隨著時代的發展,中國已經逐步進入了老齡化社會,以后我們社會面臨的現狀將是一對年輕的夫妻,在照看自己小孩的同時,還要照看2~6對老人,這就為全社會出了一個難題。每家都雇保姆,顯然不現實;那么,只能通過科技的手段來解決這個問題了,靠提高家庭的生活品質、方便家庭與外界的信息交互、用傳感節點感知家里發生的情況等,這就為家庭物聯網的實現奠定了社會基礎。 ?
物聯網的概念正大行其道,也使人們看到了社會未來的發展趨勢,然而物聯網大部分卻停留在概念階段,真正規模應用還有待時日。家庭區域相對狹小、需求比較明確,最有可能優先實現物聯網的應用。它不只是現代家庭現實的需要(照看老人、孩童),更是人們日益增強的家庭安全
家庭物聯網應用領域
寒冷的冬季,供暖系統使北方城市家庭充滿溫暖,而當白天大部分人離家上班的時候,空空的房間仍溫暖如春。我們需要一個智能化的供暖控制系統。在生產安全領域,在食品衛生領域,在工程控制領域,在城市管理領域,在人們日常生活的各個方面,甚至在人們的娛樂活動中,都需要建立隨時能與物體溝通的智能系統。通過裝置在各類物體上的電子標簽(RFID),傳感器、二維碼等經過接口與無線網絡相連,從而給物體賦予智能,可以實現人與物體的溝通和對話也可以實現物體與物體相互間的溝通和對話。在電度表上裝上傳感器,供電部門隨時都可知道用戶的用電情況,實現用電檢查、電能質量監測、負荷管理、線損管理、需求側管理等高效一體化管理,一年來降低電損。在電梯裝上傳感器,當電梯發生故障時,無需乘客報警、電梯管理部門會借助網絡在第一時間得信息,以最快的速度去現場處理故障。
發展歷程
1999年,物聯網的概念就已被提出,10年間,世界各國都在加緊研究。物聯網的發展共分為四個階段:第一個階段是大型機、主機的聯網,第二個階段是臺式機、筆記本與互聯網相聯,第三個階段是手機等一些移動設備的互聯,第四階段是嵌入式互聯網興起階段,更多與人們日常生活緊密相關的應用設備,包括洗衣機、冰箱、電視、微波爐等都將加入互聯互通的行列,最終形成全球統一的“物聯網”。
對于互聯網來說,20世紀80年代是黃金時代,這段時間出了一個知名的人物——鮑勃?卡恩(BobKahn),他被人們稱為互聯網之父(被賦予同樣稱呼的人還有好幾個)。在為互聯網做出卓越貢獻的同時,他也非常有遠見的為另一個始于上世紀80年代的項目——分布式傳感網(DistributedSensorNet,簡稱DSN)——做了奠基。在那個年代,傳感器遠比我手上的這個大得多,要用一輛卡車來拉。這么大的傳感器作為一個個節點組織在一起,通過微波彼此相連,就組成了傳感網。 ??
? ? 龐大的傳感器在體積方面跟不上人們對其功用上的期望,于是研究者們就開始思考能不能把它做得小一點、再小一點。于是,在上世紀90年代,“智能微塵”(SmartDust)這個很有意思的概念出現了,提出者是KrisPister,他是加州大學伯克利分校的教授。這一概念認為可以將計算和通訊集成在約1~2平方毫米的超微型傳感器中,用以對周圍環境的參數進行探測。其核心的成分是微電機系統(Micro-Electro-MechanicalSystem,簡稱MEMS;這個概念在當時引起非常大的轟動),該系統中可以集成很多和機械有關的傳感器。 ?
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? ? 當時KrisPister這批人有一個幻想——在蒲公英上面懸掛一個傳感芯片,蒲公英飛到哪里就探測哪里的信號,再把信號傳遞回來。雖然只是一個假想,但當時真有科學家信心百倍地投入其中,并且還把所需的數據算出來了。比如有空氣動力學專家計算出了芯片應有的重量等等。在2001年,加州大學伯克利分校的實驗室真做出了這種理想中的芯片雛形,比米粒還小,可謂“細如發絲,薄如蟬翼”。他們送給了我一個,當時我還精心包裝了一下??上ё罱也坏搅?,特別遺憾。倘若芯片里面還有電留存的話,說不定我就能通過網絡定位到它的“安身之所”了。 ?
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? ? 在這一時期,有三所高校和研究機構在傳感器領域處于領軍地位,一是加州大學伯克利分校(以KrisPister為代表,他們提出了“智能微塵”理論),另外兩個是加州大學洛杉磯分校(他們提出了“微無線技術”)和施樂帕克研究中心(XeroxPARC)。施樂帕克研究中心的團隊主要由我帶領,我們做的是傳感信息處理和“智能物質”(SmartMatter),希望能把計算、微電機系統放到物理世界中,與“智能微塵”也有非常緊密的聯系。 ?
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? ? 自本世紀初以來,對于傳感的研究越來越受到人們的重視,有很多學校和大公司的研發機構開始進行了類似的研究,并有許多新興公司借此東風異軍突起。將傳感器連接成“網”或“系統”,就成了傳感網。除了傳感網以外,類似的概念也相繼提出,比如“CyberPhysicalSystem”和“InternetofThings”(簡稱IOT)。相較而言,IOT的概念在提出的初期更接近于日常生活,比如常見的RFID(RadioFrequencyIdentification,射頻識別)技術就是它的一部分。 ??
? ? ?關于傳感網和物聯網的歷史,若從大的傳感器開始算起,傳感網誕生至今應有30年了;而若從微傳感網(MicroWirelessSensorNetwork)來說,應該僅有15至20年:微傳感網始于上世紀90年代,那個時期的人們剛剛提出“微電機系統”的概念,試圖把傳感器和計算機處理和通訊全部都集成在一個芯片上,即“智慧微塵”。 ??
? ? 其實傳感器的歷史,歸結起來就八個字——從大到小,以點到面。這八個字看似簡單,但做起來卻是困難重重——要想讓傳感器真正“飛入尋常世界中”,它必需在體積、造價、能耗等方面進行“瘦身”,這樣它才真正能夠進入到物理世界。 ??
? ? 然而,造型的縮小并不是傳感進入生活的唯一條件,還需要互聯網技術的配合以實現從點到面的網際聯系。就IP地址而言,物聯網應采用IPv6(IPv4必然不夠),它有128位兩進制的IP網址數,這相當于給世界上的每個沙粒都賦予了一個 IP地址。唯有當所有的物體都有一個屬于自己的IP的時候,物聯網才能真正實現??偠灾?,物聯網的實現需要這兩方面的相輔相成:一是利用微處理技術(micro-fabrication),提高集成度;其二是運用IP技術,以提供足夠豐富的網址。