编者按：
物联网是依靠嵌入式系统延伸到物理对象的互联网，其相关技术有30多年的发展史。嵌入式系统在物联网中具有举足轻重的地位，它有着物联网中的物联基因。正是嵌入式系统的单个物联及局域物联网延伸到广域网，才诞生了物联网。从本期开始陆续刊登何立民教授嵌入式系统视角的物联网概述系列文章：第1篇,什么是物联网？；第2篇，物联网源头与物联网技术发展史；第3篇，物联网、物联网系统与物联网事件；第4篇，物联网时代嵌入式系统的华丽转身；第5篇，物联网时代的嵌入式系统人才培养；第6篇，物联网的前沿技术与国家工程建设。
摘要：依靠嵌入式系统将物理对象连接到互联网上，将互联网变革成物联网。嵌入式系统有物感、物控、人物交互、物物交互的全面物联界面，而现有对物联网定义的描述中并没有嵌入式系统，造成了物联网概念的不完整。本文深入地阐述了物联网和嵌入式系统之间的紧密关系，并介绍了物联网的多种定义和基本特性。
引言
物联网是连接到物理对象的互联网。互联网没有物联基因，必须依靠嵌入式系统将客观世界形形色色的物理对象连接到互联网上。首先通过嵌入式系统将物理对象变成一个智能化体系，然后将单个智能化体系或智能化系统的局域网与互联网相连，便成为物联网系统。
物联网中唯一的物联基因在嵌入式系统中，嵌入式系统有全面的物联接口通道。由于嵌入式系统应用的隐蔽性特点，造成物联网概念描述中嵌入式系统的缺失现象。这种缺失不利于物联网的健康发展与物联网人才的全面培养。
1 现有物联网概念的缺失
“物联网”是近几年才出现的一个大科技概念，没有明确的定义，只有十分模糊的描述。
百度百科：物联网这个概念，在中国早在1999年就提出来了，当时叫作传感网。其定义是：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，按约定的协议把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。
维基百科：物联网就是把传感器装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道以及家用电器等各种真实物体上，通过互联网联接起来，进而运行特定的程序，达到远程控制或者实现物与物的直接通信。物联网，即通过装置在各类物体上的射频识别(RFID)、传感器、二维码等，经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予“智能”，实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体相互间的沟通和对话，这种将物体连接起来的网络被称为“物联网”。
在上面的描述中，不可避免地带有初级阶段的模糊与不完全：
① 认为中国在1999年就提出了物联网概念，显然是国人情结，因为传感网不是一个完整的物联网系统。
② 没有讲清通过什么方法、什么手段使物体与互联网相连。
③ 只强调感知。在流行的物联网三个层次概念中，将底层确定为感知层是不全面的。因为物联网底层的全面含义是感知，控制与交互（人物交互、物交互）。
④ 没有强调物联网无所不在的智慧特征。维基百科的描述中，“传感器、二维码等，经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予‘智能’”，让人摸不着头脑，反倒是IBM的“智慧地球”有画龙点睛之妙。
2 不该忽视的嵌入式系统
“嵌入式系统”一词来源于30年前的计算机界。当时，通用计算机以PC机形式走出机房，成为百姓大众的工具，从事计算或嵌入到物理对象体系中，实现对象体系的智能化控制。为了区别这两种不同的计算机形态与应用模式，将前者称为“通用计算机系统”，将后者称为“嵌入式计算机系统”，简称“嵌入式系统”。PC机难以承担起最广泛的嵌入式应用，嵌入式系统便走上了单片化道路，进入到单片机（MCU）时代。这时，计算机界人士没有跟进到单片机的电子技术应用领域。当进入到后PC时代，通用计算机技术被大企业垄断，大量计算机界人士进入单片机领域后，便很自然地恢复了“嵌入式系统”概念。嵌入式系统是一个内含嵌入式处理器，嵌入到物理对象中实现对象系统智能化的一个智力内核。
嵌入式系统应用的后台隐含性特点，使得在许多物联网的描述中都找不到嵌入式系统的身影。然而，当人们进一步追寻传感器、RFID以及所有物理对象是如何连接到互联网时，嵌入式系统便纷纷浮出水面。
传感器连接成网，或与互联网相连，首先是通过嵌入式系统将传感器转变成智能传感器，然后通过智能传感器连接成智能传感器的局域网，或利用嵌入式系统的通信接口实现传感器与互联网的连接，而RFID与互联网相连则是依靠嵌入式系统的RFID读写器来实现。这种将嵌入式系统隐去的物联网描述是不完整的，不利于物联网产业的全面发展与物联网人才的全面培养。
嵌入式系统在物联网中具有举足轻重的地位，不仅因为它是物联网中唯一的物联基因，更重要的是它构建了物联网中所有的智能化终端，使它们有可能任意地组成各种智能型的局域物联系统，并连接到互联网中。例如物联网家居中，所有家用电器都是内嵌有嵌入式系统的智能家电；物联网气象站中，所有的气象监测仪器、传感器都是内嵌有嵌入式系统的智能仪器与智能传感器；所有RFID都应配备内含嵌入式系统的读写器。通过嵌入式系统各种外部总线技术，如RS422/485总线、现场总线、CAN总线、ZigBee技术等，可以将这些智能化终端构建成一个智能化的局域物联系统（如智能家居、智能气象站、RFID读写器的智能餐饮系统等）。给这些局域物联系统配置相应的互联网接口，连接到互联网上，便成为物联网家居、物联网气象站、RFID的校园物联网。
从智慧地球角度更能理解嵌入式系统的重要作用。智慧地球的智慧细胞是微处理器，如今散布在地球上的微处理器数以万亿计，其中只有1%是通用处理器，其余99%均为嵌入式处理器。嵌入式处理器以嵌入式系统方式实现了所有物联终端、电子系统的智能化改造，使它们有可能构建起一个具有全面智慧能力的局域网和物联网系统。
3 物联网中嵌入式系统的物联与互联
下面深入探讨嵌入式系统如何使物理对象与互联网全面连接，从而实现互联网向物联网的变革。
笔者在1990年出版的《单片机应用系统设计》一书中提出过单片机应用系统的4个通道接口的概念，即前向通道的传感器接口、后向通道的控制接口、人机通道的人机交互接口、相互通道的通信接口，如图1所示。嵌入式系统是嵌入到物理对象中，实现物理对象的感知、控制、交互的一个智能化系统。嵌入式系统有全局性的物联应用界面，它们为物联网提供了全面物联与互联的技术支持。
图1 嵌入式系统的全局物联界面
前向通道与后向通道实现与物理对象的连接。通过传感器接口与各种传感器相连，实现对物理对象的感知；通过控制接口连接到各种控制单元上，实现对物理对象的控制。
人机通道的人机交互接口与各种键盘、显示设备相连，实现了人与物理对象的交互，保证了物联网系统中服务对象与物理对象的实时交互。
相互通道的通信接口是一个泛性接口。它以各种串行总线形式将众多的嵌入式应用系统连接起来，形成各种类型的嵌入式系统的局域物联系统，也可以内嵌或外接各种类型的互联网接口，实现与互联网的单机物联、局域物联。此外，通过通信接口，还可以卫星通信方式为物联网系统获取GPS的时空定位信息。
由此，我们便清晰地看到嵌入式系统如何通过上、下连接，实现互联网与物理对象相连。嵌入式系统向下连接到物理对象，向上连接到互联网。不仅如此，嵌入式系统还有纵向连接，将单个嵌入式应用系统连接成局域物联系统，实现互联网与局域物联系统相连，从而在局域物联网基础上实现一个物联网系统，并给物联网系统以标准的时空定位信息。
4 物联网的多种定义
物联网是一个多学科的大概念，不同学科都有对物联网的合理解释，但都有其学科的局限性，在这种情况下，往往以一大段描述来代替其定义。过去，我们见到过对嵌入式系统的描述定义，如今，对物联网的定义也是一大段描述。这是初级阶段不可避免的现象。
当前不妨以最简单的感性语言，把物联网定义成：连接到物理对象的互联网。这种最简单的定义不妨碍我们对物联网的深入阐述：
① 物联网与物理对象的连接是通过嵌入式系统实现的。
② 嵌入式系统与物理对象呈紧耦合状态，形成了一个智能化的对象系统；物联网的所有节点与终端都内含有微处理器，使物联网呈现出智慧地球的基本特征。
③ 与互联网连接的可以是单个嵌入式应用系统，也可以是多个嵌入式应用系统的局域网。
④ 互联网是广域网，有众多的网络接入技术，如三网融合、智能电网等。无论是广域的互联网，还是嵌入式系统的局域网，都有各种形式的网络接入技术。
5 物联网的基本特点
物联网是微处理器、嵌入式系统与互联网在高级阶段交叉融合的产物，带有鲜明的微处理器、嵌入式系统、互联网特点，这些特点是智慧性、实时性、广域性与虚实交互性。
（1）智慧性
微处理器是一个归一化的智力内核。它以通用计算机与嵌入式系统方式赋予物联网所有节点、终端、服务器以无限的智慧能力。微处理器的无限数量与无限智慧，突出了物联网智慧地球的智慧特征。
（2）实时性
实时性是嵌入式系统物联应用的基本要求。嵌入式系统与物理对象相连，在许多情况下，物理参数的感知、物理对象的控制、人物交互、物物交互，都是有实时性要求的任务进程。
（3）广域性
互联网的无限时空与多种接入形式，使物联网具有广域性的应用特点。物联网可以在无限时空状态下使用，也可以与不同介质状态的网络互联，如电信网、计算机网、电视网、智能电网等。
（4）虚实交互性
虚实交互性是物联网二元化世界的空间交互特性。互联网构建了一个无限时空的虚拟世界，嵌入式系统则将互联网延伸到真实世界的物理对象上。物联网时代，原先虚拟世界中的许多交易行为都可以无缝地延伸到真实世界，实现虚拟世界与真实世界的交互。
6 本篇小结
① 物联网是微电子学科、计算机学科、通信学科、电子技术学科交叉融合的一个大概念。每个学科都有对物联网的合理诠释，综合起来，就能有较全面的理性认识。
② 嵌入式系统是物联网系统中唯一的物联基因。没有嵌入式系统，便没有互联网向物理对象的延伸。
③ 嵌入式系统为物联而生，有30多年的物联史。嵌入式的应用特点，使嵌入式系统一直处于后台的隐蔽状态，以至于人们在描述物联网时把它忽略了。
④ 认真研究嵌入式系统物联界面，有利于对物联网的深入理解，也有利于物联网产业的健康发展。
参考文献
［1］何立民.从资本经济到知识经济[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.
［2］何立民.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.
［3］何立民.从嵌入式系统看现代计算机产业革命[J].单片机与嵌入式系统应用，2008（1）.
［4］何立民.从嵌入式系统视角看物联网[J].单片机与嵌入式系统应用，2010（10）.
［5］何立民.物联网时代的嵌入式系统机遇[J].单片机与嵌入式系统应用，2011（3）.
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