1、物聯(lián)網(wǎng)征程初啟(2010-03-30 00:38:05) 轉載標簽： 微軟亞洲研究院物聯(lián)網(wǎng)趙峰傳感網(wǎng)感知地球智能微塵分類：技術 微軟亞洲研究院副院長趙峰博士，他的手中拿著“黑匣子”傳感器 要想讓傳感器真正“飛入尋常世界中”，它必需在體積、造價、能耗等方面進行“瘦身”，這樣它才真正能夠進入到物理世界。 作者：趙峰 微軟亞洲研究院常務副院長 現(xiàn)在在我手邊有一個黑乎乎的小匣子，只有鼠標的一半大。有位記者說這東西看起來像古老的BP機，不過BP機進博物館，但這個小匣子還將繼續(xù)存在很久，而且還將經(jīng)歷“72變”，最終完全成為人們生活的一部分。 這個黑乎乎的東

2、西就是傳感器，也是我折騰了將近20年的小玩意兒，它被復制了1萬多個，在微軟3個數(shù)據(jù)中心的角落里“站著崗”，常年監(jiān)控著機房內(nèi)的溫度和濕度。說起傳感器以及由它組成的網(wǎng)絡傳感網(wǎng)，或者是現(xiàn)在比較時髦的說法“物聯(lián)網(wǎng)”，從其誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有幾十年的歷史了，我們先翻開歷史的卷軸，看看其發(fā)展歷程。 傳感網(wǎng)的古與今 對于互聯(lián)網(wǎng)來說，20世紀80年代是黃金時代，這段時間出了一個知名的人物鮑勃·卡恩（Bob Kahn），他被人們稱為互聯(lián)網(wǎng)之父（被賦予同樣稱呼的人還有好幾個）。在為互聯(lián)網(wǎng)做出卓越貢獻的同時，他也非常有遠見的為另一個始于上世紀80年代的項目分布式傳感網(wǎng)（Distribute

3、d Sensor Net, 簡稱DSN）做了奠基。在那個年代，傳感器遠比我手上的這個大得多，要用一輛卡車來拉。這么大的傳感器作為一個個節(jié)點組織在一起，通過微波彼此相連，就組成了傳感網(wǎng)。 龐大的傳感器在體積方面跟不上人們對其功用上的期望，于是研究者們就開始思考能不能把它做得小一點、再小一點。于是，在上世紀90年代，“智能微塵”（Smart Dust）這個很有意思的概念出現(xiàn)了，提出者是Kris Pister，他是加州大學伯克利分校的教授。這一概念認為可以將計算和通訊集成在約12平方毫米的超微型傳感器中，用以對周圍環(huán)境的參數(shù)進行探測。其核心的成分是微電機系統(tǒng)（Micro-Electro-M

4、echanical System, 簡稱MEMS；這個概念在當時引起非常大的轟動），該系統(tǒng)中可以集成很多和機械有關的傳感器。 當時Kris Pister這批人有一個幻想在蒲公英上面懸掛一個傳感芯片，蒲公英飛到哪里就探測哪里的信號，再把信號傳遞回來。雖然只是一個假想，但當時真有科學家信心百倍地投入其中，并且還把所需的數(shù)據(jù)算出來了。比如有空氣動力學專家計算出了芯片應有的重量等等。在2001年，加州大學伯克利分校的實驗室真做出了這種理想中的芯片雛形，比米粒還小，可謂“細如發(fā)絲，薄如蟬翼”。他們送給了我一個，當時我還精心包裝了一下。可惜最近找不到了，特別遺憾。倘若芯片里面還有電留存的話，說不

5、定我就能通過網(wǎng)絡定位到它的“安身之所”了。 在這一時期，有三所高校和研究機構在傳感器領域處于領軍地位，一是加州大學伯克利分校（以Kris Pister為代表，他們提出了“智能微塵”理論），另外兩個是加州大學洛杉磯分校（他們提出了“微無線技術”）和施樂帕克研究中心（Xerox PARC）。施樂帕克研究中心的團隊主要由我?guī)ьI，我們做的是傳感信息處理和“智能物質(zhì)”（Smart Matter），希望能把計算、微電機系統(tǒng)放到物理世界中，與“智能微塵”也有非常緊密的聯(lián)系。 自本世紀初以來，對于傳感的研究越來越受到人們的重視，有很多學校和大公司的研發(fā)機構開始進行了類似的研究，并有許多新興

6、公司借此東風異軍突起。將傳感器連接成“網(wǎng)”或“系統(tǒng)”，就成了傳感網(wǎng)。除了傳感網(wǎng)以外，類似的概念也相繼提出，比如“Cyber Physical System”和 “Internet of Things” (簡稱IOT)。相較而言，IOT的概念在提出的初期更接近于日常生活，比如常見的RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）技術就是它的一部分。 關于傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的歷史，若從大的傳感器開始算起，傳感網(wǎng)誕生至今應有30年了；而若從微傳感網(wǎng)（Micro Wireless Sensor Network）來說，應該僅有15至20年：微傳感網(wǎng)始于上世紀90年

7、代，那個時期的人們剛剛提出“微電機系統(tǒng)”的概念，試圖把傳感器和計算機處理和通訊全部都集成在一個芯片上，即“智慧微塵”。 其實傳感器的歷史，歸結起來就八個字從大到小，以點到面。這八個字看似簡單，但做起來卻是困難重重要想讓傳感器真正“飛入尋常世界中”，它必需在體積、造價、能耗等方面進行“瘦身”，這樣它才真正能夠進入到物理世界。 然而，造型的縮小并不是傳感進入生活的唯一條件，還需要互聯(lián)網(wǎng)技術的配合以實現(xiàn)從點到面的網(wǎng)際聯(lián)系。就IP地址而言，物聯(lián)網(wǎng)應采用IPv6（IPv4必然不夠），它有128位兩進制的IP網(wǎng)址數(shù)，這相當于給世界上的每個沙粒都賦予了一個IP地址。唯有當所有的物體都有一

8、個屬于自己的IP的時候，物聯(lián)網(wǎng)才能真正實現(xiàn)。總而言之，物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)需要這兩方面的相輔相成：一是利用微處理技術（micro-fabrication），提高集成度；其二是運用IP技術，以提供足夠豐富的網(wǎng)址。 感知地球 互聯(lián)網(wǎng)作為一個產(chǎn)業(yè)革命的傳奇和標本，人們總忍不住把傳感網(wǎng)與之相提并論，希望互聯(lián)網(wǎng)能成為物聯(lián)網(wǎng)真正誕生的一架云梯：在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的前30年，其主要功能是把通訊和信息網(wǎng)絡化，使得我們可以用關鍵字檢索。而今在信息網(wǎng)絡化完成之后，接下來的主要挑戰(zhàn)是如何將互聯(lián)網(wǎng)和物理世界相互聯(lián)系，使得物理世界中的因素（比如溫度、濕度、圖像、聲音等）能夠被存儲標記和搜索，并能使得人們通過一種非

9、常便利的方式獲取這些信息，這就是所謂的物聯(lián)網(wǎng)。 互聯(lián)網(wǎng)是人與人之間的聯(lián)系；而物聯(lián)網(wǎng)是物與物之間以及與數(shù)字世界的聯(lián)系，其核心是傳感網(wǎng)，關鍵是傳感器、網(wǎng)絡和感知。溫家寶總理在參觀了無錫中科院物聯(lián)網(wǎng)研究所之后，也高瞻遠矚的肯定了“感知中國”的科技暢想，并決心將物聯(lián)網(wǎng)作為新興產(chǎn)業(yè)制高點放進“十二五”規(guī)劃中。我們相信一旦物聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實，它將為我們的生活帶來翻天覆地的變化，讓人與物的聯(lián)系不再受時空經(jīng)緯的局限，比如在出門上班前就可以知道小孩的班車是不是已經(jīng)到學校了；室外的溫度、濕度如何；離家在外還能檢查一下家里的煤氣有沒有關等等。如果你新到一所城市，你甚至還可以查找到有多少你所認識但久未聯(lián)系的故知

10、舊友與你共同生活在一個城市的天空下，他們都分布在那一方角落。 概而言之，我認為物聯(lián)網(wǎng)將在以下三個領域發(fā)揮其顯著的用途和價值： 自然生態(tài)環(huán)境：可以利用傳感器監(jiān)控空間而不是某個特定的物體，如關注某片空間的溫度、濕度等；這需要很小的傳感器的高密度分布，同時更不能影響環(huán)境（nonintrusive）。 工業(yè)、商業(yè)應用：可以利用傳感器監(jiān)測追蹤特定物體，如監(jiān)控貨物在途中是否受過震動，溫度的變化對其是否有影響，是否損壞其物理結構等等。可以應用到供應鏈管理、設備保存、車流交通、工廠生產(chǎn)等方面。 人類和社會活動：可以利用傳感器監(jiān)控人們?nèi)粘Ｉ钪械男袨椤＿@在老齡化社會的醫(yī)療

11、保健中可以得到很多應用，比如傳感器可以監(jiān)控老年人的生活作息，一旦出現(xiàn)意外，可以及時通知親人和醫(yī)生。同樣的，也可以幫助母親追蹤自己的幼兒。有趣的是，在日本現(xiàn)在就有人用它來找回失蹤寵物。 之所以先對未來物聯(lián)網(wǎng)的應用領域進行介紹和分類，是因為我認為物聯(lián)網(wǎng)能夠得到發(fā)展的原因在于找到大規(guī)模的應用方式。拿一個互聯(lián)網(wǎng)的例子來說，1985年我在麻省理工學院(MIT)讀書時有個e-mail地址，那個時候e-mail還不像現(xiàn)在一樣應用如此廣泛，只是簡單的代替?zhèn)鹘y(tǒng)郵件的工作。而在商用互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起來之后，電子郵件的用途已遠遠超出通信了。對于物聯(lián)網(wǎng)來說，前15年走過的路大多還比較窄，大都局限在學術研究中，還沒有真正走入到人們的生活，遠沒有發(fā)展到人們生活離不開的程度。未來的這段路需要去探尋對人們生活有非凡意義的應用方式，這些應用能夠真正大規(guī)模的解決人們生活中的問題，給人們的生活帶來可感知的變化。   趙峰簡介:微軟亞洲研究院常務副院長，主要負責系統(tǒng)、無線與網(wǎng)絡、硬件計算以及多媒體通信等領域的研究工作。在加入微軟亞洲研究院之前，趙博士是微軟總部雷德蒙研究院的首席研究員，負責網(wǎng)絡嵌入式計算