IoT,發展領域的必爭之地


背景

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分,也是“信息化”時代的重要發展階段。英文名稱是:“Internet of things(IoT)”。顧名思義,物聯網就是物物相連的互聯網。這有兩層意思:其一,物聯網的核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡;其二,其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通信,也就是物物相息。物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術,廣泛應用於網絡的融合中,也因此被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。物聯網是互聯網的應用拓展,與其說物聯網是網絡,不如說物聯網是業務和應用。因此,應用創新是物聯網發展的核心,以用戶體驗為核心的創新2.0是物聯網發展的靈魂。


定義

最初在1999年提出:即通過射頻識別(RFID)(RFID+互聯網)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器、氣體感應器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。簡而言之,物聯網就是“物物相連的互聯網”。


中國物聯網校企聯盟將物聯網的定義為當下幾乎所有技術與計算機、互聯網技術的結合,實現物體與物體之間:環境以及狀態信息實時的實時共享以及智能化的收集、傳遞、處理、執行。廣義上說,當下涉及到信息技術的應用,都可以納入物聯網的范疇。

而在其著名的科技融合體模型中,提出了物聯網是當下最接近該模型頂端的科技概念和應用。物聯網是一個基於互聯網、傳統電信網等信息承載體,讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。其具有:智能、先進、互聯的三個重要特征。

國際電信聯盟( ITU) 發布的ITU 互聯網報告,對物聯網做了如下定義:通過二維碼識讀設備、射頻識別(RFID) 裝置、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網相連接,進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

根據國際電信聯盟(ITU)的定義,物聯網主要解決物品與物品(Thing to Thing,T2T),人與物品 (Human to Thing,H2T),人與人(Human to Human,H2H)之間的互連。但是與傳統互聯網不同的是,H2T是指人利用通用裝置與物品之間的連接,從而使得物品連接更加的簡化,而H2H是指人之間不依賴於PC而進行的互連。因為互聯網並沒有考慮到對於任何物品連接的問題,故我們使用物聯網來解決這個傳統意義上的問題。物聯網顧名思義就是連接物品的網絡,許多學者討論物聯網中,經常會引入一個M2M的概念,可以解釋成為人到人(Man to Man)、人到機器(Man to Machine)、機器到機器從本質上而言,在人與機器、機器與機器的交互,大部分是為了實現人與人之間的信息交互。

物聯網是指通過各種信息傳感設備,實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息,與互聯網結合形成的一個巨大網絡。其目的是實現物與物、物與人,所有的物品與網絡的連接,方便識別、管理和控制。構成物聯網產業五個層級的支撐層、感知層、傳輸層、平台層,以及應用層分別占物聯網產業規模的2.7%、22.0%、33.1%、37.5%和4.7%。而物聯網感知層、傳輸層參與廠商眾多,成為產業中競爭最為激烈的領域。


關鍵技術

1、傳感器技術:這也是計算機應用中的關鍵技術。大家都知道,到目前為止絕大部分計算機處理的都是數字信號。自從有計算機以來就需要傳感器把模擬信號轉換成數字信號計算機才能處理。
2、RFID標簽:也是一種傳感器技術,RFID技術是融合了無線射頻技術和嵌入式技術為一體的綜合技術,RFID在自動識別、物品物流管理有着廣闊的應用前景。
3、嵌入式系統技術:是綜合了計算機軟硬件、傳感器技術、集成電路技術、電子應用技術為一體的復雜技術。經過幾十年的演變,以嵌入式系統為特征的智能終端產品隨處可見;小到人們身邊的MP3,大到航天航空的衛星系統。嵌入式系統正在改變着人們的生活,推動着工業生產以及國防工業的發展。如果把物聯網用人體做一個簡單比喻,傳感器相當於人的眼睛、鼻子、皮膚等感官,網絡就是神經系統用來傳遞信息,嵌入式系統則是人的大腦,在接收到信息后要進行分類處理。這個例子很形象的描述了傳感器、嵌入式系統在物聯網中的位置與作用。


應用模式

根據其實質用途可以歸結為兩種基本應用模式:

對象的智能標簽。通過NFC、二維碼、RFID等技術標識特定的對象,用於區分對象個體,例如在生活中我們使用的各種智能卡,條碼標簽的基本用途就是用來獲得對象的識別信息;此外通過智能標簽還可以用於獲得對象物品所包含的擴展信息,例如智能卡上的金額余額,二維碼中所包含的網址和名稱等。

對象的智能控制。物聯網基於雲計算平台和智能網絡,可以依據傳感器網絡用獲取的數據進行決策,改變對象的行為進行控制和反饋。例如根據光線的強弱調整路燈的亮度,根據車輛的流量自動調整紅綠燈間隔等。

建設

一般來講,物聯網的開展步驟主要如下:

(1)對物體屬性進行標識,屬性包括靜態和動態的屬性,靜態屬性可以直接存儲在標簽中,動態屬性需要先由傳感器實時探測;

(2)需要識別設備完成對物體屬性的讀取,並將信息轉換為適合網絡傳輸的數據格式;

(3)將物體的信息通過網絡傳輸到信息處理中心,由處理中心完成物體通信的相關計算。

用途范圍

物聯網用途廣泛,遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測、環境監測、路燈照明管控、景觀照明管控、樓宇照明管控、廣場照明管控、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等多個領域。

國際電信聯盟於2005年的報告曾描繪“物聯網”時代的圖景:當司機出現操作失誤時汽車會自動報警;公文包會提醒主人忘帶了什么東西;衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求等等。物聯網在物流領域內的應用則比如:一家物流公司應用了物聯網系統的貨車,當裝載超重時,汽車會自動告訴你超載了,並且超載多少,但空間還有剩余,告訴你輕重貨怎樣搭配;當搬運人員卸貨時,一只貨物包裝可能會大叫“你扔疼我了”,或者說“親愛的,請你不要太野蠻,可以嗎?”;當司機在和別人扯閑話,貨車會裝作老板的聲音怒吼“笨蛋,該發車了!”

物聯網把新一代IT技術充分運用在各行各業之中,具體地說,就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建築、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中,然后將“物聯網”與現有的互聯網整合起來,實現人類社會與物理系統的整合,在這個整合的網絡當中,存在能力超級強大的中心計算機群,能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施實時的管理和控制,在此基礎上,人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活,達到“智慧”狀態,提高資源利用率和生產力水平,改善人與自然間的關系。

認識誤區

誤區之一

把傳感網或RFID網等同於物聯網。事實上傳感技術也好、RFID技術也好,都僅僅是信息采集技術之一。除傳感技術和RFID技術外,GPS、視頻識別、紅外、激光、掃描等所有能夠實現自動識別與物物通信的技術都可以成為物聯網的信息采集技術。傳感網或者RFID網只是物聯網的一種應用,但絕不是物聯網的全部。

誤區之二

把物聯網當成互聯網的無邊無際的無限延伸,把物聯網當成所有物的完全開放、全部互連、全部共享的互聯網平台。實際上物聯網絕不是簡單的全球共享互聯網的無限延伸。即使互聯網也不僅僅指我們通常認為的國際共享的計算機網絡,互聯網也有廣域網和局域網之分。

物聯網既可以是我們平常意義上的互聯網向物的延伸;也可以根據現實需要及產業應用組成局域網、專業網。現實中沒必要也不可能使全部物品聯網;也沒必要使專業網、局域網都必須連接到全球互聯網共享平台。今后的物聯網與互聯網會有很大不同,類似智能物流、智能交通、智能電網等專業網;智能小區等局域網才是最大的應用空間。

誤區之三

認為物聯網就是物物互聯的無所不在的網絡,因此認為物聯網是空中樓閣,是很難實現的技術。事實上物聯網是實實在在的,很多初級的物聯網應用早就在為我們服務着。物聯網理念就是在很多現實應用基礎上推出的聚合型集成的創新,是對早就存在的具有物物互聯的網絡化、智能化、自動化系統的概括與提升,它從更高的角度升級了我們的認識。

誤區之四

把物聯網當成個筐,什么都往里裝;基於自身認識,把僅僅能夠互動、通信的產品都當成物聯網應用。如,僅僅嵌入了一些傳感器,就成為了所謂的物聯網家電;把產品貼上了RFID標簽,就成了物聯網應用等等。

發展目標

我國物聯網發展的十年目標是把我國初步建成物聯網技術創新國家。總體來講物聯網產業在中國的發展令人期待。中國物聯網產業發展目標有以下三點。

(1) 自主創新能力明顯增強,攻克一批核心關鍵技術,在國際標准制定中掌握重要話語權,初步實現“兩端趕超、中間突破”即在高端傳感、新型RFID、智能儀表、嵌入式智能操作系統、核心芯片等感知識別領域和高端應用軟件與中間件、基礎架構、雲計算、高端信息處理等應用技術領域實現自主研發,技術掌控力顯著提升;在M2M通信、近距離無線傳輸等物聯網網絡通信領域取得實質性技術突破,躋身世界先進行列。

(2) 具有國際競爭力的產業體系初步形成。在傳感器與傳感器網絡、RFID、智能儀器儀表、智能終端、網絡通信設備、等物聯網制造產業,通信服務、雲計算服務、軟件、高端集成與應用等物聯網服務業,以及嵌入式系統、芯片與微納器件等物聯網關鍵支撐產業等領域培育一批領軍企業,初步形成從芯片、軟件、終端整機、網絡、應用到測試儀器儀表的完整產業鏈,初步實現創新性產業集聚、門類齊全、協同發展的產業鏈及空間布局。

(3) 物聯網應用水平顯著提升。建成一批物聯網示范應用重大工程,在國民經濟和民生服務等重點領域物聯網先導應用全面開展;國家戰略性基礎設施的智能化升級全面啟動,寬帶、融合、安全的下一代信息網絡基礎設施初步形成。

從網絡發展角度看,今后10—40年發展物聯網技術的第一要務是要建設讓大眾快捷獲取信息和知識、能有效協同工作、生活更加高品質的信息網絡。網絡技術經濟寬帶化、移動化和三網融合,走向下一代互聯網,進一步向后IP時代的新網絡體系發展;物聯網從監視、控制、反饋一體化,向泛在網絡發展;在網絡服務方面基於物聯網的現代服務業快速發展普及。網絡媒體進入主流媒體,傳統媒體與網絡媒體的融合,聯合構建媒體輿論引導的新格局。雲計算平台為物聯網提供支持環境;物聯網科學將從交叉學科融合,向完善的網絡信息論發展。物聯網相關技術和服務將相互影響,實現人類向往的充滿智慧、更加美好、幸福的物聯網時代。

相關知識

技術及架構

物聯網架構可分為三層:感知層、網絡層和應用層。



感知層由各種傳感器構成,包括溫濕度傳感器、二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、紅外線、GPS等感知終端。感知層是物聯網識別物體、采集信息的來源。

網絡層由各種網絡,包括互聯網、廣電網、網絡管理系統和雲計算平台等組成,是整個物聯網的中樞,負責傳遞和處理感知層獲取的信息。

應用層是物聯網和用戶的接口,它與行業需求結合,實現物聯網的智能應用。

其核心技術又可以細分為六層,如右圖: