为什么物联网是一个天然的分布式系统？

物联网的英文名是“the internet of things”。从名字就可以看出，物联网就是“由物连接的互联网”。这有两层含义:第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是基于互联网的延伸和扩展网络；二是扩展到其客户端的任何分机和任何物品、物品之间进行信息交换和相互通信。因此，物联网的定义是通过rfid设备、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传感设备，将任何东西按照约定的协议与互联网连接起来的一种网络。，并交换和沟通信息，实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网的整体结构可以分为两部分:射频识别系统和信息网络系统。射频识别系统主要由标签和阅读器组成，通过rfid空中接口进行通信。阅读器获取产品标识后，通过互联网或其他通信方式将产品标识上传到信息网络系统的中间件，然后通过ons分析获取产品的对象名称，再通过epc信息服务的各种接口获取产品信息的各种相关服务。整个信息系统的运行将依赖于internet网络系统，使用基于internet开发的通信协议和描述语言。因此，我们可以说，物联网是基于互联网的关于各种实体产品的信息服务的总和。从应用角度看，物联网中的三个层面值得关注，即物联网由三部分组成:一是以二维码、rfid、传感器为主的传感器网络，实现对“物”的识别。二是传输网，即通过现有的互联网、广播电视网和通信网实现数据传输和计算。第三是应用网络，即输入输出控制终端。Epc系统是一个非常先进、全面和复杂的系统。它的最终目标是为每一件物品建立一个全球开放的识别标准。它主要由三部分组成:epc系统、RFID系统和信息网络系统。(1)epc编码标准epc编码是epc系统的重要组成部分。它对实体及实体的相关信息进行编码，通过统一、标准化的编码，建立一种通用的信息交换语言。(2)epc标签epc标签是一种装载有产品电子代码的射频标签。通常，epc标签被安装在被识别的对象上，并且存储关于被识别的对象的信息。读取器可以以非接触的方式读取/写入标签存储器中的信息。3.2 epc系统特点(1)开放式架构epc系统采用全球最大的公共互联网系统。这样避免了系统的复杂性，同时大大降低了系统的成本，也有利于系统的增值。梅特卡夫定律表明，网络的巨大价值在于，面向用户的系统应该是一个开放的结构系统，这远比复杂的多重结构更有价值。(2)平台独立、交互性强epc系统识别的对象是一个非常广泛的实体对象，因此，任何技术都不可能适用于所有被识别的对象。同时，不同地区、不同国家的射频识别技术标准也不一样。因此，开放的架构必须具有独立的平台和高度的互操作性。epc系统网络建立在互联网网络系统上，并且可以与互联网网络的所有可能的组件一起工作。(3)灵活的可持续发展系统epc系统是一个灵活的、开放的、可持续发展的系统，不需要更换原系统就可以对系统进行升级。整个epc网络运作依赖于rfid系统和网络应用系统的介入，使得产品信息得到有效传播。安装在不同需求链环境中的阅读器可以读取存储在标签中的产品数据。因此，供应链数据可以通过网络及时检查、更新或交换。3.3 epc编码标准epc码是兼容ean/upc码的新一代编码标准。在epc系统中，epc编码与当前的gtin相结合，所以epc并没有取代当前的条码标准，而是从当前的条码标准逐步过渡到epc标准，或者说epc和ean.ucc系统会存在于未来的供应链中。epc中代码段的分配在中国由ean.ucc管理，ean.ucc系统中的gtin代码由中国物品编码中心分配和管理。同样，ancc即将推出epc服务，满足国内企业使用epc的需求。Epc代码是一组数字，由一个版本号加上其他三段数据(依次为域名管理器、对象分类和序列号)组成。其中版本号标识epc的版本号，使得epc的后续代码段具有不同的长度；域名管理是描述与该epc相关的制造商的信息。第四章物联网在家庭中的应用随着时代的发展，我国逐渐进入老龄化社会。未来我们的社会将面临一对年轻夫妇在照顾自己孩子的同时还要照顾2 ~ 6对老人的情况，这给整个社会提出了一个难题。每个家庭都请保姆显然不现实；那么，这个问题只能靠科技手段来解决。通过提高家庭生活质量，方便家庭与外界的信息交流，用传感器节点感知家里发生的事情，为家庭物联网的实现奠定了社会基础。物联网的概念非常流行，这也让人看到了社会未来的发展趋势。但物联网大部分还停留在概念阶段，其真正的规模应用还需要一段时间。家庭面积相对较小，需求明确，最有可能优先考虑物联网的应用。这不仅是现代家庭(照顾老人和孩子)的实际需要，也是人们日益增加的家庭安全。4.1家庭物联网的应用领域冬天很冷，供暖系统让北方城市的家庭很温暖，而大部分人白天离家上班时，空荡荡的房间依然温暖如春。我们需要一个智能加热控制系统。在生产安全、食品卫生、工程控制、城市管理、人们日常生活的方方面面乃至人们的娱乐活动等领域，都需要建立一个能够随时与物体进行交流的智能系统。通过安装在各种物体上的电子标签(rfid)、传感器、二维码等。，它们通过接口与无线网络相连，从而赋予物体以智能，实现人与物、物与物之间的交流与对话。通过在电能表上安装传感器，供电部门可以随时了解用户用电情况，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理，减少一年的用电损失。当电梯装有传感器时，乘客无需报警，电梯管理部门将借助网络第一时间获得信息，并以最快的速度前往现场处理故障。4.2物联网的概念从1999开始提出。10年间，世界各国都在加紧研究。物联网的发展可以分为四个阶段:第一阶段是大型机和主机的联网，第二阶段是台式机和笔记本与互联网的连接，第三阶段是手机等一些移动设备的互联，第四阶段是嵌入式互联网的兴起。更多与人们日常生活密切相关的应用设备，包括洗衣机、冰箱、电视、微波炉等，都将加入互联互通的行列，最终形成全球统一的“物联网”。对于互联网来说，20世纪80年代是黄金时代，期间一个著名的人物——鲍勃？Bobkahn，他被称为互联网之父(还有其他几个人被赋予了同样的名字)。在为互联网做出杰出贡献的同时，他还为另一个项目奠定了基石，即始于20世纪80年代的分布式传感器网络(DSN)。当年的传感器比我手里的这个大得多，得用卡车拉。如此大的传感器被组织成节点，并通过微波相互连接，从而形成传感器网络。庞大的传感器在体积上赶不上人们对其功能的期望，于是研究人员开始思考是否可以把它做得越来越小。于是，在20世纪90年代，出现了一个有趣的概念“smartdust”，它是由加州大学伯克利分校的教授krispister提出的。这个概念认为，可以将计算和通信集成到一个约1~2平方毫米的超微型传感器中，检测周围环境的参数。其核心部件是微机电系统(mems);这个概念在当时引起了很大的轰动)，这个系统中可以集成很多与机械相关的传感器。当时krispister等人有一个错觉——在蒲公英上挂一个传感器芯片，蒲公英飞到哪里就检测到哪里的信号，然后把信号传回来。虽然这只是一个假设，但一些科学家确实满怀信心地投身其中，并得出了所需的数据。比如某个空气动力学专家已经计算出了芯片的合适重量等等。2001年，加州大学伯克利分校的实验室真的做出了这种理想芯片的雏形，比米粒还小，可以用“薄如发丝，薄如蝉翼”来形容。他们给了我一个，我当时就小心翼翼的包好了。可惜最近找不到了，非常遗憾。如果芯片里还有电，也许我可以通过网络定位。在此期间，三所大学和研究机构在传感器领域处于领先地位。一个是加州大学伯克利分校(以krispister为代表，他提出了“智能尘埃”理论)，另外两个是加州大学洛杉矶分校(他们提出了“微型无线技术”)和xeroxparc alto研究中心。施乐帕洛阿尔托研究中心的团队主要由我领导。我们从事传感器信息处理和“smartmatter”，希望将计算和微电机系统放到物理世界中，这也与“智能灰尘”密切相关。自本世纪初以来，人们越来越重视对传感的研究。许多学校和大公司的R&D机构已经开始进行类似的研究，许多新兴公司如雨后春笋般出现。将传感器连接成一个“网络”或“系统”就成了传感器网络。除了传感器网络，类似的概念也被提出，如“cyberphysicalsystem”和“internetofthings”(简称物联网)。相比较而言，物联网的概念在初期更贴近日常生活，比如常见的RFID(射频识别)技术就是其中的一部分。关于传感器网络和物联网的历史，传感器网络诞生应该有30年了。但距离微型传感器网络应该只有15到20年的时间:微型传感器网络始于上世纪90年代，当时人们刚刚提出“微型电机系统”的概念，试图将所有的传感器和计算机处理、通信集成在一个芯片上，也就是“智能微尘”。其实传感器的历史归结起来就是八个字——从小到大，从点到面。这八个字看似简单，做起来却很难——如果传感器真的“飞入普通世界”，就必须在体积、成本、能耗等方面“瘦身”，才能真正进入物理世界。但建模的还原并不是传感进入生活的唯一条件，还需要互联网技术的配合，实现由点到面的互联网连接。就ip地址而言，物联网应该采用ipv6(ipv4肯定不够)，它有128个二进制ip地址，相当于给世界上的每一粒沙子一个ip地址。只有所有的物体都有自己的ip，才能真正实现物联网。总之，物联网的实现需要这两个方面相辅相成:一是利用微制造技术提高集成度；二是利用ip技术提供足够丰富的网站。4.3面临的问题国内智能家居市场存在很多问题。1，入门门槛高，一般一次性投入1和2万元，极大限制了中等收入以下人群的购买需求。2，功能华而不实，很多都是遥控一个声光，需求和投入不成比例。3、生搬硬套，把很多工业用的东西直接照搬到家庭中，缺乏人性化，不能完全满足家居生活的需求。4.很多智能家居企业缺乏核心技术，东拼西凑，形成系统推广，导致企业成本更高，竞争力更低。rfid超高频技术在国内的应用还处于起步阶段，一些项目的应用只是试点，还没有在供应链中得到广泛应用或应用。比如只在某个仓库使用，或者只在生产线上使用。应该说，这些试点都是闭环应用，供应链中的串应用案例在国内还没有出现。物联网的发展潜力是无限的，但是物联网的实现不仅仅是一个技术问题。物联网的建设过程会涉及规划、管理、协调合作以及标准、安全防护等诸多问题，需要制定和完善一系列相应的配套政策和规范。首先是技术标准的问题。标准是一种通信规则，关系到物联网物品之间的通信。不同的国家有不同的标准，因此需要加强国家之间的合作，以便找到一个普遍接受的标准。第二，安全问题。物联网中的物品联系更加紧密，物品和人也联系在一起，这使得信息收集和交换设备被广泛使用，数据泄露成为日益严重的问题。如何保护大量的数据和用户的隐私成为了一个亟待解决的问题。第三，协议问题。物联网是互联网的延伸，是基于核心层的tcp/ip。但是在接入层面，有各种类型的协议，比如cprs、SMS、sensor、td-scdma、有线等等，物联网需要一个统一的协议基础。第四，终端问题。IOT终端除了本身的功能外，还有传感器、网络接入等功能，不同的行业有不同的要求。如何满足终端产品的多样化需求，是运营商面临的一大挑战。第五，地址问题。物联网中每个物品都需要寻址，所以需要一个地址。物联网需要更多的ip地址，ipv4资源即将耗尽，需要ipv6来支持。从ipv4过渡到ipv6是一个漫长的过程，所以物联网一旦使用ipv6地址，必然会出现与ipv4的兼容性问题。第六，成本问题。目前物联网所需的芯片等元器件成本相对较高。如果所有物品都植入识别芯片，自然要花不少钱。如何有效解决这个问题，还是需要考虑的。第七，规模问题。规模是运营商业绩的重要指标。终端价格、产品多样性、行业应用的深度和广度都会影响用户规模。如何实现规模化是一个有待讨论的问题。第八，商业模式。物联网在商业应用上的商业模式不是很清晰，商业模式值得进一步探讨。第九，产业链问题。物联网所需的自动控制、信息传感、射频识别等上游技术和产业已经成熟或基本成熟，而下游应用也以单一形式存在。物联网的发展需要产业链的协同努力，实现上下游产业的联动，跨学科的联动，从而带动整个产业链，促进物联网的发展。要建立有效的物联网，有两大难点必须解决:一是规模，只有有了规模，商品的智能才能发挥作用；第二，移动性，货物通常不是静止的，而是处于运动的状态，所以需要让货物保持运动的状态，甚至是高速运动的状态，随时对货物进行监控和跟踪。要实现物联网，首先要在所有物品中嵌入电子标签等存储体，还要安装很多读取设备和庞大的信息处理系统，这必然会导致大量的资金投入。所以在成本没有降低到通用的前提下，物联网的发展会受到限制。所有的事实都证明，现阶段物联网的技术效率并没有转化为规模经济效率，所谓的物联网应用也没有一个在商业上取得巨大成功。比如智能抄表系统，可以通过商用无线系统(如gsm短消息)将电表的读数传输到电力系统的数据中心，但电力系统由于不经济高效，还没有大规模使用这种技术。物联网的关键在于rfid、传感器、嵌入式软件、传输数据计算等领域，包括“云计算”、无线网络的扩展和优化，这些都是物联网普及需要解决的问题。只有通过“云计算”技术的应用，上亿种商品的实时动态管理才成为可能。从目前国内产业发展水平来看，传感器产业水平较低，高端产品被国外厂商垄断。