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      物聯網離我們有多遠?

      發布時間:2023-08-29
      電力公司不用登門入戶,就能通過遠程抄表系統掌握每家每戶電表上的數字;慢性病患者無需住院,只要在身體上放置幾個小小的儀器,醫生就能24小時監控其血壓、脈搏等生理參數;當你駕車駛入停車場,無需為尋找泊車位勞神,車載終端會自動顯示導航信息,將你引導到最近的停泊位;智能化住宅中的傳感器檢測到主人離開后,能自動通知控制器關閉水電氣和門窗,并對住宅內的安全情況進行監控,實時向主人的手機發送異常情況報告……這些不是科幻電影中的場景,隨著“物聯網”的逐步實現和普及,每個人的生活都將步入物聯時代。
      何為物聯網?
      物聯網也被稱作m2m,即machine to machine(廣義的還可理解為machine to man,man to machine,machine to mobile),旨在實現人、設備與系統間的智能互連,在業界被認為是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業第三次浪潮。
      itu對物聯網的闡釋是:信息與通信技術的目標已經從任何時間、任何地點連接任何人,發展到連接任何物體的階段,而萬物的連接就形成了物聯網。通俗地說,世界上的萬事萬物,小到手表、鑰匙,大到各式家電、汽車、樓房,嵌入智能微型感應芯片后,都可以“開口說話”。再借助各種通信網絡技術,人們就可以和物體“對話”,而物體和物體之間也能“交流”,這就是物聯網。
      如果物聯網再搭上互聯網這個橋梁,在世界任何一個地方我們都可以實時監控所有事物,從而更方便地對生產、生活進行管理,最終達到“智慧地球”這一理想狀態。
      物聯網并非一個完全嶄新的概念,從早先的scada(supervisory control and data acquisition)系統中我們已經可以隱約看到物聯網的影子。scada系統用于集控中心對遠方設備和資產進行遠程監控,在工業自動化、公共事業管理和能源監控等領域被廣泛應用。但由于缺乏統一的標準和可靠的公共網絡基礎設施,工程師們只能設計私有通信協議,并依賴專線進行通信,通常導致scada系統比較封閉,而且缺乏靈活性。與scada相比,物聯網出生于一個嶄新的技術時代:
      首先,內嵌智能芯片、具備感知和計算能力的設備持續流入工業和消費品市場,這些設備具備“思考能力”,能夠“開口說話”。同時,連接這些現場設備的短距離通信網絡日益成熟,尤其是近年來迅速成長起來的短距離無線通信技術,如zigbee、藍牙、wi-fi等,能夠低成本連接現場設備,自組織、構建健壯的現場網絡,輕松便捷地賦予現場設備“相互交流”的能力。
      其次,互聯網與移動通信網已經擁有前所未有的覆蓋率和可靠性,成本也能夠被絕大多數人所接受。
      第三,xml、web services和soa(service oriented architecture)等軟件和系統互操作標準的出現和廣泛應用,為在應用層面以較低成本實現設備及應用的互連互通打下了堅實的基礎。
      物聯網的市場前景
      物聯網與人們的日常生活緊密相關,其應用領域遍及電力、交通、工業控制、零售、公共事業管理、醫療、水利、石油等多個行業,能夠顯著提高行業生產效率,讓人們享受到更加安全舒適的生活。其巨大的市場前景已經吸引了從政府,到運營商、制造商和行業用戶的普遍關注和投入。
      例如,在政府層面,奧巴馬2009年初就任美國總統后,對ibm提出的“智慧地球”概念給予了積極回應,將“新能源”和“物聯網”列為振興經濟的兩大武器,使“物聯網”概念開始走入大眾視線。此后,在不到一年時間內,各國相繼出臺了自己的物聯網戰略,例如歐盟的物聯網行動計劃,日本的i-japan計劃,以及中國國家總理溫家寶提出的“感知中國”計劃。
      在運營商層面,隨著傳統話音業務發展的放緩甚至萎縮,運營商在不斷尋求新的增長點。而物聯網巨大的市場潛力,以及萬億設備互連前景所帶來的巨大網絡流量需求,對運營商拓展新的業務類型和擴大營收來源意義重大,因此引起運營商的格外重視。而且,出于對擴大利潤率的追求,各大運營商在物聯網領域的發展都呈現出一個共性:不再甘于僅僅扮演“通信管道”的角色,而是搖身變為物聯網業務提供商,直接面向用戶提供服務。
      物聯網在中國
      中國移動認為物聯網業務將成為其下一個上億級用戶規模的應用,并于2007年開始開展物聯網業務,2008年又在重慶設立了物聯網運營中心,負責全國物聯網產品的研發以及平臺的建設等工作。此后,中國移動相繼推出了車務通、電梯衛士和消防監控系統三款標準化物聯網產品,并針對物流、電力、金融等行業也提供了一些解決方案。目前,中國移動在全國已經擁有200多萬部物聯網終端,預計未來5年平均增長率將達到60%以上。
      中國電信2007年底開始建設物聯網平臺,現在已基本建設完成。該平臺可以接入多種終端、多種系統,并提供遠程管理、運行監控、告警管理、協議適配、行業服務器接入、業務數據透明傳輸等綜合服務功能。目前,中國電信正積極籌備在江蘇、浙江、安徽、福建、湖北、上海等省市的物聯網業務試點。中國電信上海研究院副院長祁慶中認為,物聯網是電信行業里為數不多的寶藏,是電信運營商進行差異化運營的有效手段之一。
      中國聯通雖然沒有提出明確的物聯網概念,但也推出了一些行業性物聯網應用,如銀行新時空、海洋新時空、物流新時空等。
      從技術視角看物聯網
      在技術層面上,物聯網涉及通信技術、控制技術以及it技術的融合。在當前技術階段,可將物聯網理解為通過多種有線、無線通訊技術,連接各種末端設備或子系統,并采用xml/web services/soa等開放式、標準化的數據表達技術,將終端設備或子系統匯總到一個統一的管理平臺,實現遠程監視以及自動報警、控制、診斷和維護,為用戶提供對設備的全局化管理和綜合化、智能化的信息服務。
      例如,分布在全國的污染源排放監控設備和系統,可通過現場安裝部署的無線傳感器網絡連接起來,并將監測數據通過移動通信網絡,分級匯總到各級國家環保系統,最終匯總到國家環??偩?,實現全局化管理。
      在網絡架構上,我們可以將物聯網系統由下而上抽象為四個層面:感知層、通信層、管理層和應用層。
      感知層
      感知層是物聯網的神經末梢,其主要任務是實現可靠感知,即對現場環境物理參數(溫度、濕度、氣體濃度等)的采集和匯聚。感知層由各種具備感知、計算、執行能力的末端設備,如rfid標簽和讀寫器、攝像頭、gps、各類傳感器與執行器、終端等,以及這些設備互連構成的現場網絡組成。
      物聯網現場網絡制式繁多,既有各種短距離無線網絡,如zigbee、藍牙、wi-fi、無線hart等,又有以有線方式連接的多達十幾種的現場總線網絡,如modbus、foundation fieldbus、can、profinet等。這些網絡各有適用場景,難說孰優孰劣。由于物聯網跨越的行業及用戶需求千差萬別,預計上述網絡標準將在物聯網的現有網絡層面長期共存。
      尤其值得注意的是,zigbee、藍牙等近年來日趨成熟的無線傳感器網絡技術,其通信模塊具有低成本、低功耗特點,網絡具備路由尋址和自組織、自恢復能力,而且無需布線,能帶來部署和維護上的便利,非常適合在感知層大量部署,用于無線連接低通信速率的末端設備。
      在現場網絡的邊界,是物聯網應用中的一類核心設備——物聯網網關。網關同時配備現場網絡接口和廣域ip網絡接口,負責在現場網絡和各種廣域ip網絡間進行數據轉發。網關通常也會提供對現場網絡的管理功能,并將現場網絡管理api發布給遠方管理平臺。
      考慮到現場網絡種類繁多、制式不一,如果能對各種現場網絡進行合理分類和抽象,并在綜合考慮管理平臺對現場網絡的管理需求的基礎上,對網關的硬件能力和軟件api進行標準化,無疑可以在很大程度上對上屏蔽下層網絡的復雜性,降低物聯網應用的開發難度和成本。在有些應用中,感知層的現場設備中會直接嵌入具備廣域ip通信能力的有線/無線模塊。這種情況下,現場設備無需網關中轉,而可以直接將感知數據通過廣域ip網絡傳輸至管理平臺。
      通信層
      通信層為物聯網的信息主干道,主要由運營商提供的各種廣域ip通信網絡組成,包括atm、xdsl、光纖等有線網絡,以及gprs、3g、3g+等移動通信網絡。在通信層,盡管上述有線網絡在底層協議上同樣存在多種制式,但在上層皆能統一在tcp/ip協議族下。
      與有線網絡相比,基于移動通信技術的物聯網應用在部署上具備更大的靈活性,而3g網絡帶來的無線寬帶突破,更為物聯網業務的發展提供了承載基礎,成為目前許多物聯網應用的首選。
      管理層
      管理層是將物聯網技術與行業專業技術相結合,實現廣泛智能化應用的解決方案集。物聯網管理平臺是物聯網網絡架構和產業鏈條中的關鍵環節,通過它可以實現對終端設備和資產(包括移動資產)的“管、控、營”一體化。
      管理平臺主要包含以下軟件集:集成框架、物聯網中間件、行業套件,以及行業應用解決方案等。其中,物聯網中間件是對管理平臺最基礎功能集的抽象和實現,如網絡及設備管理、aaa(認證、授權、計費)管理、數據管理、服務管理等;行業套件則是針對具體行業領域需求而設計的一系列支持模型、工具和服務集。
      在物聯網網絡架構和產業鏈條中,管理平臺是一個關鍵的控制點,各大運營商都把管理平臺作為其在物聯網布局的重心,并在該方向優先投入研發力量。目前許多運營商已經完成了自身物聯網管理平臺的初步建設,并投入實際運營。物聯網產業中的一些軟件廠商也在管理平臺方面推出了許多功能強大的中間件、行業套件,甚至完整的解決方案。
      面臨的問題和挑戰
      總體而言,物聯網應用仍處于推廣階段,尚未進入規?;逃?。具體來說,其應用集中在行業領域,未能向用戶群更龐大的個人、家庭和社區開展,用戶認知度低,對運營商的收入尚未形成穩定的貢獻。就中國而言,能源、工業、金融和安防等領域的需求雖然正在快速凸顯,但物聯網應用目前仍集中在電力和交通運輸行業,這兩大行業占物聯網終端總數的86.5%。究其原因,物聯網規?;逃妹媾R的主要問題,是缺乏完整的標準體系和被各利益相關方接受的成熟的商業模式。
      標準的統一和整合
      任何一個規?;瘧玫臉I務都需要標準化的體系架構來保障,這樣才能按照一個統一的標準和方式去運營。物聯網業務涉及產業鏈中眾多廠商,加之跨越多個行業,行業應用特點及用戶需求差異較大,因此,標準化工作滯后,從而對物聯網業務的規?;逃卯a生了多方面的負面影響:不同制式的設備間難以形成公平競爭,影響應用解決方案的整體質量;行業終端廠商和解決方案提供商面向不同的物聯網應用,每次都需進行重新開發和集成,造成人力和時間成本的增加;由于個人應用大多是標準化、定制化的服務,如果終端缺乏標準化,物聯網業務向個人用戶的推廣無疑會受到影響。
      而物聯網標準化工作包括橫向的共性技術層面和縱向的行業應用層面的標準化。前者主要包括對共用通信協議(如運營商層級的物聯網通信協議)、終端設備描述及服務發現機制、應用間數據交換機制的標準化(例如基于xml、soap、web services等技術);后者主要是指對行業終端、行業通信協議、行業應用規范的標準化。
      所幸的是,物聯網標準化問題已經開始引起各利益相關方的重視,歐盟網絡企業和rfid司官員peter friess表示,將要求歐盟制定覆蓋技術、運營、服務等多個層面的物聯網標準,并督促國際層面著手討論制定物聯網的統一標準。
      在中國,運營商作為物聯網產業的積極推動者,已經著手進行物聯網相關標準的制定工作,但更多的還需要各行業的企業和組織共同推動。
      中國移動已經制定并在持續升級其wmmp協議,對gprs終端與其物聯網營運平臺間的通信協議進行標準化。中國移動要求所有與設備相關的gprs數據流量都需通過其物聯網營運平臺,以此保證終端制造商參與wmmp認證的積極性。除此之外,中國移動也在開展終端設備通信模組的標準化工作。
      中國電信則在積極推動家電企業統一終端接口標準,并主導家庭網關與物聯網管理平臺、家庭網關與采集設備間接口標準的制定;另外,中國電信還將逐漸與其他一些終端行業共同推動標準工作。
      產業鏈利益各方的共贏
      物聯網產業鏈較長,涉及模組供應商、設備制造商、平臺軟件供應商、系統集成商、網絡運營商、最終用戶等多個環節,因此,需要進一步規范軟硬件產品的分工與生產,明確產業鏈中各利益相關方的角色和盈利模式,以充分調動各方積極性。
      現階段,在物聯網領域存在運營商和系統集成商、業務提供商利益博弈的問題。一般來說,運營商參與物聯網有兩種方式:一是出租網絡容量給獨立的物聯網業務提供商,二是運營商自己提供物聯網業務。顯然,后者利潤更高。然而,現實是,目前運營商大多提供的是“通道”,而非應用,這就導致物聯網未給運營商帶來滿意的利潤。運營商唯有通過平臺、標準等發揮在產業鏈中的核心、主導作用,充分調動各方積極性,才能爭取更多的主動權。
      此外,在國內,行業壁壘也是阻礙物聯網產業發展的一大障礙。例如電力、交通等行業,更加傾向于立足自身研發物聯網應用,而非尋求專業的通信和信息服務公司提供解決方案。
      未來發展趨勢展望
      向個人和家庭用戶延伸
      物聯網業務目前的應用主要集中在交通、能源、安保等行業,但隨著其標準體系的逐步建立和完善,應用規模會穩步擴大,而部署成本則會逐步降低。尤其是隨著大眾對物聯網認知度的提升,一些新穎的、能夠切實方便人們生活、提高生活質量的物聯網應用必將逐步走進普通的個人和家庭用戶,成為人們日常生活不可分割的一部分。
      與移動通信網絡相互促進
      理論上,物聯網業務可以通過多種運營商網絡承載,然而移動通信網絡帶給物聯網應用的部署靈活性,使其成為很多物聯網應用的首選。移動網絡的帶寬是否足夠,成為了物聯網業務質量的一個關鍵。3g的部署大大改善了物聯網的網絡基礎條件,為開展形式多樣的物聯網業務提供了承載基礎:更高的可用帶寬將喚醒大量沉睡的數據傳輸需求,從而加速物聯網的發展;反過來,發展物聯網業務也是移動通信網絡的現實需求。就目前運營商的發展來看,3g的重點在數據業務上,以數據業務為主的物聯網應用符合運營商的3g發展策略。
      邁向泛在網絡時代
      物聯網的出現擴展了通信的范圍,現在的通信已不再局限于傳統的電話、手機、電腦這些it類電子產品,冰箱、洗衣機等傳統家電,自動售賣機、集裝箱等過去在人們看來幾乎與通信不沾邊的設備,都可以嵌入智能通信模塊,成為網絡中的一員。隨著越來越多的設備加入通信網絡,無處不在的泛在網絡將初見雛形,并逐步壯大。
      在物聯網發展的當前階段,絕大部分物聯網應用仍是以服務于單一客戶的單一應用的面目出現,不同應用之間相互獨立。未來,隨著分布式智能信息處理技術的發展和完善,不同物聯網系統通過信息關聯共享與協同運作,將智能感應融入到整個社會的運轉之中,將會進一步推動物聯網邁向泛在網絡的時代。
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