第1章 概述

1.1 物联网的溯源

1995年，微软创始人比尔·盖茨在《未来之路》一书中首次提到物联网（Internet of Things，IoT）的理念，在书中多处描写了未来的智能生活，比如如下场景：“用户所遗失或被窃的照相机将自动发回信息，告诉用户它现在所处的具体位置，甚至是在它已经身处不同城市的情况下。”“袖珍个人计算机普及之后，困扰着剧院及其他需要排队出示身份证或票据的人的瓶颈问题就可以解决了”等。迫于当时终端技术的局限性，这些构想无法实现。从1990年到1997年，盖茨应用物联网的理念建设了一套住宅，共花费了1亿美元，它成为数字技术前沿科技的结晶，也是目前智能建筑和智能家居的最具代表性的实例。该住宅铺设的通信电缆总长度达到了52英里，连接着室内大量的传感器、摄像头、计时器等终端和屋外的多台服务器。该智慧家居包括如下功能：根据屋外传感器的数据预测气象指标，对室内的温度和通风系统进行控制；根据个人喜好，对室内温度、湿度、灯光、音乐等系统进行自动调节，比如当室内无人时，自动进入节能状态。所有的电器组成一个家庭域局域网，为用户提供最佳的服务。卫生间安装智慧医疗系统，可以对多种身体生命指标进行检测。当发生火灾时，建筑物的智慧消防系统可以根据火势的分布情况分配供水，关闭相关电力系统，并自动对外报警、提供最佳的营救方案。室外的智慧农业系统对植物进行及时、全自动浇灌。访客佩戴RFID标签，方便智慧家居系统感知客人的位置，同时为客人提供最舒适的灯光和温度。此后，多位世界名人都亲身体验了这所“物联网”住宅。

从1995年到1999年，美国经济增长的35%来源于信息产业，并且信息产业为美国提供了700多万个就业岗位，创造的产值超过5 000亿美元。在美国的带动下，信息产业成为全世界经济增长的重要组成部分。

随着硬件终端尤其是射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）标签等技术的迅猛发展，1999年美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）Auto-ID中心的Kevin Ashton教授提出了把RFID、电子产品代码（Electronic Product Code，EPC）和互联网连接起来，实现商品的智能化管理，该系统是物联网的原型。RFID是早期物联网的关键组成部分，当时的应用局限在物流和零售产业，通过在商品上安装RFID标签让信息系统自动识别来达到信息的传递功能。图1-1所示为基于EPC的物流开放网络（物联网）模型。

进入21世纪后，芯片技术、传感器、分布式计算、网格计算、云计算、智能体等技术得到了高速发展，这为物联网的数据处理提供了基础支撑。

2005年，国际电信联盟（ITU Telecommunication Standardization Sector，ITU-T）正式发布了物联网的报告书。该报告书第6章描述了一个叫Rosa的23岁西班牙学生在2020年的一天生活（2020：A Day in the Life）。在报告书的第一部分，首先描述了Rosa准备去阿尔卑斯山（French Alps）滑雪。在出发前，她的智能丰田轿车提醒她需要更换轮胎，在修车的过程中，一台自动售货机和Rosa的智能终端进行了通信，售货机根据她的喜好为她准备了冰咖啡，并通过Rosa的网络手表进行了电子支付。车的轮胎修好之后，Rosa对新的轮胎上的RFID进行了安全设置，以防男朋友知道她的位置。在报告书的第二部分，Rosa购买了智能滑雪板，旅行系统根据她的行程通知了她的护照和驾照能被法国和西班牙的边境检查自动放行。在第三部分，Rosa的太阳镜能接收到她男朋友的呼叫，等她发出了对自己位置撤销隐私保护的命令后，她男朋友赶了过来。在整个故事中，Rosa得到了物联网提供的最佳服务。该报告书正式提出了信息与通信的新的沟通维度：任何时间，任何地点，任何物体，任何人，任何服务，任何网络（Any Time，Any Place，Any Things，Any One，Any Service，Any Network）都可以直接保持最佳联系和提供最好服务（见图1-2）。

2005年以后，物联网的发展浪潮席卷全球。许多国家从长远的角度提出了物联网相关国家战略，在一些服务层面已经从构思阶段步入了实质性的实施阶段。例如，日本的宽带接入泛在化，其理念是以人为本，实现人与人，人与物，物与物的通信。韩国的智能家庭，使民众可以远程控制家电设备，并享受高质量的双向互动多媒体服务。新加坡的下一代I-Hub，旨在通过一个安全、无处不在的网络实现下一代“U”型网络。北京邮电大学张平教授给出了MUSE（Mobile Ubiquitous Service Environment）的发展趋势，如图1-3所示。

2009年，物联网已经成为中国信息产业排名第一的关键字。同年1月，在美国总统奥巴马与工商业领袖举办的圆桌会议上，IBM首席执行官首次提出了“智慧地球”（Smart Earth）的构想，通过把传感器安装到河流、电网、铁路、公路、森林、药瓶、货车等物体中，实现对连接形成的物联网进行有效管理。9月，欧盟发布了物联网研究战略路线图（Internet of Things Strategic Research Roadmap）。该报告由欧洲物联网项目组（CERP-IoT）撰写，目标是推广、共享和宣传物联网的研究项目和相关研究成果，尤其是传感器技术在物联网中的应用。比如家庭域的智慧医疗（Smart eHealth），可穿戴计算（Wearable Computing），绿色建筑（Green Building），智能交通（Indigent Transport）等。在欧盟第七框架计划（The Seventh Framework Programme，FP7）的公开招标公告中（每年70亿欧元的支持），大量物联网相关领域的项目得到了基金支持，包括汽车、航天、医疗、建筑和交通等近20个领域。在众多研究中心和公司的合作下，物联网得到了快速的发展和应用。10月，韩国颁布了《物联网基础设施构建基本规划》，确定了构建物联网基础设施，发展和研发物联网技术等多项研究方向。同年，温家宝首次提出要建立中国传感信息中心，并命名为“感知中国”。9月，工业和信息化部成立了传感器网络标准化工作组。11月，无锡建立了国家传感网创新示范区。图1-4所示为江苏无锡国家传感网工程技术研究中心。

2012年，工业和信息化部在《物联网“十二五”发展规划》中指出：到2015年，我国要在核心技术研发与产业化、关键标准研究与制定、产业链条建立与完善、重大应用示范与推广等方面取得显著成效，初步形成“创新驱动、应用牵引、协同发展、安全可控”的物联网发展格局。通过物联网的蓝图规划，将使人们的生活变得更加智能化、智慧化、低碳化。预计到2020年，中国在物联网产业的投入将达到几万亿元人民币。