【转】欧盟物联网研究战略路线图（2）

第一章 物联网的愿景

1.1 物联网的通用定义
“物”的定义
为了明确定义什么是“物”以及什么是未来的互联网中的“物”，我们将从现有的哲学思想出发。让我们先看一看像Aristotle[1]和Philoponus[2]这样的哲学家可以给我们带来什么样的启发。
Aristotle在他的著作《范畴论》中对于“物”给出了一个一般的、透彻的定义——“物”即“存在”。按照他的思想，任何“存在”或者是“物”都包含10个独立的范畴——物质、质量、数量、与其他存在的相互作用关系以及它们之间的隶属关系等等。在这些范畴中，物质是第一性的。Aristotle把它作为“存在”或者 “物”的第一要素。
很明显，Aristotle是靠“物”与“物”之间的属性区别来区分它们的。Philoponus参照这样的思想，但将“物”的属性分作有灵魂的和没有灵魂的两类。
对于那些“有灵魂”的“物”（如植物和动物），Philoponus认为可以用灵魂来标示它们。并将灵魂作为这些物的本质。
从“物”的“哲学定义”出发，放眼现今世界，我们可以看出“物”的定义不光适用于实体事物，还适用于虚拟事物以及与“物”相关的事件和行为等。
所以，在“物联网”的背景下，我们不但可以将“物”定义为那些存在于真实的物质世界中的实体事物，也可以将其定义为那些数字的虚拟事物和实体。只要这些实体存在于时间和空间之中，并可以通过某种途径进行标识。而这种标识既可以是标识代码、名称，也可以是方位、地址等。
物联网
前言中已经提到，物联网将是未来互联网的一个重要组成部分。它是一个动态的全球性基础网络。通过采用标准化和通用的通信协议，物联网可以自由、自主地配置网络环境。在物联网中，不论是实体的“物品”还是虚拟的“物品”都将拥有自主标识，都将包含实体属性和虚拟属性。而且物联网将使用智能化接口，并可以和现有的以及未来的信息网络无缝整合。
在物联网中，“物品”将成为社会、信息、商业活动中的自主参与者。它们将可以相互间自主交流与沟通；将可以自主感知所处的环境，并根据情况与所处环境交换数据和信息；将可以对“现实世界”中的事件做出自主反应；并且将可以不论在有人还是无人的情况下自主记录行为或动态建立相应的服务接口。
在未来的物联网中，以服务为形式的各种智能接口将促进网络中各种“智能物品”之间的交互，方便查询和改变这些物品的状态和信息，并且将可以时刻保障它们自身的安全性和解决它们所涉及的隐私安全问题。
1.2物联网的构想
未来的物联网将是未来的互联网的一个重要的基础组成部分。从整体上，未来的互联网将基于多种标准通信协议。通过这些协议，计算机网络、媒体网络（IoM）、服务网络（IoS）和物联网（IoT）将被整合成一个全球性的通用信息平台。在这个平台中既包括了无缝的网络也包含了各种无缝连接在一起的“物品”。
未来的服务网络（IoS）将呈现为基于组件的软件形式。这些组件将可以在各种网络和互联网之间相互传递。对于面向服务的架构（SOA）、Web/Enterprise 3.0/X.0、企业互操作（Enterprise Interoperability）、服务网络门户（Service Web）、网格服务（Grid Services）和语义网络门户（Semantic Web）等领域的研究将成为未来的服务网络（IoS）的研究重点。通过这些研究工作和服务网络（IoS）的发展，未来的服务提供商和客户之间的互动将得到进一步的深化与促进。
未来的媒体网络（IoM）将可以解决可伸缩的视频编码技术和3D视频处理技术等问题。它将可以更加动态地适应所处的网络环境，并且将引入大量新的创新型应用（如大型的多人移动游戏、数字电影等）。在虚拟的世界中，未来的媒体网络（IoM）不但将进一步改变人们对于媒体的观念，而且将为移动网络的发展引入多种新的通信类型。
未来互联网的网络环境将布局于公用的以及私有的基础设施之上。通过网络间各边界区域上的物品与其他网络物品之间的互联，未来互联网的网络环境将可以动态、自主的扩展其疆界，并可以不断的自主发展与进化。事实上，未来的物联网（IoT）中的通信将不再局限于人际之间、物际之间和人与物之间的交互，甚至扩展到人与物同环境之间的互动上来。
区别于现在互联网中基于节点间的通信，未来的网络通信将更多的以终端与数据中心（如家庭数据中心、云计算等）之间的通信为主。越来越便宜的存储技术将使得人与物品获得海量信息成为可能。同时，伴随着芯片处理能力和实时在线技术的发展，终端与物品将成为未来通信中的主要参与者。
在未来的互联网中，终端和物品将可以自主的建立局域的通信网络，它们将可以成为网络扩展和网际互联过程中的桥梁。特别是在城市内基础设施比较健全的环境中，这种桥梁作用将更加突出。这将使得未来的网络架构呈现出一种前所未有的全新景象。未来的互联网将在整体上呈现出高端的不对称性：各种不同的物品——实体的、物理网络中的、可以联网的、数字的虚拟的、设备化的、模块化的、基于通信协议的、有自我感知能力的，等等——在功能、在技术、在应用层面中都将同属于相同的通信环境之中，并且具有同等的通信地位。
未来的物联网（IoT）将是一个广泛采用无限计算[3]（Pervasive Computing）、普适计算[4]（Ubiquitous Computing）和环境智能[5]（Ambient Intelligence）等新技术、新概念而建立起来的动态网络，在其中将允许数十亿甚至数万亿计的可以无线标识的物品进行相互间的自由通信。未来的物联网将更加需要和促进像无限计算（Pervasive Computing）、普适计算（Ubiquitous Computing）和环境智能（Ambient Intelligence）等这样的新技术的发展，以满足其自身对于物品之间全面通信、海量计算以及将物联网中的各种连续不断、无处不在的通信、标识和物品之间的互动整合为一个整体的需要。我们可以想见，通过将各种新概念和新技术（诸如：无限网络、设备精巧化、移动和无线通讯和新的业务流程模型等）整合到一起，未来的物联网必将可以实现将现实世界和数字世界融合为一这一理想目标。
在未来的物联网（IoT）之中，应用、服务、中间件、网络和各种终端将以一种全新的方式和互联结构进行连接。这就使得在未来的物联网（IoT）的建设过程中我们必须面对在全球范围内建立无处不在的普适网络的商业、政治和物质上的挑战。特别是，在最初阶段我们就将面临许许多多联网的物品和设备即使只参与和采用双路网络连接都要受各种能力限制等问题。所以，物联网的架构技术的研究将是我们重中之重的一个任务。因为在物联网的架构技术的研究中我们将可以对：如何进行双路连接中的数据缓存和数据同步，如何为相互连接的物品和设备提供虚拟的终端表示以方便监视它们的位置、所处环境和状态，并方便它们之间互相发送请求和提供信息等问题，提出合理的解决方案。
可以展望，未来的物联网（IoT）必将为商务活动带来切实的便利。通过采用独立物品的唯一标识、网络搜索和发现服务，未来的物联网（IoT）将使得每一个物品都可以独立的与其他物品进行互动和交流，并且可以独立的记录和维护这些活动的历史记录。这也就使得像高维度的资产和产品管理、改进的生命周期管理以及企业间更好的协作和相互互动等，我们今天梦寐以求的事情可以成为现实。
随着传感器、探测装置和各种设备能力的提升，商务逻辑将不再受网络的限制，将可以在任何一个网络的内部和边缘上得到执行。这将改变现有一些商务活动以性能、可扩展性和本地市场需求为中心的现状。举例来说，未来的商务逻辑和算法将完全可以通过传感器和探测设备收集到的实时信息和市场情况进行智能的决策与判断。比如，可以根据监视到的患者的健康状况早期发现疾病和病情恶化信号，或者根据汽车的各种状态读数及早发现可能的机械问题等。


未来的物联网（IoT）将允许任何人与物随时随地和任何人与物进行连接，并且这种连接可以通过任何网络和途径，方便地使用各种服务。这也就意味着像聚集性（Convergence）、包含性（Content）、隶属性（Collections (Repositories)）、运算性（Computing）、可通信性（Communication）、连通性（Connectivity）等这样一些概念也要被置于人与物之间、人与人之间、物与物之间所建立起来的无缝联系和相互连接的背景下进行讨论。正如下图所示的那样。
图1 物联网
未来的物联网（IoT）将可以实现现实的物质世界和数字的虚拟世界的共存与互动：在其中，实体事物将拥有数字化的和虚拟化的物品表示形式与之相对应；物品将成为名义上的各种对象，这些对象可以互相感知、互相识别、互相通信、互相影响、彼此间交换数据、信息和各自的智力以及知识。通过在软件和应用中使用智能决策算法，我们将可以根据新采集到的来自于实体事物的信息，参照这个事物以及与它相似的其他事物的历史数据，分析其中的相关模式，对现实世界中的物理现象给予快速的、适当的反应。而这些必将为迎合新的需求、创造新的商业机会提供保障。在这样的世界中，“物品”将可以基于现实世界的实时数据创造新的服务，分析和处理复杂的流程和关系问题。它们将可以处理突发事件，追踪环境问题和环境恶化趋势（如污染、地质灾难和自然灾害、全球变暖等），实时查看人类状态和记录人类活动（如健康状况、运动状态等），促进和改善基础设施的建设和基本能源的利用（如能源、运输等），并且可以处理能源消耗和炭排放效率等问题（如改善建筑物中的智能能源计量和使用、进行高效率的汽车能源消费等）。
在未来的物联网中由于任何个人、团体、社区、组织、对象、产品、数据、服务、进程和活动都将通过物联网相互互联。这就使得通信和连通性成为未来物联网中的一个重要的基础的组成部分，也将成为未来物联网中的基础资源。未来的通信将以很低的成本提供给所有的参与者，并且不再为单一的组织、公司以及个体所独有。在这样的背景下，我们需要创建一套正确的状态感知开发系统，来方便用于理解和解释信息的智能服务和智能中间件可以正确的创建，从而确实保障所有参与物联网的相关各方和各种物品免受欺诈行为和恶意攻击行为的侵扰（毫无疑问，随着网络的发展这些攻击行为将无可避免越来越多），保护整个物联网环境中信息和数据的隐私与安全。
展望未来，当在网络基础设施和基本结构上使用了智能技术之后，物联网中的物品将获得自主管理其传输行为的能力。这样便在真正意义上实现了完全的自动化流程控制，为进一步优化物流行为、改善供应链提供了可能。在这样的基础设施和基本结构上，物品将可以自主获取或者生产满足它们活动和生存所必需的能源。在进入新的环境中，或者当它们所处的环境发生改变时，物品也将完成自主地配置来适应这种变化。同时，物品也将可以智能的感知、认识和学习，以应对其他物品与它的交互以及遭遇的突发意外情况。最后，在物品生命周期的终点，它们也将可以自主的完成分解和回收工作，从而帮助我们保护我们赖以生存的自然环境。
未来物联网（IoT）的基本结构和基础架构将允许所有的智能对象（如无线传感器、移动机器人等）、各种传感器网络和探测网络以及人类的任意自由组合形式。未来的物联网将采用互相兼容但有区别的通信协议，来实现一个动态的、多样化的、丰富多彩的多模式网络。未来的物联网将不仅可以部署在网络资源丰富的地区（如城市、乡村等）；像那些现在不可进行网络访问的地区、相距遥远的地方（如石油钻井平台、矿山、森林、隧道、管道等）、有紧急情况或者危险情况发生的地区（如地震、火灾、洪水、核辐射地带，等），未来的物联网也会将自己的网络扩展到那里。在这样的基本结构和基础架构下，网络中的资源得到了无限汇集，网络的范围得到了显著的扩大，搜索和发现服务结果的可靠性和涵盖性得到了极大的提高。在这样的背景下，不同的对象和“物品”将可以随时随地的发现和探知其他对象和“物品”的存在，学习并利用对方的数据以及它们的知识与经验。
从上面的展望中，我们了解到未来物联网中的物品将会积极地参与到各种互相影响、互相交互的流程以及活动之中。而这种影响和交互活动必将一方面受到物品自身功能和能力的限制（如它们的计算处理能力、网络连通性、可使用的电源，等等），另一方面受到所处环境与情况的影响（如时间、空间，等等）。所以根据物品参与物联网中互相影响、互相交互的各种流程和活动的行为、参与方式以及它们自身的某些属性，我们可以将未来物联网中的物品归纳为以下5种类型或者层次，正如表1所示的那样：
表1 各物品类型和层次的特征和属性

类别1（层次1）——物品的基础属性	l  “物品”可以是“实体事物”，也可以是“虚拟事物”。 l  “物品”将拥有标识；存在相应的手段或方式可以自动的识别它们。 l  “物品”将是环境安全的。 l  “物品”（以及其虚拟表示）将尊重与它们相交互的其他“物品”或者人的隐私，保护它们的机密信息，保障它们的安全。 l  “物品”将使用各种协议与其他物品、网络基础设施和网络基础结构相通信。 l  “物品”将普遍地参与现实的物质世界和数字的虚拟世界之间的信息交换。
类别2（层次2）——所有物品的都将拥有的属性，也是最基本的（这些属性也将适用于更高级别类型的物品）	l  “物品”使用服务的形式作为它与其他“物品”相交互的接口。 l  “物品”将在可选择的原则下与其他“物品”竞争资源、服务和相应的主题内容。 l  “物品”可以附加传感器和探测设备，这样将使得它们可以与所处的环境交互，并且与环境互相影响和作用。
类别3（层次3）——社会化物品的属性（这些属性也将适用于更高级别类型的物品）	l  “物品”可以与其他“物品”、计算设备和人进行通信。 l  “物品”可以一起协作，共同创建团体和网络。 l  “物品”可以自主地发起通信和交互。
类别4（层次4）——理想的自动化物品的属性（这些属性也将适用于更高级别类型的物品）	l  “物品”可以自己做很多事情，自动的完成很多任务。 l  “物品”可以了解、适应和改善自身所处的环境。 l  “物品”可以从环境中分析和提取既有的模式，或从其他“物品”处学习到各种模式的数据、知识以及经验。 l  “物品”可以运用其推理能力做出决策。 l  “物品”可以有选择的丰富信息，并且可以主动地传播信息。
类别5（层次5）——具有自我复制和自我管理能力的物品的属性	l  “物品”可以创建、管理并销毁其他“物品”。

在未来物联网的架构中，智能化的中间件系统将允许在现实的物质世界和数字的虚拟世界之间建立起动态的对应关系。这种对应关系是通过在高级别时间和空间维度上将普遍存在的传感器网络和探测网络以及可以标识的“物品”的各种属性和特点进行自由组合而实现的。
在现实的世界中，我们可以发现物品对于环境的同种刺激往往表现出同样的响应方式。这说明现实世界中的物品在响应外界环境刺激时具有一定之规。举例来说，通过光学试验和研究我们发现，当白光照射到红色物体上时，物体的表面将吸收白光中除了红色之外其他颜色的光，而只反射红光。我们可以这样来抽象这一现象：将涂有特定颜色的表面理解为这个物品的接口，光到达这个物品也就是向这个物品传递信息和数据，而光的反射现象也就是这个物品对于上述信息和数据的响应。正是由于物品在接口处（涂有特定颜色的表面）对于接受到的信息（白光）都将产生同样的一致响应（反射红光、吸收其他光），才使得这个现实世界是可以理解的，才使得这样的物品可以与它周围的环境和物品进行沟通与互相影响。因此，在虚拟世界中，我们要让这个世界和其中的物品也是可以被理解的、可以被分析的、可以被作用的，就需要让这个虚拟世界的组成部分和其中的物品面对相同的刺激和信息时，产生相同的响应和反馈。这也就必然会要求虚拟世界和其中的物品所建立的接口必须是标准的、可以相互共有的、具有协同工作能力的。



图2 物联网——现实的物质世界和数字的虚拟世界以及我们所处的社会之间的共存互动关系
展望未来的物联网，其中的任何“物品”都将至少存在一种方式进行标识（直接通过“唯一标识”或者通过一些“虚拟标识”技术进行）。这样我们就可以创建一系列可以寻址和标识的“物品”的序列，像计算机、传感器、人、驱动装置（actuators）、冰箱、电视、汽车、手机、衣服、食物、药品、书籍、护照、行李，等等。具有了这种可以被寻址、可以被标识的能力，“物品”才有可能交换信息和数据，并在需要的情况下确定其身份。当然，这里值得注意的是，有很多的“物品”将可能存在多个虚拟地址和标识。这样做是为了适应不同的环境与情况，允许这些物品表现出不同的身份、行为、响应以及表现形式（或者简言之表现出它们的“个体特性”）。
在未来的物联网中，很多的“物品”将能够包含嵌入的通信能力。它们可以在一个周围有其他“物品”存在的环境中，主动地创建本地通信网络。当然“物品”的这种通信功能也将受自身通信能力以及所处环境和情况的限制与影响。但是我们也要注意，这种临时建立的特设通信网络将能够与其他通信网络（本地的、一定范围内或者全球的）相连接。同时在建立这种通信的过程中，“物品”将可以检索自身和周围的可以参考与利用的信息，根据所处环境尝试各种不同的以及新的通信手段。