网络仪器技术与物联网的发展

随着网络技术和通信技术的快速发展与广泛应用，以及物联网、云计算、智慧地球等新技术新概念的提出，围绕着仪器的互连与测试信息的广域共享问题，人们不断进行有关未来仪器技术的研究和探索，同时也不断地思考着新一代仪器基本形态与结构特征等问题。

目前，人们普遍认同的仪器发展趋势是计算机化、网络化、智能化、多功能化和微型化。随着计算机技术和网络技术的进一步发展，网络化已经成为一种发展趋势。与此同时，网络化仪器技术已逐步成为近年来人们研究的热点，诸如远程医疗、远程数据釆集与控制、高档测量仪器设备资源的远程实时调用等已经开始应用。

随着计算机技术、网络技术和微电子技术对仪器技术的不断渗透，仪器各部件的组成、体系结构以及存在形态等都将会发生本质变化。而物联网技术的发展和工业化与信息化融合的推进，为网络仪器的发展提供了机遇。本文对传统仪器存在的问题进行了分析，介绍了网络仪器和物联网技术的概念及其相互关系。

1  网络仪器分析

仪器技术的发展经历了模拟仪器、数字仪器、智能仪器和虚拟仪器等几个主要阶段，图1所示给出了仪器技术的发展历程。由图1可以看出，以太网的发展为网络测试系统提供了平台，也成就了LXI（LAN—based extensions for Instrumentation)。

从仪器技术的发展历程分析，无论早期的模拟仪器和数字仪器，还是现在的智能仪器、虚拟仪器和网络化仪器,面向广域应用，它们都还存在诸多问题需要解决。

1.1  开放互联问题

互联不仅要实现仪器与网络之间的互联通信,而且要实现仪器与仪器之间的互联。要实现仪器之间的开放互联，其标准化的互联协议和接口是首先要解决的问题。协议及接口的规范化不仅能保证整个仪器之间的互联访问，而且可以实现仪器中各个功能模块之间的互联和访问。并且应能根据不同的功能需求，将不同的仪器模块进行互联，组合成新的仪器或模块资源。然而，目前大多数仪器都是专用的封闭系统，无法实现仪器之间以及不同仪器单元模块之间的互联。

1.2  信息获取参照时钟

目前大多数仪器还都是孤立的封闭系统,所获取的数据都是基于本地时钟，当多个仪器之间发生信息交互时，往往没有统一的参照信息。比如同一时间参照信息、统一空间参照信息等，这也直接导致了信息资源的广域共享与多点融合问题。

1.3  协同测试问题

协同是指协调两个或多个不同资源或个体，协同一致地完成某一目标的过程或能力。由此可见，协同不是简单的将多个仪器或仪器功能部件简单的进行组合，它还需要严格的测试流程、测试节拍，以及参考基准。同时，还要求各个仪器或仪器模块之间具有某种协调功能。而传统仪器大多数还是一个封闭系统，一般不具有协同测试能力。即使某些特殊仪器实现了某种程度的协同测试功能，也往往是建立在特殊的条件和环境下，且实现代价较高、不具有通用性。

1.4  资源共享问题

设备资源大致可以分为两类:仪器资源和信息资源。传统封闭式仪器的功能模块大多数是专用资源，因此它不是开放的共享资源。从而使得仪器设备重复建设，设备利用率低，同时造成了大量人力和物力的重复投入以及资金的浪费。另外传统仪器信息资源的本地化，也直接导致了信息资源无法被充分共享、再生和利用等问题。

1.5  广域测控问题

传统封闭式仪器由于受本地化的限制，很难在广域网范围内实现信息测试和设备控制功能。这就产生了仪器设备广域测控问题，它是由于距离、空间、时间作用域仪器所产生的一系列问题的统称。为了解决诸如此类问题,传统仪器需要构建专用系统，才可以解决广域测控问题。

1.6  对策分析

上述问题就其本质而言，可以归纳为两个方面：开放体系结构和信息完整性问题。开放体系结构是实现仪器之间以及不同仪器模块资源之间互连开放的基础;而信息完整性则是仪器获取的信息所应具备的基本属性，包括时间一致性、空间一致性、溯源一致性以及环境条件完整性等，其中最重要的是时间信息。网络仪器正是为了解决这两个问题而提出的，它通过仪器前端实现测试参数的获取、处理和存储。同时以总线方式将信息发送出去,从而实现信息交换。这样,它就可以作为一个通用平台接入网络世界，从而实现设备资源和数据资源的共享。

2  物联网技术

物联网的概念最初来源于美国麻省理工学院(MIT)在1999年建立的自动识别中心(Auto-IDLabs)提出的网络无线射频识别(RFID)系统。该系统可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，以实现智能化识别和管理。

2005年，ITU在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上正式提出了“物联网”的概念，并随后发布了《ITU Internet reports 2005-- the Internet of things》，该文件介绍了物联网的特征、相关的技术、面临的挑战和未来的市场机遇。

ITU在报告中指出，我们正站在一个新的通信时代的边缘，信息与通信技术(ICT)的目标已经从满足人与人之间的沟通，发展到实现人与物、物与物之间的链接，无所不在的物联网通信时代即将来临。物联网使我们在信息与通信技术的世界里获得一个新的沟通维度,物联网可在任何时间、任何地点，将链接任何人扩展到链接任何物品，它将万物进行连接，从而形成了物联网。图2所示是物联网中的连接维度。

随着信息领域及相关学科的发展,相关领域的科研工作者分别从不同的方面对物联网进行了较为深入的研究，物联网的概念也随之有了深刻的改变。

根据现在较通用的定义，物联网是指通过射频技术(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描等信息传感设备，按约定的协议,将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络。简言之，物联网就是实现“物物相连的互联网”。物联网的核心和基础仍是互联网，它是在互联网基础上延伸和扩展的网络,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间的信息交换和通信。它是促进全球信息发展、构建智慧地球的核心，也是全球经济发展最快的产业。

由此可见，物联网把传统的信息通信网络延伸到了更为广泛的物理世界。虽然“物联网”仍然是一个发展中的概念，然而，将“物”纳入“网”中，则是信息化发展的一个大趋势。物联网对所连接的“物”主要有3点要求:其一是连网的每一物件均可寻址；其二是连网的每一物件均可通信;其三是连网的每一物件均可控制。

随着物联网技术应用领域的不断发展，尤其在高端领域，物联网对连接在其上的“物”提出了更高的要求。

3  物联网与网络仪器

随着计算机技术、网络技术和微电子技术对仪器技术的不断渗透，仪器部件的组成、体系结构以及存在形态等将产生本质上的变化，网络将成为未来仪器技术的基础。信息获取前端将与微电子技术结合而变得更加微型和智能，并且可以广域分布。

从仪器仪表构成的角度来讲，仪器技术的第一步主要是通过传感器对测量信号进行感受和采集;第二是对信号进行初步的分析处理;第三就是把测量的信号进行表达输出。从这一点上来讲，其与物联网技术是一致的。但是，对于物联网而言，其上连接的“物”仅仅满足这些条件还是不够的。虽然其核心和基础仍然是互联网，但是它是在互联网基础之上延伸和扩展的网络,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间的信息交换和通信。由此可见，它对仪器仪表技术提出了更高的要求。

4  结论

物联网是信息化和工业化融合的一个切入点，是低碳经济的支撑点，是战略新兴产业的增长点，是民生服务的新亮点，是加快经济方式转变的一个突破点,也是与国际竞争的新热点。随着物联网相关标准的不断明晰与完善，物联网技术在为仪器技术的发展提供了机遇的同时，也对连接在其上的“物”提出了更高的要求，同时也对仪器技术的发展提出了挑战。