1.1 背景

人类一直没有停止过对自由交流的追求。人与人的沟通与交流是人类自身的基本需求。从语言到电话，从文字到印刷，再到互联网，如今，人们又把目光投向身边的各种物体，开始设想如何与它们进行交流，期望能够实现人与物之间的信息互传和操控互动。物联网的英文原文是“Internet of Things”，直译过来就是“物体的互联网”，其愿景是让每个目标物体通过相关的技术方法接入网络，让我们在享受“随时随地”两个维度的自由交流外，再增加一个“随物”的第三维度的自由交流途径。

早在1991年，英国剑桥大学发生的咖啡壶事件吸引了上百万人关注一只名为“特洛伊”的咖啡壶。剑桥大学特洛伊计算机实验室的科学家们在工作期间需要走两层楼梯到楼下查看咖啡是否煮好，但常常空手而归，这让工作人员觉得很烦恼。为了解决这个问题，他们编写了一套程序，并在咖啡壶旁边安装了一个便携式摄像机，镜头对准咖啡壶，利用计算机图像捕捉技术，以3帧/秒的速率传递到实验室的计算机上，以方便工作人员随时查看咖啡是否煮好，满足工作人员既能喝到咖啡而又不白跑一趟的愿望。1993年，这套简单的本地“咖啡观测系统”又经过其他同事的更新，以1帧/秒的速度通过实验室网站连接到了互联网上。没想到的是，仅仅为了窥探“咖啡煮好了没有”，全世界互联网用户蜂拥而至，近240万人点击过这个名噪一时的“咖啡壶”网站。此外，还有数以万计的电子邮件涌入剑桥大学旅游办公室，希望能有机会亲眼看看这个神奇的咖啡壶。具有戏剧性的是，这只被全世界偷窥的咖啡壶因为网络而闻名，在2001年8月，这只著名的咖啡壶在eBay拍卖网站以7300美元的价格卖出。

另一个有趣的实例是大学校园内的一个特殊自动售货机。大约在1995年夏天，美国卡内基梅隆大学的校园内有一台自动售货机，出售各种可乐，价格比市场上的便宜一半。所以很多学生都去那个自动售货机买可乐。但是不少学生大老远地跑过去，经常发现可乐已经售完，白跑一趟。于是有几个聪明的学生想了一个办法，他们在自动售货机里装了一串光电管，用来计数，看还剩下多少罐可乐，然后把自动售货机与互联网对接。这样，学生们在去该自动售货机前，可以先在网上查看一下还剩下多少罐可乐，免得白跑一趟。后来美国CNN电视台还专程去实地拍摄了一段新闻。这个想法实际上很简单，就是把传感器连到互联网上去，实时获取自动售货机内现存的可乐罐数量，满足学生购买到便宜可乐的愿望。

1995年，微软公司总裁比尔·盖茨撰写《未来之路》一书。在这本书中，他预测了微软乃至整个科技产业未来的走势，他在书中写道：“虽然现在看来这些预测不太可能实现，甚至有些荒谬，但是我保证这是本严肃的书，而绝不是戏言。10年后我的观点将会得到证实。”[1]在该书中，比尔·盖茨给出了许多愿景，但迫于当时技术水平的局限使得这些构想无法真正实施。目前，当时的愿景都已成为现实。如在《未来之路》中写道：“您将会自行选择收看自己喜欢的节目，而不是等着电视台为您强制性选择”。如今的数字电视已经实现了这种视频点播功能，机顶盒功不可没。你还可以通过网络，使用网络电视来实现上述目标。又如，在《未来之路》中写道：“如果您计划购买一台冰箱，您将不用再听那些喋喋不休的推销员唠叨，电子论坛将会为您提供最为丰富的信息”。如今的互联网上，几乎可以找到您想要的各类信息。再如，在《未来之路》中写道：“如果您的孩子需要零花钱，您可以从计算机钱包中给他转5美元。另外，当您驾车驶过机场大门时，电子钱包将会与机场购票系统自动关联，为您购买机票，而机场的检票系统将会自动检测您的电子钱包，查看是否已经购买机票”。如今的信用卡、网上支付、移动支付、eBay服务、电子机票的服务共同开启了电子商务时代。这里体现出一种新思想，即通过网络不仅可以连接计算机，提供一个虚拟的信息世界，还可以通过网络连接物体，提供一个现实的物质世界。

1998年春，根据美国零售连锁业联盟的估计，美国几大零售业者，一年内因为货品管理不良而遭受的损失高达700亿美元，如1997年宝洁公司的欧蕾保湿乳液上市，商品大为畅销，许多商店常常缺货，但是由于商品太多、查补的速度太慢，使得宝洁公司眼睁睁地看着钱一分一秒从货架上流失。时任宝洁公司营销副总裁的Kevin Ashton为了改进营销市场，提高货品配比与销售量，提出了应用射频识别（RFID）技术来取代现行的商品条形码，用电子标签来标志零售商品，有效地获取商品的实时销售状态，以便及时补充货源，实现供应链管理的自动化。在宝洁公司和吉列公司的赞助下，Kevin Ashton与美国麻省理工学院的教授们共同创立了一个RFID研究机构——自动识别中心（Auto-ID Center），他本人出任中心的执行主任。该中心成立于1999年10月1日，正是条形码问世25周年。EPC Global于2003年11月1日将自动识别中心更名为自动识别实验室，用于为EPC Global提供技术支持。Kevin Ashton的动机很简单，就是把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。MIT自动识别中心提出，要在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线传感网（WSN）、数据通信等技术，使物品（商品）之间能够无须人的干预而彼此进行“交流”。Kevin Ashton认为，这是为公司创造了一种使用传感器识别世界各地商品的方法，将彻底改变以往从生产厂商到顾客，甚至是通过回收产品来跟踪产品的固有模式。

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟（ITU）发布了《Internet Reports2005：The Internet of Things》报告[2]，正式提出了物联网的概念。该报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行数据交换。RFID技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入这四项技术将得到更加广泛的应用。根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间、任何地点的人与人之间的沟通连接，扩展到人与物、物与物之间的沟通连接。

《Internet Reports2005：The Internet of Things》报告给出了一个示例来描绘应用物联网技术后所产生的新生态环境。在2020年的某一天，一个23岁的西班牙学生Rosa和她的男友发生了争执，她需要一点自己的时间静一静，因此，她决定自己开车去法国阿尔卑斯度过一个滑雪的周末。但是，她必须先去一趟车行，因为轿车的RFID传感系统（当地法律规定安装）已经提醒她，汽车轮胎可能存在问题。当她开车穿过车行大门，一个感知诊断工具对车已经进行了总体检查并要求她驱车开往配备自动机器手的专门保养区域。Rosa把车交给了这些机械手臂后走向休息区，然后通过支持安全支付的网络手表从咖啡机上获得了一杯自己最爱的冰咖啡，这是由于Rosa的爱好早已被咖啡机记住了，而那只网络手表为她支付了相关的费用。当Rose回到车间时，一对崭新的包含RFID的轮胎已经安装在了Rosa的汽车上。轮胎的胎压、温度及变形都受到了严密“监视”，机器人向Rosa推荐了专门为她策划的旅行信息，所有的相关信息都保存在了她的汽车控制系统中。显而易见，Rosa并不希望任何人尤其是她的男友知道她在哪里。那么这些敏感信息就必须得到良好的保护，她选择将所有信息设置成为私有的，以避免被任何未授权的对象查阅。随后，Rosa开车去购物中心，她想买一件嵌有媒体播放器和温度调节功能的滑雪衫。Rosa想去的滑雪场可以通过无线传感网去预警雪崩，这使她觉得十分安全。在通过法国与西班牙边境时并不需要停留，Rosa的车已经包含了她的驾照信息和护照，这些信息在通过边境时都自动地上传给了边境自动检控系统。突然，Rosa从她的太阳镜上收到一个视频寻呼，她接通电话 后看到她的男友正在请求原谅并希望一起共度周末。于是Rosa决定放弃一个人的周末计划，用语音要求系统降低周末行程信息的安全等级，这样她的男友就可以通过车找到她在哪里并赶去和她共度周末。显然，该愿景向我们展示了人与人之间借助于物或物与物之间无须人干预的信息传递与操控互动。

所以，这些人们为了解决日常工作与生活中出现的问题所作的各种各样的努力，以及人们那些所谓“异想天开”的设想，映射出物联网作为一种新的技术形态出现的必然性。