1.5 从互联网到物联网的演进
互联网的兴起是20世纪最重要的革命，互联网的出现改变了现实社会，形成了一个庞大的虚拟世界。物联网是互联网的一种延伸，物联网具备了互联网的特性，但是又进一步增强了互联网的能力，实现了虚拟世界向现实世界的进一步扩展和延伸。随着网络的不断发展，网络的泛在化已经成为发展趋势，如同互联网可以将世界上所有的人联系在一起一样，物联网也可以进一步将世界上所有的物联系在一起，从而完成从互联网到物联网的演进。
1.5.1 互联网的概念
互联网是由多个计算机网络按照一定的协议组成的国际计算机网络。互联网是由全球的计算机网络相互连接而成的，互联网提供了全球信息的互通与互联，主要用于解决人到人的通信连接。互联网如图1.3所示。
图1.3 互联网的示意图
互联网是一个由各种不同类型与规模、独立运行与管理的计算机网络组成的世界范围的巨大计算机网络。组成互联网的计算机网络包括小规模的局域网（Local Area Network，LAN）、城市规模的城域网（Metropolitan Area Network，MAN）以及更大规模的广域网（Wide Area Network，WAN）等。这些网络通过电话线、高速率专用线路、卫星、微波、光缆等，把不同国家的大学、公司、科研部门等组织的网络连接起来。
然而，只用计算机网络来描述互联网是不恰当的。原因在于，计算机网络仅仅是传输信息的媒介，而互联网的精华是它能够提供有价值的信息和令人满意的服务，在互联网上，人们可以与远在千里之外的朋友共同娱乐、共同完成一项工作。可以说，互联网是一个世界规模的信息和服务来源，互联网不仅为人们提供了各种各样、简单而快捷的通信与信息检索手段，更重要的是为人们提供了巨大的信息资源和服务资源。通过使用互联网，全世界范围内的人们既可以互通信息、交流思想，又可以获得各个方面的知识和经验。互联网也是一个面向公众的社会性组织，世界各地数以万计的人们可以利用互联网进行信息交流和资源共享；而又有成千上万的人花费时间和精力，构造全人类所共同拥有的互联网。
互联网是人类社会有史以来第一个世界性的图书馆和第一个全球性的论坛，无论来自世界任何地方的任何人，在任何时候都可以参加，互联网永远不会关闭。在当今的世界里，唯一没有国界、没有歧视的生活模式属于互联网，通过网络信息的传播，全世界任何人不分性别、年龄和贫富，互相传送经验与知识，发表意见和见解。互联网是人类历史发展中一个伟大的里程碑，它正在对人类社会的文明悄悄地起着越来越大的作用，互联网将极大地促进人类社会的文明、进步和发展。
1.5.2 互联网与物联网的关系
互联网是以计算机网络为核心构建起来的网络，主要解决人到人（Human to Human，H2H）的连接。物联网是物品识别和感知等技术与互联网结合而产生的新型网络，主要解决物到物（Thing to Thing，T2T）、人到物（Human to Thing，H2T）之间的连接。
1.互联网与物联网的应用领域
互联网通过TCP/IP技术互联全球所有的数据传输网络，应用目的单一，因此在较短时间实现了全球范围内人到人（H2H）的通信，达到了全球信息的互通与互联，构建了全球性的信息计算机网络。
物联网与互联网不同，物联网是与许多关键领域物理设备相关的网络，其以实际应用为出发点，网络终端形式多样、技术复杂，是自动化控制、遥控遥测及信息应用技术的综合展现。物联网是互联网在不同领域的具体应用，如图1.4所示。
图1.4 物联网是互联网的具体应用
不同应用领域的物联网均有各自不同的属性。例如，汽车电子领域的物联网不同于医药卫生领域的物联网，医药卫生领域的物联网不同于环境监测领域的物联网，环境监测领域的物联网不同于仓储物流领域的物联网。由于不同应用领域具有完全不同的网络应用需求和服务质量要求，只有通过专业联网技术才能满足物联网的应用需求。正是因为物联网应用的特殊性，才使得物联网无法再复制互联网成功的技术模式。
2.物联网对稳定性和安全性的要求较互联网更高
互联网在短时间内实现了全球信息的互通与互联，但也带来了难以克服的安全性和服务质量等一系列问题。例如，互联网保密性不强，电子邮件时常丢失。
物联网需要网络具有更高的稳定性。例如，银行的物联网必须有可靠性，保证不能因为误操作影响金融系统的稳定；仓储的物联网必须准确检测出入库的物品，不能有品种和数量上的差错；医疗卫生的物联网必须具有运行的稳定性，不能因为误操作威胁病人的生命。
物联网需要网络具有更高的安全性。物联网绝大多数应用都涉及个人隐私和机构秘密，因而物联网必须具有保护隐私和机密、防御网络攻击的能力，必须提供严密的安全性。
1.5.3 H2H与T2T的发展路线
尽管物联网与互联网有很大的不同，但从信息化发展的角度来看，物联网的发展与互联网密不可分。从互联网、移动互联网到物联网，人类对信息的渴求成为推动信息化发展的原动力，而技术的飞跃正帮助人们不断缩小信息的未知领域，物品自身的网络与人的网络相互联通已经成为大势所趋。
1.H2H的发展路线
互联网主要解决人到人（H2H）的连接。互联网的发展路线主要有两条：一条路线是宽带化，另一条路线是移动化。
（1）网络的宽带化
随着超巨型计算机、超大型数据库和光纤网络的不断发展，网络技术得到了很大的发展机遇，给互联网的宽带化提供了很好的基础性平台。
美国制定了宽带发展战略，将实现1亿个家庭宽带上网，美国认为宽带与航天技术一样重要。欧洲的战略是要建立更快速的互联网。在日本，电话电信株式会社（NTT）是最大的电信商，政府拥有NTT 30%的股权，政府要求NTT不管盈利与否都要光纤到户。
我国的网民人数和互联网普及率不断提高，已经超过世界平均水平，许多家庭已经是光纤入户。但我国宽带在普及率、网络速度方面还有待于进一步提高。
（2）网络的移动化
网络的移动化就是将移动通信和互联网二者结合起来，是指网络的链接和数据的传输借助于3G、4G、5G、Wi-Fi、WiMAX等技术，以摆脱传统电缆的束缚。
2009年1月，工信部颁发3G牌照，我国移动互联网开始得以发展。2013年12月，工信部颁发4G牌照，4G的网速峰值速率可达100Mbit/s，我国移动互联网发展进入了快车道。2017年3月，我国5G技术研发试验第二阶段测试在北京怀柔外场进行，标志着5G测试进入系统验证阶段，5G峰值网络速率达到10Gbit/s，将支持物联网全面实现。
移动通信和互联网是当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务，现在出现移动通信与互联网的结合是历史的必然。移动互联网正逐渐渗透到人们生活、工作的各个领域，短信、移动音乐、手机游戏、视频应用、手机支付、位置服务等丰富多彩的移动互联网应用正在深刻地改变着信息时代的社会生活。
2.T2T的发展路线
物到物（T2T）的通信也主要沿着两条路线向前发展：一条路线是IP化，另一条路线是智能化。
T2T通信的IP化是指未来的物联网将给所有的物品都设定一个标识，实现“IP”到末梢。这样人们就可以随时随地了解物品的信息，甚至“可以给每一粒沙子都设定一个IP地址”，实现全球物品的IP化。
T2T通信的智能化是指物品更加智能，能够自主地实现信息交换，真正地实现物联网。这需要有对海量数据实时准确处理的能力，随着“大数据”“云计算”等技术的不断发展和成熟，这一难题将得到解决。
H2H的发展路线和T2T的发展路线如图1.5所示。
图1.5 H2H和T2T的发展路线
1.5.4 网络向泛在化演进
在未来网络的发展中，从“人的角度”和从“物的角度”对信息通信的探索将会融合，最终实现无所不在的泛在网络，这也就是终极意义上的物联网。物联网的演进不仅与互联网的演进密不可分，而且与电信网、无线传感器网络、M2M、CPS等有千丝万缕的联系。广义而言，网络正在向泛在化演进。
1.互联网的演进
最早的互联网在20世纪60年代末诞生，70～90年代是互联网的成长期，现在是互联网的全球普及期。互联网已经从早期的研究性网络，发展成如今的商业性网络；互联网从过去的联系平台、浏览平台，发展为现在的工作平台、娱乐平台；互联网业务从最早的传输数据，发展为现今的语音服务与视频服务；互联网从以前的有线接入，发展为现今的无线接入，并向宽带化和移动化发展。
目前互联网也发展到了下一个IP协议版本，互联网正在从IPv4（Internet Protocol Version 4）发展到IPv6（Internet Protocol Version 6）。IPv4的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，可以给约1600万个网络、40亿台主机编址，也就是说IPv4的地址只有约40亿个。IPv4地址北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，IPv4地址严重不足。在这样的环境下，IPv6的发展和普及就十分令人期待。单从数字上来说，IPv6拥有的地址容量约是IPv4容量的8×1028倍，约为2128个，这个地址容量可以使地球上的每一粒沙子都拥有一个IP地址。IPv6不但可以解决网络地址资源数量有限的问题，同时也为计算机以外的设备联入互联网在数量限制上扫清了障碍，是物联网发展的必要前提。
互联网的演进线路，现在可以归纳为宽带化、移动化、泛在化、安全性和可信性。下一代的互联网应该是一个可信的互联网、宽带的互联网、移动的互联网、支持物联网应用的互联网和支持泛在网的互联网。
2.电信网的演进
电信网（Telecommunication Network）是构成多个用户相互通信的多个电信系统互联的通信体系，是人类实现远距离通信的重要基础设施。电信网利用电缆、无线、光纤等电磁系统，发射、传送和接收文字、图像、声音等信号。
电信网的发展主要有两大方向：一个是移动化，逐步由移动通信替代固定通信；另一个是宽带化，通信由电路交换为主转换为分组交换为主。电信网将从电报、电话到互联网，逐步实现宽带化和移动化通信。
3.三网融合
所谓“三网融合”，就是指电信网、广播电视网和互联网的相互渗透、互相兼容，并逐步整合成为统一的信息通信网络。“三网融合”是为了实现网络资源的共享，避免低水平的重复建设，形成适应性广、容易维护、费用低廉的高速宽带多媒体基础平台。
“三网融合”并不意味着电信网、广播电视网和互联网这三大网络的物理合一，而是指技术融合、业务融合、行业融合、终端融合及网络融合，其主要表现为在技术上趋向一致；在网络层上实现互联互通，形成无缝覆盖；在业务层上互相渗透和交叉；在应用层上趋向使用统一的通信协议。“三网融合”后，民众根据需要选择网络和终端，只要拉一条线或无线接入，即可完成通信、看电视、上网等多种需求。
4.传感网
传感网是指随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小结点，通过自组织方式构成的网络。传感网可以看成由传感模块和组网模块共同构成的一个网络。现在谈到的传感网，一般是指无线传感器网络（WSN）。
传感器仅仅感知信号，并不强调对物体的标识，这一点与射频识别强调的标识不同。例如，可以让温度传感器感知森林的温度，但并不一定需要标识是哪棵树木。另外，传感网可以脱离互联网，在独立的环境下运行，所以传感网的范畴较小。但是，传感网也可以通过网关连接到互联网，用户可以远程访问。
传感网借助于结点中内置的传感器测量周边环境中的热、红外、声呐、雷达、地震波等信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、大小、速度、方向等物质的各种现象。在传感网中，结点大量部署在被感知对象的内部或附近，这些结点以自组织的方式构成网络，以协作的方式感知、采集特定区域中的信息，可以实现感知中国、感知世界。相比之下，互联网的网络功能再强大，也终究是虚拟的，很难感知到现实世界。传感网对于实现物联网是非常重要的，可以实现网络由虚拟世界向现实世界的跨越。
5.M2M
M2M即Machine to Machine，是一种以机器终端智能交互为核心的网络化应用与服务。目前绝大多数机器不具备本地或者远程的通信和联网能力。M2M是一种理念，是所有增强机器设备通信和网络能力的技术总称。
M2M通过在机器内部嵌入无线通信模块，以无线通信等为接入手段，提供综合的信息化解决方案，以满足对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求。M2M综合运用自动控制、信息通信、智能处理等技术，可以实现自动化数据采集、数据传输、数据处理、设备自动控制等多种功能。
M2M是物联网的雏形，是现阶段物联网的一种表现形式。目前仅仅是计算机和其他一些IT类设备具备通信和网络能力。M2M技术的目标就是使所有机器设备都具备联网和通信的能力，其核心理念就是“网络一切”（Network Everything）。我国已将M2M相关产业纳入国家重点扶持项目，目前我国的电信运营商已在全国开通了M2M业务。
6.CPS
信息物理系统（Cyber Physical Systems，CPS）作为计算进程和物理进程的统一体，是集计算、通信与控制于一体的智能系统。CPS是在环境感知的基础上，深度融合计算、通信和控制能力的可控、可信、可扩展的网络化物理设备系统。CPS通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环，实现深度融合和实时交互，以安全、可靠、高效和实时的方式检测或者控制一个物理实体。
CPS中的物理设备指的是自然界中的客体，不仅包括冰冷的设备，还包括活生生的生物。互联网的边界是各种终端设备，人与互联网通过终端设备进行信息交换；而在CPS中，人成为CPS网络的“接入设备”，信息交互可能是通过芯片与人的神经系统直接互联实现的。
感知在CPS中十分重要。CPS试图克服已有传感网的各个系统自成一体、计算设备单一、缺乏开放性等缺点，更注重各个系统的互通互联，并开发标准的互通互联协议，同时强调充分运用互联网。从这个意义上说，传感网也可视为CPS的一部分。
7.网络的泛在化
网络总体的演进方向是泛在化，网络将无所不在、无所不包、无所不能。网络泛在化的焦点已不仅仅是“唯技术论”，而是转向了具体的服务，目标也锁定在为用户提供更好的应用和服务体验。网络的泛在化如图1.6所示。
图1.6 网络的泛在化
物联网发展的终极目标是网络的泛在化。网络的泛在化有3个基本特征：一是联网的每一个物体都是可以找得到的；二是联网的每一个物体都是可以通信的；三是联网的每一个物体都是可以控制的。