【正文】 化組織提交的多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)提案被采納。從推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度來(lái)講，作為計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信后的又一次信息化產(chǎn)業(yè)浪潮，物聯(lián)網(wǎng)有望成為后金融危機(jī)時(shí)代經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的引擎。美國(guó)權(quán)威咨詢(xún)機(jī)構(gòu) FORRESTER預(yù)測(cè)，到 2020年，世界上 物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)，跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比，將達(dá)到 30比 1，因此， “物聯(lián)網(wǎng) ”被稱(chēng)為是下一個(gè)萬(wàn)億級(jí)的通信業(yè)務(wù)。 最新數(shù)據(jù)顯示，上海移動(dòng)目前已將超過(guò) 10 萬(wàn)個(gè)芯片裝載在出租車(chē)、公交車(chē)上，形式多樣的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在各行各業(yè)大顯神通，確保城市的有序運(yùn)作。在上海世博會(huì)期間， “車(chē)務(wù)通 ”將全面運(yùn)用于上海公共交通系統(tǒng)，以最先進(jìn)的技術(shù)保障世博園區(qū)周邊大流量交通的順暢；面向物流企業(yè)運(yùn)輸管理的 “e 物流 ”，將為用戶提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的貨況信息、車(chē)輛跟蹤定位、運(yùn)輸路徑選擇、物流網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化等服務(wù)，大大提升物流企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。 物聯(lián)網(wǎng)用途廣泛，可 運(yùn)用于城市公共安全、工業(yè)安全生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)控、智能交通、智能家居、公共衛(wèi)生、健康監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域，讓人們享受到更加安全輕松的生活。從上海開(kāi)車(chē)到杭州，上高速后，只要設(shè)置好目的地便可隨意睡覺(jué)、看電影，車(chē)載系統(tǒng)會(huì)通過(guò)路面接收到的信號(hào)智能行駛；不住在醫(yī)院，只要通過(guò)一個(gè)小小的儀器，醫(yī)生就能 24 小時(shí)監(jiān)控病人的體溫、血壓、脈搏；下班了，只要用手機(jī)發(fā)出一個(gè)指令，家里的電飯煲就會(huì)自動(dòng)加熱做飯，空調(diào)開(kāi)始降溫。這些都是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于生活中的例子。 實(shí)時(shí)信息理論研究 定義 針對(duì)某一類(lèi)具體的信息，能夠在信息時(shí)效期望的時(shí) 間范圍內(nèi)達(dá)到信宿的信息，也就是滿足信息的時(shí)效性，我們稱(chēng)之為實(shí)時(shí)信息。 17 實(shí)時(shí)信息的判定，首先要計(jì)算得出信息發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)或者區(qū)間上的時(shí)效期望，依據(jù)計(jì)算出的時(shí)效期望判定到達(dá)信宿時(shí)的信息是否保持時(shí)效性，如果依然處于時(shí)效期望的時(shí)間范圍內(nèi)，則這樣的信息就是實(shí)時(shí)信息。 理論模型 （ 1）突發(fā)事件信息傳播模型 無(wú)論物理世界還是虛擬世界，每時(shí)每刻都在發(fā)生著各種各樣的事件和活動(dòng)。無(wú)論人為制造還是自然發(fā)生，它們都通過(guò)一定的渠道向外傳遞某類(lèi)事件和活動(dòng)的信息。在日常生活中，極少發(fā)生的事件一旦發(fā)生是容易引起人們關(guān)注的，而司空 見(jiàn)慣的事不會(huì)引起注意，用統(tǒng)計(jì)學(xué)的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述，就是出現(xiàn)概率小的事件所包含的信息量多。 假設(shè)人們總是關(guān)注信息量多的事件，由公式可知，當(dāng)某一個(gè)不常見(jiàn)事件 A 發(fā)生時(shí)，由于信息源所含的信息量 I 很高，所以人們就比較關(guān)注，通過(guò)各種信息傳播渠道來(lái)獲取這個(gè)信息，信息在短時(shí)間內(nèi)向外大量傳遞。在信息的傳播過(guò)程中，由于信息時(shí)效性的降低和人們對(duì)于信息熟悉度的提高，一般來(lái)說(shuō)信息的價(jià)值將變小，因此該事件的信息向外傳遞就漸漸停止了。 圖 31 突發(fā)事件信息傳播模型 一個(gè)簡(jiǎn)單的事件信息傳播模型如圖 31， A代表突發(fā)事件信息源， B、C、 D則表示一般事件信息源，假設(shè)所有的信息源均具有轉(zhuǎn)發(fā)功能。突發(fā)事件信息源 A 由于其突發(fā)性，因此事件所含的信息量比較多。假設(shè)每一個(gè)信息源都會(huì)盡可能的傳播有信息量的信息，以使自己受到更多的信息訪問(wèn)請(qǐng)求。 圖中藍(lán)色的圈表示，在時(shí)效期望的時(shí)間區(qū)間范圍內(nèi)，也即是保證信息 18 的時(shí)效性的前提下，信息源 A 的信息所能傳播的距離范圍。信息在傳播過(guò)程中，一旦超出時(shí)效期望的范圍外也就是圖中藍(lán)圈所示的范圍，信息的價(jià)值就會(huì)減小。因此圖中 AB段的信息量比 BC 段、 CD段的信息量大（以線段的粗細(xì)表示）。 當(dāng) B 接受到 A 傳遞過(guò)來(lái)的突發(fā)事件信息， B 發(fā)現(xiàn) 該信息含有的信息量比較大，轉(zhuǎn)發(fā)該信息有利可圖（收益較多），這個(gè)時(shí)候 B會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)該信息，因此在時(shí)效期望的時(shí)間區(qū)間內(nèi)， B順利的傳遞到 C， C 再轉(zhuǎn)發(fā)至 D。如果 B、 C 的信息傳播渠道的傳播速度較快的話，傳播范圍可以達(dá)到圖中黑圈所示的范圍。 （ 2）實(shí)時(shí)信息流模型 在實(shí)時(shí)信息通信系統(tǒng)中，我們抽象出信息發(fā)送者、信息中轉(zhuǎn)者和信息接收者，重點(diǎn)研究參與者之間的信息流相關(guān)的屬性以及其他的模型特征參數(shù)。圖 32 中： Tr 代表信息發(fā)送者（信息供應(yīng)商或信息采集點(diǎn)）， Mi 代表信息中轉(zhuǎn)者， Re 代表信息接收者。 圖 32 實(shí)時(shí)信息流模型 信息參與者之間的信息流 flow可表示為： ? ?XYflo w V , d , l , b ?? （ 1） V為信息價(jià)值， d為信息傳輸延遲， l為信息價(jià)值損失， b為傳輸帶寬，X 和 Y 則代表信息參與者。信息傳輸?shù)难舆t往往和信息參與者之間的傳輸路徑有關(guān)，傳輸路徑的信息傳輸速度小，則信息的傳輸延遲就高。 信息流的反饋 fb 可以表示為： ? ?fb fb A,L? （ 2） A表示為事件消息， L表示為信息的時(shí)效期望。通常信息的反饋 包括信息延遲、信息損失等方面。 19 為了進(jìn)一步研究實(shí)時(shí)信息的流動(dòng)勢(shì)能，我們引入實(shí)時(shí)信息潮流 ABT?的概念。 ABTV? ? (3) 實(shí)時(shí)信息潮流代表的是實(shí)時(shí)信息的流動(dòng)勢(shì)能，一個(gè)受關(guān)注的信源，向外傳播的速度較快，傳輸?shù)男畔⒘恳草^大。 在實(shí)時(shí)信息流模型中，為了衡量模型的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，我們引入了健康度特征參數(shù)。 健康度（ health） ? ?h ealth = F d , l ,fb (4) 滿足以下條件： F F F0 , 0 , 0d l f b? ? ?? ? ?? ? ? 。 即實(shí)時(shí)信息流動(dòng)延遲越小，實(shí)時(shí)信息損失越小，實(shí)時(shí)信息反饋越多，模型越健康。 實(shí)時(shí)信息獲取問(wèn)題研究 實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)架構(gòu) 實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)（ RIS）由信息采集、信息傳輸和信息處理三個(gè)子系統(tǒng)組成（圖 33）。用戶向?qū)崟r(shí)信息系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求；該請(qǐng)求被傳輸至信息處理子系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，通過(guò)對(duì)時(shí)間、地點(diǎn)、事件狀態(tài)等因素的篩選，從系統(tǒng)內(nèi)部注冊(cè)的各類(lèi)采集終端中選擇符合要求的；信息傳輸子系統(tǒng)建立起采集設(shè)備和信息處理中心的連通路徑；采集子系統(tǒng)將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)上傳至信息處理子系統(tǒng)，加工和重構(gòu)成實(shí)時(shí)信息，并最終向用 戶進(jìn)行信息發(fā)布。 一般認(rèn)為實(shí)時(shí)信息所包含的感官維度有： 外部感官維度：視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、文字、觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)、平衡。 內(nèi)部感官維度：饑渴、勞逸、痛癢、冷暖。 第六感官維度：直覺(jué)。 如果我們能記錄下這些感官維度，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的手段實(shí)時(shí)傳遞，用戶甚至能夠進(jìn)行體驗(yàn)式消費(fèi)。每一個(gè)人的經(jīng)歷和記憶都將成為消費(fèi)品。 20 圖 33 實(shí)時(shí)信息系統(tǒng) 實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)還需要解決很多設(shè)計(jì)和執(zhí)行上的問(wèn)題。圖 33 向我們展示了實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的系統(tǒng)組件和邏輯關(guān)系。實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)共分為終端層、平臺(tái)層、邏輯層、云計(jì)算層和存儲(chǔ)層。平臺(tái)層統(tǒng) 一維護(hù)終端層提交上來(lái)的數(shù)據(jù)；邏輯層主要處理數(shù)據(jù)分類(lèi)、計(jì)算邏輯和任務(wù)管理等工作；云計(jì)算層借助于海量的計(jì)算資源提供實(shí)時(shí)計(jì)算能力；存儲(chǔ)層提供分布式存儲(chǔ)服務(wù)。 表 2 軟件架構(gòu) 終端層 采集終端 1 2 3…… 用戶終端 1 2 3…… 平臺(tái)層 采集平臺(tái) 用戶平臺(tái) 邏輯層 數(shù)據(jù)分類(lèi)和任務(wù)管理 云計(jì)算層 分布式計(jì)算 數(shù)據(jù)開(kāi)放平臺(tái) 存儲(chǔ)層 高速大容量分布式存儲(chǔ)設(shè)備 實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)作為一個(gè)實(shí)時(shí)信息源平臺(tái)，有著如下的鮮明特征： （ 1）采集終端多元化 與 Sensor Web 不同，實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的采集終端包含傳感器、無(wú) 線手持設(shè)備、人甚至是動(dòng)物。采集終端可以是固定的，也可以是有規(guī)律或者隨機(jī)移動(dòng)的。采集的信息種類(lèi)也多元化。 （ 2） ESkin of Earth 通過(guò)一定的層次劃分，使得地球表面安置實(shí)時(shí)信息采集設(shè)備，從而形 21 成一張覆蓋地表的地球網(wǎng)格。 （ 3）大數(shù)據(jù)平臺(tái) 由于每時(shí)每刻的數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)顯然是一個(gè)異常龐大的數(shù)據(jù)平臺(tái)。通過(guò)一定的數(shù)據(jù)壓縮協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，是平臺(tái)的重要機(jī)制。 實(shí)時(shí)信息獲取模型 實(shí)時(shí)信息獲取過(guò)程中關(guān)鍵因素是時(shí)效概率函數(shù) fi(t)和信息流 flow(1)的確定。實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)采集信息的前提是通 過(guò)時(shí)效概率函數(shù)推導(dǎo)出時(shí)效期望，并結(jié)合信息流公式求出實(shí)時(shí)信息在傳遞過(guò)程的信息價(jià)值以及信息價(jià)值損失。 聯(lián)合下述三個(gè)公式的時(shí)效概率函數(shù)公式、時(shí)效期望公式、實(shí)時(shí)信息流公式，下面我們給出實(shí)時(shí)信息采集模型 C 的推導(dǎo)過(guò)程。 ? ?? ?? ?? ?ii0n1ii= 1XYL t f t dtE L = p L C =C A ,V 1,L d,bf l ow = V ,d, l ,b????? ????????????? (5) 其中 Li 是針對(duì)某一消息的時(shí)效量， E(L)是該類(lèi)型實(shí)時(shí)信息的時(shí)效期望， flow是實(shí)時(shí)信息流的形式化公式。 參數(shù)相關(guān)的說(shuō)明： A表示某一類(lèi)型的信息， V表示實(shí)時(shí)信息的信息價(jià)值， d表示實(shí)時(shí)信息的傳輸延遲， l表示實(shí)時(shí)信息傳輸過(guò)程中的信息損失，b表示傳輸?shù)膸?。因?V1表示的是實(shí)時(shí)信息獲取過(guò)程的信息價(jià)值剩余，Ld表示實(shí)時(shí)信息獲取過(guò)程中的時(shí)效期望剩余值。 實(shí)時(shí)信息采集 當(dāng)前各類(lèi)的信息系統(tǒng)能采集的信息種類(lèi)和精度非常有限，信息采集的手段局限于傳感器自動(dòng)采集和人工采集。互聯(lián)網(wǎng)上存在的一些實(shí)時(shí)信息也主要依靠人工錄入上傳，存在諸多不準(zhǔn)確之處。實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)則充分利用各種采集終端獲取實(shí)時(shí)信息，常見(jiàn)的是一種混合式采集方式，由于系統(tǒng)內(nèi)部注冊(cè)的采集設(shè)備種類(lèi)眾多，每一次用戶的請(qǐng)求都將調(diào)用數(shù)量眾多的采集設(shè)備協(xié)同工作。 根據(jù)實(shí)時(shí)信息來(lái)源的不同，實(shí)時(shí)信息的采集過(guò)程可 以分為物理實(shí)時(shí)信息采集和虛擬實(shí)時(shí)信息采集兩類(lèi)，如下圖： 22 圖 34 實(shí)時(shí)信息采集方式分類(lèi)圖 物理實(shí)時(shí)信息采集 物理世界中存在著與人們生產(chǎn)、生活相關(guān)的各類(lèi)實(shí)時(shí)信息，隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于實(shí)時(shí)信息提出了更高的要求。例如實(shí)時(shí)交通信息、企業(yè)財(cái)務(wù)信息、工廠生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等等。 人們?nèi)粘Ｉ钪兄v的政治信息、經(jīng)濟(jì)信息、體育信息、文藝信息、科技信息等，都是物理世界中存在各類(lèi)實(shí)時(shí)信息，這些也是人們需求最大的實(shí)時(shí)信息。除此以外，還有各類(lèi)與人們生活相關(guān)的實(shí)時(shí)信息。人們出行的時(shí)候，最關(guān)心的是實(shí)時(shí)交通路況信息；度假旅 游的時(shí)候，關(guān)心實(shí)時(shí)天氣信息；用餐的時(shí)候，關(guān)心市區(qū)餐廳的空位信息；停車(chē)的時(shí)候，關(guān)心停車(chē)場(chǎng)的空位信息。隨著人們生活節(jié)奏的加快，這類(lèi)實(shí)時(shí)信息也變得越來(lái)越重要。 針對(duì)物理世界的實(shí)時(shí)信息采集方式可以分為直接采集和間接采集。直接采集是指利用各種采集設(shè)備直接從物理世界的信源采集信息，包括自動(dòng)采集、人工采集、混合采集；而間接采集是指針對(duì)事先被上傳到互聯(lián)網(wǎng)上的仍然保持時(shí)效性的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行采集。 （ 1）直接采集 a、自動(dòng)采集方式 自動(dòng)采集是指利用各種數(shù)字化的采集設(shè)備或特定的程序算法，針對(duì)某一目標(biāo)主體連續(xù)實(shí)時(shí)地采集信息。 常見(jiàn)的采集設(shè)備包括物理傳感器、化學(xué)傳感器、生物傳感器、 RFID標(biāo)簽以及識(shí)別設(shè)備、 GPS 設(shè)備、信息抓取程序（信息爬蟲(chóng)）等。每一種采集設(shè)備能采集的信息類(lèi)別也存在差異性。 物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信 23 號(hào)。物理傳感器能采集的信息類(lèi)別如下表所示： 表 3 物理傳感器 傳感器名稱(chēng) 可被測(cè)量的物理量 敏力電阻、熱敏電阻傳感器 力、重量、壓力、加速度、溫度、濕度、氣體 電容傳感器 力、重量、壓力、加速度、液面、濕度 感 應(yīng)傳感器 力、重量、壓力、加速度、旋進(jìn)度、轉(zhuǎn)矩、磁場(chǎng) 霍爾傳感器 角度、旋進(jìn)度、力、磁場(chǎng) 壓電傳感器、超聲波傳感器 壓力、加速度、距離 熱電傳感器 煙霧、明火、熱分布 光電傳感器 輻射、角度、旋進(jìn)度、位移、轉(zhuǎn)矩 化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?；瘜W(xué)傳感器分為氣體傳感器、濕度傳感器、離子傳感器。 生物傳感器是用生物活性材料（酶、蛋白質(zhì)、 DNA、抗體、抗原、生物膜等）與物理化學(xué)換能器有機(jī)結(jié)合的一門(mén)交叉學(xué)科。各種生物 傳感器有以下共同的結(jié)構(gòu)：包括一種或數(shù)種相關(guān)生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表達(dá)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的物理或化學(xué)換能器（傳感器），二者組合在一起，用現(xiàn)代微電子和自動(dòng)化儀表技術(shù)進(jìn)行生物信號(hào)的再加工，構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。生物傳感器包括微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、細(xì)胞傳感器、酶?jìng)鞲衅鳌?DNA傳感器等。 RFID 標(biāo)簽則是事先把所標(biāo)記的物體的相關(guān)信息寫(xiě)入標(biāo)簽，標(biāo)簽接收解讀器發(fā)出射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的物體信息，這樣閱讀器就能采集物體信息，并 以此判定物體的位置、數(shù)量等實(shí)時(shí)信息。這種實(shí)時(shí)信息采集方式在美國(guó) WalMart超市應(yīng)用非常普遍。 GPS車(chē)載終端，能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)輛自動(dòng)定位，并每隔 10秒將定位信息數(shù)據(jù)打包發(fā)送給服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，使服務(wù)器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛運(yùn)行狀況，并可向車(chē)輛發(fā)布加速