基于物聯(lián)網(wǎng)中“智能物件”的智能化及其機制分析

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客觀世界中物是不具備智能的，那么，物聯(lián)網(wǎng)要“隨時隨地，何人何物”地“互聯(lián)互通”，甚至實現(xiàn)社會生活與物質(zhì)生產(chǎn)的遠程智能操縱，其根基是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中植入實物中“智能物件”的智能化?；诖吮尘?，文章主要分析物聯(lián)網(wǎng)中“智能物件”的智能化內(nèi)涵、智能生成共性核心機制及其需要解決的問題，從而為物聯(lián)網(wǎng)的“互聯(lián)互通”和遠程智能操縱供給理論支持。

物聯(lián)網(wǎng)；智能化；智能生成共性核心機制

雖然傳聞中有寶玉通靈、鎢盆說話的故事；古代有關(guān)于模擬鐘馗捉鬼的捕鼠機關(guān)人、①指南車上的“機關(guān)人”②的記載，但是，客觀世界中物是不具有智能的。物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)“隨時隨地，何人何物”的“互聯(lián)互通”，更加是實現(xiàn)社會生活與物質(zhì)生產(chǎn)的遠程智能操縱。實現(xiàn)這個目標的根基是物聯(lián)網(wǎng)中物的智能化。而物理世界中的實體不具備智能條件，這就務必嵌入一個能夠“智能化”的小物件，如：洗衣機中的定時器、心臟患者具有遙測功能的起搏器等。這類小物件一般稱為“智能物件”（smartobject）。這類“智能物件”的智能化正是物聯(lián)網(wǎng)的核心。因此，本文主要分析物聯(lián)網(wǎng)中“智能物件”智能化（intelligentize）的內(nèi)涵、智能生成共性核心機制及其需要解決的問題，從而為物聯(lián)網(wǎng)的“互聯(lián)互通”和遠程智能操縱供給理論支持。

一、物聯(lián)網(wǎng)中“智能物件”的智能化由來、內(nèi)涵構(gòu)成及其主要功能

（一）“智能物件”的由來

雖然“智能物件”（smartobject）展現(xiàn)有很長的歷史，如：我國古代的指南車上“機關(guān)人”的研發(fā)等，但是，“智能物件”進展主要與計算機技術(shù)和通信技術(shù)的進展緊密相關(guān)。當前人們經(jīng)常提到的嵌入式系統(tǒng)、普適計算、移動計算、移動通信、遙測技術(shù)（telemetry）、計算機網(wǎng)絡等計算機技術(shù)、電話技術(shù)、無線電話等技術(shù)成就與“智能物件”緊密相關(guān)。

“智能物件”引人留神和快速進展——21世紀的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字革命。20世紀體驗了兩次數(shù)字革命：第一次是人們研發(fā)了計算機并把它用于辦公和家庭；其次次是人們研發(fā)了因特網(wǎng)，并從根本上變更了人們同數(shù)字世界交互的方式。21世紀的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字革命將物理世界和數(shù)字世界連接起來。物理世界的實體在嵌入了必要的芯片和軟件等“智能物件”后，具備了確定的感知才能、計算才能和執(zhí)行才能，成為“智能物體”。工業(yè)界預言：在未來十年里，基于物聯(lián)網(wǎng)“智能物件”的數(shù)量將以10億為單位計數(shù)。因此，“智能物件”（smartobject）的熟悉與了解是一個重要的問題。

（二）“智能物件”的內(nèi)涵與構(gòu)成

一般來說，智能物件可定義為：智能物件是裝備了傳感器或制動器、未處理器、通信裝置和電源等硬件與智能軟件的設(shè)備，如圖1。

智能物件的硬件主要包括傳感器或制動器、微處理器、通信裝置和電源等4個片面。

傳感器或制動器（感應器）：它們賦予智能物件與物理世界交互的才能。

通信設(shè)備：通常是一個帶有天線的無線收發(fā)器或有線接口，使得智能物件能夠?qū)⑵鋫鞲衅髯x取的數(shù)據(jù)傳輸給外界，并接收來自其他智能物件的數(shù)據(jù)，主要為智能物件供給通信才能。

微處理器：保證智能物件即使是在有限的速度和繁雜度上，也能夠?qū)鞲衅鞑东@的數(shù)據(jù)舉行交換，運行智能物件軟件的微處理器，實現(xiàn)智能物件的智能功能。

電源：電源與各個部件相連，為智能物件的電路供電。最常用的電源就是電池，還有壓電式電源，通過將壓力轉(zhuǎn)換成電能供電，或者小型的太陽能電池，利用光能來供電。

智能物件的軟件是由微操縱器上運行的軟件所抉擇的，運行的軟件與通用計算機運行的軟件類似，都使用操作系統(tǒng)。程序由編程語言通過編譯器將代碼編譯成微操縱器可以運行的機器語言。當智能物件開啟時，微操縱器運行軟件。由于功耗和本金的限制，與一般計算機相比，智能物件的內(nèi)存明顯更小。智能物件的軟件有如下特點：一是操作系統(tǒng)程序小：對比計算機上的操作系統(tǒng)來說，智能物件操作系統(tǒng)更小，占用資源更少，大型的操作系統(tǒng)無法在智能物件上使用。二是操作系統(tǒng)簡樸，由于這些操作系統(tǒng)用途更專一，它們的繁雜度也明顯更小。三是不同環(huán)境下智能物件的軟件功能不一樣：對于通用計算機和智能物件，由于需求和限制不同，所以操作系統(tǒng)是不同的。

（三）“智能物件”的功能

雖然“智能物件”在不同環(huán)境下，應用到物理世界的不同物體上，它們所發(fā)揮的功能各異，譬如：模仿鴿眼的電子眼與模仿水母的超聲電子耳的功能不同；監(jiān)視集裝箱溫度的智能物件與監(jiān)視停車位的智能物件在功用上是有所差異的。但是，“智能物件”都有三個根本功能：與現(xiàn)實世界的交互才能、通信才能和智能處理信息才能。

傳感器和制動器與外部物理世界舉行交互?！爸悄芪锛蓖ㄟ^傳感器從物理世界獲取信息，利用制動器（感應器）作用于物理世界，實現(xiàn)與現(xiàn)實世界的交互。傳感器感應外界變化，如：溫度傳感器、攝像頭設(shè)備等；制動器舉行響應，如LED指示燈、用于高壓電源開關(guān)切換的繼電器等。

通信是智能物件發(fā)揮成果的根本要素。對于“智能物件”來說，“智能物件”的通信才能意義重大。在智能家庭中，當車庫門開啟時意味著仆人到家，操縱車庫門的智能物件通過物聯(lián)網(wǎng)“告知”家庭其他智能物件“仆人到家”的信息，而被告知的其他智能物件那么可以開啟家庭里的燈、暖氣等設(shè)備。智能物件的通信模式分為三種：一對一（one-to-one）、一對多（one-to-many）以及多對一（many-to-one）。每種通信模式適用于不同的處境，大量應用會將幾個模式組合起來使用。

智能處理信息才能是“智能物件”智能水平的集中表現(xiàn)。如何在體積小、成果低的根基上發(fā)揮微處理器的信息智能處理分析才能是當前智能物件要解決的核心問題。普適計算（ubiquitouscomputing）、移動計算（mobilecomputing）、分布計算（distributingcomputing）都逐步應用到微處理器中實現(xiàn)“智能物件”智能處理信息的才能。

二、“智能物件”的智能生成共性核心機制

探索人類智能的神秘，透露人類思維微妙，把人類的聰慧才能移植（哪怕只是片面的移植）給機器，制造出能夠善解人意并能與人和諧合作的智能機器，是人類夢寐以求的事情。因此，研究探索“智能物件”的智能生成共性核心機制不僅是“讓物聯(lián)網(wǎng)飛起來”的核心問題，更是人類科學技術(shù)進展的目標。

不僅人類智能是一個奧密，人類關(guān)于智能的熟悉也是眾說紛紜③。無意于概念的討論，這里引用鐘義信的一種相對公認的概念：智能，就是在給定問題、問題的環(huán)境約束和求解問題的目標前提下，有效地獲得相關(guān)信息、把信息提煉成為相應的學識和解決問題的策略、利用策略來解決問題，從而在得志約束條件下告成地達成目的的才能。

智能不是神秘的東西，它是一種特殊物質(zhì)的功能，是可以被逐步熟悉的。機器（這里特指“智能物件”）本身不會自發(fā)產(chǎn)生智能，但它可以被賦予智能。正如人的智能有高有低，“智能物件”被賦予智能也有不同等級。但是全體“智能物件”一般具有智能生成共性核心機制。正如上述智能概念所述，智能是一種利用學識和信息來解決問題和達成目的的才能。這里以人的智能作為自然智能生成范例，智能生成過程可以圖2來描述。本文就是要利用機器人理論與人工智能理論來研究探索物的智能化以及物聯(lián)網(wǎng)下物的智能生成共性核心機制。

根據(jù)鐘義信的研究成果，智能的共性生成機制表現(xiàn)為“由信息到學識和由學識到智能的轉(zhuǎn)換機制”，它包括認知機制與行為機制兩個轉(zhuǎn)換機制，每個轉(zhuǎn)換機制又有兩個重要轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。

（一）智能生成的熟悉機制

智能生成的熟悉機制是指“智能物件”的信息——學識的轉(zhuǎn)換機制，它包括“智能物件”信息獲取過程環(huán)節(jié)的由本體論信息到熟悉論信息轉(zhuǎn)換和認知環(huán)節(jié)的由熟悉論到學識的轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)換一：由本體論信息到熟悉論信息

“智能物件”信息獲取過程主要解決“在給定條件下獲得相關(guān)信息”的問題，也就是本體論信息轉(zhuǎn)換為熟悉論信息的問題。本體論信息是指事物對其運動狀態(tài)及其變化方式的自述；事物的熟悉論信息那么是熟悉主體關(guān)于該事物運動狀態(tài)及其變化方式的表述，它包括語法信息、語義信息和語用信息。從本體論信息到熟悉論信息的信息轉(zhuǎn)換就是“智能物件”的信息獲取過程。

轉(zhuǎn)換二：由熟悉論到學識的轉(zhuǎn)換

“智能物件”認知環(huán)節(jié)主要解決如何從信息提煉學識的問題。事物的熟悉是熟悉主體關(guān)于事物運動狀態(tài)及其變化規(guī)律的表述。信息經(jīng)過規(guī)律化提煉才能夠成為學識。從信息提煉學識的過程，就是“從概括現(xiàn)象到抽象規(guī)律”的去偽存真的歸納過程，即從同類事物的大量概括“狀態(tài)變化方式”經(jīng)過歸納處理，抽象出反映其中“狀態(tài)變化規(guī)律”的過程?！爸悄芪锛闭J知環(huán)節(jié)獲取的學識有形式化學識、內(nèi)容性學識和價值性學識。

（二）智能生成的行為機制

智能生成的行為機制是指“智能物件”的信息——行為的轉(zhuǎn)換機制，它包括“智能物件”決策環(huán)節(jié)由學識到策略的轉(zhuǎn)換和執(zhí)行環(huán)節(jié)由策略到智能行為的轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)換一：由學識到策略的轉(zhuǎn)換

“智能物件”在決策環(huán)節(jié)主要解決學識如何轉(zhuǎn)換成策略的問題。學識僅是關(guān)于事物的規(guī)律性熟悉，而策略那么是根據(jù)在目標的引導下把學識激活為求解問題的對策。

轉(zhuǎn)換二：由策略到智能行為的轉(zhuǎn)換

“智能物件”在執(zhí)行環(huán)節(jié)主要解決如何把策略轉(zhuǎn)換為執(zhí)行的問題，由于智能不僅是智能的生成過程，更重要的是智能應用的過程，只有把智能策略轉(zhuǎn)換成智能行為，才能使實際問題得到真正的解決。

三、物聯(lián)網(wǎng)中“智能物件”的智能化需要關(guān)注的問題

任何新生事物的進展都不是一帆風順的，都會碰見各種各樣的問題，物聯(lián)網(wǎng)“智能物件”的智能化過程同樣有技術(shù)性與非技術(shù)性的挑戰(zhàn)。這里只是簡樸提出，以引起關(guān)注，從而促進物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)的進展。

（一）“智能物件”的能耗、體積大小、本金問題

“智能物件”一般是嵌入式系統(tǒng)，都被夢想如吹風機、汽車窗戶中暗藏的電動機一樣暗藏在所嵌入的實體中，都要求是體積小的物件。但是，“智能物件”的維持智能化過程的電源一般都夢想能夠持續(xù)、穩(wěn)定，有的甚至時間長度是年、十年等生命周期，它又要求“智能物件”的體積大。當然，本金問題是越低越好。因此，對“智能物件”的材料、能耗、體積大小、本金是在物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)辦中需要專心解決的實際問題。

（二）“智能物件”通信暢通中的網(wǎng)絡化、標準化問題

物聯(lián)網(wǎng)中通信暢通是“智能物件”智能生成的關(guān)鍵保障?！爸悄芪锛北倦y于相互聯(lián)系，它們務必通過網(wǎng)絡舉行相互溝通。因此，“智能物件”的網(wǎng)絡化便是個首要問題。同時，由于“智能物件”數(shù)量眾多，是個海量級的數(shù)量，同時，由于所處環(huán)境與應用性質(zhì)不同，“智能物件”呈現(xiàn)差異性狀態(tài)。“智能物件”通信暢通存在網(wǎng)絡化、標準化的問題。

“智能物件”的通信主要是解決如何參與網(wǎng)絡，更加是因特網(wǎng)?！爸悄芪锛眱?nèi)部構(gòu)件與數(shù)量、“智能物件”形成的網(wǎng)絡布局與機制、“智能物件”網(wǎng)絡的規(guī)模與穩(wěn)定性，更加是“智能物件”網(wǎng)絡與因特網(wǎng)聯(lián)接中網(wǎng)絡協(xié)議（internetprotocol，IP）如何由傳統(tǒng)的IPv4過渡到IPv6等都是“智能物件”網(wǎng)絡化需要考慮與解決的問題。同時，物聯(lián)網(wǎng)中感知層、網(wǎng)絡層、應用層所涉及的大量數(shù)據(jù)務必通過相應的接口按統(tǒng)一的標準來舉行連接，這些技術(shù)標準、數(shù)據(jù)和信息的管理標準、應用標準都是“智能物件”通信暢通中的難點之一。

（三）“智能物件”智能化過程中交互與協(xié)同的智能操縱問題

“智能物件”智能化是物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)辦的基點與核心。但是，基于感應層、網(wǎng)絡層、應用層“智能物件”智能化過程并不是一個自發(fā)完成的過程，它存在著許大量多“人—機—物”三要素之間的交互作用過程，這就需要舉行協(xié)同的操縱。而且，這個協(xié)同的操縱務必是一個由人或“智能物件”或計算機共同協(xié)同的智能操縱過程。因此，務必對“人—機—物”操縱模式、“人—機—人”操縱模式、“物—