泛在感知网络的发展及趋势分析

使用的方式”。

他提出了泛在网络以下几个要素：
(1)泛在计算不仅是面向传统的计算设备，而是更加面向于小型的甚至于无法看见的设备。

这些被称为“智能物品”或者“数字化物品”的计算设备能够无缝地融合在日常生活的环境中。

(2)智能物品包含了各种传感器和触发器：传感器给智能物品带来了环境的感知性，让智能物品能够依靠真实的情况通过触发器作出决定和行动。

(3)泛在网络是包含非常大数量的、非传统计算器的“智能物品”的网络。

(4)计算设备组成的网络将会具有移动的能力，需要未来的网络能够给这些设备提供无所不在的接入能力。

他们的处理能力和处理范围将会依靠他们所处的物理位置和邻居节点这样的自组织网络。

与当时主流提出的“更快、更好、更强”的思想不同，MarkWeiser提出的是“更小、更轻、更易用”、更面向网络的计算模式。

网络的快速发展在20年后的今天印证了他对未来的预想——
—技术越来越开始无缝地融入人们的生活。

过去的几年里，计算机，互联网，Web和手机带来的潜移默化的巨大改变，无数种类的智能设备的广泛应用，智能化的生活随着每天微处理器等设备价格的下降和性能的提升正不断向我们靠近。

3泛在感知网的主要技术及架构
泛在感知网络通过把物理的处理器和他们处理的信息真实关联，将虚拟和现实连接起来，带来真正意义上的网络革命——
—网络开始从全球17亿网络用户的网络变成以人为核心的人和物共同的网络。

与以往着重于基础设施的建设及技术应用和规划不同，泛在感知网络强调了人们的实际生活需求，如完善高龄者生活照顾、有效利用医疗设施机构、营造放心安全的生活环境等，同时利用信息通讯技术解决社会实际问题，包括使用网络技术、安全认证、软件应用、配置技术等。

正如MarkWeiser20年前提出的那样，网络的发展正向着“如同空气和水自然而深刻地融入人类的日常生活和工作”的目标前进。

亚太、欧盟、北美的各个国家都分别从国家产业高度制定了明确的推动政策及发展计划。

例如，日、韩的泛在网络（Ubiquitous Network）、欧盟的环境感知智能（Ambient Intelligence）、北美的普适计算（Pervasive Computing）等。

尽管各国的提法各不相同，但是都提出统一理念，即网络不再被动地满足用户需求，而是主动地感知用户场景的变化并进行信息交互，通过分析人的个性化需求主动提供服务，而各个终端设备具备感知能力和智能型接口，使用更加简便。

为了达到这种理想的智能化或者泛在化，需要泛在感知网的各种物品和所处的环境之间能够相互交流，即知道对方是谁、对方在哪儿和对方在做什么。

这就需要微小的电子传感设备和标签，实时的定位系统以及无处不在的通信网络。

微米级或者纳米级别的传感器实时地给出所处的环境参数或者变化量；电子标签，即Radio Frequency Identification（RFID）Tag不仅可以发现该物品，同时通过无处不在的网络，连接到特定的数据库中识别其属性，而这些标签的的大小已经可以比一张纸更加轻薄。

通过具有NFC技术的手机不用接触就能近距离地阅读标签内容。

更适合传感器网络的通信技术，比如ZigBee，让更小的能量和更便宜的设备成为了可能；IPv6技术的海量地址让每个设备甚至每个端口都拥有自己的IP地址；专家们也在研究如何能够制造出更加轻便和低功耗的移动设备。

这些技术共同被使用的时候，微型但功能强大的处理器加上精确高效的传感器，以及能够随时随地接入的无线网络设备等，将他们嵌入我们的日常生活里，使用可弯曲的显示器（Flexible Display）和更加便宜的半导体设备（Polymer Semiconductors）等，Mark Weiser的泛在网络的蓝图似乎在我们眼前变得更清晰了，那就是智能的泛在感知网络。

泛在感知网络可以看作是原有网络的一次革新：传统的电脑，如内存和处理器，变成了更微小的、轻便的微型处理设备和超大处理的结合，传统的键盘和鼠标变成了传感器和触发器等。

当各种智能设备相连接的同时，泛在感知网不可避免地需要其他的一些结构：如下一代通信技术让单个的传感器和触发器需要互相通信，因而面向这些智能设备的系统和将这个系统与我们传统网络相连的中间件设备变得必不可少。

另一方面，人和智能网络的交互需要我们制造更先进的人机互动界面——
—更加特别的、充满了个人特性的输入输出设备，来引导人和机器自然而无障碍的交流。

通过泛在感知网络的结构分析，我们可以看到以
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下几个方面的技术在泛在感知网络的发展中起着举足轻重的作用。

(1)RFID技术
泛在感知网络的要点首先是对环境的自然感知性，要求环境中的各种设备能够智能地被感知网识别出来。

而RFID技术让远距离的识读变得可能，通过射频信号自动识别目标对象，无需人工干预。

RFID技术的发展让每个标签能够存储更多的内容，这些便宜的、低功耗的、轻薄如纸、轻巧如沙的标签，已经被预言将在不久的未来代替各种传统的条码用来实现物品的识别。

此外，RFID的特别防冲撞技术让整组的识别变得可能。

此时，泛在感知网已经不再像DOS系统那样单线程的操作，而是如同几十年前改变我们操作习惯的Windows，实现多个物品的同时阅读和处理。

(2)传感器和控制器技术
相对于传统的鼠标、键盘、显示器和打印机，传感器和控制器让未来的输入和输出变得不可思议。

当我们把眼光放在未来的泛在网络的同时，看着智能的衣服、智能的书本，传统的键盘和鼠标会自然而然地从我们的想法中脱离，取而代之的是我们可以不用敲击键盘就能输入的传感器和不仅仅是用眼睛来感知的触发设备。

传感器技术的发展：
●纳米科技的发展带来传感器的新生命，纳米剪裁效应带来了与众不同的各种具有独特性能的新材料，传感器可以拥有更小的体积，更高效的响应，处理设备将会拥有更快的响应和更加稳定的处理能力。

虽然目前纳米仍然被看作一种神秘的东西，然而纳米材料已经被广泛地使用在了电子、磁能、光学、生物等各种应用当中。

●传感器的发展给予了传感器之间的通信技术极大的推动作用。

新型的传感器具有更加便宜、能量消耗更低、功能更全面、体积更微小的能力。

同时，也要求新的传感设备不仅仅是单个传感器本身，更是同一种类传感器甚至各种不同种类的传感器组成的能够互相通信的一个网络。

和传统的移动网络不同，传感器的网络具有更多的节点，更密集的节点部署，而网络本身也面临更严峻的环境和更加频繁的拓扑改变，点对点通信将会被更频繁的广播通信代替，传感器本身功耗、存储、处理单元的限制要求各种传感器的信息处理将会集中和更加全局化，这就要求更加简洁和高效的网络拓扑和路由协议。

●传感器将真实世界的温度、压力、光线和其他各种物质变成bits和bytes，而触发器则是泛在感知网络的手，将RFID和传感器所“观察”到的各种信息的处理结果真实地返回实际的生活中。

和传感器一样，新技术让触发器变得更加轻巧和智能。

现在的传感网不仅仅是获取信息，同时也能对获得的信息及时反映。

例如，智能农业大棚不仅仅是能够观察到何种植物的含水量、光照、温度，也能实时对农作物浇水、打开大棚天窗甚至加温；又比如智能衣服不仅仅能够感觉到脖子肌肉的紧张，也能发出轻微的电流来缓解酸痛。

(3)泛在感知网络通信技术
泛在感知网络对通信的要求变得越来越高，最终的目的是实现人和人、人和物、物和物之间毫无困难的5A（Anytime，Anywhere，Anything，Anyone，Anydevice）交流，即任何时间、任何地点、任何人、任何物使用任何设备都能进行通信。

传统的GSM技术已经开始慢慢地被3G通信技术代替，未来的4G也成为各家通信运营商的主力重点，更大的带宽和更好的数据传输让随时随地的接入变得可能。

与此同时，新的短距离无线通信技术ZigBee，低能耗蓝牙更加满足了简洁而高效的网络及路由要求，让更便宜和小型的商品变得可能。

目前，使用较广泛的近距无线通信技术是蓝牙(Bluetooth)，无线局域网802.11 (Wi-Fi)和ZigBee。

ZigBee联盟成立于2001年8月，ZigBee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。

目前，标准制订工作已完成。

ZigBee协议比蓝牙、高速率个人区域网或802.11x 无线局域网更简单实用。

与蓝牙相比，ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。

它的基本速率是250kbit/s，当降低到28kbit/s时，传输范围可扩大到134m，可与254个节点联网并获得更高的可靠性。

下一代互联网协议IPv6已有50多个国家和地区加入有关IPv6的研究。

法、日、美等国的研究机构，IBM，Sun，日立等公司，分别研制开发了不同平台上的IPv6系统软件和应用软件；美国思科，加拿大北电网络，Nokia等路由器厂商已经开发出了面向IPv6网络的路由器产品。

操作系统方面，基于开放源码的Linux
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对IPv6提供了比较强的支持，Sun，IBM，康柏，惠普和微软的最新操作系统都提供了IPv6支持。

IPv6的广泛部署依赖于未来因特网的良好发展。

目前，IPv6的规范大部分已经完成，事实上IPv6网络从根本上不同于IPv4网络，不仅可以是更大的网络，而且连在网络上的将是更便宜、更简单、更小巧的设备，如、普通家电和汽车定位装置等。

(4)系统的架构和中间件技术
被称为“无序”的互联网和具有有界性、强管理性、强赢利性为特征的传统电信网络为代表的，在应用层会快速实现融合向我们预示了未来泛在网络的发展。

泛在感知网络将不是网络的彻底重建而是对传统网络潜力的挖掘和网络效能的提升。

泛在感知网在传统网络业务应用层与网络接入及承载层之间加入两种功能，即基于泛在网的业务支撑能力和网络资源的控制能力。

泛在网的业务支撑能力要求泛在感知网络的结构可以为各种分布式应用提供重要的信息参考，而系统本身也需要同时处理各种来自不同传感器的信息，因而中间件的系统变得不可或缺。

中间件为泛在感知网的信息和应用搭起了坚固的桥梁。

由于接入的各种设备和网络的异质性，和支持的设备和硬件的广泛性，泛在感知网络需要中间件设备支持多种多样的协议和语言。

信息整合和服务协同是泛在服务的核心。

泛在感知网络不仅仅是基础的网络构架，同时也能向其他行业提供信息通讯服务，实现对信息的综合利用，提升个人、企业、家庭的生活品质及工作效率；数字化、多媒体化的信息服务将融入人们日常工作、生活中，并起到方便生活的作用。

因而泛在感知网中间件要求其具有更高效的算法进行数据的挖掘和处理，记忆更有效的工具进行技术和中间件的管理。

泛在感知网极高的信息容量使得网络资源的控制和信息数据的处理变得更加重要。

云计算技术带来了泛在感知网的新希望。

泛在感知网希望能够达到的实时处理的要求，其核心控制必须有极高的性能和处理速度。

于此同时，也需要系统能够有能力及时地扩展来满足随时增加的性能和处理速度要求。

统一的控制平台的引入，将传统的“烟囱”状网络演进为高效、可扩展、可管理的扁平化层次状网络，简化了网络结构，使网络构架归一化成为可能，并具备面向未来的开放、规模、灵活、可管理、移动的网络构架，以及具有即插即用能力。

统一的控制平台及IPv6的应用网络，使业务融合成为可能，可选择的运营模式变得更多、更灵活。

但同时泛在感知网络的融入性将会让泛在感知网络面对更多的新用户，新用户的处理方式可能会给泛在感知网带来更多的错误，这就要求系统具有更高的健壮性；泛在网络的数据将会变得更加的私人和复杂，数据的保密和隐私的保护将变得更加重要。

(5)人机互动界面研究
泛在感知网的核心是用户，而在泛在感知网中用户不是被动地接受服务，而可以主动地提出所需的服务。

Wii，Xbox等体感游戏在世界各地的流行正是人们对更加人性化的人机互动的要求，IPhone的诞生让人和机器的互动以及不仅仅局限于键盘和鼠标和触发设计新型的人机互动已经诞生。

通过内置的多个传感器设备，人体的味觉、嗅觉、听觉、触感甚至平衡感都能被了解，并转化为可量化的信号。

4泛在感知网的发展趋势和研究重点
通过RFID和传感器技术，泛在感知网能够智能地认识周围的环境；通过云计算技术，泛在感知网具有了更加强大的能力去处理获得的信息；通过智能网络通信技术（ZigBee，Bluetooth，Wi-Fi，下一代的移动通信以及IPv6技术），泛在感知网络能够毫无壁垒地连接中心的处理器、传感器和RFID并通过各种控制器作出反应；通过Web3.0和各种人机互动研究，泛在感知网能够变得更加的人性化，真正实现不仅是人和人，同时也包括人和机器、机器同机器的无障碍交流。

在这5个方面，世界上各个研究组织都表示了极大的重视。

麻省理工MIT，剑桥和圣加仑成立的Auto-ID实验室将他们的研究重点放在了各种RFID，智能物品和服务上。

而乔治亚理工的Awere Home和MIT的Oxygen氧气计划则是把智能家居和用户体验的增强作为研究的重点。

IBM的智慧地球和云计算通过提供一个平台将各种应用和开发集合起来实现情景的感知。

瑞士的苏黎世瑞士联邦科技研究院则是整理SmartIts计划，描述并测试了各种可能的场景。

除了各种研究学府，企业也将眼光投入到了泛在感知网络上。

亚太、北美各主流电信运营商、电信设备
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提供商和IT厂商均对泛在感知网络表示了极大的热情。

RFID已经被物流和零售业所积极关注，Walmart也提出会将所有的条码专为RFID的远大设想；在2006年的德国世界杯和2008年的中国奥运会上，都开始使用RFID作为门票，提高了验票效率、保障了大会安全的的同时，也增强了观众的互动性。

欧美多个国家的医疗、安保和服务行业将实时定位系统纳入其研究内容，作为医疗、保全行业的发展趋势之一，配合多种多样的传感器设备，让急救人员、保全到达现场的时间更短。

银行和政府将电子支付、电子商务和电子政务已经为人们所熟识。

而新的虚拟现实系统，则抛弃了传统的信息录入和输出方式。

对用户而言，和机器的交流变得更加顺畅，而对于服务提供商而言也带来了附加的价值。

5结束语
不知不觉泛在感知网已经开始进入了千家万户，从零售行业的RFID应用，到电子银行、电子商务、电子政务。

不可否认，泛在感知网将会给社会和经济带来极大的影响。

从长远来看，泛在感知网为通信行业带来了极大的经济利益。

话音数据通信的下降和数据流量的增加的趋势已经越来越被通信服务商所认同。

随着泛在感知网的普及，更多的智能设备将会接入网络，将会出现只有设备连接到网络才能顺利运行的可能，一旦通信被破坏，不论是来自设备自身或者不可抗拒的环境原因，都可能对经济和社会，甚至人身安全造成极大的影响。

通信产业将会在未来的社会和生活中占有更加重要的作用，需要通信服务商能够提供更加稳定的无线网络、更加标准化的服务和更加安全的策略来保证泛在感知网的服务质量。

此外，泛在感知网络也对通信服务的基础能力提出了更高的要求。

一个客户的网络选择也开始不仅包含通信服务商所能够提供的单一服务性能，同时包括了其网络是否能够包含他所需要的各种泛在感知网络应用的能力。

这就要求通讯的服务不再仅仅是移动通信、固网或WLAN的能力，而是更加综合的网路接入能力，是对于各种不同应用的接口（如RFID，GPRS）的一致性，以此为客户提供更加全面的服务。

然而，当前泛在感知网始终缺乏了一个必要而充足的经济模型来规划并预测可能需要的极高的投入和可能对用户和企业带来的风险。

但从另一个方面来说，泛在感知网络建设的基础费用是固定的，而各种泛在感知网上的内容则是无限的。

所以，当越来越多的用户接入泛在感知网，可以预见将会带来费用的降低。

随着产量的增加和价格的降低，泛在技术的影响将会越来越大，从而带来更大的商机。

除去提供泛在感知的性能支持，更多的泛在感知服务提供商瞄准的却是提供个性化的增值服务。

和WWW一样，泛在感知网的增值服务不仅仅是将物体联入互联网的服务，而是能够将和物体相关的信息和服务提供给客户的服务，如位置服务——
—比如提供交通流量信息或通过信息挖掘推荐可能被用户需要的餐厅；在汽车或其他珍贵物件失窃时，能够帮助定位；危险物品也能随时保证被监管。

当泛在网慢慢融入每个人的生活的时候，网络变得更加重要也更加脆弱，更多的来自个人的信息将会在网上传播，这种行为另一个可能带来的问题是网络设备的安全。

个人信息应该只被授权的人员所获得，而不是仅仅点击“历史记录”就能了解其所有的网络活动。

从用户的角度而言，泛在感知网需要的是更加健全的保障——
—信任和隐私的保障。

泛在感知的情况下，用户的服务需求将会更加多种多样，而如何从众多的服务中优先选择出最基本和急迫的需求，满足大量用户的需要，创造出新服务和新产品的可能，是能够在泛在感知网的发展中占得先机的重要因素。

泛在感知网的要素正代表了精确定位、高效识别和随时互联这3个对整个社会发展起决定作用的要素，也是泛在感知网的发展大势所趋。

通过建设泛在网络，我们可以预见更为人性化的各项泛在应用。

泛在感知网络一定会成为未来5年或10年内推动商业发展的重要技术驱动力。

参考文献
1Weiser,Mark;Rich Gold and John Seely Brown(1999).“The origins of ubiquitous computing research at PARC in the late 1980s”.IBMsystemsjournal38(4)dio:10.1147/sj.384.0693
2JohnWiley&Sons.RFIDHandbook.1999
3李红升.互联网治理的现状、问题和公共政策研究.中国信息年鉴.2005
4聂延波.未来信息通讯的发展趋势.华为技术.2006
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Development Trend ofAmbient UbiquityNetwork
Abstract Since the word ubiquitous networks increased by Mark Weiser,the ubiquitous networks or ambient networks,are frequently discussed.Ubiquitous networks are people-oriented structures and focusing on the importance of the intelligent networking and communications aspects with the development of “clam techniques ”.In this article,the basic technical modulesofubiquitousnetworksareillustrated,whichinclude the RFID techniques,wirelesssensor networks ，cloud computing and NFC techniques.The possible ubiquitous network frame is also demonstrated.By evaluating applications scenarios,potential benefits and current obstacles,the impacts of such technologies on current telecommunication industry are briefly discussed.The paper concludes with a summary of the findings and discusses future developments.From writers'point of view,it is clear that the ambient intelligence network will be the main pushing power to encourage the economic development for the nextafewyears.
Keywords ambientubiquitynetwork,RFID,cloudcomputing
（收稿日期：2010-02-01）
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1引言
在诸多阻碍传统视频会议行业发展的因素中，低
等级的视频质量、特别是视频的清晰度不佳使得沟通效果大打折扣，是用户抱怨的首要因素。

随着网络带宽的进一步扩展，编解码技术的突破和处理器运算能力的提升，特别是H.264编码协议的普及，使得以更少的带宽传送更高质量图像成为可能，高清视频会议系统得以迅速发展。

2高清视频通信产品的发展现状
高清晰数字电视(HDTV)领域规定的视频解析度
主要有3种格式，即720P ，1080I ，1080P (“P ”为逐行扫描方式，“I ”为隔行扫描方式)。

720P 格式是标准数字电视显示模式，750条垂直扫描线，720条可见垂直扫描线，屏幕纵横比为16：9，分辨率为1280×720，逐行
/60Hz ，行频为45kHz 。

而1080I 和P 格式有1125条垂直扫描线，1080条可见垂直扫描线，屏幕纵横比为
16：9，分辨率为1920×1080。

1080I 为隔行扫描，隔行/60Hz 的行频为33.75kHz ，常见的帧率有25，30fps 。

1080P 为隔行扫描，常见的帧率有24，25，30，50，60fps 。

总之，符合以上条件才能称之为高清视频，同时要求能兼容接收其它较低格式的信号。

从高清产品登陆中国到现在的日渐普及和深入人心，已经历了3年多的时间。

高清视频会议的出现是应运而生的，不论是由于技术推动力，还是因为视频厂商急于摆脱传统视频市场的激烈竞争，许多大型厂商都已先后推出了自己的高清解决方案，围绕高清的概念的新一轮市场争夺就此展开。

由此，高清产品从小露峥嵘、逐渐成长，到现在的全面开花，形成一股热潮的同时也深入人心，高清通信已经成为了中国企业用户的首要选择，整个行业正在逐步走向成熟，高清进标清退已是必然。

清晰流畅的画面质量、同步宽频音效和低延时使与会者获得与传统视频会议完全不同的体验和享受。

目前，一流的高清产品都可以提供高清级别的视频质量，在1M 的带宽条件下传送720P 以上分辨率、
高清视频通信产品发展现状分析
刘晓红工业与信息化部电信研究院中国泰尔实验室教授级高工
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