流通貿(mào)易領(lǐng)域物品通用信息的標(biāo)識及數(shù)據(jù)交換。一維條碼的應(yīng)用對于促進我國商品進入國際市場，促進各行業(yè)實現(xiàn)信息化管理起著至關(guān)重要的作用。

  

 

 

                                                                                                           圖2  EAN-13條碼        

 

                                                                                                                 

                                                                                                             圖3 漢信碼

      二維條碼技術(shù)是在一維條碼無法滿足實際應(yīng)用需求的前提下產(chǎn)生的。從信息密度與信息容量來講：一維條碼信息密度低，信息容量較小，二維條碼信息密度高，信息容量大；從錯誤校驗及糾錯能力來講：一維條碼可通過校驗字符進行錯誤校驗，沒有糾錯能力，二維條碼具有錯誤校驗和糾錯能力，可以根據(jù)需要設(shè)置不同的糾錯級別；從對數(shù)據(jù)庫和通信網(wǎng)絡(luò)是否依賴來講：一維條碼多處應(yīng)用場合依賴數(shù)據(jù)庫和通信網(wǎng)絡(luò)，二維條碼信息密度高，信息容量大；二維條碼可不依賴數(shù)據(jù)庫和通信網(wǎng)絡(luò)而單獨應(yīng)用。

      二維條碼，特別是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的漢信碼，見圖3，將在物聯(lián)網(wǎng)中獲得廣泛應(yīng)用，漢信碼具有信息容量大，高效的漢字壓縮效率，糾錯能力強。目前，二維條碼在世博會門票、火車票上已經(jīng)取得越來越廣泛的應(yīng)用。

      RFID是一種非接觸式的自動無線識別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。射頻標(biāo)簽見圖4。

      RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：當(dāng)射頻標(biāo)簽在閱讀器發(fā)射天線有效工作區(qū)域內(nèi)，閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，標(biāo)簽內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流并被激活；標(biāo)簽將存儲在芯片中的編碼信息通過內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；閱讀器的接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主機系統(tǒng)進行相關(guān)處理。同樣，當(dāng)射頻標(biāo)簽為主動標(biāo)簽時，標(biāo)簽本身發(fā)送一定頻率的射頻信號，閱讀器讀取信息并解碼后，送至后臺主機系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

      射頻識別技術(shù)擁有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場潛力。目前，已在圖書管理、手機SIM卡、不停車收費（ETC）系統(tǒng)、二代身份證等應(yīng)用，正在將RFID技術(shù)推向更深、更廣的應(yīng)用。

 

           

                     圖4 射頻標(biāo)簽                       

 

 

 

                                                                                                                 

      傳感器是物聯(lián)網(wǎng)獲取相關(guān)信息的來源，見圖5。傳感器是一種能夠?qū)Ξ?dāng)前狀態(tài)進行識別的元器件，當(dāng)特定的狀態(tài)發(fā)生變化時，傳感器能夠立即察覺出來，并且能夠向其他的元器件發(fā)出相應(yīng)的信號，用來告知狀態(tài)的變化。智能傳感器將計算能力嵌入到傳感器中，使得傳感器節(jié)點不僅具有數(shù)據(jù)采集能力，而且具有信息處理能力；無線智能傳感器在智能傳感器的基礎(chǔ)上增加了無線通信能力，大大延長了傳感器的感知觸角，降低了傳感器應(yīng)用的成本；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到無線智能傳感器中，使得傳感器不再是單個的感知單元，而是能夠交換信息、協(xié)調(diào)控制的有機結(jié)合體，實現(xiàn)物與物的互聯(lián)，把感知觸角深入世界各個角落。

      通過一維條碼、二維條碼、射頻識別、傳感器等連接技術(shù)，實現(xiàn)將各種實體物品與虛擬的物（環(huán)境）鏈入網(wǎng)絡(luò)的功能，構(gòu)建萬事萬物相互連接的物聯(lián)網(wǎng)。堅持自主創(chuàng)新，盡快掌握和研發(fā)與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的核心技術(shù)，大量的識讀設(shè)備、傳感設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、配套的軟件以及服務(wù)等，將為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

 

      物聯(lián)網(wǎng)不是科技狂想，而是一場新的科技革命，未來物聯(lián)網(wǎng)將對政治、經(jīng)濟產(chǎn)生深遠的影響。物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟效益，發(fā)展低碳經(jīng)濟、建設(shè)節(jié)約型社會；另一方面物聯(lián)網(wǎng)將極大地改變我們生活方式。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將帶動技術(shù)的進步，通過應(yīng)用創(chuàng)新進一步帶動經(jīng)濟社會形態(tài)、創(chuàng)新形態(tài)的變革，促進建立知識型社會。

      物聯(lián)網(wǎng)用途廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護、電子政務(wù)、貿(mào)易物流、公共安全、平安家居、智能電力、工業(yè)監(jiān)測、個人健康、水系監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域。目前，世界各國都在投入巨資深入研究發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)。

      2005年4月，為建設(shè)知識型歐洲，歐盟提出總預(yù)算為500多億歐元的第七研究框架計劃建議（2007～2013）。該計劃支持經(jīng)過篩選的優(yōu)先領(lǐng)域，致力于歐盟占領(lǐng)或保持世界某些領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。2009年9月，在歐盟第七框架計劃資助下，歐洲物聯(lián)網(wǎng)研究項目工作組 (CERP-IoT) 制訂了《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖(SRA)》，為歐盟未來10年物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展指明了方向。

      日本也制定了i-Japan計劃，旨在到2015年實現(xiàn)以人為本“安心且充滿活力的數(shù)字化社會”，讓數(shù)字信息技術(shù)如同空氣和水一般融入每一個角落。

      美國在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)上的優(yōu)勢正在加強與擴大。DOD的“智能塵埃”（Smart dust）、國家科學(xué)基金會的“全球網(wǎng)絡(luò)研究環(huán)境”（GENI）等項目提升了美國的創(chuàng)新能力；IBM、TI、INTEL、微軟、高通等一大批IT公司，在芯片設(shè)計、軟件開發(fā)、以及系統(tǒng)集成方面占據(jù)領(lǐng)先地位。

      現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)是以EPC和全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以RFID為主要技術(shù)手段，主要應(yīng)用在發(fā)展比較成熟需求較為緊迫的國際貿(mào)易與物流供應(yīng)鏈領(lǐng)域，EPC是最有可能率先實現(xiàn)的物聯(lián)網(wǎng)。

      EPC的編碼是全球通用的，EPC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是全球各國企業(yè)共同參與制定的，目前全球已有40多個國家的1500多家企業(yè)參與到EPC的研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制訂工作中。EPC標(biāo)準(zhǔn)也于2006年6月成為了ISO標(biāo)準(zhǔn)，全球有關(guān)EPC工作已經(jīng)做了大量的試點應(yīng)用研究，EPC的應(yīng)用正不斷擴大。

      物品編碼中心為EPC物聯(lián)網(wǎng)做了大量工作 。

 

      胡錦濤總書記說，抓住新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的機遇，創(chuàng)新信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)，以信息化帶動工業(yè)化，發(fā)展和普及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，重視網(wǎng)絡(luò)計算機和信息存儲技術(shù)開發(fā)，加快相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，積極研發(fā)和建設(shè)新一代互聯(lián)網(wǎng)，改變我國信息資源行業(yè)分割，核心技術(shù)受制于人的局面，促進信息共享，保障信息安全。

      當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)受到從政府到企業(yè)、科研院所、甚至普通民眾的廣泛重視，在物聯(lián)網(wǎng)整個產(chǎn)業(yè)鏈中，自動識別產(chǎn)業(yè)始終是物聯(lián)網(wǎng)體系的重要的支撐產(chǎn)業(yè)，自動識別產(chǎn)業(yè)必須與產(chǎn)業(yè)鏈的上下游緊密合作，共同促進政、產(chǎn)、學(xué)、研、用各界聯(lián)合，相互支持，共同攻關(guān)，為我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供一個和諧共贏的環(huán)境。