理論：物聯(lián)網(wǎng)正向三個方面轉(zhuǎn)變
“物聯(lián)網(wǎng)”(IoT)這個名稱描述了讓互聯(lián)網(wǎng)得以延伸至實體世界的幾種技術(shù)和研究科目。射頻識別(RFID)、短程無線通信、實時定位和傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)正變得日益普及，讓物聯(lián)網(wǎng)得以實現(xiàn)。
實際上，在萬維網(wǎng)問世、手機在全世界范圍里普及后，物聯(lián)網(wǎng)代表了在我們有生之年里發(fā)生的最具顛覆潛力的技術(shù)革新。隨著預(yù)期多達500億至1000億件物品在 2020年前被鏈接到互聯(lián)網(wǎng)上，我們正在經(jīng)歷一次重大變化，日常物品將變得相互連接和智能化。
然而，對于“智能事物”及其形成的體系，人們的理解、使用、互動和經(jīng)驗并未與之同步發(fā)展，而這造成了技術(shù)、社會、經(jīng)濟和政治方面的巨大后果。為此，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的大批科研人員，還有商家、政府機構(gòu)和城市正從三個主要方面探索這一激動人心的技術(shù)：科學(xué)理論、工程設(shè)計和用戶經(jīng)驗。 在這種更全盤化視野的促進下，研究團體把專注點從系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到了終端用戶。這種轉(zhuǎn)變的目標(biāo)是向用戶提供理解和控制自己所在的環(huán)境所需的知識，以及超越傳統(tǒng)桌面的新的互動界面，從而讓用戶獲得更強大的能力。
物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)改變了互聯(lián)網(wǎng)的使用方式。通過物聯(lián)網(wǎng)，各種各樣的物體、傳感器和設(shè)備能夠互相交互形成無處不在的網(wǎng)絡(luò)，從而改善我們的日常生活。比如在衛(wèi)生保健領(lǐng)域，人體局域網(wǎng)(body area network)收集非常重要的病人信息，并將其送到服務(wù)提供商的計算系統(tǒng)，從而使更精確、更有效地監(jiān)控大量的人群成為可能。嵌入在環(huán)境中的傳感器還可以給老年人和殘疾人提供隨處可得的生活幫助。
在互聯(lián)網(wǎng)和感應(yīng)技術(shù)發(fā)展的同時，納米技術(shù)也在進步。自從理查德·費曼在1959年發(fā)表了關(guān)于納米技術(shù)的著名諾貝爾獎獲獎演講以來，這個領(lǐng)域發(fā)展迅猛，制造出有很多應(yīng)用的復(fù)雜設(shè)備。特別是近些年來，納米通信學(xué)科的出現(xiàn)，目標(biāo)是為納米設(shè)備創(chuàng)造新的交互模式以提高它們的性能和應(yīng)用水平。
然而，納米設(shè)備并不一定限制在點對點通信中。在用戶周邊的各種物體和設(shè)備中嵌入納米傳感器將會給物聯(lián)網(wǎng)增加新的領(lǐng)域：納米物聯(lián)網(wǎng)(IoNT)。這些微型的傳感器通過納米網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，可以獲得物體內(nèi)部以及難以訪問區(qū)域的細分數(shù)據(jù)，從而可以帶來新奇的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。舉例來說，人體納米傳感器可以提供心電圖和其他至關(guān)重要的信號，而環(huán)境中的納米傳感器則可以收集特定區(qū)域的病原體和過敏原信息。通過 IoNT 將這兩種數(shù)據(jù)源結(jié)合就能更容易精確診斷和監(jiān)控病人的情況。
IoNT 的概念是由伊恩·阿基迪茲(Ian Akyildiz)和約瑟夫·喬奈特(Josep Jornet) 提出的。他們概述了電磁納米設(shè)備通信的總體架構(gòu)，包括信道建模、信息編碼和協(xié)議。這些研究者描述了最適合納米級通信的元件，并集中討論了基于石墨烯的納米天線。這種天線在百億赫茲波段具有最高能效。然而，這導(dǎo)致了獨特的且易受影響的屬性，比如由分子吸收引起的路徑損失和噪聲會影響波在傳播過程中的衰減。阿基迪茲和喬奈特還提出了一種新的路由形式以及在基于 EM 的納米通信中需要的服務(wù)發(fā)現(xiàn)。
挑戰(zhàn)：納米通信看易行難
實現(xiàn) IoNT 必須面對兩個挑戰(zhàn):在納米網(wǎng)絡(luò)中建立數(shù)據(jù)采集和路由機制，開發(fā)中間件以鏈接傳統(tǒng)的微傳感器和納米網(wǎng)絡(luò)。我們也會涉及擴展目前的上下文和服務(wù)管理系統(tǒng)以支持 IoNT 所必需的東西，以及其他一些可能的 IoNT 應(yīng)用。
設(shè)想中的IoNT包括下層鏈接眾多納米傳感器的納米級網(wǎng)絡(luò)，與納米網(wǎng)絡(luò)交互并分布式處理它們自己信息的設(shè)備以及上下文和服務(wù)管理系統(tǒng)。雖然研究者提出了多種納米通信方法，這里我們只考慮兩種最實際的：分子通信和電磁通信。
納米設(shè)備可以在生物環(huán)境中交互，比如在人體中就可以通過覆蓋現(xiàn)有的器官通信系統(tǒng)或者利用像核苷酸、氨基酸、 肽等的生物分子來通信。譬如，對細胞重新編程使其成為傳感器。