CDTF2011中国科学院计算技术研究所研究员徐勇军:物联网关键技术及行业应用

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中国科学院计算技术研究所研究员徐勇军

以下为中国科学院计算技术研究所研究员徐勇军演讲全文：

各位领导，各位朋友，非常高兴有机会在这里给大家汇报一下我们关于物联网相关的工作和进展。当然，安全这个报告本身是牵涉到整个物联网行业方面的东西，很多内容不仅是我们自己单位的，主要是我们对这个行业的积累和了解，在这里给大家汇报一下，供大家参考。

我是来自中国科学院计算技术研究所，我们主要以这几个方面给大家汇报，首先是简单介绍一下物联网的基本概念和背景，然后是因为物联网是比较新兴的技术，所以我简单介绍一下它的技术，这个可能跟前面报告不同，偏技术多一点，特别是针对物联网目前来说，我们认为一些关键核心技术，当然前面也提到了像云计算，像其他的感知技术，包括其他的处理方面的技术。在这里我们重点是围绕我们自己目前的云海计算框架讲。另外，简单介绍一下行业应用情况，目前因为物联网本身还没有形成一个真正的产业链条，实际上更多的还是服务于各个行业之间的信息技术应用，所以这方面可能更多的还是以物联网为基础，在各行业进行一些应用。最后，简单介绍一下我们在物联网方面的工作。

很多报告中一般都会提物联网的概念，但是目前来说确实在物联网概念本身定义上有很多争议，所以在这里我们并没有给出一个明确的定义。主要的发展历程是这样的，在1998年之前关于物联网更多是RFID传感器网络作为标志，更多是标识和感知作为背景，到2005年左右的时候，随着感知技术和互联网结合，特别是在下一代互联网进行更多应用，下一代互联网需要更多内容，有更多的带宽支持，所以可以在这上面承载更多服务，这样就是以互联网为特征的物联网的发展，从2005年左右获得了很快的进步。从2008年开始，特别是温总理在无锡提出来以传感网为中心，带动信息化，以智能化服务为特征的物联网就提上了议事日程，这个时候国内很多行业，主要是IT行业为主，都在讨论物联网究竟能够给我们下一代信息技术带来什么样的变革，很多人也都认为他可能会带来下一代信息技术，甚至是信息技术的革命。但是，实际上可能在很多方面会有一些新的思想在里面，但是从我们这个角度来看，可能更多还是信息技术发展的延续。

这个是工信部电信研究院，给的一个简单的物联网架构，包括感知层、网络层、应用层，感知层包括各种各样的传感器，也牵涉到视频，或者是数据量比较大的一些内容。另外，在网络方面就是我们说的网络融合，也里面除了三网之外还有其他的专网，就是所有能够承载业务的数据的网络，我们都认为他是属于网络，在此基础上形成应用。在这个图上可以看出来物联网本身是信息领域一个架构，他不应该是一个新兴的技术体系。但是，在这个里面，特别是云计算和现在物联网的结合，确实给我们新一代信息技术带来了很大的挑战，特别是海量信息处理和海量服务上面。

当然，把上面这样一个架构进一步扩展之后，我们也可以进一步了解物联网的架构，这个地方也是面向下一代网络、下一代互联网、下一代广电网的一个架构，这个架构目前来说可能比较乱，但是实际上更多的是物联网能给用户带来的是新的服务的概念，而不是网络或者是数据的概念。所以，用户感觉到的不是网络，也不是数据本身，而更多的是服务，这也是云计算的一个理念。实际上云计算和物联网的发展最终也走到了一起。

如果撇开传统信息产业，物联网目前来说也有自己的一些比较有特色的东西，这是电信研究院统计的结果，就是2010年左右的时候关于物联网方面，特别是M2M方面，在2010年的时候已经超过100亿规模，在很多媒体和报道中也说其保守估计应该在未来几年内达到数万亿规模，但是目前来说还比较遥远，后面也会有一些数据进行支撑。这方面其实全世界各个国家都在这方面有所布局，中国是比较早的，在这方面起了一个早，就要看后面的发展有没有形成核心的技术积累或者核心的服务或者，对产业本身有比较好的提升，这个可能需要进一步观察。随着三网融合的发展，骨干网络的基础设施可能越来越变得非常强壮，而且内容会越来越复杂，形式会多样化，这个也会物联网发展提供了广阔空间。

这个地方简单过一下关于物联网关键技术，物联网从前端的感知到后面网络传输和处理，实际上由于他是架构在这样一个多网融合的基础上，所以他这里面可能会牵涉到一些比较新的技术，感知、自组织、分布式处理、泛在接入和荷载的支撑，这个就简单过一下。

下面我们简单看一下感知技术、网络技术和服务角度来看，有这样一些内容，从服务开始有新的计算和新的服务体制，包括新的交互和控制方法。在软件和算法方面也会有些不一样的地方。另外地由于网络结构会变得非常复杂，在接入和组网方面都是需要有进一步的新的技术体制做保障。由于物联网当中可能更多的牵涉到一些无线的，或者是多种制式无线，无线技术的本身也会牵涉到通信和频理的问题。当然在感知方面，也牵涉到多传感器的融合、识别、标识等各个方面的问题。

下面，就简单的说一写现状和问题，首先是传感和感知这块，感知最大问题是接口协议不同意，种类非常繁多，目前在传感器领域确实非常复杂，一般简单的一个统计就是目前来说传感器的种类可能在六千万以上，不同的型号、不同的种类可能精度、可靠性很不一样，这些信息如果经过物联网的整合之后，对于用户来说可能很难去获得他自己想要的信息。另外，关于成本和功耗方面的要求，其中很重要的一点就是在标识方面，当海量的信息或者海量的物体、海量的标识传感器都进行会聚之后，实际上对于用户来说，他的标识，不同的国家、不同的地区、不同的行业、不同的应用，这种统一的标识体系就变得非常困难，毕竟现在目前来说绝大部分类似的应用都是在封闭体系下面做的，这种统一标识可能也不是一[FS:Page]个国际组织或者国内的标准化组织一下子可以做到的，在这方面可能会有一些新的非常重要的挑战。另外，就是基于位置的服务，包括地理信息系统方面，都会有一些新的挑战在里面。比如时时的定位，比如我们在室外可能有GPS定位，但是我们在室内或者是水下，或者是其他的更复杂的环境下，他的位置服务就会变得非常复杂。通信和频管，包括3G、4G和各种各样无线技术的发展，可能让我们无线空间变得非常拥挤，或者非常嘈杂。这里面怎么给用户提供用户想要的服务，将用户需要感知的信息提供给他们，这就牵涉到关于无线频谱的测、管、控、用的问题，当然现在认知无线电的发展也可以提供比较好的发展。另外，在接入和组网方面包括移动网、互联网和各种各样的专网、广电网等等，各个网络之间的互联互通、互操作的问题，也都是一些非常重要的问题。另外，就是关于服务质量，包括结算，包括各方面的问题，都会是一些挑战，当然还有一些硬件方面的问题，目前来说关于硬件方面的问题，也是讨论的比较多，国内目前在这方面也有一些瓶颈，特别是工艺方面，行业应用方面，在这地方就不展开了。关于软件和算法方面，更多是海量的信息的获取，海量信息的处理，海量信息的挖掘，在这方面也会有些操作。另外，就是关于交互和控制，海量信息的可视化、海量信息的用户界面和远程的服务。这个本身也都是物联网的一个重要的挑战。在计算和服务方面，如何针对海量的信息能够给用户提供个性化的简单的，特别是目前来说用户可能更需要的不是海量数据，而是用户想要的非常个性化的数据，怎么展现这个个性化的服务，目前也是物联网当中非常重要的课题。

物联网的整个技术体系正在建立当中，而且目前来说各个方面都是结合传统的信息技术，在此基础上可能引入了物联网的应用背景，在此基础上进一步去融合它的新型服务。在物联网领域当中，我们也有一些新型的技术在做讨论，这方面我们因为牵涉到很多网络，包括最近一些时间经常讨论的云计算、物联网、泛在网、下一代互联网、下一代广电网等等，我们把这些信息抽样成三个方面因素，这是我们讨论比较多的所谓的三元世界。一个是人类赖以生存的人类世界，另外就是物联网所感知的对象就是物理世界，另外就是把所有网络、所有信息技术归结成信息领域所谓的计算机世界。在这三个世界当中，互联网信息技术带来的计算机的世界跟物理世界的连接，我们认为就是物联网需要承载的范畴。另外，关于计算机世界和人类世界就是云计算的范畴。实际上物联网也有一些云计算的特征，所以在这个地方物联网本身核心的技术，我们认为把主要体现在海计算模式下，就是针对海量智能终端，如何在智能终端里面，或者是局部的小系统当中就能完成用户的需求，用户的服务，或者是在这样一个海量的终端中就能够完成计算和处理，而不是像云计算那样所有信息进行会聚，进行统一管理和服务。这就是我们需要解决的，未来大量内容、大量数据通过各种各样网络汇聚之后的解决，这个可能跟刚才几位讨论的有所不同，我们所说的海计算的平台不是要建立一个统一平台，而是建立一个分布式平台，这种平台是能够有更大的伸缩性，而且他可以通过这样一个局部的封闭的小系统，能够给用户提供个性化的自适应的服务，目前来说在这方面所谓的把海计算和云计算进行对应之后，相当于我们说的云海模式，实际上我们可以认为海计算一小片云，是一个小的云的架构，他可能是分布在某个行业，可能是分布在某个区域位置，也可能是分布在具体的某一个特定的应用场景当中。但是，对于用户来说，他所能感觉到的只是一个简单的用户界面，然后这些信息的整合都是通过这样一个终端平台完成的。这就是一个简单的架构，目前来说这种云计算和海计算的模式我们认为它是物联网和云计算结合之后新的计算模式，特别是关于海计算，目前来说更多的需要进行一些物理世界的建模，包括异构系统的协同，包括传感器的协同等等，更多的是需要去理解，不但需要把信息能够采集过来，能够传输出去，然后去汇聚，更多的是需要对这个信息和自然界进行理解，根据用户需求去提供服务。

下面我们看物联网行业应用情况，物联网在大家心目当中觉得它是非常热点的新的领域，实际上目前这块还没有包括媒体所说的非常大的规模，或者是市场成熟度也不是特别强，实际上在物联网方面非常典型应用还不是特别多，我们经常提到的包括浦东机场的检测，包括世博会的一些东西，包括水污染检测，实际上是非常小的封闭的感知系统，他可以体现物联网的概念，但是实际上规模很小。包括他实际上的应用并没有我们所看到的这么激动人心。目前物联网更多的还是在跟行业进行结合过程中，并不代表物联网这个概念或者这样一个应用模式目前就是这样一个状态。实际上我们可以看到包括传感器的应用，包括RFID的应用，包括M2M的应用，实际上最大的一个项目还是在重庆智能电网的基于M2M的远程抄表系统，这个规模还是可以的，有百万台的量级，目前来说这是非常典型的应用。当然，其他一些比较小一点的规模应用也是非常多的，这方面没有一一列举。实际上我们物联网本身作为一个信息技术，他可能更多是给传统行业或者是给各个领域提供一些支撑，包括电网、包括物流、交通都有应用，这个应用是需要结合行业特征的，比如昨天也有关于电网的报告，比如物联网在电网的应用是通过发电、输电、配电、用电各个环节，对各个环节包括一些监测，包括一些处理，包括一些标识，能够把整个电网的信息进行有效汇聚，能够把电网的电的资源比较有效的利用。目前来说，在电网方面这是大家公认的智能电网是物联网典型的应用，国家电网公司和发改委也启动了智能电网方面比较大的项目，这是典型的物联网应用。当然，这里面也存在很多问题，毕竟电网是非常复杂的网络，而且整个电磁环境也是非常复杂的，如果在这里面应用的话，特别是电磁兼容性是非常重要的问题。

另外就是交通领域，大家知道交通领域更多的问题是在于信息孤岛，不同的部门，不同的公司做的信息系统融合的问题，在这方面目前来说国家也是投入比较大，其实北京市的投入都非常大了，在这里面智能交通系统也是物联网的一个应用，在这方面的产值，特别是下一个五年计划当中会有明显的体现。

物流方面所面临的瓶颈还是产业链分工和标准化问题，实际上我们物流水平是相当低的，当然也有很多因素，我们的基础设施建设比较落后。在这方面物流的信息化是比较快的，这方面市场增长也会比较快。

另外就是智能家居，智能家居还是市场培育期间，毕竟这里面也牵涉到标准化问题、隐私问题、产业化的问题，包括不同厂家和不同制式问题，这个主要的市场就是安防或者是抄表的领域，目前这些领域都有一些具体的数字，这个数字应该是一些比较准确的有依据的数据。

在环保领域，是相对封闭的比较小规模的领域，目前国内也启动了一些[FS:Page]比较大的环保项目，这些项目也确实可以解决很多问题，在环保方面国家投入也是非常大的，其中的信息化投入，包括所谓物联网的投入也是力度非常大的，这个也会在未来五年或者更长时间内的话题。

关于工业方面的监控，实际上一直是传感器网络和物联网的发展就是来自于工业监控，他可能牵涉到一些生产环境的约束，所以他才需要。在这方面包括供应链，包括组织生产，包括节能减排，都涉及到信息化的技术，这方面都是物联网的比较好的应用。

另外就是医疗健康，这个也是应用比较多的，而且在未来几年内会有比较大的发展，这方面目前来说我们整个医疗信息化水平是相当低的，而且连最简单的医疗档案都很难建立，当然也牵涉到其他的一些用药包括医疗资源分配问题，在这里目前来说，物联网会在未来几年之内，在医疗健康方面有非常大的应用空间，这个也有一些市场规模的预测。

当然还有一些精细农牧业，农业是我们赖以生存的，是人口最多的行业，我们农业几千年的耕作方式差距不是特别大，所以在信息化水平上有非常大的空间。作这块包括前几年北京市经信委都在讨论关于农业问题，实际上北京市农业信息化水平应该在全国是比较高的。这方面各个部委支持力度也是比较大的。

还有金融服务业，金融服务业是比较典型的，特别是包括像IC卡或者是各种各样的所有行业的结算支付都会牵涉到金融行业，金融行业目前信息化水平是相当高的，在这方面应该还是有一些比较大的物联网应用否间。

还有公共安全，公共安全也是讨论比较多的，这个地方也牵涉到维稳、反恐方面的一些需求，这个方面应该是利用了物联网的随机部署，或者是利用了物联网时时、感知，包括及时的处理，在公共安全领域当中，实际上大家都是很明白，就是中国的投入应该是在全球来讲比较大的，这块目前的应用空间还是很大的。

目前来说，我国的物联网发展主要思路，因为物联网本身是新兴的领域，这方面我们跟国外差距可能不是特别大，所以前几年也获得了比较大的发展。特别是国家立了很多重大专项，包括行业领域立的重大应用项目，包括国家科技方面一些重大投入，正在加强一些自主创新。另外，物联网也有一些平台建设，刚才大家看到物联网很多应用都是牵涉到产业化的行业特点，对于产业环境的优化实际上是物联网发展非常重要的问题。当然，因为物联网整个领域还有很多研究点或者是有一些技术还是正在发展之中，所以这方面目前来说可能更多是应用示范也是需要产业中结合，当然不同行业之间，包括军民之间的融合，这也是物联网目前发展非常重要的特色，这个也是在全国目前来说的几个特点体现的比较明显的。

物联网和广电网络之间的融合，我这几天也在做一些思考，我想说的第一句话就是物联网本身不是第四张网，物联网本身不是一张网，在很多场合很多人都在说这个问题，反复在强调，我们不是建网，而是通过物联网这样一个概念，或者是物联网新的机制能够让其他网络或者其他的行业获得提升。另外，物联网可以给广电网发展提供一些新的服务方式或者新的思路，毕竟广电网络是非常强壮的，非常服务有效的网络，物联网本身是IT领域或者是信息领域当中的，以前更多是在互联网上方面讨论的。所以，关于物联网所提到的服务模式，我想在广电网当中可能会有一定的应用空间。另外，广电网和互联网都承载了不同的内容，而且他的内容来源，或者信息来源都不太一样，他们相互之间也会形成互补关系。实际上物联网可能更多的是在强大的传感器或者是小力度的数据，但是这个数据可能是海量的，对于广电网络可能是非常大的数据，而且数据量对网络、对后面服务模式都有不同的体现，当然广电网和互联网之间的用户受众是不一样的，他们的融合也会带来机会。总之，三网融合会给物联网发展提供非常重要的引擎，而物联网也会给三网融合提供比较好的发展思路。

下面简单介绍一下我们中科院计算所在物联网方面的工作。实际上我们计算所主要是做计算机方面的研究，包括国内第一台计算机，第一台高性能机都是我们这里做的，我们下面也孵化了很多公司，包括联想、曙光、希望等各种各样的公司，是一个传统的老所。

计算所是比较早的从事物联网工作的，在2004年之前就开始做这方面工作了。目前来说主要是以国家科研项目为主，物联网整个行业目前来说还是国家作为引导的，我们也会去做一些应用方面，比如像物流、环境监测、公共安全，各方面的应用都会通过我们下属公司，或者是自己参与一些行业的应用来做。

目前我们承担了国家重大的项目也是比较多的，在传感器网络或者是物联网方面，我们也有很多的技术支撑。当然，这些项目目前更多是在科研的关键技术的探索，可能离应用还有一段距离，当然这个需要不同行业、不同的部门之间进行协调，当然前面也说了，目前以发改委牵头，工信部也在积极参与的事情，就是在各个行业之间都有一个物联网相关的部署，而且在这方面大家对各个行业的发展前景也是非常乐观，而且国家一些重大项目也正在启动。所以，物联网方面应该说在未来五年或者十年之内会有比较大的发展。当然，至于说发展到未来，它是加物联网还是叫其他的什么东西，实际上这个并不是特别重要，他只是无论或者云计算或者是海计算的基本的思路和基本的策略，实际上我想说的就是物联网可能开始有些人对它有些比较高的热情，中间有些人觉得它在一段时间觉得他只是一个概念，实际上物联网是非常实实在在的东西，是服务的理念和服务的模式，他可能不会体现在某个产品中，也不会以某种产品体现，或者某种服务体现，他更多的是服务理念问题。当然，这里面我们也参与的物联网领域做的比较多的事情，包括物联网之父刘海涛，他科学院研究员，他是把物联网推动起来的，他写了一本书叫做物联网技术概论，还有物联网的应用，这几本书都会对物联网有比较详细的阐述，我这个报告的很多内容都是来自于这两本书。

我的报告就是这些，谢谢大家！