物联网导论

  1998年,我作为原邮电部临时翻译被派到纽约,坐在卖烟草晋身的IBM总裁郭士纳一尺远的地方听他说理想中的E-service概念。那时我还不知道后来异常有名的“智慧尘埃”(Smart Dust)概念已经公之于众了,郭士纳先生也未必知道自己后来将因为所谓的15年周期定律被我们频频说起;大家抽空用中文悄悄交换着刚听到的传奇般的雅虎和免费的Email空间。真正在听郭士纳滔滔不绝的,其实只有我这个翻译。没有人意识到此后一年多Internet要经历一次泡沫迸裂,而桌上半数的精英即将加入失业大军。人们热烈地规划着今后几年的暴发路;津津乐道的,是贫困的大妈因为住在网络中心楼上就发财3千万的故事,还有王菲的相约九八。

  1999年我参加信产部一个代表团到日内瓦参观电信展,正值邮政综合计算机网规划建设期间,因为其中有邮运指挥这一部分,大家都很关注相关的内容。展览会上有人极力宣传IoT/IoM等一系列概念,有点闹笑话的是那时候我还以为IoM就是Internet of Money,这么想也有一定合理性,因为那时候都把金融流和物流挂在嘴边,几年之后看一个文章才意识到是Internet of Media的简写。

  2001年到2004年跟随倪明选老师做科研,第一个题目就是利用RFID做位置的感知,基于系统实验发表了"LANDMARC: Indoor Location Sensing Using Active RFID"这个论文。LANDMARC作为最早使用主动式RFID的定位系统之一,迄今为止被国际国内研究者引用超过六百次。2004-2007年,我们以煤矿安全生产和紧急救援为应用目标,提出无线传感器网络煤矿监控系统。通过自动监控煤矿工作空间的氧气含量、瓦斯浓度,实时检测渗水和矿道地质结构变形等事件,为煤矿意外事故的发生提供预警,并为发生事故后的紧急救援提供关键导航功能。2007-2008年,我们和中国海洋大学一起把传感网络应用到海洋生态环境监控中,研制了OceanSense系统,在黄海海域最多的时候部署了上百多个节点收集温度、光照、海深等环境数据。2008年至今,为了探求传感网大规模布署的技术壁垒,我们展开了绿野千传传感网林业监测系统。当时提出了3个1的决心,即在一个野外的真实环境,部署超过一千个节点的无线传感网系统,连续运转一年以上。在2009年5月我们成功部署了一个120个节点的原型系统,到10月份原型系统扩充至330个点,至今已经运转超过13个月(http://greenorbs.org/)。2009年8月我们在浙江省天目山自然保护区实现了一个超过200个节点的实用系统,该系统至今已经连续运转超过10个月。

  在2009年8月,由于温家宝总理的无锡讲话,大家对传感网和物联网的关注度达到了一个新高。冷静下来之后,近来批评的声音此起彼伏了。这和我们10年前经历的Internet泡沫多么相像啊。批评与倡导都是应该尊重的,但前提必须是基于前瞻性的研究本身而并非盲目的。

  我在各个高校和公司学习和访问的时候,大家的讨论经常会涉及这样几个问题,第一,什么是物联网,到底有什么新的内涵在里面;第二,我们常见的物流网和传感网,与物联网的关系是什么;第三,真正意义的物联网到底还要发展多少年。

  这三个问题都太难了,但是关心这三个问题的老师和同学太多了,甚至社会上很多各行各业的人,通俗地说就是圈外的人,对物联网的发展也颇有兴趣。作为在普适计算、传感网、对等网里挣扎了10年左右的人,我逐渐觉得有必要做一点薪水以外的工作,就是根据以前的探究,写这样一本书来抛砖引玉。物联网形式多样、技术复杂、牵涉面广。根据信息生成、传输、处理和应用的原则,我们把物联网分为四层:感知识别、网络构建、管理服务和综合应用。物联网各层之间既相对独立又联系紧密。在综合应用层以下,同一层次上的不同技术互为补充,适用于不同环境,构成该层次技术的全套应对策略。而不同层次提供各种技术的配置和组合,根据应用需求,构成完整解决方案。本书按照上述四层模型由浅入深展开讨论,力争为读者系统全面地展示物联网及其相关技术。在每一层中,我把内容上相对独立的技术和系统编排成独立的章节,从RFID、传感网,到互联网和移动通信网络,再到云计算和数据安全,基本囊括了物联网的主要内容。最后,通过讨论物联网的具体应用,例如智能物流和环境监测等,综合阐述并总结全书内容。我希望这本书首先能作为一本入门的教材供大学和相关研究机构使用;其次也尽量使其成为一个通俗的读物能引起普通读者的一些共鸣。本书的特点在于讨论物联网言之有“物”,从基本概念入手,强调应用,将内容落实到具体技术和解决方案,避免了炒作概念如建“空中楼阁”或者只谈技术却“见木不见林”。本书语言通俗,适合不同层次读者,加“*”号的内容为选学,供教师根据课程实际情况取舍。