《電子技術(shù)應(yīng)用》
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深度解讀未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)

2016-10-20

  未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)是可提供無(wú)限多的互聯(lián)網(wǎng)IP地址和唯一標(biāo)識(shí)碼,通過互聯(lián)網(wǎng),、有線和無(wú)線通訊以及光、電,、生物傳導(dǎo)等各種信息傳輸線路有機(jī)組合的通道,實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的全球物聯(lián)網(wǎng),。

  本文提出了未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的概念,,為未來(lái)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的萬(wàn)物互聯(lián)功能奠定基礎(chǔ)。未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)是可提供無(wú)限多的互聯(lián)網(wǎng)IP地址和唯一標(biāo)識(shí)碼,,通過互聯(lián)網(wǎng),、有線和無(wú)線通訊以及光、電,、生物傳導(dǎo)等各種信息傳輸線路有機(jī)組合的通道,,實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的全球物聯(lián)網(wǎng)。

  未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)從概念的提出,,到研制和應(yīng)用過程,,將是人們對(duì)未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)不斷完善和創(chuàng)新的過程,也將是對(duì)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)軟硬系統(tǒng)和信息技術(shù)的不斷挑戰(zhàn)和創(chuàng)新過程,,具有深遠(yuǎn)意義,。

  未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)是在為現(xiàn)有的和繼續(xù)建的互聯(lián)網(wǎng)+的信息孤島和碎片狀的物聯(lián)網(wǎng)之上構(gòu)建的一個(gè)物理世界的萬(wàn)物互聯(lián)通道,主要由信息傳輸組合通道,、唯一標(biāo)識(shí)碼讀寫系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)和信息安全的保障體系、完整的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等構(gòu)成,,供愿意通過未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)跨單位,、跨部門、跨地域,、跨國(guó)家地進(jìn)行信息互聯(lián)互通的用戶選擇使用,。

  在2015年瑞士達(dá)沃斯經(jīng)濟(jì)論壇的座談會(huì)上,世界互聯(lián)網(wǎng)巨頭谷歌公司的執(zhí)行董事長(zhǎng)埃里克·施密特大膽預(yù)言:互聯(lián)網(wǎng)即將消失,,一個(gè)高度個(gè)性化,、互動(dòng)化的有趣世界——物聯(lián)網(wǎng)即將誕生,。施密特的此番言論可謂互聯(lián)網(wǎng)公司自我顛覆,意義深遠(yuǎn),。當(dāng)前,思科,、AT&T,、Axeda、亞馬遜,、蘋果,、通用電氣、谷歌與IBM等在內(nèi)的美國(guó)公司都在布局物聯(lián)網(wǎng),,爭(zhēng)相搶占在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)地位,。

  依照習(xí)近平主席在第二屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上提出的國(guó)際社會(huì)應(yīng)該在相互尊重、相互信任的基礎(chǔ)上,,加強(qiáng)對(duì)話合作,,共同構(gòu)建和平、安全,、開放,、合作的網(wǎng)絡(luò)空間的原則;根據(jù)我們掌握的中國(guó)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成員單位和國(guó)內(nèi)有關(guān)企業(yè)多年在構(gòu)建未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)所需的核心技術(shù)進(jìn)行研究所取得的成果,在此將領(lǐng)先世界水平的,、以具有中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)支撐構(gòu)思的未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)做如下簡(jiǎn)介:

  一,、未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)

  隨著社會(huì)從互聯(lián)網(wǎng)得到人與人信息互聯(lián)服務(wù)需求,快速轉(zhuǎn)為從物聯(lián)網(wǎng)得到人與人,、人與物,、物與物的信息互聯(lián)服務(wù)需求的增加,信息化正在從互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,。人們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)做了多年的研究和應(yīng)用,,但是,在物聯(lián)網(wǎng)的定義和認(rèn)識(shí)上還有很大的不同,。因受技術(shù)瓶頸和地域等的限制,,構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)不僅形態(tài)各異,大小不一,、相互割裂,,互聯(lián)困難,還存在時(shí)效性,、整體性,、完整性、兼容性,、安全性和擴(kuò)展性等諸多方面的缺陷,,滿足不了提供萬(wàn)物互聯(lián)的服務(wù)需求,。

  未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)是可實(shí)現(xiàn)將全球物理世界中任意多有需求的萬(wàn)物互聯(lián)的網(wǎng)。因此,,未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)一方面是將互聯(lián)網(wǎng)延伸,,解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的lP地址有限的問題,可提供無(wú)限多的lP地址,,滿足所有需要的物通過lP地址互聯(lián)的需求,。另一面未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)可提供無(wú)限多唯一標(biāo)識(shí)碼,將不能或不必要接入互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)限多可識(shí)別物的信息,,經(jīng)過所有可傳輸這些信息的有線,、無(wú)線、光電等通訊通道實(shí)現(xiàn)互聯(lián)需求,。

  在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)中,,互聯(lián)網(wǎng)將弱化為一種信息通道(通訊工具),與其它各種通訊通道(通訊工具)一起構(gòu)成實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)信息通道(通訊工具)體系,。未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)按照不同的需求,、不同的地域或行政區(qū)所屬關(guān)系,可將已建的和不斷新建的不同類型,、大小不一或分層的物聯(lián)網(wǎng)融合為一體,,形成可增長(zhǎng)的整體物聯(lián)網(wǎng)群。未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)獨(dú)立的物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)外聯(lián)接方式可采用適合的一種或多種信息通道(通訊工具)傳輸信息來(lái)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián),。如同人們可選用現(xiàn)代交通提供的航空,、水路、公路等和步行自由出行一樣,。

  未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)將引發(fā)現(xiàn)有信息技術(shù)在數(shù)制,、CPU、存儲(chǔ)器,、傳感器,、智能終端、智能制造,、智能社會(huì),、軟件編程方法、操作系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),、多網(wǎng)融合、網(wǎng)絡(luò)安全等諸多領(lǐng)域的變革和創(chuàng)新,。未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)完善現(xiàn)有信息技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)鏈,。由于這種變革和創(chuàng)新大多在頂層和底層進(jìn)行,不需改變匯編和高級(jí)語(yǔ)言,,對(duì)應(yīng)用層沒有影響,,會(huì)兼容和增強(qiáng)現(xiàn)有的信息化成果,。

  未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)將使目前的各種互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)企業(yè),將使各類互聯(lián)網(wǎng) 的應(yīng)用,,將轉(zhuǎn)化為物聯(lián)網(wǎng) 的應(yīng)用,。其中,許多互聯(lián)網(wǎng) 應(yīng)用,,將通過增配智能終端或智能硬件,,從智慧型應(yīng)用轉(zhuǎn)升為感知可控的智能型應(yīng)用。

  未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)將比現(xiàn)在的分散物聯(lián)網(wǎng)可更直接,、有效和廣泛地參與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)管理,通過提供更準(zhǔn)確可靠的感知可控的智能化服務(wù),,顯著提高生產(chǎn)能力和管理水平,,促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)文化和人民生活水平的快速發(fā)展和提高,。

  二,、未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)

  未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)向下要擔(dān)負(fù)實(shí)現(xiàn):與現(xiàn)在IPV4和IPV6互聯(lián)網(wǎng)兼容、還要提供無(wú)限多的IP地址,,完成國(guó)內(nèi)外有關(guān)國(guó)家政府和國(guó)際大公司正在投巨額資金研究的下一代互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)同時(shí),,還要提供無(wú)限多的唯一標(biāo)識(shí)碼,實(shí)現(xiàn)前所未有的互聯(lián)網(wǎng)與多網(wǎng)融合的萬(wàn)物互聯(lián)的功能研究,,才能成為代表物理世界萬(wàn)物信息的完整物聯(lián)網(wǎng),。

  未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)向上要擔(dān)負(fù)實(shí)現(xiàn):與在物理世界和信息世界已經(jīng)形成并正在快速增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)空間的信息對(duì)接互聯(lián)的目標(biāo),應(yīng)具有與網(wǎng)絡(luò)空間的“空間網(wǎng)”(名稱待定)融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),,成為網(wǎng)絡(luò)空間的“空間網(wǎng)”(名稱待定)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之一,。

  因此、要實(shí)現(xiàn)未來(lái)物聯(lián)網(wǎng),,需要對(duì)現(xiàn)有的信息技術(shù)首先在以下幾方面進(jìn)行顛覆性變革和創(chuàng)新:

  1,、二的冪進(jìn)制數(shù)

  當(dāng)前計(jì)算機(jī)使用的二進(jìn)制數(shù)存在天然缺陷,如:同樣字長(zhǎng)的二進(jìn)制表示的數(shù),,僅是二的冪進(jìn)制表示的數(shù)一半,。研制二的冪進(jìn)制數(shù)CPU

  和存儲(chǔ)器,在使用同樣集成電路工藝時(shí),,計(jì)算速度和存儲(chǔ)容量會(huì)顯著提高,。

  2、新計(jì)算機(jī)體系

  當(dāng)前計(jì)算機(jī)體系采用的是單軸計(jì)算?,F(xiàn)提出的將指令的操作碼和操作數(shù)分開處理的方案,,運(yùn)行時(shí)還是單軸計(jì)算。使用二的冪進(jìn)制CPU和存儲(chǔ)器后,,有利于研制出雙軸或多軸計(jì)算機(jī)體系,,可大大提高計(jì)算機(jī)的計(jì)算效率,。

  3、無(wú)限增長(zhǎng)量(天量)數(shù)據(jù)的快速檢索

  計(jì)算機(jī)運(yùn)行中實(shí)際計(jì)算占用的時(shí)間很短,,大量被檢索參加計(jì)算的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)的地址時(shí)間占用,。無(wú)限增長(zhǎng)量(天量)數(shù)據(jù)的快速檢索技術(shù)不僅可提高計(jì)算機(jī)的尋址速度,更大的功能是支撐未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)可提供無(wú)限多的IP地址和無(wú)限多唯一標(biāo)識(shí)碼的技術(shù),。

  4,、軟件編程的指導(dǎo)思想

  軟件是通過計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)(信息)的工具。在現(xiàn)有的“軟件定義一切”的認(rèn)識(shí)指導(dǎo)下,,軟件編程的大量工作是在一步一步地對(duì)所有相關(guān)數(shù)據(jù)按人的主觀意識(shí)去驅(qū)動(dòng);不僅費(fèi)時(shí)和費(fèi)力,,且成本高、維護(hù)難,、可靠性和擴(kuò)展性也很差,。軟件編程應(yīng)在“軟件描述一切”的認(rèn)識(shí)指導(dǎo)下,通過描述數(shù)據(jù)流動(dòng)的規(guī)則去讓數(shù)據(jù)自動(dòng)按規(guī)則流動(dòng),,就會(huì)提高軟件編程的效率和質(zhì)量,。

  5、沒有BUG的軟件編程方法

  當(dāng)前在軟件行業(yè)流行軟件編程中存在BUG是不可避免的說(shuō)法,。但是,,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)軟件本身的安全要求很高,特別是因軟件原因可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果的應(yīng)用,,對(duì)軟件的要求是絕對(duì)不能有BUG存在,。采用面向事實(shí)的分析(Fact-OrientedAnalysis)、面向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)(Frame-OrientedDesign),、面向形式的編程(Form-OrientedProgramming)的FO軟件開發(fā)方法和對(duì)按物聯(lián)網(wǎng)需要相聯(lián)的每個(gè)物客觀存在的多維屬性,,如實(shí)完整地進(jìn)行描述和引用,就可避免軟件編程中BUG的存在,。

  6,、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

  當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有4個(gè)版本存在。最早提出和在美國(guó)軍方建立和應(yīng)用的計(jì)算機(jī)間聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)1.0,、以現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的因特網(wǎng)為代表的互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2.0,、以美國(guó)谷歌公司建立的B4網(wǎng)絡(luò)為代表的軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)3.0,鮮為人知的136X工程的基于遺傳基因特征的浮云分層的網(wǎng)絡(luò)空間信息世界EM258.com的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.0,。這4個(gè)版本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中,,只有EM258.com的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.0滿足未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)提供無(wú)限多的IP地址和無(wú)限多唯一標(biāo)識(shí)碼的需求。但是,,EM258.com的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)4.0是為網(wǎng)絡(luò)空間設(shè)計(jì)和運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),,在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)中引用,還需進(jìn)行軟件上裁減和硬件上的完善工作。

  涉及未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的這些核心技術(shù)有些已有理論,、有些已報(bào)專利,,其中大部分技術(shù)通過實(shí)際應(yīng)用的初步檢驗(yàn)。如果將這些核心技術(shù)集合使用,,我國(guó)就已具有了開始進(jìn)行構(gòu)建未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)軟,、硬件和系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)條件。

  三,、構(gòu)建未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的意義

  互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)明和應(yīng)用,,對(duì)改變?nèi)藗兊纳詈桶l(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的促進(jìn)效果是非常巨大的。過去,,在互聯(lián)網(wǎng)興起的時(shí)候,,由于在技術(shù)上的差距,我國(guó)不可能研制出有主權(quán)的互聯(lián)網(wǎng)在世界推廣使用,。顯然,,沒有互聯(lián)網(wǎng)的主控權(quán),對(duì)國(guó)家安全帶來(lái)的不安全因素也是巨大的,。

  習(xí)近平主席指出:大國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全博弈,不單是技術(shù)博弈,,還是理念博弈,、話語(yǔ)權(quán)博弈。在今日互聯(lián)網(wǎng)將消亡,、物聯(lián)網(wǎng)將興起的時(shí)候,,是中國(guó)構(gòu)建未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的好時(shí)機(jī)。

  在還原論哲學(xué)思想主導(dǎo)下,,過去幾十年里西方計(jì)算機(jī)技術(shù)得到快速發(fā)展,。但是隨著信息化的深入,計(jì)算機(jī)需要處理的非線性數(shù)據(jù)越來(lái)越多,,對(duì)處理線性數(shù)據(jù)有優(yōu)勢(shì)的數(shù)字計(jì)算機(jī),,數(shù)據(jù)處理的難度在不斷增加,同時(shí)計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展也遇到甁頸,。

  在思維模式方面,,在東方長(zhǎng)期以來(lái)是整體論哲學(xué)思想占主導(dǎo),只是在近一百多年里,,基于還原論哲學(xué)思想的近代科學(xué)成為了主導(dǎo),。研究表明:整體論哲學(xué)思想和中華文明中有許多便于處理非線性數(shù)據(jù)和有利于對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件創(chuàng)新的理念。上述的未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)中,,有許多的創(chuàng)新技術(shù)就來(lái)源于這些理念的一部分,。

  由于構(gòu)建未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)都是信息技術(shù)的頂層和底層技術(shù),一旦這些技術(shù)在構(gòu)建未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)中完善和成熟,經(jīng)廣泛推廣應(yīng)用,,將對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件的研制發(fā)展,,對(duì)云計(jì)算、大數(shù)據(jù),、移動(dòng)通訊,、系統(tǒng)集成、智能制造等諸多有智能,、智慧需求的計(jì)算機(jī)應(yīng)用帶來(lái)不可估量的創(chuàng)新發(fā)展,,將促進(jìn)信息技術(shù)進(jìn)入新的時(shí)代。

  特別是未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)采用樹結(jié)構(gòu)提供無(wú)限多的IP地址和無(wú)限多的唯一標(biāo)識(shí)碼,,IP地址和唯一標(biāo)識(shí)碼解析都是按邏輯結(jié)構(gòu)即刻自動(dòng)解析,,沒有現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)似的根服務(wù)器。將來(lái)在全世界各國(guó)推廣使用未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)時(shí),,由于各國(guó)的IP地址可分別在自己的一個(gè)枝叉上,,完全可以由本國(guó)掌控,不受制于他國(guó),,因此會(huì)非常安全,。

  按照這種技術(shù)構(gòu)建的未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)沒有主控權(quán),容易被世界各國(guó)接受,,符合習(xí)近平主席提出的國(guó)際社會(huì)應(yīng)該在相互尊重,、相互信任的基礎(chǔ)上,加強(qiáng)對(duì)話合作,,共同構(gòu)建和平,、安全、開放,、合作的網(wǎng)絡(luò)空間的原則,。事實(shí)上,只有全世界各國(guó)都支持和使用未來(lái)物聯(lián)網(wǎng),,未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)才能真正實(shí)現(xiàn)將全世界萬(wàn)物互聯(lián)的作用,。

  中國(guó)是負(fù)責(zé)任的大國(guó),有責(zé)任引導(dǎo)各國(guó)平等合作構(gòu)建未來(lái)物聯(lián)網(wǎng),,為全世界信息化的發(fā)展做出貢獻(xiàn),。


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