建設(shè)物聯(lián) 計(jì)量先行

      3月5日召開的第十一屆全國人大三次會(huì)議上，它已經(jīng)進(jìn)入了溫家寶總理的政府工作報(bào)告。這個(gè)被溫家寶總理稱為“感知中國”的新生事物，幾乎是一夜之間成為各大媒體炙手可熱的話題。做計(jì)量人，深深的感受到物聯(lián)網(wǎng)和計(jì)量是密不可分的。

      物聯(lián)網(wǎng)把所有物品通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

      哪一個(gè)環(huán)節(jié)不需要計(jì)量儀器的保障？哪一個(gè)儀器不需要計(jì)量儀器的準(zhǔn)確？物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)沒有計(jì)量保障，那將是不可想象。


　　近年來，許多國家都提出了與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的信息化戰(zhàn)略，欲借助物聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長。在國內(nèi)，蘊(yùn)含高科技含量的新型感知技術(shù)也借此東風(fēng)迅速發(fā)展。在江蘇昆山周莊鎮(zhèn)，以感知器件為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)正因此快速發(fā)展壯大。圖為在昆山傳感產(chǎn)業(yè)基地內(nèi)，一技術(shù)人員正在生產(chǎn)傳感器上所使用的芯片。


　　在這場(chǎng)以物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)為主的信息技術(shù)革命浪潮中，計(jì)量科技將扮演怎樣的重要角色？而物聯(lián)網(wǎng)又將給計(jì)量科技帶來怎樣的深刻影響？

　　計(jì)量為物聯(lián)網(wǎng)提供基礎(chǔ)保障
　　“在物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)過程中，計(jì)量科技大有可為！”中國計(jì)量科學(xué)研究院信息電子所副研究員何昭對(duì)此滿懷信心。

　　物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次革命浪潮。

　　何昭介紹說，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層的關(guān)鍵技術(shù)就是RFID、各類傳感器等終端設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵技術(shù)是無線通信鏈路及通信網(wǎng)絡(luò)。這兩部分的關(guān)鍵技術(shù)正是物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)“物物相聯(lián)”的基礎(chǔ)。

　　首先，RFID電子標(biāo)簽技術(shù)是重中之重，可以說，物聯(lián)網(wǎng)就是基于RFID技術(shù)建立起來的，這是目前最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。何昭介紹，RFID技術(shù)已經(jīng)在某些領(lǐng)域有所運(yùn)用，例如我國的第二代居民身份證、公交“一卡通”等，但要建立龐大的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，RFID技術(shù)還面臨很多難題，而標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一就直接限制了RFID技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。“因此，急需由國家建立一套完整的測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)RFID產(chǎn)品的性能、可靠性與一致性進(jìn)行研究，并形成完整的測(cè)試技術(shù)規(guī)范，為我國物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定提供技術(shù)保障。”

　　其次，各種傳感器技術(shù)也是決定物聯(lián)網(wǎng)能否大范圍實(shí)用化的關(guān)鍵。由于涉及眾多學(xué)科領(lǐng)域，傳感器技術(shù)一直以來是分散在各學(xué)科領(lǐng)域各自發(fā)展的，雖然在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理上有一些共性，但對(duì)于不同參量的傳感器技術(shù)還是存在非常大的差異，對(duì)傳感器的測(cè)量、測(cè)試以及性能評(píng)價(jià)一直以來都是計(jì)量中的一個(gè)難點(diǎn)。“為了保障物聯(lián)網(wǎng)的順利推廣，在一些關(guān)鍵傳感器上的計(jì)量技術(shù)必須首先得以突破，例如關(guān)系到國防安全、人身安全以及貿(mào)易結(jié)算的傳感器。這類傳感器得以應(yīng)用的前提是傳感參量的量值準(zhǔn)確性要得到精確計(jì)量，傳感器的可靠性要得到準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。這都是需要計(jì)量發(fā)揮作用的領(lǐng)域。”何昭說。

　　再次，物聯(lián)網(wǎng)各種終端設(shè)備的電磁兼容性能測(cè)試也是計(jì)量科技必須完成的任務(wù)。要保障這些設(shè)備在各種環(huán)境下正常工作并不對(duì)周邊電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，精準(zhǔn)的電磁兼容性能測(cè)試是關(guān)鍵。

　　最后，由于大部分物品的流動(dòng)性，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的信息通常是通過無線鏈路鏈接到核心網(wǎng)上。目前，無線通信的制式和協(xié)議非常多，例如，藍(lán)牙、WLAN、3G、無線自組織網(wǎng)絡(luò)等。何昭說：“哪種制式和協(xié)議更適合物聯(lián)網(wǎng)，需要視具體的應(yīng)用環(huán)境而定。對(duì)這些通信制式和協(xié)議進(jìn)行一系列的測(cè)量和測(cè)試，并結(jié)合實(shí)際情況給出定量的性能評(píng)價(jià)，特別是可靠性評(píng)價(jià)，這也是計(jì)量的根本任務(wù)。”

　　“總結(jié)一下，在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，計(jì)量的作用就是建立一套完善的測(cè)量測(cè)試平臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)的各方面參量做全面測(cè)量，對(duì)所使用的協(xié)議進(jìn)行全面測(cè)試，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性和可行性的評(píng)估，為物聯(lián)網(wǎng)的全面部署提供計(jì)量保障。這也正是新時(shí)代信息技術(shù)計(jì)量研究體系中非常重要的一個(gè)分支。”何昭說。

　　建立我國獨(dú)立自主的RFID參數(shù)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)
　　雖然很多人對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)僅僅還停留在這一新興概念之上，雖然目前還沒有真正的物聯(lián)網(wǎng)誕生，但是，圍繞物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的各種前沿探索已經(jīng)進(jìn)行得如火如荼，一些研究領(lǐng)域甚至已經(jīng)取得了重要成果。作為國家級(jí)的計(jì)量科學(xué)研究院，中國計(jì)量科學(xué)研究院也于2009年正式提出了信息技術(shù)計(jì)量的研究構(gòu)想，其中與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的計(jì)量研究課題就是其中一個(gè)重點(diǎn)，并早在幾年前就陸續(xù)開始部分領(lǐng)域的預(yù)研。

　　“我們希望能夠抓住這次發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)會(huì)，在信息技術(shù)計(jì)量領(lǐng)域取得大的進(jìn)步。”何昭首先介紹了他們正在開展的RFID參數(shù)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及溯源體系研究的情況。
　　利用無所不在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所建立起來的物聯(lián)網(wǎng)，其中非常重要的技術(shù)是射頻識(shí)別（RFID）電子標(biāo)簽技術(shù)，用于快速讀寫和長期跟蹤管理。“RFID技術(shù)還面臨很多難題，而標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一直接限制了RFID技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。市場(chǎng)上急需由國家建立一套完整的測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)RFID產(chǎn)品的性能、可靠性與一致性進(jìn)行研究，并形成完整的測(cè)試技術(shù)規(guī)范，以滿足目前市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)的需求。”何昭介紹，中國計(jì)量科學(xué)研究院已經(jīng)圍繞建立RFID參數(shù)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及溯源體系開展了一些研究，目前正在準(zhǔn)備申請(qǐng)項(xiàng)目以便進(jìn)行更深入的探索。
　　要建立RFID參數(shù)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及溯源體系，需要攻克多個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，其中，最重要的就是多標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議測(cè)試。“由于目前RFID市場(chǎng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，互操作性差，我們需要建立一個(gè)RFID參數(shù)計(jì)量裝置，以滿足采用不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID產(chǎn)品測(cè)試要求。”何昭認(rèn)為，建立一套完善的RFID參數(shù)計(jì)量測(cè)試平臺(tái)對(duì)整個(gè)RFID技術(shù)都將會(huì)是一個(gè)極大的促進(jìn)和推動(dòng)。“作為國家級(jí)計(jì)量科研機(jī)構(gòu)，如果我們能夠建立RFID測(cè)試平臺(tái)，就可以提出RFID產(chǎn)品的系列測(cè)試方法，制定RFID產(chǎn)品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，從而滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需要。”
　　第二個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是對(duì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的模擬。“RFID產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中通常處于極為復(fù)雜的環(huán)境中，例如物品雜亂地?cái)D在一堆、倉庫中有其他電磁干擾源、高溫或超低溫環(huán)境，所有這些因素都有可能影響RFID系統(tǒng)的正常工作，造成數(shù)據(jù)的丟失或數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)錯(cuò)誤，因此其測(cè)試和驗(yàn)證的復(fù)雜性也將大幅度提升。特別是，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)而言，網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性是非常重要的一個(gè)指標(biāo)。因此我們必須通過大量具有實(shí)際意義的仿真實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)量評(píng)估。”何昭說。
　　如果能夠攻克技術(shù)難點(diǎn)，建立起我國獨(dú)立自主的完善的RFID參數(shù)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，那將具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。何昭認(rèn)為，通過計(jì)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督，提高相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用水平，推動(dòng)我國RFID產(chǎn)品的市場(chǎng)化進(jìn)程，增強(qiáng)國內(nèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。RFID產(chǎn)品質(zhì)量的提高無疑又可以為我國物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供更為可靠的基礎(chǔ)保障。
　　創(chuàng)建“自組織網(wǎng)絡(luò)”測(cè)試平臺(tái)
　　在物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中，“自組織網(wǎng)絡(luò)”是一個(gè)值得重視的概念。
　　在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》的“前沿技術(shù)”部分，自組織網(wǎng)絡(luò)被列為信息技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展的三個(gè)技術(shù)方向之一。據(jù)介紹，自組織網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別在于，自組織網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)通信終端不但可以完成傳統(tǒng)通信終端發(fā)出信息和接收信息的功能，還能作為一個(gè)簡易的路由器，完成轉(zhuǎn)發(fā)信息的功能，這樣整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)就不再需要依賴固定的基礎(chǔ)設(shè)施，如固定的通信基站，而僅通過所有用戶持有的通信終端就能以自組織的形式形成網(wǎng)狀網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)靈活，網(wǎng)絡(luò)不易受到破壞，用戶數(shù)量不受限等優(yōu)勢(shì)。“很明顯，自組織網(wǎng)絡(luò)的通信模式非常適合于物聯(lián)網(wǎng)的要求。”何昭認(rèn)為。
　　一個(gè)通信系統(tǒng)，需要測(cè)量和評(píng)價(jià)的主要部分是終端設(shè)備、鏈路質(zhì)量以及通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)而言，終端設(shè)備主要就是RFID和各種傳感器技術(shù)，而鏈路質(zhì)量的測(cè)量和通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的測(cè)試也是決定物聯(lián)網(wǎng)成敗與否的關(guān)鍵。
　　何昭介紹說，通信系統(tǒng)硬件設(shè)備的測(cè)試和計(jì)量大多可以歸結(jié)到傳統(tǒng)物理參量的測(cè)量中，而對(duì)通信協(xié)議的測(cè)試和計(jì)量則完全不同于傳統(tǒng)計(jì)量，屬于信息技術(shù)計(jì)量中一個(gè)非常重要的新的研究內(nèi)容。隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，包括我國在內(nèi)的很多國家的計(jì)量研究機(jī)構(gòu)，近年來已逐漸開展對(duì)通信系統(tǒng)中物理層協(xié)議的計(jì)量，如對(duì)物理層中調(diào)制參數(shù)、編碼格式等部分協(xié)議內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試和計(jì)量。然而，對(duì)于更高層的通信協(xié)議，在除美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）之外的計(jì)量研究機(jī)構(gòu)中卻很少涉及。中國計(jì)量科學(xué)研究院從2008年開始多次邀請(qǐng)NIST相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行技術(shù)交流，也派遣了幾名科研人員到NIST進(jìn)行訪問學(xué)習(xí)。在充分調(diào)研之后，該院于2009年開始立項(xiàng)開展了無線鏈路質(zhì)量測(cè)量和通信協(xié)議測(cè)試這方面的研究。目前，已對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議測(cè)試搭建了計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，進(jìn)一步研究工作正在開展。
　　何昭說：“我國政府及時(shí)給予了物聯(lián)網(wǎng)這項(xiàng)新興信息技術(shù)充分重視，說明我國希望能在這次信息技術(shù)革命大潮中站在最前列。與之相關(guān)的核心技術(shù)、配套保障技術(shù)，也必須得到快速發(fā)展，其中計(jì)量保障就是其中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們不但希望能為物聯(lián)網(wǎng)的盡快實(shí)現(xiàn)提供必要的計(jì)量保障技術(shù)，也希望能借此機(jī)會(huì)，以信息技術(shù)計(jì)量的發(fā)展為突破口，為計(jì)量科技帶來一次新的革命。”