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中國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的演進

作者:RFID世界網(wǎng) 收編
來源:全球IP通信聯(lián)盟
日期:2010-07-30 08:47:24
摘要:物聯(lián)網(wǎng)被認為具有比目前人與人通信市場更大的發(fā)展?jié)摿Γ请娮有畔a(chǎn)業(yè)新的增長點。中國通信標準化協(xié)會對于物聯(lián)網(wǎng)的定義是:通過部署具有一定感知、計算、執(zhí)行和通信等能力的各種設(shè)備,獲得物理世界的信息,通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息的傳輸、協(xié)同和處理,從而實現(xiàn)廣域的人與物、物與物之間信息交換的互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。

  物聯(lián)網(wǎng)被認為具有比目前人與人通信市場更大的發(fā)展?jié)摿Γ请娮有畔a(chǎn)業(yè)新的增長點。中國通信標準化協(xié)會對于物聯(lián)網(wǎng)的定義是:通過部署具有一定感知、計算、執(zhí)行和通信等能力的各種設(shè)備,獲得物理世界的信息,通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息的傳輸、協(xié)同和處理,從而實現(xiàn)廣域的人與物、物與物之間信息交換的互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)這個定義,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括使物體設(shè)備具有感知、計算、執(zhí)行和通信能力的技術(shù),還包括信息的傳輸、協(xié)同和處理技術(shù)。只要能提升設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信能力并進行信息處理的技術(shù)都可以應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng),在這種情況下,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系包含的技術(shù)很多,存在著零散、發(fā)展水平不一致等問題。技術(shù)體系的零散導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)難以成為一個整體,影響了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 

  物聯(lián)網(wǎng)包括三大技術(shù)體系 

  根據(jù)功能,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以分為三類:感知技術(shù)通過多種傳感器、RFID、二維碼、定位、地理識別系統(tǒng)、多媒體信息等數(shù)據(jù)采集技術(shù),實現(xiàn)外部世界信息的感知和識別;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過廣泛的互聯(lián)功能,實現(xiàn)感知信息高可靠性、高安全性進行傳送,包括各種有線和無線傳輸技術(shù)、交換技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)關(guān)技術(shù)等;應(yīng)用技術(shù)通過應(yīng)用中間件提供跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同及共享和互通的功能,包括數(shù)據(jù)存儲、并行計算、數(shù)據(jù)挖掘、平臺服務(wù)、信息呈現(xiàn)、服務(wù)體系架構(gòu)、軟件和算法技術(shù)等。 

  在這些技術(shù)中,目前存在著三個比較重要的體系,第一個是RFID體系,除了RFID技術(shù)外還包括條碼和二維碼等,這個體系的技術(shù)主要用來識別物體,不能對物體進行控制,一般需要手動讀取信息;第二個是傳感網(wǎng)體系,這里面的主要技術(shù)是傳感器技術(shù)和近距離通信技術(shù);第三個體系是M2M技術(shù),M2M是重在強調(diào)廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)募夹g(shù)。另外,半導(dǎo)體、嵌入式等作為支撐技術(shù),在每個體系中都有所涉及。 

  嚴格來說,M2M不能算一種技術(shù),而是與物聯(lián)網(wǎng)類似的概念。但目前M2M更多地被電信運營商所使用,電信運營商一般將自己的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)稱為M2M業(yè)務(wù)。電信運營商擁有的資源首先是網(wǎng)絡(luò)傳輸資源,在這種情況下,M2M技術(shù)包括數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),比如蜂窩移動通信、以太網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、電力線等有線通信技術(shù);另外還有基于具體業(yè)務(wù)的傳感、網(wǎng)關(guān)、軟件應(yīng)用等技術(shù)。 

  傳感網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了信息的感知和獲取,是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)之一。傳感網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展體現(xiàn)在傳感器、傳感器節(jié)點、傳感器網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用四個層面。 

  RFID技術(shù)集成了無線通信、芯片設(shè)計與制造、天線設(shè)計與制造、標簽封裝、系統(tǒng)集成、信息安全等技術(shù),目前已經(jīng)進入成熟發(fā)展期。目前RFID應(yīng)用以低頻和高頻標簽技術(shù)為主,超高頻技術(shù)具有可遠距離識別和低成本的優(yōu)勢,有望成為未來的主流。條碼和二維碼技術(shù)由于其具有低成本的特點,目前已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于物流和零售行業(yè)。RFID技術(shù)體系中除了通信技術(shù)外,還包括很重要的標志體系,即物品編碼標準。 

  支撐物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù) 

  嵌入式智能技術(shù)是將“無感知物體”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸悄芪矬w”的關(guān)鍵技術(shù),該特性使物體具備根據(jù)外部環(huán)境變化進行反應(yīng)的能力。嵌入式智能技術(shù)的特點是將硬件和軟件相結(jié)合,利用了嵌入式微處理器的低功耗、體積小、集成度高,以及嵌入式軟件的高效率、高可靠性等優(yōu)點,綜合人工智能技術(shù),推動物聯(lián)網(wǎng)中智能環(huán)境的實現(xiàn)。嵌入式系統(tǒng)涵蓋嵌入式硬件和軟件兩大部分,硬件由嵌入式處理器、存儲器與外圍設(shè)備、現(xiàn)場總線組成,軟件包括操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口等。 

  短距離通信技術(shù)可以延伸至蜂窩移動通信技術(shù)所難以涉及的區(qū)域,包括Wi-Fi、藍牙、UWB、ZigBee等。每種技術(shù)具有不同的優(yōu)缺點,目前ZigBee技術(shù)由于成本低、組網(wǎng)能力強,最適合成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。ZigBee技術(shù)基于802.15.4協(xié)議,提供低功耗、低成本和輕量路由協(xié)議,因此可以組成傳感器網(wǎng)絡(luò),不需要接入點,而且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間可以互相通信。目前的傳感器網(wǎng)絡(luò)大多采用ZigBee作為組網(wǎng)和傳輸技術(shù)。

  微機電技術(shù)是指采用微機械加工技術(shù)可以批量制作的集微型傳感器、微型機構(gòu)、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口、通信等于一體的微型器件。其工作原理是外部環(huán)境物理、化學(xué)和生物等信號輸入,通過微傳感器轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)過信號處理后,由微執(zhí)行器執(zhí)行動作,達到與外部環(huán)境“互動”的功能。微機電技術(shù)尚處于發(fā)展初期,各種類型傳感器的集成技術(shù)還有待進一步研究。微機電技術(shù)的重要性在于在傳感器的基礎(chǔ)上引入了執(zhí)行器,使得我們不僅能感知世界,還能遠程控制世界,甚至讓設(shè)備自動根據(jù)外界環(huán)境變化而采取不同的行為。 

  物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)和智能算法是物聯(lián)網(wǎng)計算環(huán)境的“心臟”和“神經(jīng)”,是物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,是確保物聯(lián)網(wǎng)在多應(yīng)用領(lǐng)域安全可靠運行的神經(jīng)中樞和運行中心。在軟件系統(tǒng)方面,主要涉及物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下處理海量感知信息的軟件系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)設(shè)計、體系結(jié)構(gòu)組成、各子系統(tǒng)的相互作用、可重構(gòu)方法和技術(shù),以及軟件平臺需求管理、并行開發(fā)與測試管理等。在算法方面,主要涉及物聯(lián)網(wǎng)感知復(fù)雜事件語義模型建模算法、傳感器節(jié)點感知跟蹤、行為建模及感知交互算法,以及資源控制、優(yōu)化、調(diào)度算法。 

  除此之外,還有材料技術(shù)、新能源技術(shù)、半導(dǎo)體集成電路技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也起著重要的支撐作用。 

  標準化打造物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 

  由于面向物物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)涉及不同專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域、不同行業(yè)應(yīng)用部門,物聯(lián)網(wǎng)的標準既要涵蓋基礎(chǔ)公共技術(shù),又要具備面向不同應(yīng)用的可擴展性,容納硬件、協(xié)議、算法等差異。物聯(lián)網(wǎng)主要涉及以下方面的標準化: 

  數(shù)據(jù)采集感知技術(shù)標準:傳感器接口、多媒體采集設(shè)備、二維碼、傳感器與RFID融合等; 

  標志和解析標準:物體標志、自主管理的解析體系; 

  物聯(lián)網(wǎng)通信無線接入標準:低速低功耗近距離無線通信、區(qū)域范圍寬帶無線接入、2G/3G/4G廣域無線接入、物聯(lián)網(wǎng)通信無線增強等; 

  物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標準:自組織Adhoc網(wǎng)絡(luò)、中間件、通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、業(yè)務(wù)架構(gòu)、安全、QoS、面向智能物體和低功耗網(wǎng)絡(luò)的IP技術(shù); 

  應(yīng)用中間件標準:SOA體系架構(gòu)、面向上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的流程管理、業(yè)務(wù)流程之間的通信交互協(xié)議、元數(shù)據(jù)標準規(guī)范以及SOA安全架構(gòu),開放云計算接口、云計算開放式虛擬化架構(gòu)(資源管理與控制)、云計算互操作、云計算安全架構(gòu); 

  行業(yè)、公眾應(yīng)用類標準:智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流、智能家居、環(huán)境保護和安防、工業(yè)自動控制、醫(yī)療健康、精細農(nóng)業(yè)和金融服務(wù)業(yè)等; 

  跨層技術(shù)標準:服務(wù)質(zhì)量、安全和網(wǎng)絡(luò)管理等。 

  目前,全球各個標準組織正在加緊制定物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標準,而不同標準組織的工作側(cè)重點不同,標準化工作也處于不同的階段。 

  物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系不斷演進 

  物聯(lián)網(wǎng)三個主要技術(shù)體系出現(xiàn)的時間不同,技術(shù)成熟度也有所不同。RFID技術(shù)體系出現(xiàn)較早,上世紀90年代就已經(jīng)出現(xiàn),尤其是條碼技術(shù),目前RFID技術(shù)體系已經(jīng)過了炒作期,進入了成長階段;傳感網(wǎng)技術(shù)體系在2000年前后出現(xiàn),但傳感網(wǎng)技術(shù)一直處于研發(fā)階段,目前沒有實現(xiàn)大規(guī)模的商用;M2M技術(shù)體系出現(xiàn)最晚,M2M技術(shù)的出現(xiàn)是在2005年前后電信運營商開始探索新市場的結(jié)果。 

  RFID、傳感網(wǎng)、M2M技術(shù)體系的發(fā)展,代表了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進的三個主要階段:最初是實現(xiàn)基本的物體識別的功能,技術(shù)特點是為物品編碼,完成物品的統(tǒng)一調(diào)度和管理;第二階段是狀態(tài)感知階段,能夠感知環(huán)境的變化并且對信息進行處理;第三階段是融合了通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),使得對物體的感知廣域化,能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的物體聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)。在此基礎(chǔ)上,未來將進一步實現(xiàn)傳感與控制相結(jié)合,完成與環(huán)境的互動,真正實現(xiàn)跨領(lǐng)域的物物互聯(lián)和全面感知,使信息無所不在。