建設物聯 計量先行

      3月5日召開的第十一屆全國人大三次會議上，它已經進入了溫家寶總理的政府工作報告。這個被溫家寶總理稱為“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。做計量人，深深的感受到物聯網和計量是密不可分的。

      物聯網把所有物品通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。

      哪一個環節不需要計量儀器的保障？哪一個儀器不需要計量儀器的準確？物聯網的建設沒有計量保障，那將是不可想象。


　　近年來，許多國家都提出了與物聯網相關的信息化戰略，欲借助物聯網推動經濟增長。在國內，蘊含高科技含量的新型感知技術也借此東風迅速發展。在江蘇昆山周莊鎮，以感知器件為基礎的物聯網產業正因此快速發展壯大。圖為在昆山傳感產業基地內，一技術人員正在生產傳感器上所使用的芯片。


　　在這場以物聯網建設為主的信息技術革命浪潮中，計量科技將扮演怎樣的重要角色？而物聯網又將給計量科技帶來怎樣的深刻影響？

　　計量為物聯網提供基礎保障
　　“在物聯網的建設過程中，計量科技大有可為！”中國計量科學研究院信息電子所副研究員何昭對此滿懷信心。

　　物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次革命浪潮。

　　何昭介紹說，物聯網可分為三層，即感知層、網絡層和應用層。感知層的關鍵技術就是RFID、各類傳感器等終端設備，網絡層的關鍵技術是無線通信鏈路及通信網絡。這兩部分的關鍵技術正是物聯網能夠實現“物物相聯”的基礎。

　　首先，RFID電子標簽技術是重中之重，可以說，物聯網就是基于RFID技術建立起來的，這是目前最有發展前途的信息技術之一。何昭介紹，RFID技術已經在某些領域有所運用，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網系統，RFID技術還面臨很多難題，而標準的不統一就直接限制了RFID技術的發展和應用。“因此，急需由國家建立一套完整的測評標準體系，對不同標準RFID產品的性能、可靠性與一致性進行研究，并形成完整的測試技術規范，為我國物聯網建設和相關標準制定提供技術保障。”

　　其次，各種傳感器技術也是決定物聯網能否大范圍實用化的關鍵。由于涉及眾多學科領域，傳感器技術一直以來是分散在各學科領域各自發展的，雖然在數據采集和數據處理上有一些共性，但對于不同參量的傳感器技術還是存在非常大的差異，對傳感器的測量、測試以及性能評價一直以來都是計量中的一個難點。“為了保障物聯網的順利推廣，在一些關鍵傳感器上的計量技術必須首先得以突破，例如關系到國防安全、人身安全以及貿易結算的傳感器。這類傳感器得以應用的前提是傳感參量的量值準確性要得到精確計量，傳感器的可靠性要得到準確評價。這都是需要計量發揮作用的領域。”何昭說。

　　再次，物聯網各種終端設備的電磁兼容性能測試也是計量科技必須完成的任務。要保障這些設備在各種環境下正常工作并不對周邊電子設備產生干擾，精準的電磁兼容性能測試是關鍵。

　　最后，由于大部分物品的流動性，物聯網終端設備的信息通常是通過無線鏈路鏈接到核心網上。目前，無線通信的制式和協議非常多，例如，藍牙、WLAN、3G、無線自組織網絡等。何昭說：“哪種制式和協議更適合物聯網，需要視具體的應用環境而定。對這些通信制式和協議進行一系列的測量和測試，并結合實際情況給出定量的性能評價，特別是可靠性評價，這也是計量的根本任務。”

　　“總結一下，在物聯網建設中，計量的作用就是建立一套完善的測量測試平臺，對系統的各方面參量做全面測量，對所使用的協議進行全面測試，并以此為基礎，對整個系統進行可靠性和可行性的評估，為物聯網的全面部署提供計量保障。這也正是新時代信息技術計量研究體系中非常重要的一個分支。”何昭說。

　　建立我國獨立自主的RFID參數計量標準
　　雖然很多人對物聯網的認識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網誕生，但是，圍繞物聯網建設的各種前沿探索已經進行得如火如荼，一些研究領域甚至已經取得了重要成果。作為國家級的計量科學研究院，中國計量科學研究院也于2009年正式提出了信息技術計量的研究構想，其中與物聯網相關的計量研究課題就是其中一個重點，并早在幾年前就陸續開始部分領域的預研。

　　“我們希望能夠抓住這次發展物聯網的機會，在信息技術計量領域取得大的進步。”何昭首先介紹了他們正在開展的RFID參數計量標準及溯源體系研究的情況。
　　利用無所不在的網絡技術所建立起來的物聯網，其中非常重要的技術是射頻識別（RFID）電子標簽技術，用于快速讀寫和長期跟蹤管理。“RFID技術還面臨很多難題，而標準的不統一直接限制了RFID技術的發展和應用。市場上急需由國家建立一套完整的測評標準體系，對不同標準RFID產品的性能、可靠性與一致性進行研究，并形成完整的測試技術規范，以滿足目前市場發展趨勢的需求。”何昭介紹，中國計量科學研究院已經圍繞建立RFID參數計量標準及溯源體系開展了一些研究，目前正在準備申請項目以便進行更深入的探索。
　　要建立RFID參數計量標準及溯源體系，需要攻克多個技術難點，其中，最重要的就是多標準的協議測試。“由于目前RFID市場產品標準不統一，互操作性差，我們需要建立一個RFID參數計量裝置，以滿足采用不同標準的RFID產品測試要求。”何昭認為，建立一套完善的RFID參數計量測試平臺對整個RFID技術都將會是一個極大的促進和推動。“作為國家級計量科研機構，如果我們能夠建立RFID測試平臺，就可以提出RFID產品的系列測試方法，制定RFID產品測試標準與規范，從而滿足物聯網應用的需要。”
　　第二個技術難點是對實際應用環境的模擬。“RFID產品在實際應用中通常處于極為復雜的環境中，例如物品雜亂地擠在一堆、倉庫中有其他電磁干擾源、高溫或超低溫環境，所有這些因素都有可能影響RFID系統的正常工作，造成數據的丟失或數據的存儲錯誤，因此其測試和驗證的復雜性也將大幅度提升。特別是，對于物聯網而言，網絡的可靠性和安全性是非常重要的一個指標。因此我們必須通過大量具有實際意義的仿真實驗與現場實驗相結合，對物聯網系統進行計量評估。”何昭說。
　　如果能夠攻克技術難點，建立起我國獨立自主的完善的RFID參數計量標準，那將具有重要的經濟和社會效益。何昭認為，通過計量技術可以實現對RFID產品的質量監督，提高相關產品質量和應用水平，推動我國RFID產品的市場化進程，增強國內產品的市場競爭力。RFID產品質量的提高無疑又可以為我國物聯網建設提供更為可靠的基礎保障。
　　創建“自組織網絡”測試平臺
　　在物聯網的建設中，“自組織網絡”是一個值得重視的概念。
　　在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》的“前沿技術”部分，自組織網絡被列為信息技術重點發展的三個技術方向之一。據介紹，自組織網絡與傳統通信網絡最大的區別在于，自組織網絡中每個通信終端不但可以完成傳統通信終端發出信息和接收信息的功能，還能作為一個簡易的路由器，完成轉發信息的功能，這樣整個通信網絡就不再需要依賴固定的基礎設施，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狀網。這種網絡具有組網靈活，網絡不易受到破壞，用戶數量不受限等優勢。“很明顯，自組織網絡的通信模式非常適合于物聯網的要求。”何昭認為。
　　一個通信系統，需要測量和評價的主要部分是終端設備、鏈路質量以及通信網絡協議。對于物聯網而言，終端設備主要就是RFID和各種傳感器技術，而鏈路質量的測量和通信網絡協議的測試也是決定物聯網成敗與否的關鍵。
　　何昭介紹說，通信系統硬件設備的測試和計量大多可以歸結到傳統物理參量的測量中，而對通信協議的測試和計量則完全不同于傳統計量，屬于信息技術計量中一個非常重要的新的研究內容。隨著通信技術的飛速發展，包括我國在內的很多國家的計量研究機構，近年來已逐漸開展對通信系統中物理層協議的計量，如對物理層中調制參數、編碼格式等部分協議內容進行測試和計量。然而，對于更高層的通信協議，在除美國國家標準與技術研究院（NIST）之外的計量研究機構中卻很少涉及。中國計量科學研究院從2008年開始多次邀請NIST相關領域專家進行技術交流，也派遣了幾名科研人員到NIST進行訪問學習。在充分調研之后，該院于2009年開始立項開展了無線鏈路質量測量和通信協議測試這方面的研究。目前，已對自組織網絡路由協議測試搭建了計算機仿真平臺和實驗驗證系統，進一步研究工作正在開展。
　　何昭說：“我國政府及時給予了物聯網這項新興信息技術充分重視，說明我國希望能在這次信息技術革命大潮中站在最前列。與之相關的核心技術、配套保障技術，也必須得到快速發展，其中計量保障就是其中的一個關鍵環節。我們不但希望能為物聯網的盡快實現提供必要的計量保障技術，也希望能借此機會，以信息技術計量的發展為突破口，為計量科技帶來一次新的革命。”