“智能物体”-“云端大脑”构建未来物联网的协同新模式

未来的物联网（Internet of Things, 简称 IoT）世界里，从医疗保健到交通运输，从智能电网到智慧城市，“智能物体”将成为构建这些网络物理系统的基础基石。试想一下，未来的桌椅、墙壁、钢笔乃至医疗传感器，都能拥有一定的“智慧”，无疑会极大地改变我们的生活。要实现这样一个以智能物体为导向的物联网、仍面临巨大的挑战：这些分布在各处、种类繁多且自治的组件，需要如何与人类、传统IT网络以及它们彼此之间进行高效的协同合作呢？这篇论文将“代理计算（Agent-based Computing）”与“云计算（Cloud Computing）”两种主流的大规模分布式计算模式结合起来。

对于读者来说，可以这样理解这两种技术：

代理计算：就像是给每个物体配备了一个虚拟的“小助手（代理）”。这些小助手具有一定的自主性和社交能力，可以在去中心化、动态的环境中主动执行任务，并与其他物体进行交流合作。

云计算：一个极其强大的“云端大脑”。可以为物联网中的物体提供高性能的计算能力和海量的数据存储空间。

研究人员提出，通过整合这两种互补的技术，构建出一个既具备灵活协作能力，又拥有强大处理能力的“云辅助且面向代理的物联网架构（CA-IoT）”。为了让这套理论落地，研究人员首先明确了物联网的层级结构。在论文的智能物体导向物联网层级图（图1）中，系统被清晰地划分为四个层次：

智能物体层：包含智能笔、智能椅等实体设备。

互联网层：提供基础的网络通信协议。

中间件层：负责物体的命名、发现以及高层级的互动管理。

应用层：最终呈现出来的智能城市、智能家居和移动医疗等具体应用。

为了在这些层级中实现代理计算，研究团队开发了一个名为ACOSO的中间件。在论文的代理平台架构图（图2）中，展示了ACOSO如何利用JADE和MAPS等现有技术，在个人电脑、智能手机到微型传感器的各种设备上，为智能物体创建和管理“代理小助手”。使得物体不仅仅是冰冷的硬件，变成了能够根据事件做出反应、与其他对象交换信息的“协作型智能物体（CSO）”。有了智能的物体，接下来就需要将它们连接到强大的云端。为此，研究中引入了 BodyCloud 系统，这是一个专门为大规模传感器系统设计的云基础设施。

论文中的 BodyCloud 架构图（图4） 为我们展示了数据是如何流动的：

躯体端（Body-side）：通过安卓等移动设备，收集来自可穿戴传感器的数据并上传。

云端（Cloud-side）：基于谷歌应用引擎（Google App Engine），在这里对数据进行接收、存储和复杂的算法分析。

观察端（Viewer-side）：将云端分析好的数据转化为可视化的图形报告，展示给普通用户或医生。

分析端（Analyst-side）：供开发人员设计新的数据处理流程和应用服务。

终极融合：云辅助与代理物联网架构（CA-IoT）

最终，研究人员将 ACOSO（赋予物体局部智慧与协作能力）和 BodyCloud（提供全局存储与计算能力）结合在一起，提出了全新的 CA-IoT 架构。

在论文展示的 CA-IoT 高层架构图（图5） 中，勾勒出了一个高度协同的未来图景：

智能用户代理代表着人类用户的意图。

智能接口代理负责连接外部的其他IT系统。

智能物体代理代表着现实世界中的各种物理设备。

所有这些虚拟代理都身处一个网络物理环境中，在本地进行互动的同时，还能借助顶层的云计算平台进行深度的信息融合与资源扩展，甚至在云端生成虚拟的智能代理来协助完成极其复杂的任务。

作者简介：Giancarlo Fortino，意大利卡拉布里亚大学计算机工程教授、博士生导师，IEEE Fellow。主要研究方向包括可穿戴计算系统、电子健康、物联网与基于智能体的计算，聚焦数字健康、智能感知系统、物联网架构与人机系统等问题。

ORCID：0000-0002-4039-891X

DOI：10.1007/s11276-014-0714-1