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摘要: 物聯網是微處理器基礎上，通用計算機與嵌入式系統發展到高級階段相融合的產物。物聯網有3個源頭，即智慧源頭、網絡源頭、物聯源頭。物聯網的物聯源頭是嵌入式應用系統的4個通道接口。物聯網中有眾多的物聯系統，物聯網事件是物聯系統中的行為過程。從眾多的物聯網事件中，可以歸納出物聯網的6個行為元素，即物儲、物感、物控、物信、物管、物互。物聯網與云計算的關系是基礎與上層建筑的關系：物聯網是智慧地球，云計算是智慧服務。

關鍵詞: 物聯網；物聯系統；物聯網事件；物聯網行為元素

　　物聯網與云計算不是概念炒作，是互聯網與嵌入式系統發展到高級階段的融合。物聯網涵蓋了眾多的學科領域，需要從眾多學科視角來科學地詮釋物聯網。作為物聯網重要技術組成的嵌入式系統，具有20多年的物聯史，嵌入式系統視角有助于深刻地、全面地理解物聯網的本質。

1  從嵌入式系統看物聯網

圖1  物聯網的源頭

　　物聯網是在微處理器基礎上，通用計算機與嵌入式系統發展到高級階段相互融合的產物。物聯網囊括了多個學科、具有無限多的應用領域。物聯網有3個源頭：智慧源頭、網絡源頭、物聯源頭。智慧源頭是微處理器，網絡源頭是互聯網，物聯源頭是嵌入式系統。科學地定義物聯時，必須充分了解這3個源頭。圖1表示了物聯網3個源頭的發展史，以及它們之間的相互關系。
　　無論是通用計算機還是嵌入式系統，都可以溯源到半導體集成電路。微處理器的誕生，為人類工具提供了一個歸一化的智力內核。在微處理器基礎上的通用微處理器與嵌入式處理器，形成了現代計算機知識革命的兩大分支，即通用計算機與嵌入式系統的獨立發展時代。通用計算機經歷了從智慧平臺到互聯網的獨立發展道路；嵌入式系統則經歷了智慧物聯到局域智慧物聯的獨立發展道路。物聯網是通用計算機的互聯網與嵌入式系統單機或局域物聯在高級階段融合后的產物。物聯網中，微處理器的無限彌散，以“智慧細胞”形式，賦予物聯網“智慧地球”的智力特征。因此，必須從3個源頭和多學科視角，來科學地定義與詮釋物聯網。
　　與嵌入式系統一樣，與物聯網相關的學科有微電子學科、計算機學科、電子技術學科，以及無限多的對象應用學科。任何一個學科在詮釋物聯網時都會出現片面性。在詮釋物聯網時要有“瞎子摸象”的精神，綜合不同的視角，才能逼近事物的真相。
　　目前，在尋找物聯網的定義時，又會想起那個說不清“嵌入式”含義，基于描述式的嵌入式系統定義。如今物聯網定義又面臨無法說清“物聯”本質的尷尬境地。其根本原因是現代計算機知識革命進入通用計算機與嵌入式系統的獨立發展時代后，嵌入式系統沒有獨立的形態，人們看到的只是通用計算機，看不到嵌入式系統，也不了解嵌入式系統的物聯史。

2  物聯網的物聯源頭

　　物聯網的物聯源頭是嵌入式系統。嵌入式系統誕生于嵌入式處理器，距今已有30多年歷史。早期經歷過電子技術領域獨立發展的單片機時代，進入21 世紀，才進入多學科支持下的嵌入式系統時代。從誕生之日起，嵌入式系統就以“物聯”為己任，具體表現為：嵌入到物理對象中，實現物理對象的智能化。20年前，筆者在《MCS51系列單片機應用系統設計》［1］一書中提出過單片機應用系統的4個通道接口的概念，它適用于一切嵌入式應用系統，是物聯網的物聯基礎。圖2描述了嵌入式系統的物聯源頭。

圖2  嵌入式應用系統的物聯基礎

　　在嵌入式處理器或微控制器基礎上的嵌入式應用系統，嵌入到物理對象中，給物理對象完整的物聯界面。與物理參數相聯的是前向通道的傳感器接口；與物理對象相聯的是后向通道的控制接口；實現人-物交互的是人機交互接口；實現物-物交互的是通信接口。
　　從圖2可以看出，嵌入式應用系統可以提供多種物聯方式。以傳感器網為例，傳感器不具有網絡接入功能，只有通過嵌入式處理器，或嵌入式應用系統，將傳統的傳感器轉化成智能傳感器，才有可能通過相互通道的通信接口互聯，或接入互聯網，形成局域傳感器網或廣域傳感器網。
　　嵌入式應用系統歷經20多年的發展，目前大多具備了局域互聯或與互聯網的聯網功能。嵌入式應用系統的局域網有RS485總線網、CAN總線網、現場總線網，以及無線傳感器網絡等。嵌入式應用系統、嵌入式應用系統局域網與互聯網的聯接，將互聯網變革到物聯網。
　　GPS誕生后，嵌入式應用系統則實現了物理對象的時空定位，保證了物聯網中物理對象有完整的物理信息。在實現物聯時，不僅可以提供物理對象的物理參數、物理狀態信息，還可提供物理對象的時空定位信息。

3  物聯網與物聯網事件

　　物質世界的無限性，決定了物聯網有無限多的應用領域。然而，每一個具體的物聯網應用，都存在于一個具體的物聯系統之中。如交通違章管理物聯系統、智能家居物聯系統、遠程醫療救助物聯系統、超市自助收費物聯系統等。而物聯系統中每一個獨立、自主的任務過程，都可稱為物聯網事件。
　　原有的交通違章管理系統中，通過交通違章的視頻監控系統將違章事件在網上公示，駕駛員通過網上查詢得知違章信息后，到銀行繳納罰金。如果能通過汽車電子網絡，將駕駛員的物理信息通過手機終端與互聯網相聯，同時將視頻監控系統接入互聯網，便可形成一個交通違章管理的物聯系統。在這個物聯系統中，當視頻監控系統發現違章事件，會立即上傳到互聯網，并以手機通信方式實時告知駕駛人員，在駕駛人員確認違章行為后，可立即完成網上罰金支付。這就是交通違章管理物聯系統中的一個具體的物聯網事件。
　　可以將不同物聯系統中眾多的物聯網事件，抽象出3個典型的行為過程，即事件激勵、信息處理、結果輸出，簡稱激勵、處理與輸出。一個完整的物聯網事件，應該具備有這樣3個行為過程。

3.1  物聯網事件的事件激勵

　　物聯網事件的事件激勵，是物聯網事件的激發因素。只有當物聯系統中出現了激勵事件時，才能引發物聯網事件。例如，在交通違章管理的物聯系統中，“違章事件”便是物聯網事件的“激勵”行為。
　　物聯網事件的“激勵”，有主動激勵與被動激勵。主動激勵常常是可預見性的激勵，被動激勵常常是不可預見性的。在智能家居物聯系統中，主人對家居電氣設備產生遠程監控的激勵是主動激勵；智能家居中出現火情的事件激勵，是被動激勵。
　　在物聯網事件的“激勵”中，通常都包含有對其后信息處理、控制輸出要求的原始信息。如智能家居物聯系統中，主人產生對電冰箱的遠程監測，是要了解冰箱中的食品狀況；對空調的遠程控制，是要開啟或關閉空調。

3.2  物聯網事件的信息處理

　　物聯網事件的信息處理，是物聯系統在收到激勵事件后，對激勵事件的原始信息解讀，以及在物聯網事件路徑上，與信息相關的采集、分析、處理與傳輸。例如，智能家居物聯系統中，出現了手機方式的空調遠程控制“激勵”，便會啟動對手機事件激勵中的信息解讀，核實主人身份，了解控制對象及對象的狀態要求控制；隨后采集室內溫度、濕度狀況，作出空調機的運行策略。
　　在物聯網事件路徑上，有眾多微處理器，它們以通用計算機或嵌入式應用系統方式彌散在物聯系統中。每個微處理器都承擔著相應的信息處理任務。

3.3  物聯網事件的結果輸出

　　物聯網事件的結果輸出，是物聯系統對事件激勵的響應。在物聯網事件的“激勵”中包含了結果輸出的目的性要求。在物聯系統正常狀態下，結果輸出會充分滿足這些要求。例如，智能家居物聯系統中，遠程空調控制必須滿足主人對空調設定的控制要求；遠程冰箱監視必須提供滿足主人要求了解的真實儲物信息。
　　物聯網事件的結果輸出，是物聯系統對事件激勵的響應。因此，物聯網事件響應的結果輸出，有不同的實時性要求。智能家居物聯系統中出現出火警、匪警，必須立即有報警響應；遠程冰箱監視時，須及時告知冰箱儲存狀況；遠程空調控制時，可設定在某個時間點上完成某個控制行為。

4  物聯網事件的行為元素

　　物聯網中有眾多的物聯系統，物聯系統中有眾多的物聯網事件。不同的物聯網事件中，有許多不同的行為過程。物聯網中所有不同的事件過程，都有相同的行為元素。這些行為元素是物儲、物感、物控、物信、物管、物互。

4.1  物聯網的存儲（物儲）

　　物聯網的物儲元素，是物聯系統中物聯網事件的知識與信息的存儲行為。為了滿足物聯系統構建，滿足物聯網事件過程要求，物聯系統中要有足夠的存儲空間，以實現物聯系統中的電子化信息存儲、真實世界的虛擬存儲、虛實交互存儲與數字文件存儲等。
　　電子化信息存儲，是網絡實名制的個人及其財、物等的信息存儲；真實世界的虛擬存儲，是數字化系統的虛擬存儲，如網上銀行、購物系統、交管系統、認證系統等的虛擬系統存儲；虛實交互存儲，是物理認證環境基礎上的數字化虛擬存儲，如FPGA的物理認證基礎上，集成電路、IP核、系統電路的數字化文件虛擬存儲；數字文件存儲，則是圖片、音視頻資料存儲。
　　物聯網中所有的存儲內容，都是“0、1”數字符號歸一化的量子化存儲，與具體物質無關。因此，物聯網中存儲的數據可以在不同的介質中轉換或傳輸。

4.2  物聯網的傳感（物感）

　　物聯網的物感元素，是物聯系統中，物聯網事件對物理對象的感知行為。這種感知行為的源頭，是嵌入式應用系統中傳感器的數字釆集。通常，物聯網事件中的感知有物理對象的物理狀態感知、物理參數感知，以及感知對象的時間、空間定位信息。物理狀態信息與物理參數信息感知，通常是依靠各種類型的傳感器將物理狀態與物理參數變換成模擬電壓信號，然后通過模/數轉換技術轉換成數字信號，輸入到嵌入式應用系統的前向通道中；物理對象的時間、空間定位信息則依靠嵌入式應用系統與GPS系統的交互感知。

4.3  物聯網的控制（物控）

　　物聯網的物控元素，是物聯系統中，物聯網事件對物理對象的控制行為。這種行為的源頭，是嵌入式應用系統控制接口對物理對象的伺控制能力。通常，嵌入式應用系統控制接口輸出的是歸一化的“0、1”數字化信號，必須通過相應的數/模轉換技術轉換成物理對象能夠接受的模擬控制信號。

4.4  物聯網的信息（物信）

　　物聯網的物信元素，是物聯系統中，物聯網事件的信息流管理行為。物聯網事件的信息流管理行為，主要表現在“0、1”歸一化數字化信息的變換與傳輸。它包括“0、1”數字化信息在不同介體中的變換、在不同運行環節間的編碼與譯碼，以及各種形式的信號傳輸，如有線傳輸與無線傳輸、電纜與光纜傳輸、電力網載波傳輸與通信網的GPRS傳輸等。

4.5  物聯網管理（物管）

　　物聯網的物管元素，是物聯系統中，物聯網事件行為的管理與調度。這些管理與調度有數據流管理、數據庫互聯、數據信息釆集、認證、信息流通中的許可證制度、安全性管理與經營性管理等。

4.6  物聯網交互（物互）

　　物聯網的物互元素，是物聯系統中，物聯網事件相關者的交互行為。嵌入式應用系統中的4個物聯界面，即傳感界面、控制界面、人機界面、通信界面。每個界面都有相對應的物理對象，如傳感界面的傳感器、控制界面的物理對象、人機界面的人、通信界面的其他嵌入式應用系統或嵌入式應用系統的局域網與廣域網。多種物理對象、多種物聯界面，形成了人、物、網（廣域/局域）的多種交互行為。

結語

① 物聯網時代是通用微處理器與嵌入式處理器兩大分支從分離到融合發展的新時代，即微處理器從一分為二到合二為一的變革時代。
② 物聯網是一個與物理對象緊密相連，可以實現人-物交互、人-物-人交互、無時空限制的智能化網絡系統。
③ 物聯網的智慧源頭是半導體微處理器，物聯源頭是嵌入式應用系統，網絡源頭是互聯網。在物聯網中，它們各司其職。
④ 物聯網是多學科的綜合產物，任何一個學科對物聯網的闡述都會有局限性。綜合各個學科視角，全面、科學地闡明物聯網，對我國物聯網事業的健康發展具有重要意義。
⑤ 物聯網與云計算密切相關：
物聯網與云計算是基礎與上層建筑的關系；物聯網是智慧地球，云計算是智慧服務；物聯網是物聯基礎，云計算是軟件服務；云計算是物聯網時代全方位、無限時空的全球服務體系。

參考文獻

[1] 何立民.MCS51系列單片機應用系統設計[M].北京航空航天大學出版社，1990.

[2] 何立民.嵌入式系統的定義與發展歷史[J].單片機與嵌入式系統應用，2004（1）.

[3] 何立民.從嵌入式系統看現代計算機產業革命[J].單片機與嵌入式系統應用，2008（1）.

[4] 何立民.嵌入式系統支柱學科的交叉與融合[J].單片機與嵌入式系統應用，2008（5）.

[5] 何立民.微處理器智力內核使一切成為可能[J].電子產品世界，2009（1）.