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計量論壇

標題: 建設(shè)物聯(lián) 計量先行 [打印本頁]

作者: 上帝 時間: 2010-4-12 12:35
標題: 建設(shè)物聯(lián) 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(jīng)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(lián)網(wǎng)和計量是密不可分的。

   物聯(lián)網(wǎng)把所有物品通過射頻識別（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，進行信息交換和通訊，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

   哪一個環(huán)節(jié)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(lián)網(wǎng)的建設(shè)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(lián)網(wǎng)相關(guān)的信息化戰(zhàn)略，欲借助物聯(lián)網(wǎng)推動經(jīng)濟增長。在國內(nèi)，蘊含高科技含量的新型感知技術(shù)也借此東風迅速發(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。

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

　　計量為物聯(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(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機、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，而標準的不統(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評標準體系，對不同標準RFID產(chǎn)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(shù)規(guī)范，為我國物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和相關(guān)標準制定提供技術(shù)保障。”

　　其次，各種傳感器技術(shù)也是決定物聯(lián)網(wǎng)能否大范圍實用化的關(guān)鍵。由于涉及眾多學科領(lǐng)域，傳感器技術(shù)一直以來是分散在各學科領(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，但對于不同參量的傳感器技術(shù)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(lián)網(wǎng)的順利推廣，在一些關(guān)鍵傳感器上的計量技術(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(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試也是計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周邊電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，精準的電磁兼容性能測試是關(guān)鍵。

　　最后，由于大部分物品的流動性，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。對這些通信制式和協(xié)議進行一系列的測量和測試，并結(jié)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(wù)。”

　　“總結(jié)一下，在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，計量的作用就是建立一套完善的測量測試平臺，對系統(tǒng)的各方面參量做全面測量，對所使用的協(xié)議進行全面測試，并以此為基礎(chǔ)，對整個系統(tǒng)進行可靠性和可行性的評估，為物聯(lián)網(wǎng)的全面部署提供計量保障。這也正是新時代信息技術(shù)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(shù)計量標準
　　雖然很多人對物聯(lián)網(wǎng)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(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(shù)計量的研究構(gòu)想，其中與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的計量研究課題就是其中一個重點，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)的機會，在信息技術(shù)計量領(lǐng)域取得大的進步。”何昭首先介紹了他們正在開展的RFID參數(shù)計量標準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)是射頻識別（RFID）電子標簽技術(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，而標準的不統(tǒng)一直接限制了RFID技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)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(chǎn)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(shù)規(guī)范，以滿足目前市場發(fā)展趨勢的需求。”何昭介紹，中國計量科學研究院已經(jīng)圍繞建立RFID參數(shù)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(shù)計量標準及溯源體系，需要攻克多個技術(shù)難點，其中，最重要的就是多標準的協(xié)議測試。“由于目前RFID市場產(chǎn)品標準不統(tǒng)一，互操作性差，我們需要建立一個RFID參數(shù)計量裝置，以滿足采用不同標準的RFID產(chǎn)品測試要求。”何昭認為，建立一套完善的RFID參數(shù)計量測試平臺對整個RFID技術(shù)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(gòu)，如果我們能夠建立RFID測試平臺，就可以提出RFID產(chǎn)品的系列測試方法，制定RFID產(chǎn)品測試標準與規(guī)范，從而滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需要。”
　　第二個技術(shù)難點是對實際應(yīng)用環(huán)境的模擬。“RFID產(chǎn)品在實際應(yīng)用中通常處于極為復(fù)雜的環(huán)境中，例如物品雜亂地擠在一堆、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)的存儲錯誤，因此其測試和驗證的復(fù)雜性也將大幅度提升。特別是，對于物聯(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(xiàn)場實驗相結(jié)合，對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行計量評估。”何昭說。
　　如果能夠攻克技術(shù)難點，建立起我國獨立自主的完善的RFID參數(shù)計量標準，那將具有重要的經(jīng)濟和社會效益。何昭認為，通過計量技術(shù)可以實現(xiàn)對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，推動我國RFID產(chǎn)品的市場化進程，增強國內(nèi)產(chǎn)品的市場競爭力。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)”測試平臺
　　在物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中，“自組織網(wǎng)絡(luò)”是一個值得重視的概念。
　　在《國家中長期科學和技術(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)重點發(fā)展的三個技術(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，還能作為一個簡易的路由器，完成轉(zhuǎn)發(fā)信息的功能，這樣整個通信網(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。“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。”何昭認為。
　　一個通信系統(tǒng)，需要測量和評價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)量的測量和通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的測試也是決定物聯(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)備的測試和計量大多可以歸結(jié)到傳統(tǒng)物理參量的測量中，而對通信協(xié)議的測試和計量則完全不同于傳統(tǒng)計量，屬于信息技術(shù)計量中一個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)的很多國家的計量研究機構(gòu)，近年來已逐漸開展對通信系統(tǒng)中物理層協(xié)議的計量，如對物理層中調(diào)制參數(shù)、編碼格式等部分協(xié)議內(nèi)容進行測試和計量。然而，對于更高層的通信協(xié)議，在除美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）之外的計量研究機構(gòu)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(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M行技術(shù)交流，也派遣了幾名科研人員到NIST進行訪問學習。在充分調(diào)研之后，該院于2009年開始立項開展了無線鏈路質(zhì)量測量和通信協(xié)議測試這方面的研究。目前，已對自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議測試搭建了計算機仿真平臺和實驗驗證系統(tǒng)，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(lián)網(wǎng)這項新興信息技術(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，其中計量保障就是其中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們不但希望能為物聯(lián)網(wǎng)的盡快實現(xiàn)提供必要的計量保障技術(shù)，也希望能借此機會，以信息技術(shù)計量的發(fā)展為突破口，為計量科技帶來一次新的革命。”

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