物联网与开放频谱01

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1、电信技术2010年第一期物联网与开放频谱北京邮电大学王志威周正人类社会进入信息化时代以来，信息与通信技术的不断更新换代一直是引领经济发展和社会进步的风向标。上世纪中期出现的计算机及其普及应用，使得人们具有了强大的信息处理和存储能力，从此人类社会进入了计算机时代；20世纪80年代信息与通信技术的进一步发展，使得信息传输与信息处理相互融合，通过网络将单个计算机的所谓信息孤岛连接起来，在全球范围内形成了一个互联网，消除了人们之间进行信息交互的空间距离，整个信息世界变成了一个小小的地球村，人类社会从此进入了一个崭新

2、的信息网络时代。人们可以在网上找到所需要的各种资源进行网络计算，“网络就是计算机”，“上网”成了人们日常生活不可缺少的程序；有的人干脆就整天泡在网络的虚拟世界中，成了所谓的网虫；计算机和互联网对社会进步、生产关系的变化和生产力发展产生的巨大影响，是地球人有目共睹的。近年来出现的传感器网络及所谓的物联网，是信息与通信技术领域第二次大融合，即是信息传感、信息传输与信息处理三大子领域技术相互融合的产物，并将逐渐引领人类社会进入“网络即传感器”、“网络就是感知”的网络感知的新时代；人们可以通过传感网络直接感知真实物

3、理世界的一切，从而极大地扩展网络的功能和增强人类认识客观物理世界的能力，并将能够使人类社会生活与自然界和谐共处的水平提升到一个全新的阶段；由此将会使得人类社会产生难以预料的的巨大变化。在互联网的时代，信息与通信技术通过互联网及其计算机的网络终端，将面对计算机网络终端的人类用户链接起来，实现语音、文字、图像等多媒体信息的交互和通信，移动互联网则为手持移动网络终端—手机的用户提供无处不在的信息服务和方便快捷的话音通信。因此，目前在许多国家和地区，可以说人和人之间已经基本上实现了无处不在的信息通信。然而，我们所面

4、对的客观世界，是包括人类本身在内的世界万物；人类经济社会要实现可持续的发展，必须要与大自然实现和谐共存，要时刻应对各种自然灾害，要维持人类社会的稳定和谐发展，要应对各种战争以及恐怖活动的威胁与挑战，要时刻保证人们生命财产的安全。于是，基于无线传感器网络的物联网应运而生，即通过无线传感器网络将互联网的终端再向外广泛地延伸，直接连接到物理世界的每个物体和每一个角落，比较形象的比喻是要将地球的每一寸土地都铺上一层智能化的电子皮肤。物联网的主要技术支撑是无线传感器网络，而无线传感器网络是由大量密集部署的自治节点构成

5、的一种特殊的信息网络系统。正是由于未来无线传感器网络的规模巨大，而其传感器节点的能量非常有限，因此它与传统的以计算机为终端的网络相比较有着诸多不同的特点，例如自组织网络拓扑结构；网络节点间的协同及分布处理的能力，网络节点体积小、低功耗、低成本、自组织、多跳、对等通信、无人值守、可容错、可扩展、环境自适应等等。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术等多学科交叉的研究领域，它能够实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准

6、确的信息，传送到需要这些信息的用户。无线传感器网络可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、航空航天、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等众多领域。它将逐步实现人类社会与自然世界之间，形成无处不在的信息交融、高度智能化信息通信网络的梦想。当前，电信运营商所倡导的基于电信和移动网络的M2M业务就是开展物联网应用的非常诱人的良好开端。本文得到国家重大专项（2009ZX03006-006/-009）及863项目（2009AA01Z262）的资助。但是，未来真正全球化的基于无线传感器网络的物联网实现的规模之

7、庞大，涉及的技术层面和各种社会层面的问题之复杂的程度是目前人们难以想象的。除此之外，如此大规模的，无处不在的无线传感器网络的普及应用，再加上原有宽带无线移动通信网络的飞速发展，就对传统的电磁频谱的管理体制提出了巨大的挑战。众所周知，无线电电磁频谱是人类所拥有的非常宝贵的、不可多得的自然资源之一。雷达探测、气象预报、射电天文、无线电定位、工业电磁炉、医疗设备以及各种无线通信技术都离不开这一宝贵的电磁频谱资源的有效利用。例如如何提高频谱利用率，则是无线通信领域永恒的研究课题之一。而一个国家电磁频谱应用的情况也是

8、该国经济发展水平的一个标志；如图1绘出了频谱利用情况与每个国家GDP的关系，我们从中可以看出发达国家与一些发展中国家的差距。今天人类社会已经跨入了21世纪的新时代，然而，当前世界各国的频谱规划和管理的体制，基本上还在沿用上世纪20年代以来制定的原则：即将可用的电磁频谱按频段划分给不同的用户使用，一般在一个频段范围内只有一个授权用户可以使用独享。这样一来，随着经济技术的不断发展无线电电磁频谱的需求与日剧增，到目前为