1.2　从连接到计算：智能社会的新需求

进入21世纪，随着信息技术革命的推进，“智慧”的概念逐渐萌发。人们习惯性地将IBM在2008年提出的“智慧地球”作为智慧概念的缘起，其实早在2001年各个国家就开始了智能社会的探索。

从2001年起，日本、韩国、新加坡、中国香港等国家和地区纷纷规划了“无所不在的网络”（Ubiquitous Networks，U计划），致力于全连接社会的构建，中国内地也于2009年发布了《中国至2050年信息科技发展路线图》。美国总统办公室领导还专门在2014年举办了Smart American挑战赛。人们日益迫切的新服务需求驱使我们对以连接为基础的新社会提出了更高的需求——以自动化、数字化和智能化为基本特征的智能社会。以物联网及其包含的终端编码技术、终端识别认证技术、智能感知采集功能、自组织网络通信，以及物联网架构的云中心和计算平台、数据中心等作为主要支撑力量，推动智慧城市、智慧社区和智能社会的构建成为普遍共识，物联网的发展也迎来了新的历史时期。

1.2.1　U-Japan

日本版的“无所不在的网络”（U-Japan）是由日本信息通信产业的主管机关总务省提出的物联网（泛在网）战略，目标是到2010年把日本建成一个充满朝气的国家，所有的日本人（无论其年龄大小、身体状况如何等）都能积极地参与日本信息社会的活动，基于无所不在的网络连接，创建一个无所不能的新信息社会。U-Japan实际上经历了e-Japan I、e-Japan II和U-Japan三个阶段，具体如图1-5所示。

与许多工业化国家一样，日本面临着严重的人口老龄化、出生率下降、环境问题和发展滞涨等危机。信息通信技术（Information and Communications Technology，ICT）的引入和普及被认为是克服这些难题的关键，可帮助日本建立先进的信息社会，包括新型基础设施、智慧人力资源、电子商务/政务和安全网络。e-Japan Ⅰ（2001—2003年）战略于2001年1月提出，计划于2005年执行完毕，日本首相领导组建内阁级IT战略总部。e-Japan Ⅰ的主要目标是优化IT社会的基础架构，解决网络低速、低容量的问题，实现带宽高容量、高速度的转变，同时覆盖每个家庭、每个人。

事实上IT战略总部在2003年又启动了e-Japan Ⅱ计划。e-Japan Ⅱ除了延续e-Japan Ⅰ战略向3 000万个家庭提供永远在线的高速互联网和向1 000万个家庭提供超高速连接外，还将工作重点从基础设施转移到ICT的服务和应用上，旨在创建一个“充满活力、安全、令人印象深刻和便利的信息社会”。e-Japan Ⅱ战略明确了ICT在医疗、视频、生活、小微企业融资、知识传播、就业与政府服务7个领域的促进计划，还列举了ICT对社会结构改革、新的价值创造、个人意志的表达和新的国际关系等方面的影响和战略构想。

e-Japan计划虽然没有显著体现出物联网对信息社会的改变和影响，但从战略角度帮助我们勾勒了ICT在人类社会未来的地位：连接将成为未来每个社会对象的基本权利，人们将从彼此的连接和通信中获益；传统的信息传播、娱乐、知识获取、医疗保健和安全服务等领域都将因ICT技术的发展而改变；构建无所不在的连接和无所不能的连接是提升社会福祉的重要方式。

随着智能手机的流行及固定无线、网络融合等服务的兴起，U-Japan概念逐渐清晰并成为日本的国家新战略和新焦点。事实上“无所不在”的概念非常宽泛，这也成为大家理解日本数字战略的桎梏。如果说e-Japan Ⅰ和e-Japan Ⅱ中的“无所不在”是指任何人在任何时候、任何地点，都可以通过各种各样的机制和方法访问高速网络，那么U-Japan则希望借助微型芯片和特殊的通信模组让任何设备（家用电器、个人物品、汽车、食品等）、任何人（成人或孩子、老人或残障人士）随时随地（24小时、任何场所）紧密地联系在一起，享受一些智能服务（如汽车导航、交通广播、天气预报、远程康护等），具体如图1-6所示。

U-Japan明确了三项重要内容［6］。

（1）从宽带接入转向“无所不在”的融合连接，实现有线与无线之间，网络、终端（如传感器、机械臂、RFID、自动取款机、计算机、微芯片等）和数据交换等各项服务之间的无缝衔接，让ICT网络环境与日常生活深度融合。

（2）从促进信息化、数字化向解决实际问题转变，推动生产自动化、决策智能化，积极利用ICT技术作为改善社会的工具和力量，探索解决21世纪的社会问题（如劳动力不足、逆全球化、民粹主义等）。

（3）彻底加强赛博空间（Cyberspace）[6]安全及其他使用环境的安全，致力于提升私人和公共生活在ICT环境中的安全性。U-Japan并不是e-Japan战略的简单延伸，而是代表了“ICT变得像空气或水一样”的治理范式转变，“Internet of Things”也变成了“Internet of Everything”。

1.2.2　U-Korea

相比日本的U计划，韩国的U计划更强调与房地产、区域经济发展相融合，因此U-Korea常常与U-City等同。韩国在2006年启动了U-City计划，通过对政府、土地、经济、社会环境、个人生活五个主要领域及全球化、工业基础设施、社会基础设施、技术发展四个主要驱动因素进行升级优化，从而创建一个使所有人都能利用安全的、无所不在的连接的社会，即4U：通用（Universal）、可用（Usable）、统一（Unisonous）和升级（Upgraded）。U-City的首个建设试点项目是首尔北部坡州市的云亭地区，它在当时被称为拥有“世界上第一个无处不在的网络”的新型居住卫星城市。

韩国国家房屋公司和韩国最大的固定电话与宽带互联网运营商KT公司一起建立了这个项目，不同于中国香港的数码港和马来西亚的多媒体超级走廊，该城市的定位是泛连接的住宅城市。韩国国家房屋公司和KT公司斥资900亿韩元建设了宽带融合网络（Broadband convergence Network，BcN）和无线宽带服务（Wireless Broadband access service，WiBro）等基础设施。U-City代表了21世纪的未来主义新城市，以期融合高科技基础设施，将物理的城市住宅空间与“无所不在”的网络访问和信息采集结合在一起，实现智慧城市服务提供和智慧城市治理的统一。

U-City的居民将享受到时刻连接的好处：通过使用家用计算机、个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）或蜂窝电话提前查看公交车的到达时间，并准时到达公交车站；实时获悉有关空气污染、水污染和天气预报等信息，以避免污染源；通过对公园、犯罪多发地等地区安装闭路电视，保障市民的安全和便利；通过家庭网络对家用电器设备进行远程控制，甚至引入遥感技术和住宅综合管理系统以降低管理成本。

U-City的社会治理者将从情报、网络、平台和服务四个层次实现智慧城市治理。“无所不在”的连接和无所不在的传感器，将城市情报更全面、更丰富、更迅速地汇集在一起；城市整合网络中心对这些情报进行综合计算和分析，为城市活动提供新情报支持，并优化与城市功能有关的情况；U-City的服务根据服务效果可分为便捷城市、健康城市、安全城市和清洁城市等，具体如图1-7所示。

U-City的基本框架包含泛在连接的审查网络（Ubiquitous Censor Network，UCN）、城市整合网络中心和垂直解决方案。UCN由有线和无线通信基础设施（xDSL[7]、FTTH[8]、RFID、Wi-bro和移动通信）及高科技智能建筑和智能道路等建筑基础设施共同组合实现。城市整合网络中心一般作为住宅项目的必要组件，如同物业管理中心、中央电力系统等部署在相应位置，但由于信息和数据的虚拟化，也可将城市整合网络中心部署在云端，实现数据计算和信息分发。垂直解决方案包含智慧服务和智慧治理两部分，如行政管理、交通、犯罪预防、防火、居民区网络连接、楼宇管理系统等。

目前韩国大约有20个地方政府正在与国家通信服务提供商、韩国土地公司和韩国国家房屋公司合作，积极推动U-City发展。值得注意的是，韩国的U-City计划更侧重于当地的经济活动，因此不同区域的U-City功能设计也各不相同，除统一的“构建安全便利的生活社区”目标外，都会因地制宜或因地所需，推动该地区社会文化特性与产业发展相融合，提供个性化的专业服务或治理服务。韩国U计划的另一个特征就是落脚点在城市，因此U-Korea总是被U-City取代，这也说明智慧城市（Smart City）是智慧社会解决方案的物理形式，而物联网实现智能社会的途径就是建设智慧感知的城市和智慧计算的服务。

1.2.3　Smart America

2013年12月，白宫总统创新研究员杰夫·穆里根（Geoff Mulligan）等人发起了Smart America挑战赛，目的是吸引工业界、学术界和政府共同了解、关注和研究信息物理系统（Cyber-Physical System，CPS）如何为美国创造就业、新的商业机会和社会经济效益。CPS的3C功能——计算（Computation）、通信（Communication）和控制（Control）——天然成为社会运行管理创新的新方法和新工具。

Smart America挑战赛于2013年12月12日启动，2014年6月11日在华盛顿特区会议中心举行了Smart America展览会，参与的组织和机构达到65家。各参与成员结合不同部门的测试平台、项目和需求，构建具备感知和控制能力的CPS系统原型、试验和产品。项目涵盖了智能制造、医疗保健、智能能源、紧急服务、智能交通和灾难响应，证实了物联网与系统控制的融合不仅可以改善原有的生产制造方式，使其变得更安全、更节能，还将为美国经济和美国公民的日常生活带来切实和可衡量的收益。与此同时，美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）也给出了Smart America的参考架构，如图1-8所示。

受无处不在的智能基础设施建设的影响，以及公民和社区对更智能的系统和服务的要求，美国网络与信息技术研究与发展计划（Networking and Information Technology Research and Development，NITRD[9]）智慧城市和社区工作组（Smart Cities and Communities Task Force）制定了《探索与创新：智慧城市和社区联邦战略计划》（Smart Cities and Communities Federal Strategic Plan: Exploring Innovation Together，以下简称《计划》），具体如图1-9所示。

《计划》将网络和信息技术的进步视为城市和社区提高效率、降低成本和改善居民生活质量的重要方式。《计划》支持通过将新的数字技术嵌入城市基础设施、系统和服务中来增强现有能力，并开发新的城市和社区资源，从而成为“智慧城市”和“智能社区”。《计划》给出了“了解区域需求和目标，加速智慧城市和社区的创新和基础设施的改善，促进跨部门合作并弥合现有孤岛，以人为本解决就业和经济增长，促进技术/方案/产品/标准的出口并提升美国在全球的领导地位”的指导框架。《计划》同样给出了基础能力和系统研发、评估，社区设施利用、增强和迭代，数据知识共享、隐私保护和合作等主要难题的具体操作指引，甚至给出了共同发展路线图。

《计划》作为一个高层框架，用来指导和协调与智慧城市和社区相关的联邦计划，并着重于地方政府和利益相关者的参与。2018年11月初，美国数字政府中心[11]宣布了2018年数字城市的优胜者，该奖项旨在表彰那些使用技术以更好地利用其资源的美国城市，如应对社会挑战、增强网络安全、提高透明度等。

加利福尼亚州洛杉矶市为其居民提供广泛的数字政务服务和出色的网络安全策略来保护公民隐私，该城市同时提供多种公民在线服务，如聊天伴侣、社交媒体平台和非紧急政务服务等，并开展协作式“清洁街道”计划，旨在为无家可归者提供综合保护。弗吉尼亚州弗吉尼亚海滨将智慧城市的优先事项纳入其战略目标，并安装有12个物联网传感器，以减轻海平面上升和洪水的影响并支持灾难准备和恢复；同时还任命了一名首席数据官，负责通过有意义的数据分享和可视化来提高数据透明度和数据开放。佛罗里达州珊瑚山墙区通过搭建商业智能门户和城市管理驾驶舱，充分体现了数字城市的数据驱动特性，应用开放数据门户提高透明度，以及基于物联网传感器和平台的城市建设。

1.2.4　创新2050：中国信息科技发展路线图［11］

“物联网”概念作为一个舶来品，来到中国后被迅速本土化，并被赋予了全新的意义。自2009年8月时任国务院总理温家宝同志提出“感知中国”概念以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入政府工作报告。物联网不局限于传统的电子标签和传感器，更不再坚持物理基础设施与ICT基础设施相分离的概念。中国物联网起步较晚，但明显站位更高。

2009年9月，中国科学院信息领域战略研究组根据国家战略需求，并纵观信息科技发展的规律，对未来40年技术的前进方向、对社会的影响及变革、新时期的社会运营规律和治理思路做出了理性的、战略的、前沿的和综合的判断，给出了《中国至2050年信息科技发展路线图》（以下简称《路线图》），其主要内容如图1-10所示。《路线图》重点描述了物联网、智慧城市/社区和社会治理等方向的现状和未来。其探讨了泛在的信息网络和无处不在的信息化问题，推动e社会（网络社会）向U社会（无处不在的信息社会）转变。在网络和信息基础设施的升级换代方面，其重点突出了互联网与物联网的融合，CPS系统的泛在化和无处不在，甚至对传感器接入数提出了具体的量化要求；在新信息科学和前沿交叉科学的发展计划中，则创新性地提出了构建“平行社会”系统，推动计算社会实验和决策支持，实现社会计算智能化、常态化。计算将成为自然系统、人造系统、社会系统领域的基本思维方式，推动计算与网络的融合、计算与物理设备的融合，构建可持续发展的计算基础设施、信息服务基础设施和智能应用服务。

《路线图》详细地规划了我国至2050年信息社会发展的基本脉络和优先任务，对我国ICT产业发展，尤其是以物联网为核心的智能社会建设提供了重要引导。时至今日，物联网、智慧城市、治理现代化等频频成为政策和市场的热词，杭州、贵阳、深圳、北京等城市纷纷打造“城市大脑”，华为公司也在2017年提出了“全连接世界”的概念……广泛的实践和应用表明中国正沿着《路线图》规划的路线，朝着智慧城市和智慧社会有力地迈进。

1.2.5　小结

如今距离各国关于智能社会的尝试实践已将近20年，IBM的“智慧地球”概念［12］也已经提出了十余年，“智慧”的概念经历了炒作、备受质疑到逐渐被接受的过程。从产业到社会治理，从技术研发到商业模式，物联网不再是科学家和工程师们的专属理论概念，人们将物联网与大数据、云计算、5G、人工智能、空间安全等融合起来，打造“智慧的城市”“智慧的运算”“智慧的银行”“智慧的医疗”“智慧的政府”“智慧的家庭”“智慧的能源”，让先进的ICT与古老的商业文明和经济活动一起，促进新技术、新产业与社会生态系统的互动。

这种互动不仅有助于推动城市可持续发展，还有助于城市系统参与者之间的高效协作，形成最佳城市运行模式，甚至形成新的社会形态。从连接到计算，我们追求的不再是“让商品能开口说话”，而是“让商品学会思考”，这意味着我们期待的智能社会对物联网有了新的需求。

（1）更透彻的感知（Instrumented），即将各种感应科技嵌入汽车、家电、公路、水利、电力等设施中，令物质世界数字化，让生产资料数据化，城市公共设施通过智能传感设备连接成网，实时感知监测城市运行。

（2）更全面的互联互通（Interconnected），即实现物联网与互联网的融合，形成城市系统运行总图，通过物联网感知、无所不在的连接、分布式的数据中心和云计算服务等构建智慧城市基础设施。

（3）更深入的智能化（Intelligent），即通过边缘计算、云计算和超级计算机等先进技术，对感知的海量数据进行分析处理，以便做出正确的行动决策。