大话物联网(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：郎为民

出版社：人民邮电出版社

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大话物联网试读：

前言

上午7：10，郎先生洗漱用餐完毕，提着公文包准备去上班，临出门时，他着重检查了一下手机是不是老实地呆在口袋里。对郎先生来说，可以不带钱、不带钥匙，但万万不能没带手机，因为手机是钱包，是钥匙，是遥控器，是通信工具，是浏览器。

在关上家门之后，郎先生立刻通过手机上的控制系统开启了安装在房子四周的防盗报警系统。有了这个系统，郎先生既不怕小偷儿上门，也不怕煤气和水电泄漏出现异常情况，防盗报警系统不仅会自动给主人发短信，还会向物业自动报警，是主人最贴心的保镖。

当郎先生离门只有5步远的时候，门自动打开了，电梯也已经停在那里等候郎先生的乘坐。当郎先生走到门口的时候，郎先生的车已经打开了驾驶室的门，上车后车厢内响起郎先生最喜欢的音乐，在确认郎先生的目的地没有变化后，汽车自己启动。郎先生拿出昨天改好的领导发言稿，在车内做最后的校验。在确认发言稿没有问题以后，郎先生将发言稿传给了领导。当然现在传输文字已经不需要通过邮件、QQ，稿纸能自动识别信息并通过手机信号将信息传输到对方的手机上，对方的手机接收到信号以后，将信息传输到对方的稿纸上，稿纸识别以后显现出来。

在郎先生到达公司大厅的时候，离会议开始只有5分钟了，会议在20层召开，电梯门口已经站立了很多等待电梯的员工，如果正常排队等候郎先生肯定要迟到了。这时候郎先生对电梯发送了紧急使用的通知，一台紧急情况下才能使用的电梯，在获知郎先生的紧急使用通知并确认后启动使用，迅速将郎先生带到了20楼，在会议开始前1分钟，郎先生走进会议室。

会开得很长，老郎百无聊赖之际，拿出手机浏览了一下家里的监控，又查询了一下水电煤气账户是否还有余额。突然从手机里传出报警铃音，定睛一看，是汽车的报警器被触发了。郎先生一阵紧张：但愿是行人不小心碰到了，可别是刮擦啊！一边通过手机定位功能锁定了汽车的位置，一边匆匆忙忙跑下楼去。郎先生正绕着爱车团团转地观察着呢，老板的电话就来了：小郎，昨天我们订的货，今天到了没？公司等着用呢，你赶紧去看看！郎先生立刻用手机登录物流公司的网站，调出自己的订单号来。物流公司为每一件货物都贴上了电子标签，货物进出各地仓库时都能留下详细记录。根据网站显示，下午货物就能送到。

忙碌了一上午，郎先生终于迎来了午休时间。在通往餐厅的路上，他再次拿出了手机。这次，是登录幼儿园网站，打开幼儿园里的监控系统，远程查看自己的女儿在幼儿园的活动情况。

下午14：30，郎先生的老婆巧巧打来电话，说中午出去逛街时发现了一款新外套，让郎先生过去帮忙参谋参谋。郎先生通过商场的远程监控系统用手机实时打量该外套，并将手机拍下的照片发给巧巧的闺中密友小雪—小雪属于资深购物专家兼砍价专家。小雪告诉巧巧一个合适的价格底线，在与销售小姐唇枪舌剑的一轮砍价之后，巧巧高兴地购得了该外套。

下午15：00，郎先生的死党诚诚在电影院订了两张最近热播大片的电影票，通过加密彩信将一张电子票发到郎先生手机上。郎先生的手机电视节目单上正好有一个该片的片花介绍，郎先生打开流媒体播放器，喜滋滋地先睹为快。

下午17：30，郎先生走出公司大楼，结束了一天的工作在楼梯拐角处的自动贩卖机上，他点了一罐冰咖啡，但是一摸口袋，没有零钱。不过这没难倒郎先生，他掏出手机，在扫描器上一刷，潇洒地转身离去。

离家还有四五公里的时候，郎先生使用车内的远程遥控系统“告诉”家中的浴缸：嘿，哥们儿，准备放水！到家后，浴缸已经自动放水调温，做好一切准备迎候。同时，他还给中央控制系统发短信：嘿，哥们儿，开始上班了！中央控制系统开始根据郎先生预先设定的温度、湿度、灯光、音乐等条件，先期启动空调、加湿器等设备开始工作。等郎先生进入房间时，中央控制系统又对音响及灯光系统下达指令，使得室温让人倍感舒适、灯光明暗适度，并投其所好播放音乐。

吃过晚饭，郎先生陪太太和女儿玩了一阵子，眨眼就八九点钟了，郎先生用手机遥控家里的环境控制系统，将空调、加湿器等家电调整成晚间睡眠状态，准备入睡了。然而他的手机仍然忠心耿耿地在枕边侍候着：它监测着主人的心跳、呼吸等状态，采集身体数据，一旦发生异常，立刻发送至医院。这时，它又变身为温柔的女护士了。等郎先生再次被电子音乐唤醒的时候，又将是新的一天。

这就是物联网时代普通人一天的生活。到那时，物联网将成为人们如影随形的亲密战友，套用一句广告词：“人类失去物联网，世界将会怎样！”

物联网，被公认为是继计算机、因特网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮，正在向我们“袭来”，开发应用前景巨大。虽然，现在人们似乎还没有感觉到它的存在，但是这个被美国总统奥巴马称为“智慧地球”，被温家宝总理叫作“感知中国”的新生事物，实际上已经应用于某些领域，离我们越来越近。

在编写本书时，我们力求让初涉物联网的人远离复杂的公式，抛开大段晦涩的专业论述，放松心情，愉快地接受物联网这个新生事物。读过本书后，读者会感觉到，物联网原来距离现实世界这么近，并不是想象中的那么神秘兮兮和遥不可及。为了不让读者感到枯燥乏味，我们会使用普通的生活常识来类比复杂的物联网知识，并且让任何学到的知识具有可延展性而不是简单地就事论事。

本书是一本关于物联网的基础知识读物，用轻松、诙谐的语言，向读者展示了物联网技术和业务应用的巨大魅力，内容既涵盖了物联网的关键技术，包括条码、传感器、RFID、因特网、移动通信网、云计算、ZigBee等，又使用大量实例诠释了物联网的应用领域，包括安全防伪、工农业生产、物流、交通、生活、休闲娱乐等。同时，给出了物联网的一些代表性案例，如奥运会、世博会、麦德龙的未来商店、美军全资产可视化系统、浦东机场电子围界防入侵系统、比尔·盖茨的豪宅等。本书用独特的行文风格，以风趣、幽默的语言向读者通俗地解释各种物联网理论和技术术语，结合生活中的常识和案例，图文并茂，从另一个侧面，向普通民众介绍了物联网方面的技术知识。

本书由郎为民主编，武汉职业技术学院的焦巧，通信指挥学院的刘建国、钟京立、毕进南、刘建中、李建军、孙月光、孙少兰、吴帆、宋孝先、任保全、刘璐璐、王其州、崔遥、张昆、郝红、崔健、徐小涛、李键、刘军、靳焰、王逢东、任殿龙、胡东华、马同兵、熊华参与了本书部分章节的撰写，和湘、朱元诚、高泳洪、周莉、蔡理金、王会涛、李官敏绘制了本书的全部图表。华中科技大学电信系的桂良启、刘干、王玉明对本书的初稿进行了审校，并更正了不少错误，总参61所的张新强、西门子中国研究院的袁勇、华为技术公司的邓勇强提供了相关案例资料，并对本书案例部分内容进行了审校，在此一并向他们表示衷心的感谢。

由于物联网技术仍在发展之中，新的标准和应用不断涌现，加之作者水平有限，编写时间仓促，因而本书难免存在错漏之处，恳请各位专家和读者不吝指出。

谨以此书献给我活泼可爱的女儿郎子程！郎为民第1章 物联网来了

似乎是巧合，又似乎已成为规律，每次经济危机之后，都会极大地激发人们对新技术的追求和探索，而技术进步和飞跃将成为经济增长的新引擎，进而实现整体经济的再一次腾飞。通信产业自然也不例外。对于通信产业来说，物联网是一种重要趋势，它将成为未来引领通信发展的主要动力。

物联网并不是一个新词儿，这一概念产生于1999年。但是谁也没想到，它会在10年之后一夜成名，而且大红大紫。“物联网”概念将股市搅得“热血沸腾”，各大公司、研究所及知名大学的有识之士纷纷站出来，使出浑身解数，来证明自己就是“物联网”从业者，而且在努力地去唤醒沉睡的百姓从没有物联网的时代中醒来，准备迎接一个不一样的缤纷世界。在这场浩浩荡荡的运动中，娱乐界也不甘寂寞。1.1 从三部好莱坞大片说起

美国好莱坞电影的魅力是我们有目共睹的。我们今天再回头看时，许多经典镜头仍然回味无穷。这些影片使用先进的高科技进行制作，让我们人类产生了许多无穷无尽的幻想，难怪人们把那里称作“梦工厂”。好莱坞大片拥有无可比拟的观赏性和征服力，总能给人以极大的震撼和幻想，告诉你什么叫真正的电影，告诉你什么叫现代电影，这些大片充分体现了科技和艺术结合的魅力。同时，它们又总能紧跟潮流，将最时尚、最前沿的新东东融入到电影当中，因而一些年轻人对好莱坞大片情有独钟也就不足为奇了。1.1.1 《大战皇家赌场》：物联网的萌芽

在007系列电影《大战皇家赌场》中，有这么一个情节：M夫人让人使用貌似冲击钻的大家伙在邦德的手臂中植入了一枚电子芯片，并通过扫描设备将身份的信息植入芯片，如图1-1所示。此时，邦德对M夫人说：“八婆，你想监视我？”M夫人不动声色地说：“是的。”但正是这枚能够识别个人身份信息的芯片，关键时候成为邦德的救命恩人。勒·希弗斯为了除掉邦德，在他的酒里下毒。当邦德历尽千辛万苦钻到车内，并使用扫描设备激活电子芯片后，一条求助消息发送到总部的信息系统中。在总部专家的远程指导和芙斯珀的大力协助下，邦德转危为安，从昏迷症状中恢复过来，成功赢得了最终的赌局。最后，邦德用枪指着坏蛋怀特的头，说出那句标志性台词：“The name’s Bond，James Bond”。图1-1 电影《大战皇家赌场》

这枚电子芯片就是射频标签，只不过在实际生活中，它是被广泛或者说正逐渐被应用于商品，而不是我们人类。因此，有人将《大战皇家赌场》称为物联网的萌芽。当然，这是电影作者的艺术构思，然而在欧美国家的一些特殊部门，已经有人尝试在相关人员的体内植入身份识别装置，从而可以准确无误地识别他们的身份，而不用担心有人假冒。1.1.2 《豚鼠特工队》：物联网的雏形

一个秘密政府组织训练动物去执行间谍行动，代号G的豚鼠特工队共有5名成员：负责武器和运输的布拉斯特，武功超群、魅力不凡的华雷斯，有着“计算机天才”称号的特工斯贝克尔斯，会飞檐走壁的侦查员苍蝇莫奇，还有特工队的队长达尔文。豚鼠特工队的行动目标是赛博林公司总裁赛博。

调查局的情报显示，赛博可能会将研制的新型微芯片应用于军事，而且怀疑他已经把他的技术卖给其他国家。特工队的任务就是到赛博图书馆的个人计算机中下载关于芯片的资料，找出赛博打算如何运用这项科技。

赛博听命于神秘人物，建立了一个集中袭击网络，制造了一大批机器人，而这些机器人组成了一大片电磁网点，这些网点能把所有围绕地球的太空垃圾摧毁，将人类一个不留地埋葬掉。

豚鼠特工队进入赛博的实验室后，集群风暴已经启动。通过卫星发指令，全球所有的赛博产品都接收到微型芯片的信号变得武器化，这些家用电器开始攻击人类。贪吃的赫尔利为了一块蛋糕爬到了微波炉中，结果微波炉使用辣椒、汤、鸡蛋、牛肉等原料，选择一定的方式准备烤熟赫尔利，并精确地计算出了烤熟时间。达尔文和其他同伴想方设法将它救了出来。

当神秘人物驾驭着由多个家电组合而成的超大机器人出现时，大家出乎意料地发现这个赛博背后的老大竟是内鬼：鼹鼠斯贝克尔斯，它准备利用全球的站点将太空中的宇宙垃圾吸附到地球，并放出一台受芯片控制的电器攻击达尔文。在达尔文强大的思想攻势下，鼹鼠斯贝克尔斯重新燃起善良之心。但它已经不能阻止太空垃圾撞向地球，莫奇吃力地抓住掌上计算机飞到达尔文身边。达尔文将病毒植入鼹鼠的计算机中，它发起的集群风暴终止了。

在影片中，每一台赛博林生产的电器中都装有一个秘密芯片，比如制冷冰箱或者微波加热的咖啡机，这个秘密芯片的最大功能是交流，如图1-2所示。当人们按下某个按钮后，该按钮会激活一个称为“赛博感应”的无线系统，可以唤醒已存在于所有赛博林电器主板上的芯片，允许咖啡机了解有多少咖啡已经被喝掉了，并与家里的计算机进行交流，在您的购物单中填上咖啡一项。图1-2 电影《豚鼠特工队》“赛博感应”会连接每一台新旧赛博林电器，组成一个无所不在的巨大网络。在该网络中，物体变得“有感觉、有思想”，物与物可进行“交流”。因此，业界专家将《豚鼠特工队》称为物联网的雏形。《豚鼠特工队》是一部高水准制作的真人动画，从剧情来说，属于爆米花电影一列，而且夹杂着一些新潮玩意儿。例如，豚鼠特工华雷斯躲在自己的屋里，通过写Facebook或者Twitter微博，来与大家分享心情，并炮制出了《豚鼠特工队》电影中最经典的语言：“人就像是政府债券，得经过好久才能成熟起来，如果你是一个试图在男权社会里挣扎的女人，你必须学会像男人一样思考，并永远对他们保持神秘感！”

不久的将来，在物联网世界中，智能芯片将被植入人们生活中的各种物品中，甚至是基础建筑中。听起来很酷？Sure！15年前你能想象物联网在我们生活中所扮演的角色吗？你能想象N年后物联网加入我们的生活后会是什么样子吗？1.1.3 《阿凡达》：史上最强的物联网宣传片

像春运期间的火车票窗口一样，人们排着老长的队伍，个个都买《阿凡达》。全球掀起观看电影《阿凡达》的热浪，而且这一浪直接就把詹姆斯·卡梅隆导演的《泰坦尼克号》给拍死在沙滩上了。没有看过电影《阿凡达》的人，其实很难理解《阿凡达》到底有多棒，到底为什么有那么多人会排队买《阿凡达》的票。《阿凡达》创造了全球25亿美元的票房神话，而《泰坦尼克号》在全世界的票房为18亿4000万美元。《阿凡达》的故事发生在未来世界中，人类为获取另一星球—潘多拉星球资源，启动了阿凡达计划，并以人类与纳美人（潘多拉星球土著）的脱氧核糖核酸（DNA，Deoxyribonucleic Acid）混血，培养出身高近3米高的“阿凡达”，以方便在潘多拉星球生存及开采矿产。受伤的退役军人杰克，同意接受实验并以他的阿凡达来到天堂般的潘多拉星球。

在电影《阿凡达》前段中，一缕“蒲公英”（圣树种子）飘落在女主角奈蒂莉肩头，她顿悟男主角杰克到来是圣母旨意，从而放弃暗杀杰克将其带回部落，至此贯穿全剧的物联网概念拉开序幕。

外星球的各种生物、纳美人的历代祖先都可以通过圣树来实现连接（纳美人称之为“萨黑鲁”缔结关系）。在树与树根之间都有着某种类似电流的信息传递，就好像神经连接细胞组织那样。每一棵树之间都有着成千上万个不同的节点。潘多拉星球上有上亿棵树，它像一种全球网络，纳美人可以登录进去，进行信息的上传、下载和存储。

圣母化身的神树实际上是潘多拉星球的服务器，星球上所有纳美人和生物都是物联网的传感器节点，物物通信、人机通信通过纳美人和马、龙等生物的精神合体来实现，经常飘现的“蒲公英”可理解为圣母监控全网的传感器，如图1-3所示。纳美人的长辫子和树木的根须，是神经接触灵魂沟通的重要媒介，他们通过尾巴进行连接这种独特的方式，达到心灵相通。最神的是他们没有经过强制标准化，就形成了可以互通的接口，土著们的传感器发达到可以与树连接、与天上飞的翼龙连接并进行信息交换和互操作，天人合一的巨大网络让所有的一切变得有生命和灵性，人与自然之间的互相依存也变得清晰可触。这简直就是IBM描绘的“智慧的地球”的神话版！图1-3 电影《阿凡达》

同时，电影中的“经典台词”和主题曲，用纳美人土著语说的“I See You”，意味着不仅是表面上的视觉效果，还有能看到并理解内心的意思。物联网也是这样，将来到商店去买一包巧克力，你将不仅看见它表面的样子，还可以通过内置的射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）芯片来了解它的各种信息，好像是“巧克力的内心”，而周边商场同类巧克力的价格以及你购买了这块巧克力的信息，也都可以在物联网中被存储、被调用。因此，有人将《阿凡达》称为史上最强的物联网宣传片。《阿凡达》能够给人以极大的震撼，它告诉了人们什么叫电影，什么叫现代电影，充分体现了科技和艺术结合的魅力。《阿凡达》的成功是对科技、艺术、3D这种技术模式的一种接受、一种转变。《阿凡达》这部史诗般的好莱坞大片，高科技处处存在。小到一个水母、人物造型，大到森林园、潘多拉星球。不过，有一种预言将会成真，这就是“天人合一”。而这种梦想的实现，物联网是不可逾越的一环。

电影《阿凡达》为人们展示了一个神奇的外太空世界，这些细节具体到现实科技的发展，就是物联网在未来的典型应用。的确，物联网技术的应用将“让一切自由连通”，甚至做到“沟通从心开始”。1.2 物联网的前世今生

从有语言开始，人类一直没有停止对自由交流的追求。从书信到电话，再到因特网……现如今，人们又把目光投向身边的各种物体，开始设想如何与它们交流，这就是广受关注的物联网。

物联网的英文说法其实更清楚，“The Internet of Things”直译过来就是“物体的因特网”。其理想是让每个目标物体通过传感系统接入网络，让我们在享受“随时随地”两个维度的自由交流外，再加上一个“随物”的第三维度自由。

那么，物联网的思想起源于哪里？这个科幻般的愿景会给人们的生活带来什么便利？它最终能够实现吗？1.2.1 咖啡壶事件

物联网的理念最早可以追溯到1991年英国剑桥大学的咖啡壶事件。小小的咖啡壶竟然能吸引上百万人的关注，这可能吗？可能。实现这一壮举的就是这只名为“特洛伊”的咖啡壶（如图1-4所示）。“特洛伊”咖啡壶事件发生在1991年。剑桥大学特洛伊计算机实验室的科学家们在工作时，要下两层楼梯到楼下看咖啡煮好了没有，但常常空手而归，这让工作人员觉得很烦恼。为了解决这个麻烦，他们编写了一套程序，并在咖啡壶旁边安装了一个便携式摄像机，镜头对准咖啡壶，利用计算机图像捕捉技术，以3帧/秒的速率传递到实验室的计算机上，以方便工作人员随时查看咖啡是否煮好，省去了上上下下的麻烦。这样，他们就可以随时了解咖啡煮沸情况，咖啡煮好之后再下去拿。

1993年，这套简单的本地“咖啡观测”系统又经过其他同事的更新，更是以1帧/秒的速率通过实验室网站连接到了因特网上。没想到的是，仅仅为了窥探“咖啡煮好了没有”，全世界因特网用户蜂拥而至，近240万人点击过这个名噪一时的“咖啡壶”网站。就网络数字摄像机而言，确切地说：其市场开发、技术应用以及日后的种种网络扩展都是源于这个世界上最富盛名的“特洛伊咖啡壶”。

此外，还有数以万计的电子邮件涌入剑桥大学旅游办公室，图1-4 咖啡壶事件希望能有机会亲眼看看这个神奇的咖啡壶。具有戏剧效果的是，这只被全世界偷窥的咖啡壶因为网络而闻名，最终也通过网络找到了归宿，最后关于这只咖啡壶的新闻是：数字世界最著名的咖啡壶日前在eBay拍卖网站以7300美元的价格卖出！时间大约在2001年8月。一个不经意的发明，居然在全世界引起了如此大的轰动。

至于是谁最先想到这个发明的，剑桥大学的科学家们显然不愿意归功于个人。高登是1991年参与建立这个系统的成员之一，他说：“没有人确定到底是谁的主意。我们一致认为这是个好想法，于是就把它编到我们的内部系统里去了。”

就在“咖啡壶”网站吸引全世界越来越多的关注的时候，它却已经走到了生命的终点。后来，剑桥大学计算机实验室宣布，由于实验室需要搬进位于剑桥郊区的新办公大楼，这个直播网站将关闭。对此，高登解释说：“整个系统已经过时，硬件也已经老化。我们不能把这些陈旧的设备带到新的办公大楼里。”1.2.2 比尔·盖茨与《未来之路》

无论你爱他，恨他，你都无法漠视他—这就是比尔·盖茨，有人说他对于软件的贡献，就像爱迪生之于灯泡。1995年，这位微软帝国的缔造者曾撰写过一本在当时轰动全球的书—《未来之路》，他在这本书中预测了微软乃至整个科技产业未来的走势，如图1-5所示。盖茨在书中写道：“虽然现在看来这些预测不太可能实现，甚至有些荒谬，但是我保证这是本严肃的书，而决不是戏言。10年后我的观点将会得到证实。”

在该书中，比尔·盖茨也提到了“物联网”的构想，意即因特网仅仅实现了计算机的联网，而未实现与万事万物的联网，但迫于当时网络终端技术的局限，这一构想无法真正落实。下面就让我们一起来回顾一下，关于物联网，盖茨在书中都预测了些什么，这些预测是否已经变为现实。《未来之路》中写道：您将会自行选择收看自己喜欢的节目，而不是等着电视台为您强制性选择。如今的数字电视已经实现了这种视频点播功能，机顶盒图1-5 比尔·盖茨的《未来之路》功不可没。您还可以通过网络，使用网络电视来实现上述目标。《未来之路》中写道：如果您计划购买一台冰箱，您将不用再听那些喋喋不休的推销员唠叨，电子论坛将会为您提供最为丰富的信息。如今的因特网上，几乎没有您找不到的，只有您想不到的，各类论坛、购物网站、交友网站等提供的最新信息，让您天天应接不暇。《未来之路》中写道：一对邻居在各自家中收看同一部电视剧，然而在中间插播电视广告的时段，两家电视中却出现完全不同的节目。中年夫妻家中的电视广告节目是退休理财服务的广告，而年轻夫妇的电视中播放的是假期旅行广告。此项定制广告业务至今为止还没有得以实现，不过部分高科技公司已经着手开始进行定制广告业务的销售，相信在不久的将来我们就可以看到这个画面。《未来之路》中写道：音乐销售将出现新模式。那些对光盘和磁带等产品感到头疼的用户将可以不再受它们的侵扰，以全新数字模式出现的音乐产品将会登陆市场，且音乐将会成为因特网信息高速公路上一个重要的组成部分。比尔·盖茨的先知先觉体现无疑，但是让人感到迷惑的是，10年前的比尔·盖茨既然已经意识到数字音乐市场的巨大潜力，为什么微软不第一个兼职做数字音乐产品，而让苹果在市场上抢得先机呢？难道是微软不差钱！《未来之路》中写道：如果您的孩子需要零花钱，您可以从计算机钱包中给他转5美元。另外，当您驾车驶过机场大门时，电子钱包将会与机场购票系统自动关联，为您购买机票，而机场的检票系统将会自动检测您的电子钱包，查看是否已经购买机票。如今的信用卡、网上支付、移动支付、eBay服务、电子机票最接近比尔·盖茨的预测，它们共同开启了电子商务时代。《未来之路》中写道：您可以亲自进入地图中，这样可以方便地找到每一条街道、每一座建筑。虚拟的第二人生提供完全模拟现实的生活体验，谷歌地球提供的地图几乎可以覆盖地球上任何地方，甚至可以“找根皮筋儿做弹弓打你家玻璃”。《未来之路》中写道：您丢失或者失窃的摄像机将自动向您发送信息，告诉您它现在所处的具体位置，甚至当它已经不在您所在的城市也可以被轻松找到。十分不幸，比尔·盖茨的预言没有实现，不过让我们感到欣慰的是，未来物联网能够轻而易举地实现上述功能。1.2.3 Ashton与MIT自动识别中心

真正的“物联网”概念最早由英国工程师Kevin Ashton（如图1-6所示）于1998年春在宝洁公司的一次演讲中首次提出。当时根据美国零售连锁业联盟的估计，美国几大零售业者，一年因为货品管理不良而遭受的损失高达700亿美元。宝洁公司（P&G，Procter&Gamble）前任营销副总裁Kevin Ashton对此有切身之痛，1997年宝洁公司的欧蕾保图1-6 Kevin Ashton湿乳液上市，商品大为畅销，可是太畅销了，许多商店货架常常空掉，由于商品太多、查补的速度又太慢，“我们眼睁睁地看着钱一分一秒从货架上流失。”Ashton表示。

作为“条形码退休运动”的核心人物，Kevin Ashton花了两年找到了答案，就是将RFID取代现在的商品条形码，使电子标签变成零售商品的绝佳信息发射器，并由此变化出千百种应用与管理方式，来实现供应链管理的透明化和自动化。在宝洁公司（P&G）和吉列公司（Gillette）的赞助下，他与美国麻省理工学院（MIT，Massachusetts Institute of Technology）的教授Sanjay Sarma、Sunny Siu和研究员David Brock共同创立了一个RFID研究机构—自动识别中心（Auto-ID Center），他本人出任中心的执行主任，Sunny Siu（下一任是Sanjay Sarma）为中心的研究室主任（后称为研究所所长），中心成立的日期1999年10月1日正是条形码问世25周年。EPCglobal于2003年11月1日将自动识别中心更名为自动识别实验室，该实验室主要为EPCglobal提供技术支持。

Kevin Ashton对物联网的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与因特网连接起来，实现智能化识别和管理。MIT自动识别中心提出，要在计算机因特网的基础上，利用RFID、无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）、数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“物联网”。在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。Kevin Ashton说：“这是比因特网更大，为公司创造一种使用传感器识别世界各地商品的方法。这将彻底改变我们以往从生产厂商到顾客，甚至是通过回收产品来跟踪产品的固有模式。事实上，我们创造了物联网。”Kevin Ashton预测电子产品代码（EPC，Electronic Product Code）网络将使机器能够感应到全球任何地方的人造物体，从而创造真正的“物联网”。Kevin Ashton后来离开MIT自动识别中心，成为RFID读写器供应商ThingMagic公司市场副总裁。2007年，加入清洁能源合同EnerNOC，但仍在ThingMagic公司顾问委员会中任职。2008年，Kevin Ashton创立了Zensi公司，并担任该公司的首席执行官（CEO，Chief Executive Officer）。该公司主要是将华盛顿大学、杜克大学和乔治亚理工大学的研究者们发明的传感器商用化，该传感器可以通过每个系统上的单一点来追踪整幢建筑中的水电使用情况。2010年4月，该公司被电子硬件制造商贝尔金（Belkin）国际公司收购。1.2.4 《ITU因特网报告2005：物联网》

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS，World Summit on the Information Society）上，国际电信联盟（ITU，International Telecommunications Union）发布了《ITU因特网报告2005：物联网》（如图1-7所示），正式提出了物联网的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行数据交换。射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入这4项技术将得到更加广泛的应用。ITU战略与政策部的分析师Lara评价说：“虽然未来还需要解决新资源的标准制定和管理等问题，但我们的确正迈向一个新世界，在那里物与物之间不需要我们的任何指示就能相互进行数据交换。”

根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间、任何地点的人与人之间的沟通连接，扩展到人与物、物与物之间的沟通连接。该报告描绘了“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时，汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求，等等。

报告主要分7章，包括何为物联网、物联网技术支持、市场机遇、面临的挑战和存在的问题、发展中国家的机遇、展望2020年的某一天、一种新型生态系统等内容。

1.何为物联网

我们正处在一个全新的、泛在计算和通信时代，这个时代将从根本上改变我们的企业、社区和个人的存在方式。1991年，科学家马克·维瑟（Mark Weiser）开创性地提出泛在计算（UC，Ubiquitous Computing）的思想，认为泛在计算的发展将使技术无缝地融入到日常生活中。早期泛在信息通信网络的基本形式就是广泛使用移动电话：截至2005年6月底，全球的移动电话用户超过20亿，这些小玩意儿已经成为无数人日常生活中不可缺少的一部分，甚至比因特网更贴近人们的生活。

今天，科学技术的发展使这种现象继续推进，通过在各种日常使用的设备中嵌入移动无线电收发器，可以实现人与物、物与物之间的通信。信息与通信技术（ICT，Information and Communication Technology）领域呈现出新模式：除了针对人的随时、随地连接，还增加了针对任何物体的连接，如图1-8所示。图1-7 《ITU因特网报告2005：物联网》图1-8 新的维度

各种连接会因此翻番增加，并创造出一种全新的动态网络—物联网。信息与通信技术的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物体的阶段，而万物的连接就形成了物联网。物联网既非科幻小说，亦非商业骗局。它是建立在坚实的技术优势和广受认可的泛在网络前景之上的。

2.物联网技术支持

物联网是一次技术的革命，它揭示了计算和通信的未来，它的发展也依赖于一些重要领域的动态技术革新，包括射频识别（RFID）技术、无线传感器技术和纳米技术。

首先，为了连接日常用品和设备，并将其属性信息导入至大型数据库和网络，尤其是因特网，一套简单易用且低成本有效的物体识别系统是至关重要的。只有这样，才能收集和处理与物体有关的数据。射频识别（RFID）技术提供了这种功能。其次，采集的数据要反映物体物理状态的变化，这就要用到传感器技术。物体中的嵌入式智能可以通过在网络边界转移信息处理能力而增强网络的威力。最后，小型化和纳米技术的发展，意味着体积越来越小的物体具有交互和连接功能，如图1-9所示。图1-9 物联网的小型化

所有这些技术融合到一起，形成了物联网，将世界上的物体从感官上和智能上连接到一起。事实上，借助集成化信息处理的帮助，工业产品和日常物件将会获得智能化的特征和性能。它们还能满足远程查询的电子识别需要，并能通过传感器探测周围物理特性的变化。如此一来，甚至于像灰尘这样的微粒都能被标记，并连接入网。这样的发展将使当前的静态物体变成未来的动态物体，在我们的环境中处处嵌入智能，刺激更多创新产品和服务的诞生。

RFID技术被认为是物联网的关键技术，尽管某些时候，人们把它贴上“下一代二维码”的标签，但是RFID能够提供更多的功能，比如实时追踪物体以便获得关于位置和状态的重要信息。早期的RFID应用包括高速公路自动收费，大型零售商的供应链管理，药品防伪和电子医疗中的病人看护。最近的发展表明，RFID的应用将更加广泛，从体育运动和娱乐休闲（滑雪场门票）到个人安全（为学校的孩子加注标签）。RFID甚至可以被植入到人体皮肤之下来实现医疗目的，或者作为黄金海岸俱乐部的贵宾（VIP，Very Important Person）入场券。在电子政务上，可以将RFID植入驾驶执照、护照和现金之中，也可以将RFID读写器植入到移动电话中，例如诺基亚早在2004年就发布了支持RFID的商务手机。

除了RFID，为了记录环境变化情况，具备检测物体物理状态变化的能力也是必要的。从这个角度看，传感器在连接物理世界和虚拟世界上起到了关键的桥梁作用，它使得物体能够对周围物理环境的改变作出反应。传感器从环境中收集数据，生成信息，并提高对周围环境的意识。例如，电子夹克中的传感器能够收集外部气温的变化，从而夹克的参数能随之修正。

物体本身的嵌入式智能可以增强网络前端的处理能力，为数据处理提供更大的可能性并提高网络的适应能力。对于什么是“智能物体”很难去界定，但智能物体都具备某些处理能力和对外部刺激作出反应的能力。现在比较领先的有智能家庭、智能汽车和智能机器人，对可穿戴计算机（包括可穿戴移动车辆）的研究也正在逐步进行中。科学家正在运用自己的想象力来开发新的设备和应用，如通过电话或因特网控制的智能烤箱、在线冰箱和无人网络等，如图1-10所示。物联网将会融合上面各种技术和功能，来搭建一个完全可交互的、可反馈的网络环境。图1-10 智能家庭

3.市场机遇

物联网技术的发展为消费者、制造商以及公司等提供了潜在的市场。但是要使这些创新从概念变为市场上的产品或应用，还需要艰难的商业化运作，这其中包括一系列参与者，如标准化组织、国家研究中心、服务提供者、网络运营商以及领先用户等，如图1-11所示。图1-11 物联网：从概念到市场

需要注意的是，从开始到整个研究设计阶段，都会出现新的概念和技术，最终到达产品阶段，要进入市场还需要关键的“领先用户”，他们可以推动技术革新。到目前为止，物联网的关键技术对于推动私人企业加入还是非常重要的，比如通过产业论坛和产业合作，公共机构也逐渐加入其中。然而，通过技术开发（如纳米技术）和特定领域（如医疗、国防或教育）投资，公共部门的参与度也在不断提升。

RFID是这些关键技术中最成熟的一种，已经建立了标准协议，并拥有一个相对广阔的应用市场。全球的RFID产品和服务市场正在飞速发展，2004年全球RFID市场和服务税收已经达到了15～18亿美元。而在未来中长期发展之后，随着各种消费产品（尤其是移动电话）中的智能卡和RFID的广泛应用，这些收入将显得微不足道。

无线传感器网络广泛应用于自动化、国家安全、医疗、家庭自动化、航空航天、远程监控、环境监管等领域，市场潜力相当大。分析家预测，随着价格的下跌，各领域的应用数量将有大幅度增长。同时，机器人出现了新的应用领域和市场。目前，工业机器人的市场大于个人机器人和服务机器人，但是这种状况将会改变，将来个人机器人有望引领市场增长。

不断变化的商务战略是物联网市场的特征，特别是零售业、自动化以及电信产业。公司应该抓住物联网技术，优化内部处理过程，拓展传统市场，发展新的商务模式。

4.面临的挑战和存在的问题

虽然物联网会带来相当的便利和巨大的市场，但同时也面临着许多挑战。技术标准化是最大的挑战，现在物联网技术标准还处于起步阶段，相当不完善。显而易见，管理和培育业务创新对很多国家和产业而言是一种挑战。标准化是任何一项技术广泛应用和扩散的必要条件，几乎所有在商业上成功的技术都要经历标准化阶段，才能实现更大的市场占有率。如果没有标准化的传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）/因特网协议（IP，Internet Protocol）和IMT-2000，将不会有今天的网络和移动电话的繁荣。

RFID的标准化工作已经通过自动识别中心（现为EPCglobal）获得了初步的成功，如欧洲电信标准组织（ETSI，European Telecommunications Standards Institute）、国际标准化组织（ISO，International Standardi Organization）/国际电工技术委员会（IEC，International Electrotechnical Commission）等组织也在为RFID的标准化努力，ITU也将进一步协调RFID协议的标准化问题。通过ZigBee联盟和其他组织的努力，无线传感网络的标准化已经取得了很大进步。与此形成鲜明对比的是，纳米技术和机器人技术的标准化，则由于未形成共识和缺乏沟通协商而进展缓慢。

妨碍用户采用新兴技术的一个重要挑战是对数据和隐私的保护。对隐私和数据安全的关注是广泛存在的，特别是传感器和智能标签能够跟踪用户的行动、习惯以及偏好等。当日常物体能够拥有5种感觉（如视觉和嗅觉）中的几种时，再加上计算和通信能力，数据请求和数据获取的概念会为之焕然一新。人和物、物和物之间不可见而持续的数据交换，很有可能给数据所有者和数据接触者带来未知隐患。技术的大范围部署更是加剧了这个问题。谁将能够最大限度地控制我们周围嵌入的成千上万的“眼睛”和“耳朵”呢？为了提高物联网技术的更广泛应用，保护秘密数据的安全，不仅要坚持用户许可的原则，同时还要考虑立法、市场机制和社会道德等因素，如图1-12所示。如果政府部门、民间社团以及私人企业不加以保护，物联网的发展将受到很大阻碍。图1-12 隐私保护涉及的方方面面

公众的极大关注和激进消费者发起的抵抗运动已经阻碍了两家知名零售商的RFID商业试用。要大力推广物联网技术的部署，必须要确保用户的数据和隐私安全，且隐私保护不能仅局限在技术解决方案上，还要在市场和社会伦理方面贯彻实行。只有通过广泛宣传物联网的技术优势，并确保解决这些敏感问题，我们所有人才能从以用户为中心的物联网中受益。

5.发展中国家的机遇

物联网技术不仅仅是工业化国家的“宝藏”，同时也为发展中国家提供了更多便利，为他们带来了诸多领域的应用，比如在医疗诊断、污水处理、能源产业、环境卫生和食品安全等领域。

根据千年发展目标（MDG，Millennium Development Goal），信息社会世界峰会提出通过国家电子战略来发展信息通信技术，提倡通用的、无所不在的、平等的、可用的技术连接以及信息、知识的广泛传播和共享。WSIS不但关注技术传播的问题，还在通过通信技术和其他新兴技术以求缓解贫穷、促进人类潜力发展和整体进步等方面进行了努力。从这种意义上讲，物联网下的各种技术带来了很多潜在的好处。

举例来说，在日用品生产和出口领域，传感器技术可用于测试不同产品的质量和纯度，如巴西的咖啡和纳米比亚的牛肉。RFID已经被用来跟踪和验证牛肉的来源、加工、装运和出货的整个过程，这些应用能帮助确保来自发展中国家的日用品质量，以便开拓市场。

物联网用到的技术能够给发展中国家提高生活质量带来很大帮助。孟加拉国正运用纳米过滤技术消除污染，确保饮用水的安全。纳米传感器可以帮助低成本地监控水质，纳米隔膜可以用来处理废水。同时，纳米技术在疾病诊断和治疗上的应用以及纳米药物在疾病中的应用正在研究中，新兴技术将有助于提高发展中国家传统药物的质量和可靠性，比如RFID能跟踪安全药物的来源，减少假冒的可能性。

传感器技术能够检测到环境的细微变化，预防或限制自然灾害。我们需要系统的早期预警和人员疏散，从而降低由于自然灾害带来的损失。例如，一些特制的机器人被用来进行矿产探测，在突发的困境中救人。部分发展中国家，比如印度、泰国、土耳其等也将这些技术用在商业上。

下一代通信技术的发展将借助于发展中国家（特别是中国和印度）日益扩大的市场。许多发展中国家已经开始了一些实质项目的研究，未来物联网将会被广泛应用在本地市场和国际贸易中。在物联网上，发展中国家不是消极的跟随者，而已经对这些新兴技术的应用和传播产生重要的影响。

6.展望2020年的某一天

物联网对未来的居民有什么特别的意义呢？让我们想象一下2020年一位居住在西班牙的23岁学生罗莎一天的生活吧！

罗莎刚刚同男朋友吵完架，想要独处一段时间。她决定驾驶自己的智能丰田汽车去法国阿尔卑斯山的滑雪胜地度周末。由于罗莎汽车的RFID传感系统提醒她轮胎坏了，因而她必须先去汽修厂。当她经过她喜爱的汽修厂入口处的时候，使用无线传感技术和无线传输技术的诊断工具对她的汽车进行了检查，并要求其驶向指定的维修台。

当她进入修车厂后，应用传感器和无线电系统的诊断工具为她的车进行了详细检查，送进一个配备有完全自动的机器人手的维护终端。罗莎去喝杯咖啡，“OrangeWall”饮料自动售卖机知道罗莎喜欢冰咖啡，所以在罗莎通过自己的网络手表付过账之后她得到了一杯冰咖啡。当罗莎回来时，一对新的轮胎已经安装好。这对新轮胎装有集成RFID标签，可以检测压力、温度和变形情况。

这时机器人指导提示罗莎选择轮胎上与隐私相关的选项。汽车控制系统里存储的信息本来是为汽车维护准备的，但是在有RFID读写器的地方，旅程的线路也能被阅读。罗莎不想任何人（尤其是男友）知道她要去哪里，这样的信息太敏感了，不能不保护，因而她选择隐私保护来防止未授权的追踪。

然后罗莎去了最近的商业街购物。她想买一款新的内嵌有媒体播放器和具有天气预测功能的新滑雪衫。那个滑雪胜地使用了无线传感器网络来监控雪崩的可能性，这样罗莎就能保证舒适安全。在通过法国和西班牙边境时，罗莎没有停车，因为她的汽车里包含了她的驾照信息和护照信息，已经自动传送到边检相关系统了。

忽然罗莎在自己的太阳镜上接到了一个视频电话请求。她选择了接听，看到她男友正在请求她的原谅，询问她是否愿意共度周末。她喜出望外，马上对导航系统发出一条指令：禁用隐私保护，这样男友就能找到她的位置直接过来了。

瞧，即使是在这样一个充斥着智能互联系统的世界，人类情感依然是主宰。

7.一种新型生态系统

我们知道，因特网正在迅速演变。从一开始面向少数用户的学术网络，演变为现在面向大众和消费者的网络。现在，它正慢慢变得更加普及、交互和智能化。不仅实时通信成为可能，而且任何时间、任何地点的任何物体之间都能通信。物联网的出现将创造更多革新性应用和服务，这些应用和服务将提升人的生活质量。在为一些商业企业提供新收入机会的同时，也缩小了不同人群之间的不平等。

随着物联网的发展将出现新型的生态系统，该生态系统包含如下要素：产品和应用、消费者支持群、研究设计组织、政府和立法机构、国际组织、领先用户，如图1-13所示。这些要素通过运行一系列持续发展的经济和法律系统，能够为他们的最终盈利努力提供框架。然而，人类还应该处在整个系统的核心，因为人类的需要对物联网未来的革新是最重要的。事实上，技术和市场不可能脱离社会和伦理体系而独立存在。物联网将从很多方面改变我们的日常生活，影响我们的行为，甚至价值观。

对于电信产业而言，物联网是一个成功的投资机会，如在移动通信和无线通信领域，同时也是开拓新领域的绝好机会。在一个以迅速发展的技术为媒介的世界里，我们必须确保人类是一切行为的核心。在通往物联网的道路上，只有面向人的战略才能获得成功。要在创造技术和应用技术之间建立紧密的联系，这样，我们才能更好地应对未来生活中的挑战。图1-13 物联网的生态系统1.2.5 奥巴马与智慧的地球

1995年，克林顿政府提出“信息高速公路”的国家振兴战略，大力发展因特网，推动了全球信息产业的革命，美国经济也受惠于这一战略，并在20世纪90年代中后期获得了历史上罕见的长时间繁荣。奥巴马的振兴战略方向在哪？种种迹象表明：智慧的地球和新能源发展战略将成为主导。“智慧地球”的概念是IBM于2008年提出的。2008年11月初，在纽约召开的外国关系理事会上，IBM董事长兼CEO彭明盛发表了《智慧的地球：下一代领导人议程》。奥巴马就任美国总统后，2009年1月28日与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”。作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛（如图1-14所示）提出“智慧的地球”这一概念，建议新政府在未来几年内，如果每年在宽带网络、智慧的医疗和智慧电网等新一代的智慧型基础设施方面投入300亿美元，那么每年可以产生100万个就业岗位，同时还将帮助美国建立21世纪的长期竞争优势，并阐明其短期和长期效益。物联网就是这些所谓智慧型基础设施中间的一个概念。奥巴马对此给予了积极的回应：“经济刺激资金将会投入到宽带网络等新兴技术中去，毫无疑问，这就是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式。”图1-14 IBM首席执行官彭明盛

2009年2月17日，美国总统奥巴马在美国西部城市丹佛签署了总额为7870亿美元的经济刺激计划，这标志着奥巴马“新政”正式付诸实施，如图1-15所示。经济刺激计划几乎涵盖美国所有经济领域，资金总额中约35%将用于减税，65%用于投资。在减税项目中，每个美国劳动者最高可获得400美元退税，每个美国家庭最高可获得800美元的退税；在投资项目上，基础设施建设和新能源将是两大投资重点。奥巴马表示，该计划将为美国保住和创造约350万个工作岗位。图1-15 奥巴马签署的总额为7870亿美元的经济刺激计划文件

从选举到履新，新能源和物联网不仅是奥巴马认为的全球经济新引擎，也是他许诺给美国人民的“美利坚未来”。有分析预测称，物联网建设很有可能被奥巴马政府上升为国家战略。

IBM提出“构建一个更有智慧的地球”，这是因为IBM认识到互联互通的科技将改变这个世界的运行方式。这一系统和流程将能够实现：实体商品的开发、制造、运输和销售，服务的交付，从人、金钱到石油、水和电子等万事万物的运动，数十亿人的工作、自我管理和生活。

IBM认为建设智慧的地球需要如下3个步骤。第一，各种创新的感应科技开始被嵌入各种物体和设施中，从而使得物质世界极大程度地实现数据化。第二，随着网络的高度发达，人、数据和各种事物都将以不同方式联入网络。第三，先进的技术和超级计算机则可以对这些堆积如山的数据进行整理、加工和分析，将生硬的数据转化成实实在在的洞察，并帮助人们做出正确的行动决策。同时，IBM提出将在6大领域建立智慧行动方案，分别是：智慧的电力、智慧的医疗、智慧的城市、智慧的交通、智慧的供应链、智慧的银行。

作为新一轮IT技术革命，智慧的地球对于人类文明的影响之深远，可能将远远超过因特网。预计其中投资于新一代智慧型基础设施的建设项目，能够有力地刺激经济复苏，而且能为美国奠定长期繁荣的基础。这一前景，毫无疑问引起了奥巴马团队的兴趣。

当前，美国正遭受着金融风暴的影响，美国公民正在期望改变，奥巴马更加希望利用“智慧的地球”让美国迅速走出金融风暴，重现经济的繁荣和发展。“智慧的地球”已经上升为美国的国家战略。1.3 智慧的地球是个什么球

两千多年前，阿基米德曾经说过：“给我一个支点，我就能撬起地球。”两千年后的今天，我们不禁要问，还有什么能够撬动地球？IBM给出的答案是智慧的系统。“下一个大未来是什么？”2008年初的一天，IBM董事长兼首席执行官彭明盛问IBM高级副总裁Jon Iwata。彭明盛继续追问：“是不是云计算？”Jon Iwata表示疑问：“云计算……这个概念太窄了点吧？”一个月后，他们再次碰头讨论时，忽然有人插嘴道：“智慧的地球（Smart Planet），这个概念够大了吧？”彭明盛兴奋地说：“Yes！”

这是坊间流传的一个IBM如何炮制“智慧的地球”概念的版本，如图1-16所示。跨国公司就是跨国公司，人家的老总说出尚未实现的计划或概念，就是“蓝图”或“预言”；如果是我等凡夫俗子抛出“智慧的地球”概念，人家一定以为你在开“地球级玩笑”，甚至会质疑你小时候脑子是不是被门框给挤过。但“智慧的地球”这个概念是IBM提的，命运就不一样了，全世界都得“顶礼膜拜”。图1-16 智慧的地球：IBM的“掌中宝”

实际上，IBM是全球IT行业中最善于创造“概念”的创新高手。20世纪90年末，Internet出来后，我们跟人家学会了搞网站，IBM就提出“电子商务”概念，赚足了眼球和银子。等大家都学会了，“随需应变和面向服务的体系结构（SOA，Service-Oriented Architecture）”又出来了；等你学会应变了，人家又“网格（计算）”了；等你网格了，人家已开始“云（计算）”了；等你云里雾里跟着嚷嚷的时候，人家又“智慧”了，而且不但智慧了你我，还一网打尽，整个地球都给装进去了。你不服不行啊。

如果你在过去一年内曾经看过电视体育节目，或是阅读过某个著名的报纸、杂志或浏览过知名网站，你就会知道这正是IBM最近一直努力的方向。借助那个眩目的快餐商业广告以及贝纳通广告中真诚传递的多文化主义思想，IBM的“智慧的地球”推广活动让我们了解了这个蓝色巨人的雄心壮志，去解决我们这个时代面临的一些最让人头痛的问题。1.3.1 大块头有大智慧“智慧的地球”概念的提出源于IBM对信息技术（IT，Information Technology）促使人类社会变革的深刻洞察，像IBM这样的“大块头IT企业”在关键时刻，的确需要有“大智慧”。

IBM认为，当今世界正变得更“小”、更“扁平”，但还不够智慧。权威数据显示，人们每天用电，有40%～70%的电力从发电到最终使用中被损耗了，这意味着每年大约多烧几亿吨煤，向大气排出几亿吨的碳和几十吨的二氧化硫。

世界上现有油井的产量仅占可采储量的20%～30%。钻一口新井花费巨大，但其实如果我们能够适当提升已有油井的生产力，其增加的总和也会给生产商带来巨大利润，并使消费者享受油价降低的好处。但这是一项信息密集型的任务，仅一个油田或天然气田每天产生的数据量即在100万兆字节（TB）左右。

据劳伦斯伯克利国家实验室2004年的一份报告，从1980年到2003年，由于气候相关灾难造成的全球经济损失总计达1万亿美元。而同一时期新兴市场上的相关保险业务仅覆盖气候相关灾难总损失的4%。高收入国家的情况相对好一些，达到40%。但仍有5000亿美元以上的损失不在保险范围之内。

交通系统浪费巨大。按时间（42亿小时）和燃油（29亿加仑）浪费计算，美国的交通阻塞每年造成的损失高达780亿美元。一项研究则发现，在一年当中，美国洛杉矶的一个小区里，光是车子每天找车位所消耗的油就高达47000加仑，排放二氧化碳超过730万吨。如果把这个油省起来，可以让一辆空车环绕地球行驶38圈。

再看供应链，市场研究公司Yankee Group在一份研究报告中指出，消费品和零售行业由于供应链效率低下而造成的损失每年约为400亿美元，相当于其销售额的3.5%。中国每年物流所占GDP比重达20%，这个数字比美国高一倍。还有食品安全和医疗卫生方面，含有过量三聚氰胺的奶粉致使29.4万人患病，84%的中国消费者声称对食品安全的关注度提高。这些问题触目惊心，亟待解决。

食品系统问题重重。据联合国统计，单是美国，食品商和消费者每年浪费的食品价值就高达400亿美元。另外，还有被环保主义者用“食物里程”来表示的供应链效率低下。在艾奥瓦州，普通胡萝卜来自2754km（1600英里）之外的加利福尼亚州，土豆来自1931km（1200英里）之外的爱达荷州，而牛肩胛肉则来自965km（600英里）之外的科罗拉多州。而且困难不只是食品供应，还包括保鲜。

因为缺乏好的电子医疗记录，美国每年有220万起因为手写处方造成的配药错误；如果电子医疗统一记录的话，每年可以帮助防止10万人因为医疗事故而导致的死亡。由于供应链低下，消费品和零售行业每年损失约为400亿美元；每年有32.5万人因为食物中毒住院，5000人死亡……面对这一切，IBM在牛年之初，给出了一条“看上去很牛”的解决之道：智慧的地球。

2008年年底，IBM首席执行官彭明盛首次提出了“智慧的地球”这一概念。IBM所谓的“智慧地球”，即是指把新一代的IT、因特网技术充分运用到各行各业，把感应器嵌入、装备到全球的医院、电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道，通过互联形成“物联网”；而后通过（基于IBM平台的）超级计算机和云计算，使得人类以更加精细、动态的方式管理生产和生活，从而在世界范围内提升“智慧水平”，最终就是：“因特网+物联网=智慧的地球”。

IBM的架构是：“新锐洞察”让你有时间将资料变成信息，把信息变成智慧；“智慧运作”就是我们用新的方法来做事情；“动态架构”让更加智慧的架构支持客户，让客户的管理成本更低、可靠性更高；“绿色与未来”包括了我们本身IT数据中心，也包括了我们会帮助客户来管理他们的设备，让他们达到绿色的要求。

智慧地球的核心是以一种更智慧的方法，通过利用新一代信息技术来改变政府、公司和人们交互的方式，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。如今信息基础架构与高度整合的基础设施的完美结合，使得政府、企业和市民可以做出更明智的决策。根据IBM的官方解析，智慧地球分成三个要素，即“3I”：物联化（Instrumented）、互联化（Interconnected）和智能化（Intelligent），分别对应“更透彻的感知”、“更全面的互联互通”和“更深入的智能化”，如图1-17所示。图1-17 智慧地球的三个要素

物联化，可以说“更透彻的感知”是实现智慧的地球的最基本需求。所谓“更透彻的感知”就是运用身边一切的感知设备，例如数码相机、RFID等来得到所需要的信息。当然这里所说的感知设备不仅仅是这些，它是一个更为广泛的概念。具体来说，它是指利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程。通过这些设备，我们可以检测人的血压、财务数据甚至城市交通状况等任何信息，然后再将其进行分析，便于立即采取应对措施和进行长期规划。

也许听起来有些抽象，举一个简单的实例吧。据美国能源部的研究结果，由于美国电网效率低下而造成的电能损失高达总电能的67%。为了节省能源，美国德克萨斯州、丹麦、澳大利亚和意大利的公共事业公司便开始建设新型数字式电网，以便对能源系统进行实时监测。此举不仅有助于他们更迅速地修复供电故障，而且有助于他们更“智慧”地获取和分配电力。也许你会觉得这种做法和消费者没有直接的关系，那你就大错特错了。消费者也能够加强他们对能源消耗的掌控，每户最多可减少25%的能源花费。此外，“智慧能源”管理还能够改善可靠性、服务、效率乃至法令透明度。

也许你觉得这个听起来不错，但能否实现还值得怀疑。每个人身边的数据量巨大，如何才能实现所谓的“更透彻的感知”呢？其实，世界的基础结构正在向“智慧”的方向发展。这不只是一个比喻，就晶体管数量而言，2010年，世界上每个人将拥有10亿只晶体管。这些晶体管已被嵌入到数十亿的设备，如车辆、器具、道路等中。当这些传感器有序地利用到供应链、医疗保健网络、城市，甚至河流等各个生态系统中时，更加透彻的感知将呈现在我们面前。据统计，全球移动电话用户数量2007年已突破33亿大关，也就是说，全球平均每2个人就拥有1部移动电话。更重要的是，据预测，2010年移动因特网用户的数量将会达到10亿之多。2010年全球生产的电子标签数量可望达到300亿个，产品、护照、建筑物甚至动物身上都将带有射频标识。盘旋在绕地轨道上的数百个卫星每天产生数太字节（TB）的数据量。同时，联网对象—即构成“物联网”的车辆、设备、摄像头、车道、管道—的数量正在迈向1万亿大关。

有了“更透彻的感知”做基础，“更全面的互联互通”将可以发挥更大的作用。自从因特网的出现，我们的互联互通大计就已经开始推进了，你可千万别把“更透彻的感知”就简单地理解成因特网，这里讲的是更加宏观的互联互通，是“物联网”与“因特网”的融合。说白了吧，就是把我们生活中所有的东西，小到一杯水，大到一个国家，只要是有必要的，都能够联接到相应的“网络”中，让你在日常生活中都可以跟踪到你需要的信息。

搭建如此庞大的网络当然就需要通过各种形式的高速的高带宽的通信网络工具，将我们刚刚讲到的那些传感器、个人电子设备、组织和政府信息系统中收集和储存的分散信息及数据连接起来，然后再进行交互和多方共享。这样我们就可以从全局的角度分析形势，并实时解决问题，使工作和任务可以通过多方协作来得以远程完成，从而彻底地改变了整个世界的运作方式。

不相信？好吧，据权威机构预测，到2011年网络用户将达到20亿，高速分组接入（HSPA，High Speed Packet Access）将促成“三种屏幕”（电视、计算机和移动电话）的融合，并有可能实现不中断的网络连接。通过这种网络的作用，数以万亿计的拥有“电子神经”的“东西”将被紧密链接，其中包括汽车、家用电器、相机、道路、管道，甚至医药品和家畜。想象一下所有这些东西互动所产生的信息量，那将是空前庞大的。

是不是觉得可以喘口气了？通过“更全面的互联互通”得到了海量的数据之后就万事大吉了吗？当然不是！如何通过智能化的数据分析得到有用的信息才是最重要的。“更深入的智能化”是指对海量数据进行深加工的过程。经过这样的加工过程，获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定问题。这要求使用先进技术（如数据挖掘和分析工具、科学模型和功能强大的运算系统）来处理复杂的数据分析、汇总和计算，以便整合和分析海量数据和信息，并将特定的知识应用到特定行业、特定的场景、特定的解决方案中以更好地支持决策和行动。如此苛刻的要求我们能实现吗？当然。IBM的Roadrunner超级计算机突破了“petaflop”限制，每秒钟可以进行1000兆次运算，而exaflop计算机将实现下一个具有里程碑意义的计算速度，即每秒钟将进行100万兆次运算，计算速度比Roadrunner快1000倍。

当前美国次贷危机就用残酷的现实，告诉了我们“更深入的智能化”的重要性。目前，银行的现有系统已经无法处理随着抵押债权证券化、融资和交易而形成的错综复杂的相互联系，致使银行无法得知和管理其风险敞口。此外，这些事情是实时发生的而且复杂性过于巨大，可以说现有系统对市场已经丧失了洞察力。“更深入的智能化”将可以透过重重的数据迷雾洞悉金融系统内部的潜在危机，从而为金融行业提供更有力的监督与管控，让“智慧金融系统”有可能成为现实。1.3.2 两种基础设施合二为一

飓风艾克横扫德克萨斯州东南部，休斯敦整个大都会区的电线上到处挂着被风吹上来的枝杈。就像是消防员投入灭火战斗一样，电厂工作人员脚蹬胶鞋，身披雨衣，手持手电筒，匆忙穿行于各个街道，搜寻被风吹断的电线。此时正有200万家庭在黑暗中焦急地等待。在有些地区，这种搜寻工作需要持续几周的时间。断电导致的总损失高达几十亿美元。

在地球的另一端，斯德哥尔摩正在经历高峰时段的大堵车。连接瑞典首都城市的几座桥梁成了交通瓶颈，车辆水泄不通。废气污染着空气，数以百万加仑的燃料在浪费着，公共交通举步维艰，行人的安全也受到威胁。

就在挪威的边境地区，一场大肠埃希杆菌疫情的爆发给这个国家带来了灾难性后果。1名儿童死亡，9名儿童住院。这个向来以食品安全著称的国家陷入了对食品的恐惧之中。同时，在西非，一种由真菌引起的疾病和全球变暖正在威胁着世界上最大的可可树种植区，该地区首要的经济收入来源身陷囹圄—更不用提用可可去制造人类钟爱的甜食了。

如果司机不了解前方拥堵的路况，或者不知道如何避免陷入拥堵的话，就会造成交通堵塞。我们该如何阻止大肠埃希杆菌呢？从源头切断病菌，但只有当我们拥有一个透明的供应链的时候才可能去这么做。断电也是一样。如果我们能够精确地监测电网上的电流，我们就能轻易地找到短路的具体位置。至于那些果实能够做成巧克力的树，很简单，只要准确地更改它们的基因，创造一种耐疾病和耐热的超级可可树就会变得像番茄杂交育种一样简单。

借用信息技术行业的术语，上述各种情况都属于“哑巴网络”问题。这种叫法听起来可能有点贬低的意思，但是它只是说明我们并没有真正理解通勤交通或电流、可可基因的内在作用原理，因此，我们的高速公路、电网和经济作物的管理没有达到预期效果。

2003年5月，《哈佛商业评论》发表了一篇尼古拉斯·卡尔的文章—《IT不再重要》，一度引发了轩然大波。该作者认为，只有当IT变成一种基础性技术、成为一种普通的资源时，它才能为大多数企业所应用，它的经济和社会效益才能最大化。

迄今为止，我们的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物、发电厂、油井；另一方面是数据中心、个人计算机、移动电话、路由器、宽带等。前者的特点是钢筋混凝土和电缆，后者是比特、芯片和带宽。现在，实体基础设施和信息基础设施正在合为统一的智慧全球基础设施。

实际上，在此意义上，“基础设施”这个词似乎有一点过时。它更像是一块新的地球工地—世界的运转（经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活）就在它上面发生。你可以将它视为一个日益整合的、由无数系统构成的全球性系统—包含60亿人、成千上万个应用、1万亿个设备及其之间每天的100万亿次交互。

这些智慧的系统应该具有5个特征：跨越完全不同的行业的全部系统的集成和管理，能够从海量数据中发现潜在模式的下一代分析，资源和能源的优化，可灵活地支持新流程、业务模式和应用的智慧IT基础设施，以及超越防火墙的全球一体化协作。1.3.3 借我一双慧眼

IBM当前看中的行业，从传统基础设施、交通系统的智慧化升级（智慧城市），到医疗、电网的改善，以及环保应用，都是利益盘根错节的庞大产业。IBM要借助“智慧地球”这个切入点，在这几块大蛋糕中分得一勺。

作为市场宣传，“智慧的地球”是一个相当虚的概念，没有办法找到销售对象，总不能去联合国推销产品吧！呃，马上来了，智慧的地球落在中国就叫“智慧中国”，落在城市就叫“智慧城市”（从IBM网站了解到，他们还真搞成了个“智慧沈阳”和“智慧昆山”之类的项目），在行业就有一系列的“智慧电力”、“智慧交通”、“智慧医疗”、“智慧银行”、“智慧城管”等（如图1-18所示），最后是“智慧的企业”。至此，智慧中国完全落地了。难怪大家开玩笑说，任何东西，只要从IBM借一双慧眼，就能成为“智慧乐园”的一份子。还有人说：“智慧地球是个筐，需要什么往里装。”

从“智慧的地球”中，我们看到的将是这个国际巨头营销手段的一次巨大升级。以前是卖产品，一个客户一个客户地推销（我们可以形象地称为“点型营销”），那时候它是“计算机公司”。后来升级为“行业营销”，一次性将一个行业搞掂，如银行、烟草、公安等从上到下产品和方案结合，实现赢家通吃，这可以称为“线型营销”，他们称之为服务转型。而智慧中国、智慧城市就是一次性搞定整个城市核心运作的信息化，一锅端，达到“面型营销”，通过卖“点子”来销售产品，高雅的说法是咨询营销，这才是“智慧的地球”最具威力的地方，也是国内IT企业应该感到威胁的地方。图1-18 智慧地球的构成

解读到此，你就了解到了这个概念的强大，你也许能够理解为什么蓝色巨人要开动门户网站、电视媒体、杂志报纸、公交站台等传统的现代的媒体进行广告轰炸，进行“普及教育”。“智慧的地球”所包括的领域极为广泛，有电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水、大坝、油气管道、企业生产线、物流网络等。这些领域几乎涉及了市民生活、国民经济的所有领域。“智慧的地球”概念的提出，显示了IBM的战略眼光，也预示着在IT、顾问服务领域，IBM将以空前的气魄整合其强势品牌，争夺未来世界的霸主地位。

如果要把“智慧的地球”的战略推进到底，IBM面临的最大挑战，就是怎样把微软、谷歌这些巨头也整合进入这个战略联盟。只有在此基础上，整合行业解决方案供应商才有最坚实的基础。否则，未来客户可能的尴尬就是“天上神仙打架、地上凡人遭殃”，被不同的概念、解决方案弄得晕头转向、无所适从。第2章 初识物联网

刷员工卡进入办公大楼，你所在办公室的空调和灯会自动打开。快下班了，用手机短信发送一条指令，在家“待命”的电饭锅会立即启动做饭，空调开始工作预先降温。如果有人非法入侵你的住宅，你还会收到自动电话报警……这些不是科幻电影中的镜头，而是正在大步向我们走来的“物联网时代”的美好生活。

自从2009年响亮鸣笛以后，物联网像一辆疾驰的列车，无论是地方政府、科研院所、企业，还是行业用户，都争先恐后地登上这辆列车。物联网的发展，对于中国在未来世界经济中所扮演的角色，有着非常重要的作用和意义，规划、标准、扶持政策纷至沓来。“忽如一夜春风来”，“物联网”之风在较短的时间内迅速吹遍神州大地。

人们常说：“云里云计算，雾里物联网。”这说明对于大多数人而言，接触物联网一词的时间并不太长，且还有很多人闻所未闻。2.1 热概念冷思考

给放养的羊群中的每一只羊都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的每一块羊肉上，消费者可以通过手机阅读二维码，知道羊的成长历史，确保食品安全。这就是“动物溯源系统”，今天，我国已经有10亿存栏动物贴上了这种二维码。

将带有“钱包”功能的电子标签与手机的用户身份模块（SIM，Subscriber Identity Module）卡合为一体，手机就有钱包的功能，消费者可将手机作为小额支付的工具，用手机乘坐地铁和公交车，去超市购物，去影剧院看电影。重庆市已有20万人刷手机乘坐城市轻轨。

在电表上装上传感器，供电部门随时都可知道用户的用电情况。江西省电网对分布在全省范围内的2万台配电变压器的运行状态进行实时监测，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理等高效一体化管理，一年可降低电损1.2亿度。

在电梯上装上传感器，当电梯发生故障时，无需乘客报警，电梯管理部门会借助网络在第一时间得到信息，以最快的速度去现场处理故障。重庆市已有1200部电梯连接到智能运行管理系统，效果很好。

这些都是物联网的实际运用场景。那么，物联网的真正内涵是什么？它是如何工作的？它与传感网、RFID和泛在网有着怎样的关系？为什么会“一夜成名”呢？2.1.1 何为物联网

这年头，最盛行的就是炒作，只要能吸引眼球，能赚钱的就炒，直到炒成“芝麻糊”为止，大到炒楼、炒矿，小到炒普洱茶、炒大蒜、炒辣椒。媒体和咨询机构、调查公司更是推波助澜，兴风作浪。更有甚者，还没炒就涌进一批打劫的，端着碗，看着锅，等炒。炒作之风就如同六月的热浪，一浪接一浪。

相信这几年持续最火爆的就是炒房。但从2009年下半年开始，有一新名词横空出世，又刮起了一股新的炒作风暴。美国总统叫它“智慧的地球”，温总理称它“感知中国”，著名调查机构说是信息技术的第三次浪潮，将成为下一个兆亿的通信产业，媒体说它比因特网产业大30倍，领军企业说它将会彻底改变现今企业的经营方式，它就是国际电信联盟（ITU）定义的“物联网”。

正当因特网热得烫手时，美国麻省理工学院的Kevin Ashton于1999年提出了物联网的概念，它的定义很简单：把所有物体通过射频识别等信息传感设备与因特网连接起来，实现智能化识别和管理。2005年11月17日，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU因特网报告2005：物联网》，对“物联网”的涵义进行了扩展。报告认为，物联网是一种全新的动态网络，能够随时随地实现人与人（通过PC和非PC）、人与物、物与物之间的交互。

像鸟儿一样在天空飞翔，自古以来就是人类的梦想。为了实现这个目标，人们付出了坚持不懈的努力，甚至许多先驱者付出了生命的代价。终于在1903年12月17日，世界上第一架载人动力飞机在美国北卡罗来纳州的基蒂霍克飞上了蓝天，如图2-1所示。这架飞机被叫做“飞行者1号”，它的发明者就是美国的威尔伯·莱特和奥维尔·莱特兄弟。莱特兄弟的第一次有动力的持续飞行，实现了人类渴望已久的梦想，人类的飞行时代从此拉开了帷幕。

与此相类似，真正能够称得上开始进入物联网时代的，也就是现在。而在此之前，只能够将它们称之为物联，但谈不上具备了“网络”的定义。就好像在因特网发明之前，人类其实也已经开始使用我们现在称之为局域网的手段，通过这些技术手段，人们已经实现了计算机与计算机之间的连接使用。图2-1 1903年人类飞上天空

目前，针对物联网，业界尚未给出一个标准的定义。物联网定义的难产，究其根源，在于物联网所涉及的行业、领域、技术太宽泛，而其应用模式和场景又过于分散。下面我们给出一个大家较为认可的定义：物联网是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与因特网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，如图2-2所示。通俗地说，通过装置在物体上的传感器、电子标签和全球定位系统（GPS，Global Positioning System）等设备，网络将赋予物体智能，既可以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体之间的沟通和对话。比如在电视上装传感器，可以用手机通过网络控制电视的使用；在空调、电灯上装传感器，计算机可以精确调控、开关，实现有效节能；在窗户上装传感器，你就可以坐在办公室里通过计算机打开家里的窗户透气；再看远一点，物联网还可以控制物流运输、移动销售点（POS，Point of Sale）机等应用，而结合云计算，物联网将可以有更多元的应用。

物联网就是“物物相连的因特网”，其目标是让万物开口说话。这里包含两层意思：一是物联网的核心和基础仍然是因特网，是在因特网基础上的延伸和扩展的网络；二是其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。通信网络连接的是人与人，是网络中的“客流系统”；物联网连接的是物与物，是网络中的“物流系统”。物联网给人的印象是相当宽泛，似乎无所不包、无所不能。图2-2 物联网定义

轻触一下计算机或者手机的按钮，千里之外即可对办公室和家里的各种情况一目了然，办公室和家里的电器也可以任由自己控制，在到办公室之前将计算机、空调开启；在回家之前遥控家用电器满足自己的需求；当遇到侵袭，第一时间报警，这就是物联网的用处。这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：要有相应信息的接收器，要有数据传输通路，要有一定的存储功能，要有中央控制单元（CPU，Central Processing Unit），要有操作系统，要有专门的应用程序，要有数据发送器，遵循物联网的通信协议，在世界网络中有可被识别的唯一编号。

世界上的万事万物，小到手表、钥匙，大到汽车、楼房，只要嵌入一个微型感应芯片，把它变得智能化，这个物体就具有“智慧”，可以“自动开口说话”，再借助无线网络技术，人们就可以和物体“对话”，物体和物体之间也能“交流”。如果物联网再搭上因特网这个桥梁，在世界任何一个地方我们都可以即时获取万事万物的信息。可以这么说，物联网加上因特网就等于智慧的地球。

物联网把我们的生活拟人化了，万物成了人的同类。物联网利用传感器、RFID和条形码等技术，通过计算机因特网实现物体/商品的自动识别和信息的互联与共享。可以说，物联网描绘的是充满智能的世界。在物联网的时代中，每一个物体都可以通信，每一个物体都可以寻址，每一个物体都可以控制，可以实现物物相连、感知世界的目标。

因特网是以人为本，信息的制造、传递、编辑都是人完成的，实现的是信息共享。而物联网不同，物联网需要以物为核心，让物来完成信息的制造、传递、编辑，实现的是信息获取和信息感知。在物联网中，人只能是配角而不是主角，大到房子、汽车，小到牙刷、纸巾，都是物联网的参与者，规模之大、情况之复杂，一般人是难以想象的。所以，物联网实现起来，会比因特网难出许多，二者难以相提并论。毕竟，物体没有人这样缜密细致的思考能力。

物联网与因特网最大的差别就是：如果说因特网让全世界变成了一个村，那物联网就让这个村变成了一个人，这个人充满着智慧；因特网连接虚拟信息空间，而物联网连接现实物理世界；如果说因特网是人的大脑，那物联网就是人的四肢，如图2-3所示。其实，与因特网相比，物联网实际上只是多了一个底层的数据采集环节，大致是4类数据的采集：条码和电子标签显示身份，传感器捕捉状态，摄像头记录图像，GPS进行跟踪定位。图2-3 物联网PK因特网2.1.2 物联网是如何工作的

物联网是在计算机因特网的基础上，利用传感器、RFID、条形码等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物体/商品能够彼此进行“自由交流”，而无需人的干预。其实质是利用感知层、网络层和应用层关键技术，通过因特网实现物体/商品的自动识别和信息的互联与共享。有人称，物联网出现了以后，老死不相往来的人都能彼此找到。

物联网中非常重要的技术是传感器、RFID、条形码等技术。而电子标签（RFID）和传感器技术，正是能够让物体“开口说话”的关键技术。RFID系统是最简单、最朴素、最原始的传感网，是身份感知，不带有其他功能，因而国际电信联盟将电子标签作为无线传感器网络的一部分。在物联网的构想中，电子标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物体/商品的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物体的“透明”管理。

毫无疑问，如果物联网时代全面来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。它把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的因特网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合；在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制；在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然的关系。

物联网在实际应用上的开展需要各行各业的参与，并且需要国家政府的主导以及相关法规政策上的扶助。物联网的开展具有规模性、广泛参与性、管理性、技术性、物的属性等特征，其中，技术上的问题是物联网最为关键的问题。物联网技术是一项综合性的技术，目前国内还没有哪家公司可以全面负责物联网的整个系统规划和建设；理论上的研究已经在各行各业展开，而实际应用还仅局限于行业内部。关于物联网的规划和设计以及研发关键在于RFID、传感器、嵌入式软件以及传输数据计算等领域的研究。

一般来讲，物联网的基本工作原理是：首先是对物体属性进行标识，属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时进行探测；其次需要识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；最后将物体的信息通过网络传输到信息处理中心，由处理中心完成物体通信的相关计算，处理中心可能是分布式的，如家里的计算机或者手机，也可能是集中式的，如电信运营商的因特网数据中心（IDC，Internet Data Center）。

物联网的发展需要经历四个阶段：第一阶段是电子标签和传感器被广泛应用在物流、销售和制药领域，第二阶段则是实现物体互联，第三阶段是物体进入半智能化，第四阶段就是物体进入了全智能化。在规模性、流动性条件的保障下实现4A（任何时间Anytime、任何地点Anywhere、任何人Anyone、任何物Anything）化通信。2.1.3 物联网国际标准化组织

就物联网来说，由于它涉及面广、影响大，从感知层、网络层到应用层，每一个层都会涉及一些标准化组织，目前已经包括了24个标准化组织，主要分为国际标准化组织以及国际工业组织和联盟两类，如图2-4所示。图2-4 与物联网有关的国际标准化组织和工业组织

1.国际标准化组织

包括负责制定物联网整体架构标准、WSN/RFID标准、智能电网/计量标准和电信网标准的国际组织。

负责制定物联网整体架构标准的国际组织主要包括国际电信联盟电信标准化组织（ITU-T，ITU Telecommunication Standardization Sector）第13研究组（SG，Study Group）、欧洲电信标准化委员会（ETSI，European Telecommunications Standards Institution）下的M2M技术委员会（TC，Technical Committee）以及ISO/IEC第1联合技术委员会（JTC，Joint Technical Committee）第6子委员会（SC，Sub-Committee）中的传感器网络研究组（SGSN，Study Group on Sensor Networks）。ITU-T SG13负责制定传感器网络（USN，Ubiquitous Sensor Network）的需求和架构设计标准。ETSI M2M TC负责制定机器对机器（M2M，Machine to Machine）需求和功能架构标准。ISO/IEC JTC1 SC6 SGSN负责起草与传感器网络有关的标准。

负责制定WSN/RFID标准的国际组织主要包括IEEE 802.15第4任务组（TG，Task Group）、ZigBee联盟、因特网工程任务组（IETF，Internet Engineering Task Force）下的基于低功耗个域网的IPv6（6LoWPAN，IPv6 over Low Power WPAN）工作组、IETF低功耗有损网络路由（ROLL，Routing over Low Power Lossy Networks）工作组、EPCglobal、自动识别与移动技术（AIM，Association for Automatic Identification and Mobility）协会、泛在ID（UID，Ubiquitous ID）中心和IP-X。IEEE 802.15 TG4和ZigBee联盟负责制定低速近距离无线通信技术（如ZigBee）标准。IETF 6LoWPAN工作组负责制定基于IEEE 802.15.4的IPv6协议标准。IETF ROLL工作组负责制定低功耗有损路由方面的标准。EPCglobal、AIM、UID中心和IP-X负责制定RFID标准。

负责制定智能电网/计量标准的国际组织主要包括美国联邦通信委员会（FCC，Federal Communications Commission）、电子电气工程师协会（IEEE，Institute of Electrical and Electronics Engineers）P2030项目组和第4任务组（TG4）、欧洲标准化委员会（CEN，Comité Europeén de Normalisation）、欧洲电子技术标准委员会（CENELEC，ComitéEuropéen de Normalisation Electrotechnique）和ETSI。FCC已开始着手制定美国智能电网标准。IEEE P2030项目组于2009年5月4日公布了《IEEE P2030指南：能源技术及信息技术与电力系统（EPS）、最终应用及负载的智能电网互操作性》项目，主要任务是为智能电网制定标准，关注重点是电网信息化与互操作性；IEEE TG4负责制定智能电网近距离无线标准，目前已制定的智能电网相关标准有66项，正在制定中的有35项。CEN/CENELEC/ETSI正在制定欧洲智能计量标准。

负责制定电信网标准的国际组织主要包括第三代协作项目（3GPP，Third Generation Partnership Project）/3GPP2、GSM协会（GSMA，GSM Association）下的智能卡应用组（SCAG，Smart Card Application Group）和开放移动联盟（OMA，Open Mobile Alliance）等。3GPP/3GPP2组织负责制定cdma2000、WCDMA、LTE、M2M优化需求、网络和无线接入的M2M优化技术方面的标准；GSM协会（GSMA）下的智能卡应用组（SCAG）负责制定智能SIM卡方面的标准；OMA-DM是开放移动联盟（OMA）定义的一套专门用于移动与无线网络的管理协议，是OMA协议的一种应用。

2.国际工业组织和联盟

包括负责制定因特网、端网/终端标准的工业组织和联盟。

负责制定因特网标准的工业组织和联盟包括万维网联盟（W3C，World Wide Web Consortium）和结构化信息标准促进组织（OASIS，Organization for the Advancement of Structured Information Standards）。W3C是专门致力于创建Web相关技术标准并促进Web向更深、更广发展的国际组织，负责制定超文本标识语言（HTML，HyperText Markup Language）、超文本传输协议（HTTP，HyperText Transfer Protocol）、统一资源标识（URI， Uniform Resource Identifier）、可扩展标识语言（XML，Extensible Markup Language）等标准。OASIS是一个推进电子商务标准的发展、融合与采纳的非盈利性国际化组织。相比其他组织，OASIS形成了更多的Web服务标准的同时也提出了面向安全、电子商务的标准，并在针对公众领域和特定应用市场的标准化方面也付出很多的努力。

负责制定端网/终端标准的工业组织和联盟包括智能物体中的IP协议（IPSO，IP in Smart Objects）联盟、欧洲智能计量产业集团（ESMIG，European Smart Metering Industry Group）、KNX协会和家庭网关动议（HGI，Home Gateway Initiative）组织。IPSO联盟负责制定与IPv6智能物体硬件和协议有关的标准。ESMIG负责制定智能计量标准。KNX协会制定了KNX标准，该标准2006年被批准为国际标准ISO/IEC 14543，即基于开放系统互连（OSI，Open Systems Interconnection）的智能建筑网络通信协议，这是一部家居和楼宇控制领域的开放式国际标准。HGI组织负责制定与家庭网关有关的标准。2.1.4 物联网的五脏六腑

无论是在军事领域还是民用领域，物联网都得到了广泛的应用。例如，在交通、电力、环保、城市信息化等领域，物联网应用都有较快发展。物联网的主要组成部分包括传感器网络、USN接入网络、网络基础设施、USN中间件和USN应用平台等，如图2-5所示。图2-5 物联网的构成

①传感器网络：包括传感器和独立的供电装置（如电池、太阳能），传感器可用于采集和传输与周围环境有关的信息。

②USN接入网络：中间节点或汇聚节点从一组传感器中收集信息，并与控制中心或外部实体进行通信。

③网络基础设施：主要是基于下一代网络（NGN，Next Generation Network）构建。

④USN中间件：用于收集和处理海量数据的软件。

⑤USN应用平台：是指在特定工业部门或应用中，用于支持USN高效使用的技术平台。

传感器中的节点尺寸、成本和复杂性是可变的。根据应用特性，普通传感器节点与汇聚节点进行通信时所使用的媒介也可以发生变化。根据传感器类型，传感器之间的链路既可以是有线的，也可以是无线的。传感器数据可以使用射频进行传输，例如，当需要对供应链管理（SCM，Supply Chain Management）中的货物进行跟踪时。射频识别（包括可视作传感器的射频标签）技术的应用对应于物联网的低层。

①RFID标签：它是一种RFID处理器，既可以是被动式的，也可以是主动式的（具有读/写功能，通信范围比较宽，具有独立的供电单元）。主动式（有源）RFID芯片能够进行双向通信，而被动式（无源）标签是只读的。

②RFID读写器：读写器能够感知并读取存储在标签上的信息，并对其进行传输，以实现数据分析的目标。

③RFID中间件：与USN一样，RFID包含自己特有的软件，主要用于收集和处理数据。

由此可见，物联网并不是一种简单的网络，而是一种支持多种不同应用的智能信息基础设施。物联网可以在随时将信息传送到任何地方、任何人。但最根本的是要实现物与物之间的“交流”。2.1.5 与传感网、RFID和泛在网的关系

最近在“感知中国”的驱动下，传感网、泛在网和物联网得到了很多关注。传感网、物联网、泛在网从学术界来看虽然不是新名词，但当这些概念与广大老百姓接触时，大家还是容易被这几个词弄迷糊。下面我们进行简单地辨析。

1.物联网与传感器网络的关系

传感器网络是利用各种传感器（收集光、电、温度、湿度、压力等信息）加上中低速的近距离无线通信技术构成一个独立的网络，是由多个具有有线/无线通信与计算能力的低功耗、小体积的微小传感器节点构成的网络系统，它一般提供局域或小范围物与物之间的信息交换。

传感器网络的概念最早由美国军方提出，起源于1978年美国国防部高级研究计划署（DARPA）开始资助卡耐基·梅隆大学进行分布式传感器网络的研究项目，当时此概念局限于由若干具有无线通信能力的传感器节点自组织构成的网络。随着近年来因特网技术和多种接入网络以及智能计算技术的飞速发展，2008年2月，国际电信联盟电信标准化组织（ITU-T，ITU Telecommunication Standardization Sector）发表了《泛在传感器网络》研究报告。在报告中，ITU-T 指出传感器网络已经向泛在传感器网络（USN，Ubiquitous Sensor Network）的方向发展，它是由智能传感器节点组成的网络，能够以“任何地点、任何时间、任何人、任何物体”的形式被部署。该技术可以在广泛的领域中推动新的应用和服务，从安全保卫和环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。从以上定义可见，传感器网络已被视为物联网的重要组成部分，如果将智能传感器的范围扩展到RFID等其他数据采集技术，从技术构成和应用领域来看，泛在传感器网络等同于现在我们提到的物联网。

从广义上说，物联网与传感器网络构成要素基本相同，是对同一事物的不同表述，其中物联网比传感网更贴近“物”的本质属性，强调的是信息技术、设备为“物”提供更高层次的应用服务；而传感器网络（传感网）是从技术和设备角度进行的客观描述，设备、技术的元素比较明显。打个比方说，传感网是学名，物联网是俗名；或者说传感网是大名，物联网是小名。从产业和用户角度来说，它叫物联网；从技术支撑角度来说，它叫传感器网络。物联网和传感网是同一个东西，其精髓就是“感知”。

2.传感器网络与RFID的关系

RFID和传感器具有不同的技术特点，传感器可以监测感应到各种信息，但缺乏对物体的标识能力，例如可以让温度传感器感知到森林的温度，但它无法区分是哪棵树。而RFID技术恰恰具有强大的标识物体能力。尽管RFID也经常被描述成一种基于标签的，并用于识别目标的传感器，但RFID读写器不能实时感应当前环境的改变，其读写范围受到读写器与标签之间距离的影响。因此，提高RFID系统的感应能力，扩大RFID系统的覆盖能力是亟待解决的问题。而传感器网络较长的有效距离将拓展RFID技术的应用范围。传感器、传感器网络和RFID技术都是物联网技术的重要组成部分，它们的相互融合和系统集成将极大地推动物联网的应用，其应用前景不可估量。

3.物联网与泛在网络的关系“物联网+因特网”几乎就等于“泛在网”。泛在网络是指基于个人和社会的需求，实现人与人、人与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务，网络具有超强的环境感知、内容感知及智能性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。

泛在网络的概念最早见于施乐首席科学家Mark Weiser在1991年“21世纪的计算”文章中提出的泛在计算。2005年前后曾经见到日本学者也有争论说是他们最先提出的。最早是谁提出对学者很重要，但对其他人而言并不重要。其实对Mark Weiser也不重要了，因为他已经于1999年左右故去。

从泛在的内涵来看，首先关注的是人与周边的和谐交互，各种感知设备与无线网络不过是手段。最终的泛在网形态上，既有因特网的部分，也有物联网的部分，同时还有一部分属于智能系统范畴。由于涵盖了物与人的关系，因此泛在网似乎更大一些。人与物、物与物之间的通信被认为是泛在网的突出特点，无线、宽带、因特网技术的迅猛发展使得泛在网应用不断深化。多种网络、接入、应用技术的集成，将实现商品生产、传送、交换、消费过程的信息无缝链接。泛在计算系统是一个全功能的数字化、网络化、智能化的自动化系统，系统的设备与设备之间实现全自动的数据、信息处理，全自动的信息交换；人与物的联网、人与人的联网、物与物的联网，可以实现关于人与物信息的完全的、系统化的、智能化的整合，应用范围十分广泛。泛在网络将以“无所不在”、“无所不包”、“无所不能”为基本特征，帮助人类实现“4A”化通信，即在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信。相对于物联网技术的当前可实现性来说，泛在网属于未来信息网络技术发展的理想状态和长期愿景，即“泛在网”包含了物联网、传感网、因特网的所有属性，而物联网则是“泛在网”实现目标之一，是“泛在网”发展过程中的先行者和制高点。

物联网、传感器网络、泛在网的关系：泛在网是ICT社会发展的最高目标，物联网是泛在网的初级和必然发展阶段，传感器网络是物联网的延伸和应用的基图2-6 物联网与传感器网络、泛在网络之间础。它们之间的关系如图2-6所的关系示。2.2 物联网的脸谱

物联网给人以巨大的想象空间，未来虚拟世界和真实世界连接在一起，人们的生活将是智能的。它通过云计算和高效传输，将终端能力聚合，成就超级智能网络，其应用囊括了网络家电、物流管理、动植物研究、智能交通、电力管理等方方面面，难怪中国移动通信集团公司董事长王建宙先生会发出“物联网将再造几个中国移动”的感慨。他指出，物联网至少具有三个关键特征：一是各类终端实现“全面感知”；二是电信网、因特网等融合实现“可靠传输”；三是云计算等技术对海量数据“智能处理”。物联网最大优势在于各类资源的“虚拟”和“共享”，这也与通信网发展的扁平化趋势相契合。2.2.1 全面感知

在物联网中，物和物、物和人简单地互联意义不大，如把一杯水同某个人联在一起，没有多大意义。但是，如果通过感知告诉人们这杯水的水温、矿物质含量、是否有毒等，就非常有用。全面感知是指利用无线射频识别（RFID）、传感器、定位器和二维码等手段随时随地对物体进行信息采集和获取。中国神话里有两个神，一个是千里眼（如图2-7所示），一个是顺风耳。其实千里眼的功能就非常类似物联网的特点，把物和物连在一起最根本、最精髓的目标就是感知。感知包括传感器的信号采集、协同处理、智能组网，甚至信息服务，以达到控制、指挥的目的，否则就没有意义。

例如，一杯牛奶摆在眼前，眼睛看到的是杯子，鼻子闻到的是奶香味，嘴巴尝到的是甜味，用手摸一下有温度……感官的感知综合在一起时人便得出了这是一杯牛奶的判定。假如把牛奶的感知信息上传因特网，坐在办公室的人通过网络随时能了解家中牛奶的情况。假如给你授权，你也可以看到这杯牛奶的情况。如果家中设置的传感器节点与因特网连接，经过授权的人通过网络了解家里是否平安、老人是否健图2-7 千里眼康等信息，并利用传感器技术及时处理解决，这就是“物联网”的感知功能。

大家都知道《盲人摸象》的故事：几个盲人各自抚摸大象的身体；每个人都以为自己所摸到的一部分就是大象。因此，各人所说不一，争论不休。它告诉我们，看问题不能凭自己主观的片面了解就作判断，应了解事物的全貌。同样，物联网强调的感知是全面的感知，即将各个传感器采集到的信息进行综合分析、科学判定，即从摸象的盲人专家组中推举一名组长，大家摸完象后，由组长召集开个专家评审会，对大象给出个鉴定结论，如图2-8所示。

物联网为每一件物体植入一个“能说会道”的高科技感应器，这样任何冷冰冰的、没有生命的物体都可以变得“有感受、有知觉”。当你的生活进入到这一步时，这也意味着进入了“物联网”时代。“物联网”将让人的生活发生翻天覆地的变化。例如，洗衣机可以通过物联网感应器“知晓”衣服对水温和洗涤方式的要求；借助物联网，人们可以了解到自己的小孩一天中去过什么地方、接触过什么人、吃过什么东西等。未来的物联网可以精确感知战场上的每一粒沙子。在物联网中，传感器发挥着类似人类社会中语言的作用，借助这种特殊的语言，人和物体、物体和物体之间可以相互感知对方的存在、特点和变化，从而进行“对话”与“交流”。图2-8 《盲人摸象》新解

物联网离不开传感设备。射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，就像视觉、听觉和嗅觉器官对于人的重要性一样，它们是物联网不可或缺的关键元器件。有了它们才可以实现近/远距离、无接触、自动化感应和数据读出、数据发送等。物联网之所以又称为传感器网络，就是因为传感设备在网络中的关键作用而得名。2.2.2 可靠传递

手是人们执行动作的器官，大脑是人们用来思考的器官，而耳朵和眼睛是人们用来接收信息的器官。各个器官之间，必须实现彼此之间的交流，才能使各司其职的各个器官有机结合在一起，各施所长，否则用脑来执行操作，用手来思考问题，其结果可想而知。

物联网，实际上是仿生学的一种产物，它模仿的是人类这种具有思维能力和执行能力的高级动物。与人类一样，作为耳目的传感器、作为手的执行器和作为大脑的因特网，需要实现各个器官之间的互动与沟通。要实现互动与沟通，就必须要有一种供各器官进行沟通所用的语言，通过这种语言，各种信息可以在各器官间相互交流，为人们提供更好的服务。

可靠传递，是指通过各种电信网络和因特网融合，对接收到的感知信息进行实时远程传送，实现信息的交互和共享，并进行各种有效的处理。在这一过程中，通常需要用到现有的电信运行网络，包括无线和有线网络。由于传感器网络是一个局部的无线网，因而无线移动通信网、3G网络是作为承载物联网的一个有力的支撑。

物联网如果与手机3G网络结合，将会改变人们的生活方式，使之更加便捷安全。例如，我们可以在保险柜产品内植入电子标签，将该电子标签与用户3G手机相连，使手机与保险柜形成一个狭义的“物联网”。当有人碰到该保险柜时，其内置设备会“开口说话”，立即给用户手机发送视频和图片资料，起到及时提醒用户的作用。同时，用户可以通过3G手机，实时查看保险柜的状态，可以实现“随时随地监控，安全无处不在”的效果，如图2-9所示。图2-9 物联网保险柜2.2.3 智能处理

物联网是一个智能的网络，面对采集的海量数据，必须通过智能分析和处理才能实现智能化。智能处理是指利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对随时接收到的跨地域、跨行业、跨部门的海量数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。

物联网通过感应芯片和RFID时时刻刻地获取人和物体的最新特征、位置、状态等信息，这些信息将使网络变得更加“博闻广识”。更为重要的是，利用这些信息，人们可以开发出更高级的软件系统，使网络能变得和人一样“聪明睿智”，不仅可以眼观六路、耳听八方，还会思考、联想。

例如，我们现在可以通过电子警察、摄像头、雷达测速装置、搁在地面上的地感线圈监测车流量、抓拍超速等，但是做不到安全预警。你在开车上桥时，是无法看到桥另一端情况的。如果这时候另一端有一个人在过马路，就难免会发生交通事故。而如果我们在马路下面安装了传感器节点（其寿命可长达7年），并与你车上的传感网终端或手机相连图2-10 交通事故数据的智能化处理接，一旦有人过马路，马上就会通过传感网告诉你，就能避免灾难的发生。有人测算过，提前几秒钟刹车就可避免90%以上的交通事故，而我国每年交通事故死亡七八万人。使用传感器，汽车行驶在道路上就可以随时检测出车流量、车速甚至车辆形状。当你驾驶在路上，不用听收音机的路况信息，只要通过传感器，就能了解实时路况。一个车辆过拱桥的时候你会有一个视线的盲角，但是用物联网以后你就可以知道前方有人在通过，这样就可以减少事故的发生。当司机因超速而不可避免地发生事故时，事故数据会及时发送给后台数据管理中心，使用云彩（云计算）进行智能化处理，如图2-10所示。2.3 物联网的现实

物联网将会推动信息产业进入第三次浪潮。信息产业的第一次浪潮是以信息处理、个人计算机（PC，Personal Computer）为代表；以因特网、通信网络为代表的信息传输推动了信息产业的第二次浪潮；而以传感网、物联网为代表的信息获取或信息感知，将会推动信息产业进入第三次浪潮。信息产业的第一次浪潮，我们国家是后起的。在计算机领域，我国在国际上的发言权很少，整个操作系统、平台都在别人手上。第二次浪潮，我国是中期介入的，这时我国有了时分同步码分多址（TD-SCDMA，Time Division Synchronization Code Division Multiple Access）的国际标准，至少中国在国际舞台上有声音了。在以传感网、物联网为代表的信息产业第三次浪潮中，我国与国际是同步启动的，具有同发优势。近年来，随着传感器、条形码、RFID、GPS、云计算等关键技术的迅猛发展，物联网产业作为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”，受到世界各国的普遍重视。2.3.1 全球热衷于触“网”

早在1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议就提出，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”；2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首；2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU因特网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。

自美国提出“智慧的地球”后，世界发达国家纷纷在物联网领域加快研发和工程化、规模化应用步伐，可以说是群雄逐鹿、你追我赶。物联网在国外被视为“危机时代的救世主”，在当前的金融危机尚未完全消退的时候，许多发达国家将发展物联网视为新的经济增长点。物联网的概念虽然仅是最近几年才趋向成熟，但物联网相关产业在当前的技术、经济环境的助推下，在短短的几年内已成星火燎原之势，世界各国触网记录如图2-11所示。这些国家信息化战略的共同点是：融合各种信息技术，突破因特网的限制，将物体接入信息网络，实现“物联网”；在网络泛在的基础上，将信息技术应用到各个领域，从而影响到国民经济和社会生活的方方面面；未来信息产业的发展在由信息网络向全面感知和智能应用两个方向拓展、延伸和突破。图2-11 世界各国触网记录

1.美国

奥巴马总统就职后，积极回应了IBM公司提出的“智慧的地球”的概念，并很快将物联网的计划升级为国家战略，投入巨资深入研究物联网相关技术。无论基础设施、技术水平还是产业链发展程度，美国都走在世界各国的前列，已经趋于完善的通信因特网为物联网的发展创造了良好的先机。

该战略认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓的“物联网”，然后将“物联网”与现有的因特网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合；在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制。在此基础上，人类能够以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”的状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

例如，智能电网就是这些“智慧”方案中颇为吸引眼球的方案之一。智能电网是指在物理的电网之上，建立基础信息沟通平台，将相关的设备、装置、系统、用户、员工和用电量等互动起来，通过对用户和需求侧的随需访问和智能分析，实现更智慧、更科学、更优化的电网运营管理，进而实现更高的安全保障、可控的节能减排和可持续发展的目标。有关分析认为，能源产业就是美国这个内需和创新的最佳结合部，是美国手上两张王牌的结合点，它既可以解决内需置换，也可以促进创新出口。“智慧的地球”战略能够带来长短兼顾的良好效益，尤其是在当前的局势下，对于美国经济甚至世界经济走出困境具有重大意义。在短期经济刺激方面，该战略要求政府投资于诸如智能铁路、智能高速公路、智能电网等基础设施，能够刺激短期经济增长，创造大量的就业岗位；其次，新一代的智能基础设施将为未来的科技创新开拓巨大的空间，有利于增强国家的长期竞争力；第三，能够提高对于有限的资源与环境的利用率，有助于资源和环境保护；第四，计划的实施将能建立必要的信息基础设施。

2.日本

在21世纪日新月异的信息化发展浪潮中，日本因其高质量的网络建设、先进的信息技术应用和前瞻性的信息产业战略规划，成为全球ICT领域的领先国家，x-Japan模式一直成为世界各国研究的热点。

副首相级首席信息官（CIO，Chief Information Officer）、国民个人电子文件箱、教育电子化……当这些名词出现的时候，意味着日本已经转变了他们信息化战略的方向。自20世纪90年代中期以来，日本政府相继制定了多项国家信息技术发展战略，实现了从“e-Japan”到“u-Japan”再到“i-Japan”的三级跳。该国从大规模开展信息基础设施建设入手，稳步推进，不断拓展和深化信息技术的应用，以此带动本国社会、经济发展，如图2-12所示。这不仅仅是首个字母的变化，更书写着日本信息化战略一代又一代的发展与变革。其中，日本的u-Japan、i-Japan战略与当前提出的物联网概念有许多共同之处。图2-12 从“e-Japan”到“u-Japan”再到“i-Japan”的三级跳（1）e-Japan

据不完全统计，到2000年年底，日本的因特网用户数约为4700万人，同比增长率高达74%，因特网的普及率更是由1999年底的21%提升到37%，这是个可喜的成绩，但是当时日本的有线和无线网络的应用情况仍然让日本政府有些担忧。

于是，2000年7月，日本政府召开了IT战略会议，创立了IT战略总部，将其作为国家信息化的集中研究组织。2001年1月，这个成立不到一年的IT战略总部便喊出了推行“e-Japan”战略的响亮口号，其中的“e”是“electronic”（电子的）的首字母。

那时候，网络这个新兴事物正在快速崛起，人们对有线或是移动网络的需求都在迅猛增长。然而基础设施不完善、IP地址资源有限、通信质量较差等问题成为了当时日本信息产业进一步发展的瓶颈。“e-Japan”战略担负起了打破这一瓶颈的重要使命。该战略的核心目标是促进信息化基础设施建设以及相关技术的研发，为信息化的发展打下坚实的物质基础，其中明确提出“到2005年，在全日本建成有3000万家庭宽带上网及1000万家庭超宽带（30～100Mbit/s）上网的环境”。

为了实现这些目标，“e-Japan”战略提出了诸如“为地理环境恶劣的地区建立高速因特网，通过地方公共团体构建并充实广域公共网络”以及“为使地区之间以及地区内的主干光纤线路流畅，开放道路、河流、港口等公共设施管理用光纤线路”等实施方案。此外，“e-Japan”战略还在教育上下足了功夫。除了鼓励培养高级IT人才、完善IT教材外，该战略重点对校园内网络的建设以及利用IT提升教学质量等提出了要求。

2001年，日本政府在“e-Japan”战略的基础上推出了“e-Japan”2002年工程计划。根据计划，日本要在2002年建成全国各级政府网络的基本构架。可以说，从家庭、学校到政府，从核心干道到偏远地区，“e-Japan”战略的实施推进了这些地区基础设施的建设。（2）u-Japan

尽管宽带普及率迅速提高，但宽带的实际使用率却不禁让人一惊：数字用户线（DSL）、电缆调制解调器（CM，Cable Modem）和光纤到户（FTTH，Fiber To The Home）的实际使用量分别只占到设施能力的30%、11%和5%左右。面对这一状况，2004年3月，日本政府召开了“实现泛在网络社会政策”座谈会。2004年5月，日本信息通信产业的主管机关总务省（MIC，Ministry of Internal Affairs and Communications）提出2006—2010年间IT发展任务—u-Japan战略。用“u”（ubiquitous，意指“无所不在的”）取代“e”，虽然只有一个字母之差，却蕴含了战略框架的转变。根据“u-Japan”战略，到2010年，日本将建成一个“任何时间、任何地点、任何人、任何物（anytime，anywhere，anyone，anything）”都可以上网的环境。除了泛在性，u的理念还包括普及性（universal）、用户导向性（user-oriented）和独特性（unique）三方面，即4u。

在日本山口县津宇野，游客可以用一种以比手机稍大的终端器，对准各景点嵌入u码电子标签，以获取该景点历史与当前的信息。而且，每个游客可根据自己的具体情况，获得相应的信息。例如盲人可获得声音导游，外国人可以获得本国语言的导游，而乘坐轮椅者可获得斜坡信息。这里是日本“u-Japan战略”的一个示范点。

此战略将以基础设施建设和利用为核心在三个方面展开。一是泛在社会网络的基础建设。希望实现从有线到无线、从网络到终端和包括认证、数据交换在内的无缝链接泛在网络环境，100%的国民可以利用高速或超高速网络。二是ICT的高度化应用。希望通过ICT的高度有效应用，促进社会系统的改革，解决高龄少子化社会的医疗福利、环境能源、防灾治安、教育人才、劳动就业等21世纪的问题。三是与泛在社会网络基础建设、ICT应用高度化相关联的安心、安全的利用环境。此外，贯穿在三方面之中的横向战略措施还有其国际战略和技术标准战略。

那么，如何来营造这样一种上网环境？如何培养用户的使用习惯呢？“u-Japan”战略将发展各种网络应用作为主要的解决之道。“u-Japan”战略提出要创造新商业及新服务，如开发区域资讯平台，强化“电子政府”的服务等，通过应用的普及和多元化，建立起促进用户使用网络的软条件，但这只是众多手段之一。

在日本，人们不使用网络有各种各样的原因。“u-Japan”战略针对不同的原因，制定出了不同的解决方案。如针对老人和残疾人，“u-Japan”战略支持开发更便捷的人机交互界面、提供ICT知识培训等；针对那些对网络安全性抱以强烈怀疑态度的人，“u-Japan”战略扶持保障医疗、教育等领域信息化应用安全的技术和产品的研发。

通过这些策略，“u-Japan”战略计划构建一个适合人们、吸引人们上网的大环境，让网络资源得到充分利用。当基础设施已逐步完善，用户使用量大大提升的时候，日本政府又开始为新战略布局了。（3）i-Japan

日本政府指出，日本的通信基础设施已在世界领先，然而各公共部门利用信息技术的进程却十分缓慢。为了解决这一问题，2009年7月，日本政府补拨了1万亿日元预算用于信息技术的发展，并推出了助力公共部门信息化应用的“i-Japan”战略。该战略的目标是让数字信息技术融入每一个角落，它将成为转动公共部门的网络齿轮。

首先，日本将i-Japan政策目标聚焦在三大公共事业：电子化政府治理、医疗健康信息服务、教育与人才培育。“i-Japan”战略针对政府部门的执行策略有许多特别之处，其中之一就是设立首席信息官一职，赋予其必要的权限，并为其配备相关辅佐专家。此外，“i-Japan”战略还提出要广泛普及并落实“国民电子个人信箱”，为国民提供专用账号，让国民能够放心获取并管理年金记录等与个人相关的各类行政信息，同时，国民可经由各种渠道轻松享受一站式行政服务，并可参与电子政务。提出到2015年，透过数字技术达到“新的行政改革”，使行政流程简化、效率化、标准化、透明化。其次，推动电子病历、远程医疗、远程教育等应用的发展。日本政府对企业的重视也毫不逊色。另外，日本企业为了能够在技术上取得突破，对研发同样倾注极大的心血。在日本爱知世博会的日本展厅，呈现的是一个凝聚了机器人、纳米技术、下一代家庭网络和高速列车等众多高科技和新产品的未来景象，支撑这些的是大笔的研发投入。

三大公共部门这些应用的发展将会产生辐射效应，不仅可以带动其他领域的信息化应用，还可以形成新的市场。总体来说，从“e-Japan”到“u-Japan”再到“i-Japan”，随着时代的变化，日本的信息化建设也实现了“三级跳”。

3.韩国

韩国也经历了类似的发展过程。韩国最先于2002年4月提出了e-Korea（电子韩国）战略，其关注的重点是如何加紧建设IT基础设施，使得韩国社会的各方面在尖端科技的带动下跨上一个新的发展台阶。为了配合e-Korea战略，该国于2004年2月推出了IT839战略。2004年3月，韩国信息通信部（MIC，Ministry of Information and Communication）主导成立了u-Korea策略规划小组，并在2006年确立了u-Korea的政策方针，公布了u-Korea战略，这个战略旨在使所有人可以在任何地点、任何时间享受现代信息技术带来的便利。u-Korea意味着信息技术与信息服务的发展不仅要满足产业和经济的增长，而且将给人们日常生活带来革命性的进步。2007年8月7日公布的KCC-2008-108文件，正式宣布韩国通信委员会（KCC，Korea Communication Commission）取代过去的韩国信息通信部。（1）u-Korea的愿景和发展策略

u-Korea旨在建立无所不在的社会（ubiquitous society），即通过布建智能网络（如IPv6、BcN、USN）、推广最新的信息技术应用（如DMB、Telematics、RFID）等信息基础环境建设，让韩国民众可以随时随地享有科技智能服务。其最终目的，除运用IT科技为民众创造衣、食、住、行、体育、娱乐等各方面无所不在的便利生活服务之外，也希望通过扶植韩国IT产业发展新兴应用技术，强化产业优势与国家竞争力。

为了实现上述目标，u-Korea提出了基于BEST构建FIRST泛在社会的发展策略，内容包括BEST四项关键基础环境建设以及FIRST五大应用领域开发，如图2-13所示。图2-13 u-Korea的愿景和发展策略（2）u-Korea政策执行阶段

在过程规划部分，u-Korea主要分为发展期与成熟期两个执行阶段。

①发展期（2006—2010年）：此阶段的重点任务是u-Korea基础环境的建设、技术的应用以及u化社会的建立。除发展u化物流配销体系、u化健康医疗等无所不在服务（ubiquitous service）和扶植u化产业与新兴市场，也将完成无所不在网络基础设施建设、IT技术在生物科技与纳米科技各领域的应用、建立u化社会规范。本阶段预期完成的目标包括：使韩国跻身全球前15位最具竞争力的和前25位高生活水准的国家之列，提高人均国民收入达到22000美元。

②成熟期（2011—2015年）：此阶段重点任务为推广u化服务。除将u化服务推广应用于国内各个产业外，将国内u化服务推广至海外市场也是本阶段核心任务。此外，将嵌入式智能芯片、生物科技与纳米科技、IT技术活用、稳定u化社会文化也是本阶段发展的重要内容。本阶段预定完成的目标包括：跻身全球前10位具有竞争力和前25位高生活水准的国家，将人均国民收入提高至30000美元。

4.欧盟

2010年7月，第二届物联网大会在布鲁塞尔召开。欧盟官员及来自世界各地的企业主管、专家学者、法律人士和消费者代表等齐聚布鲁塞尔，就物联网发展前景与挑战、带来的机遇与风险、对人们日常生活的影响等方面进行了广泛而深入的讨论。欧盟决定成立一个由相关各方组成的专家小组，就未来物联网的管理机制、数据所有权、隐私权、技术标准、国际合作等问题向欧盟委员会提供建议。

欧盟已经将物联网作为实施2010年5月19日提出的《欧洲数图2-14 《欧盟物联网行动计划》框架字计划》的重要平台之一，该计划是欧盟抢占数字经济发展制高点的一个重大举措，它提出的100项主要行动中有许多都要靠物联网来落实。“欧洲数字计划”是旨在取得稳定、持续和全面经济增长的“欧洲2020年战略”的重要组成部分。

在《欧盟物联网行动计划》（如图2-14所示）中，欧盟委员会提出物联网的三方面特性：第一，不能简单地将物联网看作今天因特网的延伸，物联网建立在特有基础设施上，将是一系列新的独立系统，当然，部分基础设施仍要依存于现有的因特网；第二，物联网将伴随新的业务共同发展；第三，物联网包括了多种不同的通信模式，物与人通信，物与物通信，其中特别强调了包括机器对机器（M2M）通信。

欧盟委员会认为，物联网的发展应用将在未来5～15年中为解决现代社会问题作出极大贡献：健康监测系统将帮助人类应对老龄化的问题；“树联网”能够制止森林过渡采伐；“车联网”可以减少交通拥堵和提高循环利用率，从而降低碳排放。物联网可以提高人们的生活质量，产生新的更好的就业机会、商业机会，促进产业发展，提升经济的竞争力。物体与网络的连接将成倍增大和加深通信网络对社会的影响，人类向信息社会迈进的步伐更加坚实。

5.新加坡

1992年，新加坡提出IT2000计划，即“智能岛”计划。此后，该国先后确定了“21世纪资讯通信技术蓝图”、“ConnectedCity（连城）”等国家信息化发展项目，希望进一步加大信息通信技术的普及力度。综合看来，之前的数次信息化战略都可以说是处在“e”阶段，即通过提高信息通信技术的利用率促进社会方方面面的发展。2005年2月，新加坡资讯通信发展局发布名为“下一代I-Hub”的新计划，标志着该国正式将“U”型网络构建纳入国家战略。该计划旨在通过一个安全、高速、无所不在的网络实现下一代的连接。2.3.2 物联网的话语权

像传感器、射频识别（RFID）、通信网络等物联网必不可少的技术，目前已比较成熟，但如何形成一个统一的网络是个关键问题，这首先牵涉到一个“语言标准”问题。比如，中国的杯子和美国的杯子都要“开口说话”，中国的杯子“说”的是中文，美国的杯子“说”的是英文，他们俩就没办法沟通；再比如，郑州生产的杯子“说”河南话，成都生产的杯子“说”四川话，他们俩也没办法沟通。所以，最好让他们都“说”一种语言。这些问题都需要标准来解决。

在前几次高科技产业浪潮中，中国都受制于自主标准缺失，在PC、软件、因特网、移动通信、数字化视频光盘（DVD，Digital Video Disc）等领域，美国等起步较早的国家直接掌握着大部分国际标准的制定权，从而掌握着整个产业发展的主动权。因此，在信息产业的第三次浪潮—物联网中，我国高度重视标准化问题，力争主导国际标准的制定。

1.电子标签国家标准工作组

在各技术委员会以及行业协会的协同下，中国正在努力通过直接或间接的方式向世界推广中国制定的标准，而不再像从前那样单方面地接受国际标准。高科技是未来国际贸易战争中的滩头阵地，中国已经充分意识到标准是这场竞争中的重中之重。2003年1月17日，全国产品与服务统一代码（NPC，National Product Code）标准被正式颁布，标准名称为《GB 18937-2003全国产品与服务统一标识代码编制规则》，2003年4月16日实施，定位为强制性国家标准。2003年11月25日，国标委下发高新［2003］30号文，正式批复成立电子标签国家标准工作组，其任务是负责起草、制定中国有关“电子标签”国家标准，使其既具有中国的自主知识产权，同时和目前国际的相关标准互通兼容，促进中国的电子标签发展纳入标准化、规范化的轨道。2004年1月30日，电子标签国家标准工作组宣告成立，工作组由原信产部、国标委、代码管理中心牵头，清华大学、北京大学、上海交通大学以及国内60多家电子标签的大型企业共同参与。2004年9月，国家标准化管理委员会高新技术部发布了《关于暂停“电子标签国家标准工作组”工作的通知》。通知指出：“电子标签相关国家标准的制定机构之间工作重复，为保证电子标签技术和管理规范有序，确保正在制定中的相关标准之间协调一致，要待重新整合后再开展工作。”

为促进我国电子标签技术和产业的发展，加快国家标准和行业标准的制/修订速度，充分发挥政府、企事业单位、研究机构、高校的作用，经原信息产业部科技司批准，2005年12月2日，电子标签标准工作组在北京正式宣布成立。该工作组的任务是联合社会各方面力量，开展电子标签标准体系的研究，并以企业为主体进行标准的预先研究和制修订工作。其组织结构如图2-15所示。该工作组是由组长、联络员、成员、专题组和秘书处构成。专题组包括7个，分别是总体组、知识产权组、频率与通信组、标签与读写器组、数据格式组、信息安全组和应用组。成员分为全权成员和观察成员。

总体组的工作范围是负责制定RFID标准体系框架并协调各个组的工作；知识产权组的工作范围是制定RFID标准知识产权政策、起草知识产权法律文件，提供知识产权咨询服务；频率与通信组的工作范围是负责提出我国RFID频率需求、制定RFID通信协议标准及相应的检测方法；标签与读写器组的工作范围是负责制定标签与读写器物理特性、试验方法等标准；数据格式组的工作范围是负责制定基础标准、术语、产品编码、网络架构等标准；信息安全组的工作范围是负责制定RFID相关的信息安全标准，包括读写器与标签之间的信息安全，读写器与后台系统的信息安全；应用组是在国家总体电子标签应用指南的框架下制定RFID相关应用标准。图2-15 电子标签标准工作组的组织结构

电子标签标准工作组成员单位参与制定的RFID标准主要有《GB 18937—2003全国产品与服务统一标识代码编制规则》；《TB/T3070—2002铁路机车车辆自动识别设备技术条件》以及在上海市使用的《送检动物电子标示通用技术规范》。

电子标签标准工作组目前已经公布的相关RFID标准主要有参照ISO/IEC15693标准的识别卡和无触点的集成电路卡标准，即《GB/T 22351.1—2008识别卡无触点的集成电路卡邻近式卡第1部分：物理特性》和《GB/T 22351.3—2008识别卡无触点的集成电路卡邻近式卡 第3部分：防冲突和传输协议》。

电子标签标准工作组的总体目标是：努力建立一套基本完备的、能为我国RFID产业提供支撑的RFID标准体系；积极参与国际标准化工作，争取具有自主知识产权的我国的RFID标准成为国际标准；完成基础技术标准，包括电子标签、读写器、RFID中间件、数据内容、空间接口、一致性测试等方面的标准；完成主要行业的应用标准，包括物流、生产制造、交通、安全防伪等方面的标准，积极推动我国RFID技术的发展与应用。

2.传感器网络标准工作组

2009年9月11日，“传感器网络标准工作组成立大会暨‘感知中国’高峰论坛”在北京举行。传感器网络标准工作组是由国家标准化管理委员会（SAC，Standardization Administration of the People’s Republic of China）批准筹建，全国信息技术标准化技术委员会批准成立并领导，从事传感器网络（简称传感网）标准化工作的全国性技术组织。

传感器网络标准工作组的主要任务是根据国家标准化工作的方针政策，研究并提出有关传感网标准化工作方针、政策和技术措施的建议；按照国家标准制/修订原则，以及积极采用国际标准和国外先进标准的方针，制订和完善传感网的标准体系表；提出制、修订传感网国家标准的长远规划和年度计划的建议；根据批准的计划，组织传感网国家标准的制、修订工作及其他标准化有关的工作。传感器网络标准工作是由国际标准化（PG1）、标准体系与系统架构（PG2）、通信与信息交互（PG3）、协同信息处理（PG4）、标识（PG5）、安全（PG6）、接口（PG7）和电力行业应用调研（PG8）等8个专项组构成，开展具体的国家标准的制定工作，其组成结构如图2-16所示。图2-16 传感器网络标准工作组的组成

2009年12月，传感器网络标准工作组完成了6项国家标准和2项行业标准的立项工作，6项国家标准包括总则、术语、通信和信息交互、接口、安全、标识，2项电子行业标准是机场传感器网络防入侵系统技术要求和面向大型建筑节能监控的传感器网络系统技术要求。这6项国家标准和2项行业标准将在2010年年底完成，目前正在紧锣密鼓地制定过程当中。

除了2009年12月立项的6项国家标准，2010年1月，工作组又申报了4项国家标准的立项，即传感器网络网关技术要求、传感器网络协同信息处理支撑服务与接口、传感器网络节点中间件数据交互规范和传感器网络数据描述规范。其中，协同信息处理支撑服务及接口在国际标准化组织中推动了目前一个新的工作项目，2010年3月，这项标准已经通过了新工作项目的投票，即将启动国际标准化的制定工作。

3.泛在网技术工作委员会

2010年2月2日，中国通信标准化协会（CCSA，China Communications Standards Association）泛在网技术工作委员会（TC10）成立大会暨第一次全会在京召开。TC10的成立，标志着CCSA今后泛在网技术与标准化的研究将更加专业化、系统化、深入化，必将进一步促进电信运营商在泛在网领域进行积极的探索和有益的实践，不断优化设备制造商的技术研发方案，推动泛在网产业健康快速发展。

4.中国物联网标准联合工作组

2010年6月8日，在国家标准化管理委员会、工业和信息化部等相关部委的共同领导和直接指导下，由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会、全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会、全国智能运输系统标准化技术委员会等19家现有标准化组织联合倡导并发起成立物联网标准联合工作组。联合工作组将紧紧围绕物联网产业与应用发展需求，统筹规划，整合资源，坚持自主创新与开放兼容相结合的标准战略，加快推进我国物联网国家标准体系的建设和相关国标的制定，同时积极参与有关国际标准的制定，以掌握发展的主动权。中国物联网标准联合工作组的组成如图2-17所示。

一个新兴产业的发展，最重要的是掌握标准。2005年，在国家标准化管理委员会下属的全国信息技术标准化技术委员会领导下，中国科学院和标准化研究所合作推进国家传感网的标准化工作，这要早于国际标准的启动。目前，中国与德国、美国、英国、韩国等国一起，成为国际标准制定的主要国家之一。

国际标准化组织与国际电工委员会（ISO/IEC）举办的国际首届传感器网络标准化大会于2008年6月25—27日在上海举行。在这次大会上，由传感器网络标准工作组代表中国牵头提出了整个传感网的体系架构、产业的演进路线、协议栈架构等，获得一致通过。中国代表团向大会提交8项技术报告，这标志着我国在这项新兴信息领域的技术处于国际前列，在制定国际标准中享有重要话语权，这必将对前沿科技领域的可持续发展和产业化具有重要意义。在此后的会议上，基本上都是由我国代表国际标准化组织作总体报告和特邀报告的。可以说，在标准化方向上我国具有举足轻重的主导话语权，这在我国的信息技术发展史上还是第一次。图2-17 中国物联网标准联合工作组的组成2.3.3 万亿“画饼”如何吃

既然物联网是继因特网之后的一个超级大萝卜，那么我们就得齐心协力把它完完整整地拔出来。发展物联网对调整经济结构、转变经济增长方式具有积极意义，因为物联网自身就能够打造一个巨大的产业链。巨大的产业链意味着巨大的价值。国内调研机构易观国际表示，物联网催生的电信、信息存储处理、IT解决方案等市场潜力惊人。美国研究机构Forrester预测，物联网所带来的产业价值要比因特网大30倍，物联网将会形成下一个万亿元级别的通信业务，10年内物联网就可能大规模普及。赛迪顾问的研究也显示：2010年，我国物联网产业市场规模已达到2000亿元；2015年我国物联网产业整体市场规模将达到7500亿元，年复合增长率超过30%。

物联网被许多企业专家称为“一个未探明储量的金矿”，正孕育企业管理变革、信息革命的全新契机，“钱”景远大。可以设想，在企业生产、供应、营销及售后服务等各个环节与要素设置电子标签读取装置，通过无线和有线网络将其连接起来，那么每个企业要素及营运单元甚至整个企业组织力量都将处于全信息、全数字化、全智能状态。因此，物联网概念的问世，在不远的未来，将对现有国内行业企业营运系统格局产生巨大影响，将会给企业带来前所未有的经营体验和管理变革。但是人们不禁要问，如此巨大的效益我们能占多少？如果仅仅是搭上顺风车，吃点露水，就也太可惜了！

目前，我国物联网总体还处于起步阶段，为推进物联网产业发展，我国将采取四大措施，通过核心网技术突破，典型示范以及参与国标制定，支持电信运营企业开展物联网技术创新与应用。此前，三大运营商及其产业链上的企业，已经积极筹备物联网相关业务。2.4 物联网的困境

当物联网开始像一个大箩筐，什么东西都往里装，什么人都可以和这个产业沾边的时候，这个游戏就开始变得低俗了。物联网不是树上的桃子，伸手就能摘，蹭蹭就能吃。要享受“物联网”带来的红利，那么请快些起来练内功。“物联网”的理念早在1991年就提出了，而直到现在，技术刚刚可以提供初步的物联网条件，概念才真正登台。这给了我们一个警示，其实概念并不是关键，关键的是技术支持。当年，我们的老祖宗得到了火药的概念，但最终得益的是欧洲人。他们用火枪，打开了我们的大门。而今天也一样，“物联网”的概念大家都有了，但是要想从中得益，你的技术必须超越别人。

尽管物联网已经被列入国家发展战略，资本市场上物联网概念也一度火爆，但要形成完善的物联网产业还有待时日。目前，制约产业发展的拦路虎仍存在，主要体现在地址、频谱、核心技术、标准化和安全等方面。2.4.1 给物联网腾点儿空间

物联网就是“物物相连的因特网”。然而，真的要把物和物连接起来，除了需要这样那样的传感器，首先要给它们每个都贴上一个标签，也就是每个物体都有个自己的IP地址，这样用户才可以通过网络访问物体。就像门牌号码一样，每个物体要想在物联网中被找到，那就需要一个地址。未来的物联网将给所有的物体都设定一个标识，实现“IP到末梢”，这样我们才能随时随地地了解物体的信息。全球人口60多亿，如果物联网的概念真地加以实施，则意味着在人与人、人与物，乃至物与物之间，都会建立连接，这就是说，都需要使用到IP地址，而目前的IPv4受制于资源空间耗竭，已经无法提供更多的IP地址。既然无法限制Internet的发展速度，像限制人口的增长一样来个“Internet计划生育”，就必须寻找新的解决方案。因此，物联网的发展需要大量的IP地址，而现有因特网在IP地址资源上的不足已经成为物联网发展最大的瓶颈。

从现在起到2020年的10年里，中国物联网产业将经历应用创新、技术创新、服务创新3个关键的发展阶段，成长为一个超过5万亿元规模的巨大产业。对于大量细节、节点信息的感知需要通过更便捷、更可靠、更安全的方式传输汇聚到中心节点或者提供给信息处理单元，在这方面“可以给每一粒沙子都设定一个IP地址”的下一代因特网IPv6技术为大范围的物联网应用传输提供了可能。IPv6可以让人们拥有几乎无限大的地址空间，这使得全世界的人使用的手机、家电、汽车甚至鞋子等上网都成为可能，这样就能构筑一个人人有IP、物物都联网的物联网世界。

IPv6是物联网等重要应用的基石，其商用将决定性地推动物联网等新兴应用的发展。将来的物联网，就是可以做到每一件物体有一个自己的IP地址，用户可以通过网络访问物体。IPv6和当前IPv4的关系，就好比高速公路和国道的关系。高速公路修建得越宽，可以并排行驶的车辆就越多；路宽则通畅，车辆的可达速度也越高，不会出现拥挤现象。IPv6可以让人们拥有几乎无限大的地址空间，这使得全世界的人使用的手机、家电及汽车等上网成为可能。举例来说，一条在海里游泳的鲨鱼，只要有个IP地址，加上谷歌卫星定位，就可以知道它在哪里裸泳。这里需要强调的是，IPv6是物联网的上游底层技术条件基础，没有IPv6，物联网如死水。IPv6的重要性由此可见一斑。

我国在IPv6方面也开展了多项研究、试验和示范工程，如“十五”期间的IPv6核心技术开发、中科院的“IPv6关键技术及城域示范网”和国家发改委的“下一代因特网中日IPv6合作项目”等。目前国内已有30～50万IPv6的现网用户，可以体验IPv6的网络环境。在将IPv6应用于物联网方面，由天地互连公司设计的基于IPv6的视频监控和传感器网络已成功应用于2008年奥运会。前不久，由中国电信湖南分公司和中国电信北京研究院共同实施的“下一代因特网在‘两型社会’中的应用实践”项目，在国内首次开发部署了基于IPv6的物联网应用—农作物温室综合监控系统（如图2-18所示），并成功应用于湖南农科院良种果茶培育繁殖中心，在网络演进、业务创新、互联互通技术等方面均实现突破，被称为“长沙模式”。图2-18 基于IPv6的农作物温室综合监控系统

该项目不但实现了在湖南现网开放IPv6宽带接入商业服务的突破，而且摸索出了低成本、可复制的网络平滑演进模式，可充分利用正常的网元设备升级、改造和扩容过程同步实现IPv6部署。在业务方面，应用农作物温室综合监控系统，湖南农科院科研人员可以对温室内的温度、湿度、光照、土壤含水量等参数实施远程实时监控，并可以基于IPv6技术实现对于温室内通风、天窗、侧窗、灌溉、保温装置的实时控制，显著提升了农业科研工作效率和智能化水平。2.4.2 频谱VIP用户

近年来，随着无线技术的广泛应用，无线频谱已成为最稀缺、最珍贵的资源之一。物联网中的无线电设备都需要使用频率资源，但大量使用将会给频率和频谱管理带来很大的挑战，目前物联网感知无线电将开启一个前所未有的巨大市场，也将对现有秩序带来巨大冲击，目前的现有规则将面临巨大改革。

虽然理论上无线电频谱是无限大的，但是在实际的制造技术中，在某一个时间段里面可以使用的频率资源是有限的，各个无线电系统之间要有区别，而目前我们生活中关于无线电的使用又非常多，这个数字会越来越大，这使有限的频谱变得更加拥挤。物联网是以无线电频谱作为基础资源来实现其移动性、泛在性的，而无线电频谱作为一种不可再生的无形资源，国家必须出台相关政策明确各个无线频谱的具体应用。

感知层在物联网体系中处于信息采集的最前端，对物联网的实现起着基础性作用。该层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器和M2M终端、传感器网络和传感器网关等，需要大量的频谱资源。

例如，RFID是物联网感知层的关键技术之一。目前，我国已基本完成了低频（LF，Low Frequency）、高频（HF，High Frequency）、特高频（UHF，Ultra High Frequency）及超高频（SHF，Super High Frequency）频段的RFID技术的频率规划，为RFID技术在我国的应用和发展提供了无线电频谱资源保证。我国无线电管理部门历来十分重视RFID等无线感知技术的发展，在频率规划方面给予此类技术大力的支持。

网络层是物联网的中间环节，也是最重要的环节。而物联网无处不在的特点，使得有线传输受到很大限制，移动网络和宽带无线接入将成为物联网的主要传输方式。而物联网信息交互与传输以无线为主的特点注定了它将成为频谱资源需求的大户。

首先，物联网的业务规模是通信业无法比拟的。据Forrester预测，到2020年，物物互联业务与现有人人通信互联的比例将达到30：1，即可能从60亿人口扩展到500亿乃至上万亿的机器和物体。有专家以家居应用为例，一个家庭布设几十个甚至上百个传感网终端或节点并不为过，但一个人不会随身携带几十部手机。除家庭之外，物联网还有众多行业应用，其规模一定远远大于移动通信。因此，当物联网正式实现，有超过500亿以上的终端需要通过无线方式连接在一起时，其对频谱的需求绝不是如今已分配的移动通信和无线接入频率所能承载的。

其次，目前物联网应用一般是小流量的M2M应用，比如路灯管理、水质监测等，所需要传输的数据量很小，原有的2G网络足以实现对这些数据量的支撑。目前国内的手机用户已经超过7个亿，3G用户也超过1000万，手机上可用的频谱资源已经开始出现拥挤。工业和信息化部为了更好地保障TD-SCDMA的发展，已经为中国移动划拨了3个频段共85MHz的频谱资源。同时，物联网涉及的控制、计费、支付，实际上都不会占用大量带宽，目前有充足的频谱资源支撑建设物联网。但是，物联网也有大量占用高带宽的应用，比如平安城市、公共交通等以视频图像为主的监控业务。以北京公交系统视频监控业务为例，目前北京有3万多辆公交车，如果每辆公交车上面布设4个摄像头，则3万辆公交车的数据总量预计将达到约180Gbit/s，且对图像的连续性和实时性有较高要求，所以传输频谱需求绝不是目前2G、3G甚至未来4G可以轻松承载的。

再次，物联网的识别层将信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等与网络连接在一起，方便识别和管理，而这种连接将采用低功率技术，其中可供选择的技术包括Wi-Fi（Wireless Fidelity，无线保真）。如果将Wi-Fi用于物联网，Wi-Fi的频谱需求将大大超过目前已分配的频谱总量。按照预测，我国到2020年在设定150人同时使用Wi-Fi，其速率为200kbit/s，每用户忙时呼叫次数为0.15，每户平均呼叫时长为3000s的情况下，上下行共需2500MHz频率。而Wi-Fi用于物联网，在一个小区内的物体或设备数量可能远远多于150个，而且实时在线的比例更高，其频谱需求也将超过2500MHz，成为名符其实的用频“大户”。

最后，至今物联网的流量模型并没有权威研究结果，它肯定既不同于因特网流量模型，也不会等同于移动通信的流量模型。但是，物联网的规模巨大，尽管有些业务每次传输的数据量不一定非常大，甚至只有几十个字节，但是必须一次传输成功，有着非常高的实时的传输要求。另外，移动蜂窝网络着重考虑用户数量，而物联网数据流量具有突发特性，可能会造成大量用户堆积在热点区域，引发网络拥塞或者资源分配不平衡。这些都会造成物联网对频谱的需求方式和规划方式有别于已有的无线通信，所以不能轻言物联网不存在频谱资源的制约。

我国已为2G和3G移动通信规划和分配了525MHz频率，到2009年10月，承载的移动用户已达6.27亿户，而且可以满足3G业务继续发展的需要。预测我国4G频谱的需求，到2020年在两个运营商的前提下需要继续增加800～1100MHz频率。根据2007年世界无线通信大会决议，我国为4G确定了包括450～470MHz、698～806MHz、2300～2400MHz和3400～3600MHz在内的428MHz频率，按照预测我国4G还需要的352～1152MHz频率尚无着落。而且以上频谱都是按照4G的用户流量模型为人与人的通信而设计的，并不包括物联网的频谱需求，因此解决物联网的频谱需求的难度远远大于4G。

物联网对以Wi-Fi为首的低功率、短距离无线接入的频谱需求与已有频率资源之间同样存在很大差距。例如，我国至今在非授权的2.4GHz和5.8GHz频段为Wi-Fi分配了208.5MHz频率，与到2020年Wi-Fi人与人通信所需的2500MHz频率相比尚存巨大缺口，如果加上物联网的频谱需求，其频率缺口更大，而至今并无弥补的措施和办法。当然，解决物联网频谱需求紧缺难题，采用逐步成熟的动态频谱分配方式是比较有效的途径，但必然带来对传统频谱管理体制和方式的重大变革，其中未知因素难以预料。

总之，频谱是物联网存在和发展的重要基础资源，但业界对物联网频谱资源需求及面临困难的研究远远落后于其他方面，这必然成为阻碍物联网发展的“难点”。万事预则立，希望国家及产业层面尽早将物联网频谱资源纳入规划，在国际上如同积极参与物联网的概念设计、框架规划、标准制定一样，使其成为掌握物联网顶层话语权的重要部分。2.4.3 起跑线上的争夺“没有规矩、不成方圆”，物联网的发展同样是也遵循一定“规矩”，而这个“规矩”就是标准。现阶段的物联网没有形成统一的标准，很难形成产业的规模应用，对于推动物联网的普及将产生很大的阻碍。因此，标准的建立至关重要。“一流企业定标准，二流企业做品牌，三流企业卖技术，四流企业做产品”是经济发展的普遍规律。标准之争其实是市场之争。谁掌握了标准，就意味着先行拿到市场的入场券，甚至成为行业的定义者。

众所周知，CDMA手机普遍比全球移动通信系统（GSM，Global System for Mobile Communication）手机贵一大截，主要是因为一家叫高通的公司。高通拥有3000多项CDMA专利，核心技术专利超过600项，而在宽带码分多址（WCDMA，Wideband Code Division Multiple Access）的核心专利中，高通大约占了1/4。凭借这些“优势”，高通构筑的专利壁垒让手机厂商叫苦不迭。高通曾与三星签订过为期15年的专利技术共享许可协议，入账13亿美元；与诺基亚也签订过15年的专利授权协议，入账23亿美元。

高通CEO保罗·雅各布大人心里一定在说，世界上的CDMA手机其实全都是姓高通。签署这种长期协议，意味着高通占据了全球65%的手机市场。可以肯定的是，它将从手机生产商中获得长期的专利费和现金流。过去，TD-SCDMA曾经给国人带来了骄傲；未来，能否有物联网标准给国人带来自豪？《IBM“智慧地球”的认识和思考》报告中显示，中国的信息产业目前非常缺乏核心专利。半导体专利国外企业占85%，电子元器件、专用设备、仪器和器材专利国外企业占70%。无线电传输国外企业所占比例高达93%，移动通信和传输设备国外企业也占到了91%和89%。据业内人士预计，国内相关企业要想追上与国际巨头之间的技术差距，至少还需要5年以上的时间，如果要实现基础核心设备的完全自主的话，则可能需要更长的时间。

在物联网领域，标准工作涉及方方面面，目前至少已经包括了24个国际标准化组织，毫无疑问这些组织需要共同携手才可能完成物联网的整个标准化工作。在无线传感领域的研究，中国早在20世纪90年代就已经开始，2004年开始在军、民两个领域展开标准化研究工作，2009年以来开始积极推进产业化。尤其是在2009年8月7日国务院总理温家宝视察中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心，指示要迅速在无锡建立中国的“感知中国”中心后，国内物联网相关产业化迅速升温。三大运营商、广电、国家电网乃至产业链多家企业，上海、无锡、苏州、重庆等政府纷纷出台各自的规划或战略。不过需要指出的是，虽然目前国内物联网行业应用已经出现了不少，但是在最核心的芯片和传感器标准等领域，仍然还是国外厂商的天下，我国具有自主核心知识产权的较少，相关厂商推出的也大多是集成解决方案，也就是在采购国外硬件的基础上进行软件应用的开发，深入展开的基础标准研发和生产的企业很少。

沿用国际标准确实有促进经济交往的积极一面。比如说人们在超市中随处可见、不可或缺的条形码，对于那些外向型企业来说，由于它的唯一性，条形码还是这些企业的商品走向全球市场的通行证。但是人们或许不知道每个条形码背后每年都要交费，而这笔不小的费用都交给谁了，去向如何，大部分国人都无从知晓。国家工商行政管理总局《2009年一季度全国市场主体发展报告》显示，截至2009年3月底，全国实有企业97177万户。我国企业每年由于使用条形码缴纳的年费高达百亿元，长尾效应和年费时间效应的乘积，使得条形码收费成为一个天文数字。

虽然目前国内已经成立了电子标签标准工作组、传感器网络标准工作组、泛在网技术工作委员会（TC10）和中国物联网标准联合工作组等多个物联网标准工作组，但各工作组专注于本领域，标准制定过程均独立开展，缺乏完整体系，急需在原有工作基础上整合相关资源，在跨部门、跨地区之间开展合作，加强协调，倾全国之力，联合推进。因此，物联网的标准化问题需要在政府统一领导下，跨行业、跨部门，在标准化组织之间形成一个物联网标准体系。只有这样，我国的物联网才会非常健康的发展。2.4.4 黑客帝国般无处不在

任何东西有积极的一面，也有消极的一面，一旦消极的一面给人们的生活带来不便，那么这个所谓的高科技就失去了意义，或者说吸引力。例如，某公司设计开发的智能抄表系统，每15分钟就报一次数据。一个月积累下来以后，主人家什么时候用这个东西，什么时候家里是有人的，就一清二楚。但如果这个数据被小偷拿到，就会很危险。

2009年5月19日，江苏、浙江等6省大面积断网，20余个省份因特网域名无法解析，全国近半数网站瘫痪。公安机关及时抓捕到导致这次断网事件的嫌犯，断网的真相是一家私服网站为了攻击竞争对手，采用黑客的方式攻击国内最大的免费域名服务商的服务器所致。

网络安全从来都是一个老生常谈的问题，物联网的安全也很“潮”。当黑客足够强大时，他可以掌控红绿灯的变化限制你的出行，也可以入侵你的手机阻挡你的通信，甚至可以利用任何一个你身边的物体监视你的每一刻，就像电影《黑客帝国》里面黑衣人病毒一样的无所不在，四处肆虐。当因特网中了病毒时你可以通过断网阻挡它的入侵，但是当整个世界都成为一个网络后，你就很难应对了。现在的黑客通过因特网远程只能够弄个摄像机来偷拍什么的，物联网时代的黑客升级了！他可以通过物联网潜入，在冬天给你开风扇开窗户，再把水龙头打开，也让你的房子又冷又水淹。因此，在不久的将来，如果有一天，你发现家里的饭煮焦了，冬天的空调却被调成冷气，花园的玫瑰谢了，不要大惊小怪，告诉你，你的物联网遭遇黑客了。

物联网创造了一个新的病毒和黑客的活动空间，病毒的问题、可信度的问题，以及随之而来的伦理问题，林林总总。设想一下，你今后出去随时被摄像头捕捉着，一整天的活动都在各种探头下进行，从某种程度上讲，它势必影响人的隐私。这仅仅是一个摄像头的例子，如果把各种传感器都调动起来，可能还会产生很多我们无法想象的问题。第3章 感知层：物联网的皮肤和五官

通常来说，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层，如图3-1所示。感知层相当于人体的皮肤和五官，网络层相当于人体的神经中枢和大脑，应用层相当于人的社会分工。感知层包括条码和扫描器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、传感器网络等。其中条码和RFID标签显示身份，传感器捕捉状态，摄像头记录图像，GPS进行跟踪定位，最终实现识别物体、采集信息的目标。图3-1 物联网的分层结构3.1 条码：物联网的第一代身份证

商品外包装上，都印有一组黑白相间的条纹，这就是商品的第一代“身份证”—条码。它是一种商品通行于国际市场的“共同语言”，是商品进入国际市场和超市的“通行证”，是全球统一标识系统和通用商业语言中最主要的标识之一。

条码这个东东，不想见到它都很难。随手拿一件身边的商品（假冒伪劣的东东不算），咱们都能看到这玩意儿的存在。也许就因为这玩意儿太常见了，以至于大家都忽视了它的存在。各位难道就没发现条码其实有很多种类型？就不想知道条码到底隐含了些什么秘密？我们相信，大多数人还是有过这个想法的，只不过没有人告诉你而已。现在，我们就从条码的身世说起，讲述条码记录世界的故事。3.1.1 条码的身世

在20世纪20年代，信件还是由人手动分拣，工作效率相当低，难以满足大众日益增长的信件收发需求。于是在Westinghouse实验室里，有个叫约翰·柯莫德（John Kermode）的性格古怪的发明家“异想天开”地想对邮政单据实现自动分拣。他的想法是在信封上做条码标记，条码中的信息是收信人的地址，就像今天的邮政编码。为此Kermode发明了最早的条码。设计方案非常简单，即只使用一个条表示“1”，两个条表示“2”等。然后，他又发明了由基本的元件组成的条码识读设备：一个能够发射光并接收反射光的扫描器；一个测定反射信号“条”和“空”的方法，即边缘定位线圈；还有一套使用测定结果的方法，即译码器。

Kermode的扫描器利用当时新发明的光电采集器来收集反射光。“空”反射回来的是强信号，“条”反射回来的是弱信号。与当今电子元器件应用不同的是，Kermode利用磁性线圈来测定“条”和“空”。在接收到“空”信号的时候吸引一个开关，在接收到“条”信号的时候，释放开关并接通电路。因此，最早的条码阅读器速度很慢，噪声很大，开关由一系列继电器来实现，“开”和“关”由打印在信封上“条”的数量决定。通过这种方法，可用条码符号直接对信件进行分拣。

此后不久，Kermode的合作者Douglas Young作了些改进。他利用条之间空的尺寸变化，使新的条码符号可在同样大小的空间内对100个不同的地区进行编码，而原来Kermode发明的条码只能对10个不同的地区进行编码。

1948年，当条码的发明人之一伯纳德·西尔弗（Bernard Silver）还是美国费城德雷克塞尔大学技术系的研究生时，一名当地的食品连锁店老板前来询问开发自动化结账系统的可能性。西尔弗无意间听到了这段谈话，之后便和好朋友诺曼·伍德兰（Norm Woodland）研究商业化的可能性。

两人的第一个尝试是会在紫外线下发光的图案，但是墨水的稳定性欠佳，而且价格高昂，因此他们又尝试了几种不同的方式。最后在1949年10月20日提出了今日条码雏形的专利申请，并在1952年10月7日获得专利。该条码最大的特点是将竖直的条码弯曲成环状，就像是箭靶或是公牛眼一样。公牛眼代码的好处图3-2 公牛眼代码在于无论什么方向都可以扫描出来，缺点是太浪费空间，如图3-2所示。

可惜的是，两位发明家都没能从这个重大的发明中捞到什么好处。专利在1952年被他们以相当少的钱卖给了RCA公司，但就算他们没卖，专利也会在1969年过期，比条码的大规模商业化应用早了至少5年。只能说这个发明实在是超前太多了啊！西尔弗在1962年死于车祸，而伍德兰在1992年才获得了美国国家科技与发明奖的肯定。

以吉拉德·费伊塞尔（Girard Fessel）为代表的几名发明家，于1959年提出申请了一项专利，描述了数字0～9中每个数字可由7段平行条组成的条码。但是这种条码使机器难以识读，人读起来也不方便。不过这一构想的确促进了后来条码的发展。1966年，条码技术开始应用于商业领域。1967年，克罗格连锁超市的辛辛那提分店首先使用条码扫描器。为了鼓励条码的应用，在这家超市，一旦顾客碰到不能正确读取的条码，超市会提供免费购物券。到20世纪60年代末，条码的读取器开始与计算机互联。

20世纪70年代初期，诺曼·伍德兰教授担任IBM工程部主管时，再次致力于条码的开发。当时零售市场结账长龙的情况已到了令人无可容忍的地步。众商家纷纷要求开发快、准、省的自动辨识系统。伍德兰教授的研发成果，经过公开评选被最终录取为现代通用产品代码（UPC，Uniform Product Code）的码规基础。美国采用它作为世界产品编码系统。UPC码首先在杂货零售业中试用，这为以后条码的统一和广泛采用奠定了基础。不久，布宁克（E·F·Brinker）申请了另一项专利，该专利是将条码标识在有轨电车上。20世纪60年代西尔沃尼亚（Sylvania）发明的一个系统被北美铁路系统采纳。这两项可以说是条码技术最早期的应用。

1970年美国超级市场委员会制定了通用产品代码（UPC，Uniform Product Code），此后许多团体也提出了各种条码符号方案。UPC码首先在杂货零售业中试用，这为以后该码制的广泛采用奠定了基础。次年，布莱西公司研制出“布莱西码”及相应的自动识别系统，用于库存验算。这是条码技术第一次在仓库管理系统中应用。1972年，莫那奇·马金等人研制出库德巴码，至此美国的条码技术进入了新的发展阶段。

美国统一代码委员会（UCC，Uniform Code Committee）于1973年建立了UPC条码系统，并全面实现了该条码编码以及其所标识的商品编码的标准化。UPC条码一般包括12个数字，每个字符由两个黑线条和两个白线条组成。代码由左右两个半截线条组成，便于实现双扫描识别。这种代码还有一个缩短码，即E型短版本码，它由6个数字组成，只能进行单向扫描识别。UPC条码有四大优点：一是利用商店结账机可快速加以识别；二是从各种角度都能识别；三是印刷成本比较便宜；四是不需多余的费用，适用于各种商品。同年，食品杂货业把UPC码作为该行业的通用标准码制，为条码技术在商业流通销售领域里的广泛应用起到了积极的推动作用。

1974年，Intermec公司的戴维·阿利尔博士推出39码，很快被美国国防部所采纳，作为军用条码码制。39码是第一个字母、数字式的条码，后来广泛应用于工业领域。1976年美国和加拿大在超级市场上成功地使用了UPC系统，这给人们以很大的鼓舞，尤其是欧洲人对此产生了很大的兴趣。次年，欧洲共同体在UPC条码的基础上，开发出与UPC码兼容的欧洲物品编码系统（EANS，European Article Numbering System），简称EAN码，并签署了欧洲物品编码协议备忘录，正式成立了欧洲物品编码协会（EAN，European Article Numbering Association）。直到1981年，由于EAN组织已发展成为一个国际性组织，被称为“国际物品编码协会”（IAN，International Article Numbering Association），但由于历史和习惯，该组织至今仍延用EAN作为其组织的简称。20世纪80年代，人们开发出了密度更高的一维条码，如EAN128码和93码（这两种码的符号密度均比39码高将近30%）。同时，一些行业纷纷选择条码符号，建立行业标准和本行业内的条码应用系统。

2005年1月，EAN正式更名为全球第一标准化组织（GS1，Global Standard 1st）。2005年6月，UCC正式更名为GS1 US。目前，EPCglobal就是由GS1和GS1 US两大标准化组织联合成立。

在利用各项专利技术对一维条码进行不断改进的过程中，1958年，美国最著名的科普作家、世界顶尖级科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫（Isaac Azimov）在他出版的《赤裸的太阳》图3-3 艾萨克·阿西莫夫（The Naked Sun）一书中讲述了使用信息编码的新方法实现自动识别的事例，如图3-3所示。那时人们觉得此书中的条码符号看上去像是一个方格子的棋盘，但是今天的条码专业人士马上会意识到这是一个二维矩阵条码符号。虽然此条码符号没有方向、定位和定时，但很显然它表示的是高信息密度的数字编码。

直到1970年Iterface Mechanisms公司开发出“二维码”之后，才有了价格适于销售的二维矩阵条码的打印和识读设备。那时二维矩阵条码用于报社排版过程的自动化。二维矩阵条码印在纸带上，由今天的一维电荷耦合元件（CCD，Charge-coupled Device）扫描器扫描识读。CCD发出的光照在纸带上，每个光电池对准纸带的不同区域，根据纸带上印刷条码与否输出不同的图案，组合产生一个高密度信息图案。用这种方法可在相同大小的空间打印上一个单一的字符，作为早期科芒德码之中的一个单一的条。定时信息也包括在内，所以整个过程是合理的。当第一个系统进入市场后，包括打印和识读设备在内的全套设备大约要5000美元。

此后不久，随着LED（发光二极管）、微处理器和激光二极管的不断发展，迎来了新的标识符号（象征学）和其应用的大爆炸，人们称之为“条码工业”。由于在这一领域的技术进步与发展非常迅速，并且每天都有越来越多的应用领域被开发，用不了多久条码就会像灯泡和半导体收音机一样普及，将会使我们每一个人的生活都变得更加轻松和方便。3.1.2 商品上的黑白两道

条码是由一组宽度不同、平行相邻的黑色条纹和空白，按预设的格式与间距组合起来的符号。这是人与计算机“沟通”的一种特定语言。千万不要小看了这一组条空组成的条码，条码曾经成为影响我国出口产品档次的一个重要因素。中国有些名酒驰名中外，就因为包装盒上没有条码，只好屈居国外商品货架底层，价格低了很多。我国有的省市生产的时钟飘洋过海之后，外商加上条码，摇身一变身价倍增而出现在高级自选商店。那时，欧美地区和中国香港等地的大型超级市场都设置有销售点终端（POS，Point of Sale），没有条码的商品即被拒之门外。随着境外这种销售方式的飞速发展，没有条码的商品已经失去立足之地。

如今，徜徉于琳琅满目的商品市场上，只要稍加注意你就会发现许多商品的外包装都印有粗细不同、平行相间的黑线条图案，这就是条码。在零售商品结算时，收银员只需要在激光扫描器上扫描每件商品的条码，便可以马上知道商品的价格，实现快速结算。整个过程只花了几秒钟的时间。这样的结算方式，比起过去传统上用计算器和算盘的结算方式可要快多了，这一切都得益于商品上的条码。

条码在我们的生活中无处不在。它是由一组规则排列的条、空以及对应的字符组成的特殊标记。从表面来看，条码大体雷同，其实不然，当商品售出时，无论它如何千变万化，只要把条码在光电扫描器上通过一下，瞬时间就知道该商品的品名、价格和国籍等信息，这些带有神秘色彩的条码里，到底隐藏着什么秘密呢？

首先条码是一种供光电扫描器识读、由计算机自动识别的特殊代码，深色为条，浅色为空，条空代表的13位数字是特定的商品代码。下方的这一串数字和条、空所表示的信息是相同的。那么数字在条码里到底起着什么样的作用呢？通俗的比喻，就像我们的电话号码，前几位代表的区号，代表你所在的区域；后几位代表的是号码的相关信息。条码也是如此，数字是直观的，代表这一商品的相关信息。

标准条码是由厂商识别代码、商品项目代码、校验码三部分组成的13位数字代码，分为四种结构。厂商识别代码由7～10位数字组成，中国物品编码中心负责分配和管理。厂商识别代码是由前缀码和厂商代码构成的。前3位代码为前缀码，国际物品编码协会已分配给中国大陆的前缀码为690～695，分配给中国台湾的前缀码为471，分配给中国香港特别行政区的前缀码为489。

就拿我们身边的一个商品代码来说吧！如图3-4所示，前3位数字代表的是国家或地区的代码。690代表产地为中国大陆。中间4位数是厂商代码，它是由商品的厂商自行编码的，代表着这个商品的厂商编号。后5位是商品项目代码，由各厂自行确定图3-4 13位代码结构产品号码，代表商品的类别，如它的日期、年份等。最后一个数字则是校验码了。说到这里，大家如果想区别哪些是进口货，只需要看商品的前3位数字就可以了。当然，数据是直观的视觉图像，现在也可以手动输入计算机，而上半部的条、空组合则是对数据的翻译，它的目的是方便机器的扫描和识别，只需要轻轻扫描一下，就可以立刻知道商品的相关信息，简单而快捷。

我们可不要小看条与空之间的微小差距，两者之间哪怕相差1mm的距离，就代表着不一样的商品信息。如图3-5所示，这两件商品都是同一厂家出产的，它们的条码也只是尾数相差了一位数，所代表的商品就不一样了；一个是香辣味的，一个是麻辣味的。图3-5 条码不同，代表的商品也不同

当光电扫描器发出的光束扫过条码时，扫描光线照在浅色的空上容易反射，而照到深色的条上则不反射，这样被条空反射回来的强弱、长短不同的光信号即轮换成相应的电信号，经过处理后变为计算机可接收的数据，从而识读出商品上条码的信息。商品信息输入电子收款机的计算机中后，计算机自动查阅商品数据库中的价格数据，再反馈给电子收款机，随机打印出售款清单和金额，这一切速度之快，几乎与扫描条码同步完成。条码是一种信息采集的新技术，它的最大优点是输入速度快，商店经理可随时掌握商品销售信息和库存情况，以便合理调整进货，加快资金周转。

因此，我们不难看出，印刷在商品包装袋上的条码，像一条条商品信息的纽带，将世界各国制造厂商和形形式式的商品有机地联系起来，又清清楚楚地加以识别。它使商品在世界迅速流通，解除了各国文字语言的障碍，给计算机信息采集带来很多方便，为建立起全球性的商品交易网络，发挥着很大作用。3.1.3 条码构成有“门道”

以EAN-13条码为例，我们再来看看条码的结构吧！EAN-13条码符号的每个条码字符的条与空分别由若干个模块组配而成，一个模块宽的条表示二进制1，一个模块宽的空表示二进制0。EAN-13条码由左侧空白区、起始符、左侧数据符、中间分隔符、右侧数据符、校验符、终止符、右侧空白区及供人识别字符组成，如图3-6和图3-7所示。图3-6 EAN-13条码的构成图3-7 EAN-13条码符号构成

左侧空白区位于条码符号最左侧的与空的反射率相同的区域，其最小宽度为11个模块宽。起始符位于条码符号左侧空白区的右侧，表示信息开始的特殊符号，由3个模块组成。左侧数据符位于起始符右侧，表示6位数字信息的一组条码字符，由42个模块组成。中间分隔符位于左侧数据符的右侧，是平分条码字符的特殊符号，由5个模块组成。右侧数据符位于中间分隔符右侧，表示5位数字信息的一组条码字符，由35个模块组成。校验符位于右侧数据符的右侧，表示校验码的条码字符，由7个模块组成。计算方法参见国家标准《GB 12904-2008：商品条码零售商品编码与条码表示》。终止符位于条码符号校验符的右侧，表示信息结束的特殊符号，由3个模块组成。右侧空白区位于条码符号最右侧的与空的反射率相同的区域，其最小宽度为7个模块宽。

说到这里，大家每次逛超市的时候有没有想过，超市里商品那么多，工作人员都是怎么对它们进行管理的呢？当然，这也是靠条码啦！工作人员只需要将从全国各地发来的商品对条码一次性地进行扫描录入，就可以实现对几百个种类、几百万个商品进行规格、价格、数量等的准确统计。它与结算前台的收银系统是共享的，当收银员扫描到商品上的条码时，收银系统就会很快地显示这种商品的相关信息。反过来，采购中心也会根据计算机系统所提供的前台销售信息，及时地作出配送反应。哪些商品卖了多少需要进货，哪些商品库存多少，哪些商品货架该上货了，一目了然，清清楚楚。除此之外，在超市里我们经常会碰到商品的价格变化和有买有送的情况，这时又该怎么办呢？其实，管理人员事先已经将新价格的条码信息重新输入并储存在计算机里。当收银员扫描物品时，显示的就是已经变化的价格了。同时，为了避免扫描的时候失误，管理人员都会将赠送的商品条码与商品贴在一起，避免扫到赠品，或者直接在赠品上标注“送”、“赠品”等字样，这样收银员一看，就很清楚地知道商品的活动信息了。3.1.4 店内条码：与商品条码共舞

除了在商品上的条码外，在购买糖果等散装食品时，会使用一种独特的条码—店内条码。这样的条码，又是怎么制作出来的呢？工作人员先将商品的名称和保质期输入计算机备案数据库内，消费者只要将所购食品放在称重器上，然后输入商品相关的信息后，就可以进行打印了。就像条码打印机一样，从输入到打印，过程就是这么简单。

超市独特的利用扫描器和POS机进行结算的方式，决定了其店内所有的商品都必须要有一个数字标识来代表其规格、价格等详细信息—这是商品条码产生和发展的根源。但客观上，商品条码无法涵盖一切。在商品条码的盲区里（主要是一些散装的商品），店内条码就成为了超市唯一的选择—这是店内条码产生的根源。从这一点上来说，店内条码会在一定范围内和商品条码长期共存。实际上，在条码应用最为广泛的日用百货超市里，店内条码依然占有一定的比例。

在我们的生活中，店内条码其实随处可见，如图3-8所示。当你在家乐福或是沃尔玛想购买一些散装的糖果或新鲜蔬菜时，你会先把它们放进一个塑料袋子里，超市的店员在称完商品的重量后，会将袋子封口，然后再将即时打印出来的一个小标签贴在图3-8 店内条码袋子上。这个小标签上标有商品的规格、重量、价格和条码。如果你细心的话，就会发现这个条码是以20～24之间的数字开头的，它就是店内条码。

和大多数人想象的不一样，店内条码并不是超市或企业自己随意制定的，也必须遵循相应的国家标准（GB/T18283—2008：商品条码 店内条码）。比如超市店内条码按国家标准规定必须是以“20～24”作为前缀。店内条码的编码分为两种：不包含价格等信息的13位代码和包含价格等信息的13位代码。

需要说明的是，店内条码是根据商品种类和价格由超市自己确定的，和能在国际上通用的商品条码不同，店内条码只能在超市自己的信息系统内使用，只能用于超市自己的结算、库存、配送和商品的管理。3.1.5 解读二维条码的方格迷宫

如今，在越来越多的杂志和报纸文章中，细心的读者在标题附近会看到一个方块形的类似于迷宫似的图案；拆开手机的后盖，在电池下面的电路板上，也会看到这样的图案，上面分布着密密麻麻的小黑点，这就是二维条码。去火车站买张火车票，火车票右下角也印有一个二维条码，还有潮男潮女热衷的手机二维条码。瞧，广告词听着都来劲，精彩生活，“码”上开始。

在我们的日常生活中，条码随处可见，漫步商场、书店、超市，每件商品都有条码记录其价格、品类和信息，条码是商品在流通领域的身份证。而我们非常熟悉的商品包装上的条码是一维条码，它只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，使用时通过这个代号调取计算机网络中的数据。一维条码有一个明显的缺点，即垂直方向不携带信息，故信息密度偏低。当初这样设计有两个目的：一是为了保证局部损坏的条码仍可正确辨识，二是使扫描容易完成。

受信息容量的限制，一维条码通常是对物品的标识，而不是对物品的描述。它对两个助手—计算机网络和数据库相当依赖。没有两个助手的鼎力协助，一维条码很难派上用场。在通用商品条码的应用系统中，对商品信息，如生产日期、价格等的描述必须依赖数据库的支持。

然而随着社会经济生活的进步，这种仅有身份识别功能的条码，也开始满足不了人们对日益繁多的商品的需求，于是二维码应运而生。最近几年开始有人提出一些储存量较高的二维条码。由于二维条码具有高密度、大容量、抗磨损等特点，所以更拓宽了条码的应用领域。而二维条码则可以在水平和垂直方向的二维空间存储信息，作为一种全新的自动识别和信息载体技术，二维条码能将图像、声音、文字等信息进行整合，从而增加搭载的信息量，二维码的数据存储量是一维码的几十倍到几百倍，就像是一个便携式的数据库。

要提高信息密度，又要在一个固定面积上印出所需信息，可用两种方法来解决：一是在一维条码的基础上向二维条码方向扩展；二是利用图像识别原理，采用新的几何形体和结构设计出二维条码。前者发展出堆叠式二维条码，后者则有矩阵式二维条码之发展，构成现今二维条码的两大类型，如图3-9所示。图3-9 常用的二维条码

堆叠式二维条码的编码原理是建立在一维条码的基础上，将一维条码的高度变窄，再根据需要堆成多行，其在编码设计、检查原理、识读方式等方面都继承了一维条码的特点，但由于行数增加，对行的辨别、解码算法及软体则与一维条码有所不同。较具代表性的堆叠式二维条码有49码、16K码、PDF417等。其中，49码是由戴维·阿利尔博士研制、Intermec公司于1987年推出的第一个二维条码，16K码是由特德·威廉斯于1988年推出的二维条码，PDF417码是由Symbol公司的留美华人王寅敬博士发明的。PDF是取英文Portable Data File三个单词的首字母缩写，意为“便携数据文件”，是目前应用最为广泛的堆叠式二维条码。

矩阵式二维条码是以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上，用点的出现表示二进制的“1”，不出现表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵码所代表的意义。其中点可以是方点、圆点或其他形状的点。矩阵式二维条码是建立在计算机图像处理技术、组合编码原理等基础上的图形符号自动辨识的码制。具有代表性的矩阵式二维条码有Data Matrix（DM）码、Maxi Code码、快速响应（QR，Quick Response）码等。Data Matrix（DM）是由美国国际资料公司于1989年推出的，是所有的二维条码中占地最小的，同时具有极高的纠错能力，适合直接刻印在物体表面。美国联合包裹服务（UPS）公司用于公司内部包裹分拣的Maxi Code，由于中间定位圈的存在，看起来就像是早期牛眼码的再生。QR码是由日本Denso公司于1994年9月研制的一种矩阵二维码符号，具有超高速识读、全方位识读、能够有效地表示中国汉字和日本汉字等特点。

目前，二维条码的国家标准包括《GB/T 17172—1997 四一七条码》和《GB/T 18284—2000 快速响应矩阵码》等。2006年5月，具有我国自主知识产权的紧密矩阵码（CM码）/网格矩阵码（GM码）二维条码码制正式被原信息产业部批准成为国家电子行业标准，即《SJ/T 11349—2006 二维条码 网格矩阵码》和《SJ/T 11350—2006 二维条码 紧密矩阵码》。从此，中国人依靠自己的创新能力，成功阻击了国外条码技术的长驱直入。3.1.6 当二维条码遇见手机

手机为二维码的应用打开了一方更加广阔和充满想象力的天地。我们知道，二维条码是由黑白方格组成的马赛克矩阵，它可以横向和纵向两个方位同时表达信息，因此能在很小的面积内表达大量的内容，且具有纠错能力强、识别速度快、全方位识读等特点。就是这样一个神奇的图案，配合以越来越高效的网络，借助于手机的扫码功能，即可轻而易举地获得丰富的信息。

手机二维条码的出现，为手机和网络的联运创造了无限可能，为我们打开了一条跨媒体的通道，它轻松地连接起了人们的日常生活和网络世界，尽管它与商业的结合散发出来的魅力因为稚嫩还有所局限，但一个新兴营销国度的开启，已经势在必然。而3G时代的到来，更是为手机二维码的应用开辟了无比广阔的应用空间。手机二维码是二维码技术在手机上的应用，通过手机的扫码功能对二维码进行扫描，快速获取二维条码中存储的信息。正是因为获取信息的便捷和快速，手机二维码在生活中也开始有了日益广泛的应用。手机二维码可以印刷在报纸、杂志、广告、包装以及个人名片上。用户使用手机扫描二维码或输入二维码下面的号码，即可实现快速手机上网，便捷地浏览网页，下载音乐、视频，获取优惠券，参与抽奖，了解企业产品信息，不用再经历输入网址、翻阅网页等繁琐的过程，实现手机“一键上网”。

2006年，当细心的朋友乘坐北京地铁时也许会发现，地铁通道内的广告牌出现了一种极为新鲜的宣传广告，就是“发送二维码为超女投票”的广告，广告的内容大概就是为超女投票可以通过两种方式：一种是发送特定号码，短信支持超女投票；另一种是用手机拍照二维码发送投票，如图3-10所示。图3-10 北京地铁站内的二维码广告

贴有二维码的蔬菜，只要轻轻一刷，就可以知道它的产地。在景区，用手机拍导览二维码，即可获取到景点导览信息，手机直接成为贴身导游。正在热映的电影口碑不错，带有场次和座位的电子票可直达手机。刊登在海报上的打折信息，通过手机拍照，就可拿到电子折扣券。杂志上的推介不够详细，直接登录Web网站，将网站交换过来的名片直接用手机一扫，就能马上进入对方的博客。这些移动商务概念，推出时曾做过种种关于移动未来手机的设想如今正在通过手机二维码真正走进人们的生活。随着通信技术的迅猛发展，以及3G时代的来临，二维码技术必定会为更多的人所了解和认知，并融入到人们的衣食住行等方方面面，影响并改变我们的生活习惯。

老婆是都市里的时尚一族，对一切吃喝玩乐的休闲信息都保持密切关注，街头的时尚杂志常常会有新店铺、酒吧的图文介绍，这也是老婆周末闲逛的主要信息来源。近年来，很多杂志彩页的一角上出现了一个小小的黑白条纹方形码，根据介绍指引，通过下载软件，用手机一扫，就可以登录店铺的WAP网站，更多详细的信息和图片立刻呈现眼前。

我有个在上海当老板的同学，平时他常常忙得四脚朝天，他的最大希望就是在休息时间抽空陪老婆孩子看场电影，尽尽做老公和老爸的义务。但是，热门电影常常买不到当场票，这是他感到最烦心的事。后来他发现，可以通过一种特殊的方法买到电影票，那就是用移动积分在网上兑换。与一般网络购票不同，当你兑换后，就会得到一个方方正正的抽象化的图案，并被告之可以凭这个图案去电影院看电影。从此朋友的烦恼没了，而这个图案，其实就是二维条码，也就是说，兑换完成之后，电影票的信息就会编在二维条码里，发送到你的手机上。此时，我们手机上的二维条码，其实就是一张电子电影票。这样的话，你到电影院门口的设备去识读一下，你就可以进场来观看影片了。

如果你要赶乘某个班次的火车，来不及预先去买票，怎么办？能不能用二维条码来购票乘车呢？现在我们就可以通过手机的WAP（无线应用协议，Wireless Application Protocol）上面开通这个服务，你可以在WAP网站上购买你的火车票，而且你可以比较准确地来预定你的时间，这样当你完成支付之后，系统就会自动把票的信息编在一个二维条码中，发送到你的手机上。到了火车站之后，用这个电子火车票在自助设备上识读一下，就可以把你的真实火车票打印出来。当然，下一阶段，火车站的检票口也可以实现电子验票，凭借一张电子票就可以直接登上列车，省去了转换这个环节。

在上海繁忙的人民广场地铁车站，1号线、2号线、8号线构成了一个错综复杂的交通网络，该坐哪辆车，该怎么换乘，在哪里换乘，这些看似简单的问题，往往容易让人感到困扰。不过，如果你细心观察，你会发现在每个通道口都有一个不太引人注意的图案—二维码，用手机对着它照一下，手机就会出现一个网址，进入这个网址，轨道交通的所有信息也就一目了然了。二维码的应用领域还有很多，比如说现在网络上就有一种软件，可以直接将自己的信息转换成二维码，然后将这些二维码印在名片上，别人只要使用手机拍一下，就会看到相关的信息了。

由此可见，手机二维码就是一种内部存入了有关信息的特殊几何图案，它会随着信息的改变而改变。手机二准码是横纵排列的，这样就能大大提高它的信息容量。而在读取上，手机二维条码可分为主动读取和被动读取两种。所谓主动读取，就是说手机作为拍摄体，去拍摄印刷品上的二维条码。被动读取是把二维条码传输到手机上显示出来，然后另外用专用的设备去照射。也就是说，如果你用手机去拍摄印有二维条码的图案，就是主动读取，当手机内已经存入一个二维条码的图案，用特殊设备来识别它，就是被动读取。

我们知道，一维条码往往打印在纸张上或者塑料袋上，容易损坏。现在二维条码储存在手机里，手机显示又会受到亮度、对比度等因素影响，这对于二维码来说，会不会受到识别干扰呢？虽然二维码本身有一定的容错能力，即当你的屏幕有一定的磨损、污损、脏污，或有一些划痕的时候，只要它在一定的比例之内，二维码还是可以顺利读取的。但是如果损坏的面积太大，那一定是会影响到二维码的读取的。此外，还有它的横竖比例，不能拉伸得太多。包括它在识别的时候，倾斜的角度不能太大。二维码，不管是印在纸张上的，还是显示在手机屏幕上的，最终还是要被相应的设备仪器所识别，所以首先要保护好图形的完整性。如果是显示在手机屏幕上，在扫描之前，需要打开手机的背光功能。相对而言，印在纸张上的二维码就更容易被识别了。

随着二维码在商业领域的广泛应用，它的功能也会越来越完善，国外有些地方对于二维码情有独衷，因为它的出现大大方便了人们的生活。在日本，在大街小巷都会看到各种不同的二维码，它是指路用的。只要拿手机对着它照一下，就能知道自己身在何处。即使是第一次来到这里，也不用怕迷路。

不过，尽管二维码作用很大，能够存入比一维条码多得多的信息，但还是无法承载图像、视频等超大的流媒体信息。其实按照标准的二维码的编码规范，你的二维码图形的面积越大，它可以储存的信息量也是越大的。但是，由于手机屏幕是有一定大小限制的，尤其是咱们中国的手机种类特别复杂。所以，现在的手机二维码信息，能储存的大概是100个汉字以内，不会太多。这么一个长度，应付我们大部分的应用是绰绰有余了。但如果利用二维码来储存图片或者视频短片，就有些困难了。如何解决这个难题呢？3G、网络技术的提升，很多信息都在因特网和用品上，都是可以方便地存储的。此时，我们所需要得到的是一个方便快捷的索引介质，二维码作为一个人机交互的理想载体，是可以承担这个功能的。它可以让你很方便地找到你所需要的东西，而未必需要在二维码本身里面，把所有完整的信息存进去。

近年来，随着网络的迅速发展和扩张，网络安全问题显得越来越重要，引起大家，特别是手机二维码用户的极大关注。其实，手机二维码在开展应用的时候，都已经采用了非常高级别的安全加密，是对业务信息进行加密，这样其他用户就无法伪造这个二维码了。比如说，电影票上的二维码是经过高级加密的，把这个二维码用扫描设备识别一下，你会发现读出来的信息是乱码。在传输过程中，你想破解它的规律，来伪造另一张合法电影票，基本上是无法实现的。只有传输到后台系统，后台系统再进行解密之后，才能还原到最初的业务信息。在我们普通消费者和普通玩家这边，你要想破解，这几乎是不可能的。从技术角度来看，手机二维码如果用于一般的商业用途，基本上不会出现安全隐患，而对于掌握各种二维码生成源程序的厂家来说，都可以在生成手机条码的过程中采用二维码内部的加密，对二维条码进行防盗和防伪。

日本和韩国是手机二维码应用最为普及的国度。在韩国，二维码有着一个有趣的称谓—Magic Code（魔码），颇有无处不在、无所不能的意味。而日本的二维码应用更为广泛，名片、户外广告、杂志、产品包装上，到处都印着二维码，人们可以通过二维码获得非常多的应用。在日本市场基于二维码的识读应用上，手机二维码占据了80%以上的市场份额。早在2005年，亚马逊（Amazon）就注意到了日本市场的风向，这家电子商务巨头为自己打造的潮流是鼓励用户在购买其网上服装的同时，下载一个标识着该商品的二维码并印贴在衣服上，如果旁人对这身装束感兴趣，可以用手机扫描上网，直达亚马逊的商品页面，而做了中介推销的这位顾客，则可以从亚马逊那里获得一定的佣金。3.2 电子标签：物联网的第二代身份证

在大型超市购物，最“痛苦”的事恐怕莫过于结账—面对排起的长龙，收银员不停地扫描着购买的每件商品，遇到“扫”不出来时，又不得不手工操作，输入商品的序号，然后收款、找零、装袋—多么繁琐。在长长的队列中，顾客会不时发出不耐烦的感叹声。也难怪，购物本该是一种享受，如此的购物和结账方法让人无可奈何。都e时代了，难道就没有解决的办法？

IBM曾经有一则电视广告播放率很高，富有创意，留给观众抹不去的记忆：在没有售货员的超市，一位穿着潇洒的男子东张西望（有意误导），不时地将看好的商品往自己风衣里揣。然后，此君一脸得意地冲过没有收银员的门槛。这时，超市的一位保安很有礼貌地将其拦下（故弄玄虚），出人意外地把打印出的结账清单递给他，此时电视屏幕上赫然出现“IBM，一切就这么方便！”虽然很多人会觉得IBM的广告是对未来的一个美好憧憬，但事实已在我们身边悄然发生。

不久的将来，当我们走进超市按需选取商品后，将可以免去排队付款等一切烦琐的手续，更无商品伪劣假冒之忧。这不是痴人说梦，而是“物联网”给我们带来的购物方便。这一购物过程的完成，都依赖于射频识别（或称电子标签）技术。商家在商品包装过程中加入电子射频标识—高技术含量的芯片，可视为包装商品的“智能大脑”。当你满意地提着所购商品不辞而别时，“付款没商量”，你的购物款已悄然在银行的记账卡上被划走。

近年来，射频识别技术的应用急剧增长。尤其是电子产品代码（EPC）和物联网的概念提出之后，基于RFID技术的可用于单品识别的物联网平台给人们提供了无限的想象空间，使得RFID一时成为全球关注的热点。随着射频识别（RFID）的发展和普及，贴有电子标签的商品随处可见。与我们将第一代居民身份证换发为第二代居民身份证一样，商品的身份证也在“升级”。作为物联网的第二代身份证，电子标签将伴随商品从仓库到商店再到购买者，甚至一直到变成垃圾的整个生命过程。同时，顾客还可以通过这种智能标签直接了解他们所需要的商品，并立刻得到带有标签的商品的有关信息。3.2.1 探探RFID的源头

一天，中国四川大熊猫保护区的工作人员泰勒被大山深处传来的一声枪响所震惊，而随即出现在监视跟踪器上闪烁的红灯告诉泰勒，刚刚装上项脖式跟踪器的一只熊猫妈妈遇到了麻烦……这是美国电影《小猫熊历险记》所描绘的一个场景，如图3-11所示，片中所说的熊猫妈妈身上的项脖式跟踪器，实际上就是一个做成项链的电子标签。图3-11 美国电影《小猫熊历险记》

能量是RFID存在的基础，电磁能是自然界存在的一种能量形式。人们对电磁能的认识可以追溯到公元元年，那时人们就发现并开始利用天然磁石，并用磁石制成了指南针。到了近代，越来越多的人对电、磁、光进行深入的观察和数学基础研究，其中包括著名美国科学家富兰克林。1846年，英国科学家法拉第发现了光波与电波均属于电磁能量。1864年苏格兰科学家麦克斯韦发表了他的电磁场理论。1887年，德国科学家赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论并演示了电磁波以光速传播并可以被反射，具有类似光的极化特性，赫兹的实验不久也被俄国科学家波普重复。1896年，马克尼成功地实现了横越大西洋的越洋电报，从此开创了利用电磁能量为人类服务的先河。1922年雷达诞生，作为一种识别敌方空间飞行物（飞机）的有效兵器，雷达在第二次世界大战中发挥了重要的作用，同时雷达技术也得到了极大的发展。至今，雷达技术还在不断发展，人们正在研制各种用途的高性能雷达。

任何新技术的产生和发展都源于实际应用的需要，RFID技术也不例外。RFID技术是无线电广播技术和雷达技术的结合。雷达采用的是无线电波的反射和反向散射理论，而无线电广播技术是关于如何使用无线电波发射、传播和接收语音、图像、数字、符号的技术。

RFID在历史上的首次应用可以追溯到第二次世界大战期间。1942年，因为被德军占领的法国海岸线离英国只有40km（25mil），英国空军为了识别返航的飞机，就在盟军的飞机上装备了一个无线电收发器。当控制塔上的探询器向返航的飞机发射一个询问信号，飞机上的收发器接收到这个信号后，回传一个信号给探询器，探询器根据接收到的回传信号来识别敌我。这是有记录的第一个RFID敌我识别（IFF，Identify Friend or Foe）系统，也是RFID的第一次实际应用，如图3-12所示，这一技术至今还在商业和私人航空控制系统中使用。

到了20世纪70年代末期，美国政府通过Los Alamos科学实验室将RFID技术转移到民间。RFID技术最初的商业上的应用是在牲畜身上。到了20世纪80年代，美国与欧洲的几家公司开图3-12 二战时的RFID敌我识别系统始着手生产电子标签。RFID技术已经被广泛应用于各个领域，从门禁管制、牲畜管理，到物流管理，皆可以见到其踪迹。

RFID技术是直接继承雷达的概念，并由此发展起来的一种新的自动识别技术。1945年，特雷门（Theremin）为前苏联发明了第一个基于RFID技术的情报用装置。1948年，哈里·斯托克曼（Harry Stockman）的论文“利用能量反射的方法进行通信”发表在无线电工程师协会（IRE，Institute of Radio Engineers）（IEEE的前身）的论文集中，奠定了RFID的理论基础，成为RFID理论发展的里程碑。Stockman预言：“显然，在能量反射通信中的其他基本问题得到解决之前，在开辟它的实际应用领域之前，我们还要做相当多的研究和发展工作。”事实正如他所预言，在RFID成为现实之前，人类花了大约30年时间才解决了他所说的问题。

20世纪50年代是RFID技术和应用的探索阶段。远距离信号转发器的发明扩大了敌我识别系统的识别范围。Harris的“使用可模式化的被动反应器的无线电波传送系统”提出了信号模式化的理论和被动标签的概念。

1961至1980年期间RFID变成了现实。反向散射理论以及其他电子技术（如集成电路和微处理器）的发展为RFID技术的商业应用奠定了基础。20世纪60年代出现了RFID技术的第一个商业应用系统—商品电子防盗系统（EAS，Electronic Article Surveillance）。贵重商品被贴上1bit码的电子标签，并在商店门口装置一个探测器。当顾客携带被盗的商品经过门口的探测器时，探测器会自动报警。1977年，美国的RCA公司运用RFID技术开发了“机动车电子牌照”。另外，RFID在动物追踪、车辆追踪、监狱囚犯管理、公路自动收费以及工厂自动化方面也得到了广泛应用。

20世纪90年代，RFID技术在美国的公路自动收费系统得到了广泛应用。1991年，美国奥克拉荷马州出现了世界上第一个开放式公路自动收费系统。装有电子标签的汽车在经过收费站时无需减速停车，按正常速度通过，固定在收费站的读写器识别车辆后自动从账户上扣费。这个系统的好处是消除了因为减速停车造成的交通堵塞。RFID公路自动收费系统在许多国家都得到了应用。RFID的其他应用包括汽车门遥控开关、停车场管理、社区和校园大门控制系统等。20世纪90年代末，随着RFID应用的扩大，为保证不同RFID设备和系统的相互兼容，人们开始认识到建立一个统一的RFID技术标准的重要性。EPCglobal（全球电子产品码协会）就应运而生了。EPCglobal是由UCC（北美统一码协会）和EAN（欧洲商品编码协会）共同发起组建的专门负责制定RFID标准的机构。

进入21世纪初，RFID标准已经初步形成，第二代标准已于2004年年底公布。2003年11月4日，世界零售业巨头沃尔玛宣布，它将采用RFID技术追踪其供应链系统中的商品，并要求其前100大供应商从2005年1月起将所有发运到沃尔玛的货盘和外包装箱贴上电子标签。沃尔玛的这一重大举动揭开了RFID在开放系统中运用的序幕。在这一RFID冲击波效应影响下，中国已经认识到RFID技术在供应链管理中的重要性并加入到RFID世界标准的制定工作中，建立中国自己的标准。3.2.2 9527是我的终身代号

RFID技术虽然是“小荷才露尖尖角”，但已显示出强大的生命力，应用范围十分广泛，发展前景让人乐观。射频技术与条码分属两种不同的技术，有不同的适用范围，有时会有重叠。两者之间在有无写入信息能力、能否实现远距离识别和批量识别、运营成本等方面有着较大区别。经过实地检验，沃尔玛的零售商场和配送中心应用RFID技术后，其货物短缺率和产品脱销率降低了16%，商品库存管理效率提高了10%左右，商品补货速度较之以前提高了3倍左右，商场（超市）补货效率加快63%，零售商场和配送中心的商品平均库存量降低了10%。

与传统条码识别技术相比，RFID的优势在于以下几点。（1）为每件物品分配唯一的标识

以往使用条码，由于长度的限制，物流行业只能给每一类产品定义一个类码，就是说，一批牛奶，不管保质期是哪一天，他们在商场的代码都是一样的，商场无法通过代码判断每一件产品的准确库存周期。RFID彻底抛弃了这种限制，现在所有的产品都可以享受独一无二的ID。这对ERP和SCM（供应链管理）系统来说是一种革命性的突破。每个电子标签具有唯一性，意味着系统可以识别单个物体。如果未来的某一天你在街头看到某个人的脖子上挂着嵌有电子标签的项圈，或者穿着印制有电子标签、可重现个人行踪的个性T恤，或者在裸露的皮下组织注射电子标签、千万不要觉得奇怪，因为这是每个物品（包括人类）在这个世界上独一无二的数字代号，就像9527代表周星驰演的唐伯虎在华府做下等佣人使用的编号，如图3-13所示。图3-13 唐伯虎在华府的终身代号：9527（2）扫描速度快

条码扫描仪一次只能扫描一个条码，读写器可同时识别和读取数个电子标签。无需接触，读写器就能够直接读取信息至数据库，一次性处理多个标签，并将处理的状态写入标签。RFID读写器的扫描速度是传统条码技术所不能相提并论的，RFID的读卡器每250ms便可从电子标签中读出商品的相关数据。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。这就意味着，在使用RFID

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