物联网的未来发展：计量科技将大有可为
近年来，许多国家都提出了与物联网相关的信息化战略，欲借助物联网推动经济增长。在国内，蕴含高科技含量的新型感知技术也借此东风迅速发展。在江苏昆山周庄镇，以感知器件为基础的物联网产业正因此快速发展壮大。图为在昆山传感产业基地内，一技术人员正在生产传感器上所使用的芯片。苏民摄
这个春天，物联网火得有点出人意料，在3月5日召开的第十一届全国人大三次会议上，它已经进入了温家宝总理的政府工作报告。这个被温家宝总理称为“感知中国”的新生事物，几乎是一夜之间成为各大媒体炙手可热的话题。
在这场以物联网建设为主的信息技术革命浪潮中，计量科技将扮演怎样的重要角色？而物联网又将给计量科技带来怎样的深刻影响？
计量为物联网提供基础保障
“在物联网的建设过程中，计量科技大有可为！”中国计量科学研究院信息电子所副研究员何昭对此满怀信心。
物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次革命浪潮。物联网把所有物品通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
何昭介绍说，物联网可分为三层，即感知层、网络层和应用层。感知层的关键技术就是RFID、各类传感器等终端设备，网络层的关键技术是无线通信链路及通信网络。这两部分的关键技术正是物联网能够实现“物物相联”的基础。
首先，RFID电子标签技术是重中之重，可以说，物联网就是基于RFID技术建立起来的，这是目前最有发展前途的信息技术之一。何昭介绍，RFID技术已经在某些领域有所运用，例如我国的第二代居民身份证、公交“一卡通”等，但要建立庞大的物联网系统，RFID技术还面临很多难题，而标准的不统一就直接限制了RFID技术的发展和应用。“因此，急需由国家建立一套完整的测评标准体系，对不同标准RFID产品的性能、可靠性与一致性进行研究，并形成完整的测试技术规范，为我国物联网建设和相关标准制定提供技术保障。”
其次，各种传感器技术也是决定物联网能否大范围实用化的关键。由于涉及众多学科领域，传感器技术一直以来是分散在各学科领域各自发展的，虽然在数据采集和数据处理上有一些共性，但对于不同参量的传感器技术还是存在非常大的差异，对传感器的测量、测试以及性能评价一直以来都是计量中的一个难点。“为了保障物联网的顺利推广，在一些关键传感器上的计量技术必须首先得以突破，例如关系到国防安全、人身安全以及贸易结算的传感器。这类传感器得以应用的前提是传感参量的量值准确性要得到精确计量，传感器的可靠性要得到准确评价。这都是需要计量发挥作用的领域。”何昭说。
再次，物联网各种终端设备的电磁兼容性能测试也是计量科技必须完成的任务。要保障这些设备在各种环境下正常工作并不对周边电子设备产生干扰，精准的电磁兼容性能测试是关键。
最后，由于大部分物品的流动性，物联网终端设备的信息通常是通过无线链路链接到核心网上。目前，无线通信的制式和协议非常多，例如，蓝牙、WLAN、3G、无线自组织网络等。何昭说：“哪种制式和协议更适合物联网，需要视具体的应用环境而定。对这些通信制式和协议进行一系列的测量和测试，并结合实际情况给出定量的性能评价，特别是可靠性评价，这也是计量的根本任务。”
“总结一下，在物联网建设中，计量的作用就是建立一套完善的测量测试平台，对系统的各方面参量做全面测量，对所使用的协议进行全面测试，并以此为基础，对整个系统进行可靠性和可行性的评估，为物联网的全面部署提供计量保障。这也正是新时代信息技术计量研究体系中非常重要的一个分支。”何昭说。
建立我国独立自主的RFID参数计量标准
虽然很多人对物联网的认识仅仅还停留在这一新兴概念之上，虽然目前还没有真正的物联网诞生，但是，围绕物联网建设的各种前沿探索已经进行得如火如荼，一些研究领域甚至已经取得了重要成果。作为国家级的计量科学研究院，中国计量科学研究院也于2009年正式提出了信息技术计量的研究构想，其中与物联网相关的计量研究课题就是其中一个重点，并早在几年前就陆续开始部分领域的预研。
“我们希望能够抓住这次发展物联网的机会，在信息技术计量领域取得大的进步。”何昭首先介绍了他们正在开展的RFID参数计量标准及溯源体系研究的情况。
利用无所不在的网络技术所建立起来的物联网，其中非常重要的技术是射频识别（RFID）电子标签技术，用于快速读写和长期跟踪管理。“RFID技术还面临很多难题，而标准的不统一直接限制了RFID技术的发展和应用。市场上急需由国家建立一套完整的测评标准体系，对不同标准RFID产品的性能、可靠性与一致性进行研究，并形成完整的测试技术规范，以满足目前市场发展趋势的需求。”何昭介绍，中国计量科学研究院已经围绕建立RFID参数计量标准及溯源体系开展了一些研究，目前正在准备申请项目以便进行更深入的探索。
要建立RFID参数计量标准及溯源体系，需要攻克多个技术难点，其中，最重要的就是多标准的协议测试。“由于目前RFID市场产品标准不统一，互操作性差，我们需要建立一个RFID参数计量装置，以满足采用不同标准的RFID产品测试要求。”何昭认为，建立一套完善的RFID参数计量测试平台对整个RFID技术都将会是一个极大的促进和推动。“作为国家级计量科研机构，如果我们能够建立RFID测试平台，就可以提出RFID产品的系列测试方法，制定RFID产品测试标准与规范，从而满足物联网应用的需要。”
第二个技术难点是对实际应用环境的模拟。“RFID产品在实际应用中通常处于极为复杂的环境中，例如物品杂乱地挤在一堆、仓库中有其他电磁干扰源、高温或超低温环境，所有这些因素都有可能影响RFID系统的正常工作，造成数据的丢失或数据的存储错误，因此其测试和验证的复杂性也将大幅度提升。特别是，对于物联网而言，网络的可靠性和安全性是非常重要的一个指标。因此我们必须通过大量具有实际意义的仿真实验与现场实验相结合，对物联网系统进行计量评估。”何昭说。
如果能够攻克技术难点，建立起我国独立自主的完善的RFID参数计量标准，那将具有重要的经济和社会效益。何昭认为，通过计量技术可以实现对RFID产品的质量监督，提高相关产品质量和应用水平，推动我国RFID产品的市场化进程，增强国内产品的市场竞争力。RFID产品质量的提高无疑又可以为我国物联网建设提供更为可靠的基础保障。
创建“自组织网络”测试平台
在物联网的建设中，“自组织网络”是一个值得重视的概念。
在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的“前沿技术”部分，自组织网络被列为信息技术重点发展的三个技术方向之一。据介绍，自组织网络与传统通信网络最大的区别在于，自组织网络中每个通信终端不但可以完成传统通信终端发出信息和接收信息的功能，还能作为一个简易的路由器，完成转发信息的功能，这样整个通信网络就不再需要依赖固定的基础设施，如固定的通信基站，而仅通过所有用户持有的通信终端就能以自组织的形式形成网状网。这种网络具有组网灵活，网络不易受到破坏，用户数量不受限等优势。“很明显，自组织网络的通信模式非常适合于物联网的要求。”何昭认为。
一个通信系统，需要测量和评价的主要部分是终端设备、链路质量以及通信网络协议。对于物联网而言，终端设备主要就是RFID和各种传感器技术，而链路质量的测量和通信网络协议的测试也是决定物联网成败与否的关键。
何昭介绍说，通信系统硬件设备的测试和计量大多可以归结到传统物理参量的测量中，而对通信协议的测试和计量则完全不同于传统计量，属于信息技术计量中一个非常重要的新的研究内容。随着通信技术的飞速发展，包括我国在内的很多国家的计量研究机构，近年来已逐渐开展对通信系统中物理层协议的计量，如对物理层中调制参数、编码格式等部分协议内容进行测试和计量。然而，对于更高层的通信协议，在除美国国家标准与技术研究院（NIST）之外的计量研究机构中却很少涉及。中国计量科学研究院从2008年开始多次邀请NIST相关领域专家进行技术交流，也派遣了几名科研人员到NIST进行访问学习。在充分调研之后，该院于2009年开始立项开展了无线链路质量测量和通信协议测试这方面的研究。目前，已对自组织网络路由协议测试搭建了计算机仿真平台和实验验证系统，进一步研究工作正在开展。