物联网资料整理及一些思考

说明:对网上看到的资料进行了初步整理。{zh1}一节中提了一点粗浅的看法。

 

1、定义与历史

    物联网最初被定义为把所有物品通过射频识别(RFID)和条码等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理功能的网络。这个概念最早于1999年由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出,实质上等于RFID技术和互联网的结合应用【5】.

    物联网的英文是The internet of things,可以通俗的理解为物物相联的网络。其标准定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。这里有两层意思:{dy},物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通讯【1】。

    2009年9月15日,欧盟第七框架下RFID和物联网研究项目簇(Cluster of European Research Projects on The Internet Of Things:CERP-IoT)发布了《物联网战略研究路线图》研究报告,其中提出了新的物联网概念,认为物联网是未来Internet的一个组成部分,可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性,使用智能接口,实现与信息网络的无缝整合。该项目簇的主要研究目的是便于欧洲内部不同RFID和物联网项目之间的组网;协调包括RFID的物联网研究活动;对专业技术、人力资源和资源进行平衡,以使得研究效果{zd0}化;在项目之间建立协同机制。【5】

 

2、研发内容

    物联网的技术体系框架如下图所示,它包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术。【5】

1) 感知层  数据采集与感知主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据,包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。

传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据的协同信息处理过程。

2)网络层  实现更加广泛的互联功能,能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送,需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。经过十余年的快速发展,移动通信、互联网等技术已比较成熟,基本能够满足物联网数据传输的需要。

3)应用层  应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。

4)公共技术  公共技术不属于物联网技术的某个特定层面,而是与物联网技术架构的三层都有关系,它包括标识与解析、安全技术、网络管理和服务质量(QoS)管理。



 

    物联网的产业链结构主要包括芯片与技术提供商、应用设备提供商、系统集成商、软件与应用开发商、网络提供商、运营及服务提供商、用户七个环节【2】。

 



 

    物联网实现物物(也包括人)相连,形成一个连接万亿个物品(设备)和数亿人的xx庞大的数据库,采集和存储着物理与虚拟的海量信息,通过分析处理与决策,完成从信息到知识、再到控制指挥的智能演化,实现处理和解决问题的能力。因此物联网绝非一个单纯的网络概念,它更像一个融合着各种应用与服务的庞大社会信息化系统。如果一定谈网络的话,它是一个基于感知技术,融合了各类应用的服务型网络系统。由于它的基础与重点是信息的采集、感知与信息的处理决策和应用服务,网络层可以利用现有各类网,通过自组网能力,无缝连接融合形成物联网【4】。

    东兴证券研究员王玉泉认为,物联网的发展将呈“倒三角形”的金字塔模式,在最初的两三年内,50%的投资机会在于信息采集领域,30%在信息传递领域,20%在应用领域,而在接下来的两年后,50%的投资机会存在于应用领域,30%在信息传递领域,20%在采集领域【3】。

 

3、应用

    从目前的发展来看,行业应用将成为未来几年物联网产业发展的主要驱动力。成熟度较高的智能交通城市安防智能电网等市场前景广阔,投资机会巨大,将成为未来几年物联网产业发展的重点领域。随着物联网相关技术、标准以及政策的发展完善,相信有更多领域完善成熟起来。物联网给人民的无限遐想会离我们越来越近。相信未来我们会在物联网这个领域看到更多的惊喜,更多的突破【1】。

    我国早在20世纪90年代,就开始了物联网产业的相关研究和应用试点的探索,国家金卡工程非接触式智能卡已广泛用于不停车收费,路桥管理,铁路机车识别管理,以及电子证照身份识别等方面,开展了成功试点和规模应用。特别是电信智能卡整合了电子钱包功能推出的移动支付应用,以及手机做为RFID的读写器开展的食品,药品安全管理与贵重物品的识别防伪等,遍布30个试点城市的”一卡通“工程应用,形成了一系列利民惠民工程,推动了社会信息化进程,并取得了明显成效。在此基础上于2004年就启动了物联网的重要应用--无线射频识别RFID的行业应用试点工作。主要涉及农业领域的生猪、肉牛的饲养及食品加工的实时动态,可追溯的管理;工业领域的煤矿安全生产,对矿工的安全监护;工业生产的托盘管理;物流领域的邮政包裹,民航行李、铁路货车调度监管等;远洋运输集装箱等;总后xx物资供给、军械及电子伤票动态管理等;在城市交通、公路、水运等交通管理以及涉车涉驾的智能交通综合应用等RFID应用初见成效,市场规模已居全球第三位【4】。

    中国电信还将推进IPv6试点项目建设,全面提升物联网技术水平。随着国务院正式批准无锡建立国家传感网创新示范区(国家传感信息中心),无锡确立了物联网发展的先发优势。中国电信IPv6项目在无锡开展试点,结合无锡物联网九大示范工程(注:九大示范工程包括感知工业、感知安保、感知交通、感知环保、感知园区、感知医疗、感知电力、感知物流和感知农业)和推广的需要,从终端选型、网络升级、软件开发等方面做好IPv6与物联网应用的融合。充分运用IPv6及云计算技术,将无锡打造成为感知中国的示范城市。【8】

    物联网的广泛应用尚需时日,但是,由于其支撑技术的不断完善,这{yt}正渐行渐近。无线网络技术的进步,以及通讯协议的进一步标准化,使人们有可能在几乎任何时间和任何地点,通过这些传感器采集数据。为此,越来越小的硅芯片正在获得越来越强大的能力,同时,遵循摩尔定律的发展模式,其成本却在不断下降。大量增加的存储和运算能力(其中一些是通过云计算实现的)使得有可能以极大的规模和不断降低的成本进行数据处理。我们注意到,正在出现6种各具特色的应用类型,它们分属两个主要门类:{dy}类是信息与分析;第二类是自动化与控制(见下表)。【9】



物联网的用途

  

4、问题与挑战

    业内人士认为,目前物联网发展面临的主要问题是,成本高昂使得产业界无法承受,或者是暂时没有理想的商业模式。目前,国外开发的主动标签在追踪高价值商品时非常有用,扫描距离可以达到100英尺,但是其成本在1美元左右,无法在低成本商品中使用。业界预计,只有其成本降到3美分以下,才有可能应用于单件包装消费品。湖北省高速公路管理局日前就披露,投资上千万元建设了ETC车道,全年使用ETC电子标签的车辆仅有100多辆。在武汉市高速公路收费站,多条收费通道的车辆排起长龙,而最外侧的ETC专用车道冷冷清清,一个多小时时间里,竟然没有一辆车使用ETC车道。一位车主称,使用ETC标签需要花400元购买电子标签设备,太不划算,所以宁愿排队交费,也不会花这笔钱去买这个设备【3】。

    物联网必须解决商业上、政策上和技术上的各种挑战。率先采用物联网的企业必须证明,这种以传感器驱动的新型业务模式能够创造{zy1}的价值。行业团体和政府监管部门应该研究有关数据保密和数据安全的规则,尤其是对涉及到敏感的消费者信息的数据使用。政府、企业和风险分析专家必须与保险公司一起,制定针对自动化系统错误决定的法律责任框架。在技术方面,必须将传感器和执行机构的成本降低到能激励人们广泛使用的水平。必须不断提高联网技术以及对其提供支持的标准水平,使数据能在传感器、计算机和执行机构之间自由流动。汇总和分析数据的软件,以及图形显示技术的水平也必须提高,使海量数据能被人类决策者所理解,或能对其进行综合分析,以更恰当地指导自动化系统工作。【9】

    物联网的推广和应用面临着诸多挑战, 远非粗看起来那样一马平川、繁花似锦。 【13】

(1)行业众多,应用面广泛但实际应用和部署进展缓慢

    近年来,我国许多单位积极推动物联网应用,实施案例之广泛,在世界上也是xxxx;包括智能交通、汽车电子、无线抄表、物流、公安应急、城市路灯(无线遥控)、远程医疗、工控、石油、气象、环保、精细农业等应用层出不穷。经过这两三年的试点下来,效果效益不一、有褒有贬。但由于各行业标准的问题、投资的问题、多部门和多行业交叉的问题、行业保护、区域保护的问题、无线技术或产品的不成熟等问题。造成了周期长、决策慢、评估不全面等问题。总之,除物流和抄表行业外,中大规模部署尚未到来。

(2)多数应用较零碎,须几个阶段测试,须花力气集成

    比如工控、精细农业等,都属于费力费时、需长期多阶段研发投入的类别,而前景不明又短期缺乏收益造成了动力不足,因而出现了小投入,慢投入,效果不易评估的现象

(3)绝大多数应用和相关产品缺乏标准,行业性、区域性、定制性强

    除电力之外,绝大多数应用没有标准,通信协议、终端产品互不兼容,行业垄断、行业分割、地方保护、地域分割。站在不同的角度,客户有不同的需求,需要定制。

(4)无线频谱资源限制

    近年来无线技术的广泛应用,已使无线频谱成为最稀缺、最珍贵的资源之一。除了移动运营商,电力公司也希望能申请专用频段,用于物联网通信。

(5)IP地址限制

    电信老总王晓初最近表态,IP地址缺乏,是物联网发展的主要障碍。

(6)不同厂家、不同时期设备的互通性、互操作性问题

    由于没有标准,造成了设备不能互通,后期部署要淘汰前期设备。这样,客户的初始投资无法得到保证。

(7)智能感知、自动化(无人值守)、高效率等衍生的问题

    物联网可能带来智能感知、自动化(无人值守)、高效率、低故障率和客户满意度的提升,但也可能带来新的问题。新的技术、新的设备也可能带来新的故障。比如原有流程或规章需要改变。另外,无线感知和自动化程度的提高,能帮助企业减员,节省成本,但包括国有企业在内的许多企事业单位,担心减员引发各种矛盾。

(8)产业链较长,各方利益(从频谱开始、包括各种技术、 标准、产品、运营权、专属权等)协调不易

    比如前期研发谁来投入;多方参与时,标准如何协调;网络谁来运营、数据如何管理。

(9)运营商缺乏行业Know How,不知从何下手

    运营商是无线网络专家,对各种行业应用却是外行、新手,因而所提方案往往与行业客户的需求南辕北辙,无法打动行业客户。

(10)行业客户顾虑重重

    特别是大的行业客户有新兴技术和智能网络很多疑虑,他们特别担心由此引出的安全性问题,比如智能电网的安全性问题,由从前的防止物理损坏或破坏,到IT和通信的安全问题,要部署包括防攻击、防火墙、防病毒、防黑客、防宕机、防误动重启的设备和系统,而他们以前对此缺乏认识,也缺乏此类人才和部门,心里没底,因而或有抵触,或是态度消极,部署迟缓。

 

5、讨论

    数字中国联合会常务理事李颖表示,2010年后真正是移动互联网时代。如果概括互联网发展趋势,他讲到六个字,一个是融合,一个是泛在,一个是智能【7】。物联网可以说是互联网的一种延伸和扩展,从字面意思上说,物联网的范围小于互联网。

    物联网的技术基础之一是要求给所有的物品附加标签。标签的量非常大,IPv4的40亿个地址显然不够,128位长度的IPv6可以满足要求。如果要将物品地址和标签合一,IPv6确实比不可少。但这将绑定地址与身份,会衍生新的问题。只要做到地址与身份分别表示,IPv6就不见得一定需要了。

    城市交通系统可以说是物联网的一个典型应用领域。但没有一个大城市采用物联网技术解决了拥堵的问题,更起作用的手段反而是收费(伦敦)、限号(北京)或限车(上海),目前管理措施的作用更大一些。

    作为一种正在热炒的IT概念,物联网同当年的互联网一样,存在泡沫成分,甚至更大。当年互联网的标准和技术的基础是相当好的,现在物联网的标准和技术的成熟度都还存在比较大的问题,不经过数年的发展,全面的铺开应用是难以实现的。

 

 

参考文献

1、2010物联网未来发展趋势及预测, http://www.ccidreport.com/market/article/content/408/201003/221449.html

2、诺达咨询,物联网产业链构成与各方责任, , 2010-03-30.

3、我国物联网应用对突破的期待点评, http://www.ccidreport.com/market/article/content/423/201004/221764.html. 2010-04-02.

4、张琪:中国RFID与物联网发展初探. http://www.its114.com/bencandy.php?fid=148&id=1755. 2010-03-24.  RFID世界网

5、张晖。解析物联网技术框架与标准体系. http://www.gkong.com/html/news/2010/3/45733_02.html. 2010-3-16. 中国计算机报.

6、中电信王晓初:物联网{zd0}瓶颈是IP地址缺乏. http://www.enicn.com/article/2010-03-12/031261DR010.shtml. 经济和信息化网. 2010-03-12.

7、互联网大佬多数短期看淡物联网概念. http://news.csdn.net/a/20100329/217634.html. 2010-03-29.

8、中电信张继平:物联网发展先要资源整合. http://www.teleinfocn.com/html/2010-04-06/11727.html . 2010年04月06日.

9、Michael Chui, Markus Löffler, and Roger Roberts. 物联网--麦肯锡季刊. . 2010年3月 • 

10、马文方.物联网:欧盟在行动. http://news.ccidnet.com/art/1744/20100330/2023881_1.html. 2010.03.30 15:36. 赛迪网-中国计算机报.

11、贾春杰, 韩兵. 物联网:助推军事变革的新引擎. 中国国防报. 2010-03-26。

12、WSN: 无线传感器网络在军事的应用. .

13、谈笑河山. 物联网的xx挑战. 。

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