2.2 泛在网络发展状况

20世纪末，全球众多国家和地区推出了旨在通过信息通信技术（ICT）提高国力的电子兴国战略，如日本的E-Japan（电子日本）战略、韩国的E-Korea（电子韩国）战略、欧洲的E-Europe战略等。2004年，日本政府在两期E-Japan战略目标均提前完成的基础上，提出了下一步“U-Japan”战略，成为最早采用“泛在（Ubiquitous）”一词描述信息化战略并构建无所不在的信息社会的国家。韩国紧随日本确立了U-Korea总体政策规划，并于2006年在IT-839计划中引入“泛在的网络”概念，将IT-839计划修订为U-IT839计划，增加了RFID、USN（泛在传感器网络）等新的“泛在”内容。此外，还有美国的普适计算（Pervasive Computing）项目和欧盟的环境感知智能（Ambient Intelligence）项目等[3]。尽管各国的提法各不相同，但是都提出了统一的理念，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。

“无所不在的网络”在部分国家已经从战略远景变为现实，一些先导应用已经开始服务于社会、经济、生活的许多领域。从日韩等试点城市的部署到成熟的设备和产品解决方案，再到令人惊奇的丰富应用的推出，向人们展示了一个真实的基于泛在网络的信息社会。当前，泛在网络应用和服务已经开始在许多产业的众多领域大大提升自动化水平并带来了革命性的变化，如实现政府管理、金融服务、后勤、环境保护、家庭网络、医疗保健、办公大楼等领域的自动化及信息化。移动、宽带、互联网的广泛应用更使得无所不在的网络社会不断深化。以下重点介绍几个与泛在网络相关的典型计划和项目。

2.2.1 日本U-Japan计划

2000年日本政府首先提出了“信息技术（IT）基本法”，其后由隶属于日本首相官邸的IT战略本部提出了“E-Japan（电子日本）战略”，希望能推进日本整体ICT的基础建设。2004年5月，日本总务省向日本经济财政咨询会议正式提出了以发展泛在（Ubiquitous）社会为目标的U-Japan（泛在日本）战略构想，该战略的理念是以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接，即所谓4U（Ubiquitous，Universal，User-oriented，Unique），希望催生新一代信息科技革命，实现无所不在的便利社会，而物联网技术则是实现“U-Japan”战略的重要技术。计划利用十年左右的时间将日本建设成一个“任何时间、任何地点、任何人、任何物”都可以连网的环境。

2008年，日本总务省提出将U-Japan政策的重心从之前的单纯关注居民生活品质提升拓展到带动产业及地区发展，即通过各行业、地区与ICT的深化融合，进而实现经济增长的目的。具体说就是通过ICT的有效应用，实现产业变革，推动新应用的发展；通过ICT以电子方式联系人与地区社会，促进地方经济发展；有效应用ICT达到生活方式变革，实现无所不在的网络社会环境。

目前，U-Japan计划的相关技术已经渗透到人们的衣、食、住、行中。例如，松下公司推出的家电网络系统，可供主人通过手机下载菜谱，通过冰箱的内设镜头查看存储的食品情况，以确定需要购买什么菜，甚至可以通过网络让电饭煲自动下米做饭。日本提倡数字化住宅，通过有线通信网、卫星电视台的数字电视网和移动通信网，无论在屋里、屋外还是在车里，人们都可以自由自在地享受各种信息服务。服装行业也不例外，基于RFID的网络化物流技术在服装行业的原料收集、设计加工、物流配送和市场销售过程中都得到了非常广泛的应用。

在实施U-Japan计划的基础上，2009年7月，日本IT战略本部颁布了日本新一代的信息化战略：“i-Japan”战略，为了让数字信息技术融入每一个角落，提出到2015年，通过数字技术达到“新的行政改革”，使行政流程简化、效率化、标准化、透明化，同时推动电子病历、远程医疗、远程教育等应用的发展。日本旨在通过数字化社会的实现，提升国家的竞争力，参与解决全球性的重大问题，确保日本在全球的领先地位。i-Japan战略在总结过去问题的基础上，真正从“以人为本”出发，着眼于应用数字化技术打造普遍为国民所接受的数字化社会。i-Japan战略分为“3大核心领域”和“激发产业与区域活力、培育新兴产业”及“完善数字基础设施建设”3个范畴。日本将设立副首相级的首席信息官（CIO）负责监督战略的执行。

2.2.2 韩国的U-Korea战略

韩国也经历了类似的发展过程。韩国最先于2002年4月提出了E-Korea（电子韩国）战略，其关注的重点是如何加紧建设IT基础设施，使得韩国社会的各方面在尖端科技的带动下跨上一个新的发展台阶。为了配合E-Korea战略，该国于2004年2月推出了“U-IT839”计划，该计划的主要内容是融合了数字多媒体广播、数字电视和网络电视中的8项服务；包含下一代互联网、宽带无线网及软件3项基础设施，以及把移动通信和远程信息服务结合起来的9项技术创新产品。韩国情报通信部又于2004年3月公布了U-Korea（泛在韩国）战略，但是其核心内容是“U-IT839”计划，这个战略旨在为所有人可以在任何地点、任何时间享受现代信息技术带来的便利。U-Korea意味着信息技术与信息服务的发展不仅要满足产业和经济的增长，而且将给人们日常生活带来革命性的进步。

经过多年的技术发展与实践，韩国一些城市已进入泛在城市（U-City）时代，2009年10月合并的韩国土地公社和韩国住宅公社提出了U-city项目计划，建设规模达5000亿韩元。网络和移动技术的发展是U-City的基础，这些技术主要包括通信网络、设备和服务。通信网络环境包括国际互联网、移动通信网络、电话网、电视网和各种无线网络等；设备包括计算机、手机、汽车、各类家电等；服务内容包括计算、管理、控制、资源浏览等。为推动U-City计划顺利落实，韩国信息通信部确立了首尔、釜山、仁川等地区为示范区。

在U-City示范区内，利用无线传感器网络管理系统，可以实时监测城市水流量、水压和水质；在城市安全方面，利用红外摄像机和无线传感器网络，在监测火灾时，可突破人类视野限制，提高火灾监测自动化水平。当住宅或办公楼遇到险情时，监控中心可以监测事发现场，通过广播、短信公布险情。儿童走失和老年人外出遇险是人们普遍关心的大问题，U-City试点城市的街头都安装了智能视频监控系统，既可监控街道，又能进行人脸识别。在环境方面，市民可以实时查询气象、交通和传染病疫情等方面的信息，系统向市民提供“出行指南”。环境系统还可根据空气可吸入颗粒物浓度自动开启道路洒水系统。交通出行系统由公交信息、公共停车信息、智能交通信号控制、集成控制中心组成，乘客可以随时看到车辆到达时间，智能交通信号控制系统根据车辆数来决定红绿灯时间；驾车的市民可通过公共停车信息系统了解附近停车位信息；若您想到某地，交通系统还可根据交通情况推荐一条最优线路，并给市民实时导航。在城市生活方面，一些城市街道两边安装了包括街灯、视频监控探头、网络摄像头、触摸屏、安全灯、对话机等的“媒体柱”。“媒体柱”具有上网、拍照、充电、玩电子游戏等娱乐功能，还可以进行电子投票。

2.2.3 美国的“普适计算”与“智慧地球”项目

1.普适计算项目

20世纪90年代初，Xerox公司Palo Alto研究中心（PARC）计算机科学实验室（CSL）的Mark Weiser博士提出“普适计算（Pervasive Computing）”这一新概念[7]，它的目标是使计算设备和技术“消失”在用户日常生活和工作任务的背景当中，保证用户可以在任何时间与地点在得到计算服务的同时无须觉察计算设备的存在和为此而分心，从而使其注意力回归到要完成的任务本身。以自然、和谐的人机交互环境为主要特征的普适计算是计算模式发展的大方向，而支撑普适计算模式实现的两种关键技术就是分布计算和泛在通信，需要研究的主要技术问题包括以下几项。

（1）智能空间。空间是指特定的封闭区域（如会议室）或开放区域（如院子）。通过将通信与计算机等电子信息设施嵌入铁路、桥梁、隧道、公路、供水系统和建筑等基础设施中构成一个智能空间，使通信与计算等电子信息设施和这些基础设施融合在一起形成智能空间，实现特定区域内的感知、计算和控制。

（2）计算设施的不可见性。这是Weiser博士所指的普适计算环境中用户意识上感觉的计算设施“消失”了，尽可能地减少用户精力的分散。如果普适计算环境能够持续地满足用户的期望，则用户几乎可以“不受限制”地完成所需的信息交互计算和处理等任务，这就要求通信与计算能力在普适计算环境中“无处不在”。

（3）交互作用的可缩放性。随着智能空间复杂程度的提高，用户个人的计算空间与其周围环境的交互作用强度会显著增加，多用户的存在更增加了问题的复杂性。这对无线移动用户意味着严重的带宽、能耗和精力分散问题。因此，从广义上讲，可缩放性是普适计算的关键技术问题。以前有关缩放性是不考虑物理距离的，如Web服务器，但普适计算的情况不同，交互密度与强度随交互距离移出一定范围必须降下来，否则，关系不大的远距离频繁交互会使用户和系统的负荷均无法承受。当然，移动用户仍有一些远距离交互的任务需求，但其交互的密度和强度会受到一定的限制。

在普适计算的概念提出的最初年代，当时的硬件技术基础实际上并不存在。在2000年前后，一些主要大学和工业界相继开展了多种普适计算的研究工作，很多项目的研究重点放在了提高移动设备的交互能力上，从而使用户可以在任何时间、任何地点享受普适计算服务。美国斯坦福大学等研究机构始终关注Web信息在小屏幕设备上的呈现，斯坦福大学和华盛顿大学则在提高普适计算环境的信息输入效率上进行了多项探索。另外，将计算空间与物理空间紧密结合的嵌入式集成智能空间也得到了广泛的重视。例如，美国麻省理工学院（MIT）的Oxygen项目中的智能房间和斯坦福大学的Interactive Workspaces项目等。近十年来，普适计算技术已经有了很大的进步，与其相关的一些设备已有了商业化的产品，如手持和可穿载计算机、无线局域网、传感器和控制家用电器的设备等。目前，普适计算还处于实践初期，要提出一套完整的技术解决方案还为时尚早，这也为今后的研究工作留下了很大的空间，需要进一步去研究和探索。

2.“智慧地球”项目

2008年年底，IBM首席执行官彭明盛提出的“智慧的地球（Smarter Planet）”发展战略受到美国政府的高度重视。“智慧的地球”的核心是：无处不在的智能对象，通过无处不达的网络与人连接在一起，再被无所不能的超级计算机调度和控制。与这一战略相关的前所未有的“智慧”的基础设施，为创新提供了无穷无尽的空间。作为新一波IT（信息技术）革命，其对于人类文明的影响之深远，将远远超过互联网。预期其中投资于新一代智慧型基础设施建设项目能够有力地刺激经济复苏，而且能为美国奠定长期繁荣的基础。

该战略提出，IT产业下一阶段的任务是把新一代信息技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓“物联网”，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的泛在网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，极大地提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。该战略预言，“智慧的地球”战略能够带来长短兼顾的良好效益，尤其是在2008年经济危机的局势下，对于美国经济甚至世界经济走出困境具有重大意义。首先，在短期经济刺激方面，该战略要求政府投资于诸如智能铁路、智能高速公路、智能电网等基础设施，能够刺激短期经济增长，创造大量的就业岗位；其次，新一代的智能基础设施将为未来的科技创新开拓巨大的空间，有利于增强国家的长期竞争力；再次，能够提高有限的资源与环境的利用率，有助于资源和环境保护；最后计划的实施将能建立必要的信息基础设施。

2009年初，美国的奥巴马政府积极回应了IBM首席执行官彭明盛提出的“智慧的地球”概念，奥巴马表示，“经济刺激资金将会投入到宽带网络等新兴技术中去，毫无疑问，这就是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式。”并在随后出台的总额7870亿美元《经济复苏和再投资法案》（Recovery and Reinvestment Act）中对上述战略建议具体加以落实。希望从能源、科技、医疗、教育等方面着手，透过政府投资、减税等措施来改善经济、增加就业机会，同时带动美国长期发展，其中鼓励物联网技术发展政策主要体现在在推动能源、宽带与医疗三大领域开展物联网技术的应用。2009年美国《经济复苏和再投资法案》中与信息通信技术（ICT）相关计划如表2-1所示。

表2-1 《经济得苏和再投资法案》中与ICT相关的计划

到目前为止，智慧地球的理念已经深入到与社会变革息息相关的重要领域，与公共事务结合更为紧密的智慧地球正在使得各个领域变得更加智慧。在2010年，IBM帮助部署智慧交通的斯德哥尔摩、新加坡等城市，交通高峰时段的车流量最高可降低18%，二氧化碳排放量最多可降低14%，选择公共交通出行的市民数量增加了7%。西班牙的8家医院和470家诊所采用了智慧的医疗系统，随之升级或改变了基础设施和医疗设备，从而将病患检查信息实时传递给医生，各类相关分析也可以被应用到医院的工作之中，临床诊断结果和运营效率最高提升10%。全球的银行和其他金融服务机构都在不断提高风险控制能力、效率和客户服务水平，Microfinancer Grameen Koota的优化贷款追踪和处理系统帮助该机构将客户从7万名扩大到25万名；Bank of Russia的支付流程则帮助其成功降低95%的成本。同时，中国许多城市的政府也在积极推进智慧城市的建设，“数字广东”、“武汉两型社会”、“平安重庆”、“生态沈阳”等规划正在逐渐变为现实。

2.2.4 欧盟的“环境感知智能”项目

欧盟的“环境感知智能（Ambient Intelligence，AmI）”项目是1999年由欧洲共同体的信息社会技术咨询组织（Information Society Technology Advisory Group，ISTAG）提出，后来作为欧盟第六框架计划（6th Framework Programme of EU）项目之一开展的研究项目。

欧盟第六框架计划中将AmI定义为一种智能环境，它由嵌入式系统、网络、计算及传感器等组成，使得用户能跨越不同的环境（包括家庭、办公场所及移动过程中），以简单、自然的对话方式处理各种信息，享受各种服务。换句话说，AmI是指一种嵌入了多种感知和计算设备，并能根据情景来识别人的身体姿态、生理状态、手势、语音等，进而判断出人的意图、并做出相应反应的具有适应性的数字环境。它通过智能的、用户定制的内部互连系统和服务制造出理想的氛围，实现理想的功能，提高人们的工作和生活质量。AmI具有普遍性、透明性和智能性。普遍性指，人们周围存在着许许多多内部互连的嵌入式系统，无处不在；透明性指，充斥在人们周围的嵌入式系统是不可见的，隐藏在日常生活背景中；智能性指，AmI数字环境展示其智慧的特殊形式，如能够识别房屋的主人，能通过人的行为判断出人的意图，并做出合适的反馈和动作。

构成AmI的关键技术如下。

1.泛在通信技术

泛在通信环境是AmI的基础，它将使用多种通信与网络技术来保证用户与环境之间能够便利地进行信息交流，例如图2-2所示。身域网（Body Area Network，BAN）将各种智能衣物、个人随身器具（手表、手机、眼镜、手杖等）、直接接触的设施（如正在使用的计算机或其他智能家具、器件）等中的信息装置连接和集成起来，形成以个人为中心的移动的网络。个人网（Personal Area Network，PAN）将个人近距环境（包括家庭、办公室、会议室，甚至自然环境）中各个设施设备中的信息装置以无线形式连接和集成起来，支持个人与近距环境的信息交流。在此基础上，LAN、WAN和以Internet、无线网络等为代表的网络空间（Cyber World），将BAN和PAN中捕获的信息与广泛的数据库、信息系统和相应的服务连接起来，从而支持无所不在的通信，在这方面移动网络将发挥重要作用。

2.泛在计算技术

为了实现泛在计算环境，使得计算装置嵌入到人们日常生活中的每个对象与地点，各类计算装置具备智能型接口，更易于使用，并能够与各类网络相连，使得人们可以在任何地点与时间存取所需信息。为了实现将计算装置嵌入各类生活对象中，人们充分利用各方面技术的发展，包括纳米技术、生物芯片技术、微型系统技术等，使得计算装置能够方便地嵌入到人们使用的及环境中的各种物件中，再通过无线通信技术与复杂的信息网络和知识计算装置相连。环境中的计算装置将主动提供所需的服务，而且让这些服务使用起来很简单、很直觉化，“技术消失了”，藏匿和交织在生活中，直至不可区分。

3.微电子技术

微型系统与微电子器件是AmI的硬件基础，借助嵌入到各类应用环境中的传感器，实现对多模式信息（声、光、电、热、生理信息、化学信息、动作与空间信息等）的感知、分析和传递。这些嵌入系统的核心是专用集成电路（ASICs）或可编程处理器（PPs），作为植入衣物、贴进墙壁、装入桌面、嵌入各种工具的微型智能器件。为了实现隐蔽、不阻碍嵌入对象的正常功能又具有必要的功能，这些微型器件必须体积小、能耗小、散热小、与所嵌入对象有机融合。包括MEMS（微电子机械系统）和激光传感在内的多项技术都应用于AmI，实现监测识别功能。

AmI项目自2000年启动以来，许多企业和大学都参与并启动了相关的研究工作。例如，飞利浦（PHILIPS）公司、汤姆逊（THOMSON）公司和INRIA公司于2001年还专门组建了Ait&D（Ambient Intelligence R&D Consortium）研究协会，实施OZONE项目，研究多模式人机交互、相关的软件环境、高性能的适应性界面等技术。此外，还有美国卡耐基梅隆大学的Aura、欧洲AmI研究发展学会实验室等的Sentient Computing、惠普公司的Cooltown、微软公司的EasyLiving 等项目。

在AmI项目研究工作的基础上，欧盟于2007年提出了建立智能城市的设想，接着在2009年，欧盟委员会提出了建设智能城市的具体计划，并且决定投入100亿至120亿欧元用于智能城市建设。欧盟有关专家认为，智能城市是城市化发展的高级阶段，是建立在城市各大系统整合、物理空间和网络空间交互、普通百姓广泛参与的基础上的。智能化城市要求城市的管理更加精细、环境更加和谐、经济更加高端和生活更加舒适。与数字城市相比，智能城市更加聚焦民生与服务，更加鼓励创新与发展，更加强调感知与物连，更加强调公众参与和互动。

欧盟的智能城市评价标准包括智能经济（即创新型经济）、智能移动（即不仅是智能交通，还延伸到教育、购物等领域）、智能环境（即注重城市的生态环境）、智能治理（即政府管理模式的调整和改善）等多种指标。欧盟智能城市建设主要包括智能建筑、智能能源网络、智能城市交通和智能医疗系统等方面。与其他地区相比，欧盟的智能城市建设更加注重城市的生态环境和智能经济。目前，欧盟已经挑选出大约30座城市作为建立智能城市的首批试点。据有关权威机构评比，瑞典、芬兰、荷兰、比利时、卢森堡、奥地利等国的城市智能化程度相对较高。以瑞典为例，瑞典为了解决斯德哥尔摩交通拥挤问题，通过使用射频识别技术及利用激光扫描、自动拍照和先进的自由车流路边系统，自动检测标识车辆，向工作日白天进出市中心的车辆收取费用。结果，斯德哥尔摩的交通拥堵程度降低25%，交通排队所需时间下降50%，城市污染程度下降15%。