物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務及關(guān)鍵技術(shù)

文章介紹了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展狀況、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的背景和可能遇到的阻礙因素，根據(jù)業(yè)務的應用類型和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展的不同階段，將業(yè)務分為身份相關(guān)業(yè)務、信息匯聚型業(yè)務、協(xié)同感知型業(yè)務、泛在服務，針對身份相關(guān)業(yè)務和信息匯聚型業(yè)務分別介紹了其業(yè)務類型和系統(tǒng)架構(gòu)，針對協(xié)同感知型業(yè)務和泛在服務探討了發(fā)展方向。文章認為，物聯(lián)網(wǎng)服務是社會發(fā)展的自然選擇，必將逐步融入到整個社會和生活，隨著物聯(lián)網(wǎng)的逐步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的應用將從相對簡單的基于身份的應用和信息匯聚型服務向協(xié)同感知發(fā)展，最后發(fā)展到泛在服務階段，可能實現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)的全面融合。

關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);傳感器網(wǎng)絡;信息匯聚;協(xié)同感知;泛在服務

This article describes the development status of the Internet of Things， analyses the background of its development， and the factors that may cause resistance. Based on application type and the different development stages of the Internet of Things， this article categorizes the services of the Internet of Things into four types: identity related services， information aggregation services， collaborative-aware services and ubiquitous services. The first two parts of the business type and architecture are introduced， and we believe that collaborative sensing services and ubiquitous services will be future development trends of Internet of Things. We also believe that services provided by the Internet of Things will gradually be integrated into the whole of society and life. With the gradual development of the Internet of Things， physical networking applications will move from relatively simple identity-based convergence applications and information-based services perception， to those that are collaboratively-aware， and eventually ubiquitous in the service stage. It will then be possible for the Internet of Things to be fully integrated with Internet and telecommunications networks.

Internet of things; sensor network; information aggregation; collaborative-aware; ubiquitous service

1 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)的概念由MIT(美國麻省理工學院)的Kevin Ashton 1999年提出，它的定義很簡單:把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。而在這之前，1995年出版的《未來之路》[1]中，就金融、物流、零售、能源、軍事等方面首次描述物聯(lián)網(wǎng)的應用場景。

而最近，隨著美國、歐洲、日本、韓國等國在“物聯(lián)網(wǎng)”相關(guān)項目上的進一步投入，物聯(lián)網(wǎng)在全球迅速發(fā)展。美國的智慧地球計劃準備在智能電網(wǎng)和信息化醫(yī)療項目上投入300億美元;歐洲提出i2010的政策，旨在通過更廣泛的使用來提高經(jīng)濟效率并促進信息與通信技術(shù)(ICT)的發(fā)展。通過實施i2010，歐盟希望提高經(jīng)濟競爭力，并使歐盟各國的生活質(zhì)量得到提高，減少社會問題，幫助民眾建立起對未來泛在社會的“智能環(huán)境”的信任感;日本在EJapan和U-Japan計劃基礎上又提出i-Japan計劃;韓國也提出了新的物聯(lián)網(wǎng)計劃。在中國，2009年8月，溫家寶總理提出“感知中國”概念，在中國政府推動下，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在中國也得到極大發(fā)展。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的推動力

首先，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是使用信息技術(shù)更好的為服務社會的一種必然。現(xiàn)代社會發(fā)展在能源、交通、物流、金融等方面都遇到了發(fā)展的“瓶頸”，又在健康、醫(yī)療、服務等方面面對著人們的直接需求。選擇信息技術(shù)，通過更智能的終端、覆蓋更全面的網(wǎng)絡、提供更良好的服務來解決經(jīng)濟發(fā)展、社會發(fā)展問題，提高人民生活水平，是人們對信息技術(shù)普遍信任的自然選擇。

其次，物聯(lián)網(wǎng)也是政府尋找新的經(jīng)濟增長點的努力方向，克林頓時代提出的“信息高速公路計劃”，克林頓的10年是美國經(jīng)濟高速發(fā)展的10年，奧巴馬的“智慧地球”很難說和“信息高速公路計劃”沒有瓜葛。在中國，物聯(lián)網(wǎng)是信息化促進工業(yè)化的具體實施方式;再看看歐洲、日本、韓國，其物聯(lián)網(wǎng)計劃都有政府的影子。

第三，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也是電信行業(yè)發(fā)展逐漸飽和后，尋求新突破點的方向。在國際上，很多歐洲國家的移動用戶覆蓋率已經(jīng)達到100%了，要進一步發(fā)展，必須有進一步發(fā)展的土壤，當人與人之間的通信基本達到飽和，人與物的通信、物與物的通信就必然被提出，物聯(lián)網(wǎng)是電信行業(yè)發(fā)展的新舞臺。

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展具有強大的推動力的同時，也面臨著一些影響因素。

1.2 影響物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的因素

首先，影響物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要因素應該是行業(yè)的壁壘，現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)的主要推動者是電信服務運營商，電信服務運營商紛紛制訂雄心勃勃的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計劃，中國移動認為:物聯(lián)網(wǎng)應用將在:電力、交通、企業(yè)安防、智能家居等方面吸引1億用戶。俗話說:隔行如隔山。不同行業(yè)之間存在的技術(shù)壁壘，不同行業(yè)在各自發(fā)展的歷史中形成了各自產(chǎn)業(yè)鏈上的各個環(huán)，打破這種鏈條環(huán)非常困難。

其次，在技術(shù)層面上也存在著一定的困難，現(xiàn)在各個應用差別巨大，很難形成統(tǒng)一的業(yè)務提供平臺;同時，不同的行業(yè)和不同的應用對終端、服務的要求差別很大，例如:工業(yè)控制上對終端有更多要求;另外，現(xiàn)在涉及的標準眾多，規(guī)范不一致，例如:在接入部分就涉及有線、無線的差別，無線又有電路交換(CS)和分組交換(PS)的差別，又存在不同的標準體系的差別。在物聯(lián)網(wǎng)終端和傳感器，或者傳感器網(wǎng)絡對接中，情況將更為復雜。

第三，規(guī)模是否能夠支撐整個產(chǎn)業(yè)鏈，現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)服務的使用行業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)的熱情還沒有起來，整個產(chǎn)業(yè)規(guī)模是否能夠支撐整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，也是一個疑問。

2 物聯(lián)網(wǎng)的主要業(yè)務

目前可以納入物聯(lián)網(wǎng)范圍的應用很多，分類方式也很多，大致按照技術(shù)特征可以大致把物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務分為4類，分別是:身份相關(guān)業(yè)務[2]、信息匯聚型業(yè)務、協(xié)同感知類業(yè)務、泛在服務[3]。

現(xiàn)在業(yè)界有一種認識，認為從信息匯聚，到協(xié)同感知，再到泛在聚合是物聯(lián)網(wǎng)的必然發(fā)展趨勢，但是并不是所有物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務都會發(fā)展到泛在聚合的階段。很多應用和服務只要求信息匯聚，但是這些信息是封閉的、機密的、只對小部分群體有效，這種服務和應用在現(xiàn)實中很難實現(xiàn)泛在匯聚。

2.1 身份相關(guān)業(yè)務

身份相關(guān)業(yè)務類應用主要是利用射頻標志(RFID)、二維碼、條碼等可以標志身份的技術(shù)，并基于身份所提供的各類服務，如圖1所示。

按照終端是去識別其他身份信息，還是被識別可以分為主動模式和被動模式，按照服務是提供給個人還是提供給企業(yè)，又可以分為個人應用和企業(yè)業(yè)務兩大類。

對于不同的應用實現(xiàn)的方式可能各有不同，圖2所示是基于標簽的信息獲取類服務的一個基本原理圖。

一般方法是:在物上貼上RFID標簽，讀寫設備通過讀取RFID標簽中的信息，尤其是ID信息，通過這個ID信息向物聯(lián)網(wǎng)名稱解析服務器請求以獲取該ID所對應的進一步詳細信息的統(tǒng)一資源標志符(URI)，讀寫設備通過這個統(tǒng)一資源標志符進行進一步的信息獲取。

2.2 信息匯聚型業(yè)務

信息匯聚型業(yè)務主要是有物聯(lián)網(wǎng)終端采集、處理、經(jīng)通信網(wǎng)絡上報數(shù)據(jù)，由物聯(lián)網(wǎng)平臺處理，提交給具體的應用和服務，由物聯(lián)網(wǎng)平臺統(tǒng)一對物聯(lián)網(wǎng)終端、數(shù)據(jù)、應用和服務，以及第三方進行統(tǒng)一管理。具體的應用類型，如自動抄表、電梯管理、物流、交通管理等。

信息匯聚型業(yè)務的具體架構(gòu)如圖3所示[4]。

整個系統(tǒng)主要由機器到機器(M2M)終端、網(wǎng)絡、平臺、應用以及運營系統(tǒng)構(gòu)成，圖3中的通信網(wǎng)絡是用移動通信網(wǎng)絡進行說明的，固網(wǎng)也可以作為其數(shù)據(jù)傳送通道。移動通信網(wǎng)絡是信息傳送的載體，可以采用各種通信方式進行傳送，如:短信、彩信、IP等。

在架構(gòu)中，如果進一步考慮適應不同的網(wǎng)絡、考慮接入更大終端數(shù)量，以及便于將物聯(lián)網(wǎng)服務更便利地提供給企業(yè)用戶，可以分別考慮引入物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)設備和物聯(lián)網(wǎng)應用行業(yè)網(wǎng)關(guān)設備，接入網(wǎng)關(guān)設備可以支持物聯(lián)網(wǎng)終端的匯聚和對不同網(wǎng)絡的支持，尤其對網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換(NAT)穿越的支持;行業(yè)網(wǎng)關(guān)設備將物聯(lián)網(wǎng)服務或者服務的接口，以行業(yè)網(wǎng)關(guān)方式提供給企業(yè)，有點類似現(xiàn)在的短信網(wǎng)關(guān)之類的設備。

更詳細的平臺功能如圖4所示[4]。

2.3 協(xié)同感知型業(yè)務

在信息匯聚型業(yè)務中，物聯(lián)網(wǎng)的終端只要接受物聯(lián)網(wǎng)平臺管理，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、簡單處理、上報、接受管理等功能，物聯(lián)網(wǎng)的終端之間不需要進行通信。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)應用應該能夠擔負起更為重要的任務更為復雜的業(yè)務和服務。這類服務需要物聯(lián)網(wǎng)終端之間、物聯(lián)網(wǎng)終端和人之間執(zhí)行更為復雜的通信，同時，這種通信能力在可靠性、時延等方面可能有更高要求，對物聯(lián)網(wǎng)終端的智能化要求也更為突出，這樣，才能滿足協(xié)同處理的要求。

這類應用非常具體的內(nèi)容，如應用場景、需求、架構(gòu)、通信協(xié)議之類，現(xiàn)在還沒有深入研究，但從長遠來看，協(xié)同感知類業(yè)務是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢。

2.4 泛在服務

泛在服務以無所不在、無所不包、無所不能為基本特征，以實現(xiàn)在任何時間、任何地點、任何人、任何物都能順暢地通信為目標，是人類通信服務的極致。

未來的泛在服務會不會以互聯(lián)網(wǎng)為載體?通過將現(xiàn)實世界中的“物”的信息融入到互聯(lián)網(wǎng)上，讓“物”通過互聯(lián)網(wǎng)更好地被更多的用戶所共享，這不僅是物聯(lián)網(wǎng)的飛躍，也是互聯(lián)網(wǎng)的一個重要發(fā)展。同時，在可管可控的電信網(wǎng)絡中，也將“物”納入統(tǒng)一管理，支持物與人、物與物之間的直接通信，支持更廣泛范圍內(nèi)的信息共享，電信網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的融合也將是一個重要方向。

在電信網(wǎng)范圍內(nèi)對這方面的研究還很少，2009年9月，ITU-T通過了Y.2002(Y.NGN-UbiNet)[5]，這也是對泛在網(wǎng)絡的一個初步研究，給出了泛在網(wǎng)的愿景。

“5C+5Any”是泛在網(wǎng)絡的關(guān)鍵特征，5C分別是:融合、內(nèi)容、計算、通信、連接;5Any分別是:任意時間、任意地點、任意服務、任意網(wǎng)絡、任意對象。

總體含義是:通過底層的全連通的、可靠的、智能的網(wǎng)絡，以及融合的內(nèi)容技術(shù)、微技術(shù)和生命技術(shù)，將通信服務擴展到教育、智能建筑、供應鏈、健康醫(yī)療、日常生活、災害管理、安全服務、運輸?shù)刃袠I(yè)，并為人們提供更好的服務，讓人們享受信息通信的便利，讓信息通信改變?nèi)藗兊纳?，更好的服務于人們的生活?/p>

3 物聯(lián)網(wǎng)主要業(yè)務分別涉及的關(guān)鍵技術(shù)

從上面所述，基本已經(jīng)明確了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)服務主要涉及的關(guān)鍵技術(shù):傳感器技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡技術(shù)、傳感網(wǎng)絡相關(guān)的通信技術(shù)、通信網(wǎng)絡技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)，以及他們之間的結(jié)合技術(shù)。

傳感器負責物聯(lián)網(wǎng)信息的采集是實現(xiàn)對現(xiàn)實世界感知的基礎，是物聯(lián)網(wǎng)服務和應用的基礎。由于各種傳感器，如溫度、壓力、速度、濕度、高度、視頻、圖像、位置等的不同傳感器所提供的信息接口存在巨大差異，是對物聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模化的最大挑戰(zhàn)。

傳感器網(wǎng)絡的研究很豐富，針對傳感器網(wǎng)絡的特性形成了一套完整的物理層、鏈路層、網(wǎng)絡層規(guī)范，但缺乏大規(guī)模應用[6]。傳感網(wǎng)絡相關(guān)通信技術(shù)，常見的有藍牙、IrDA、Wi-Fi、ZigBee、RFID、UWB、NFC、WirelessHart等。傳感網(wǎng)絡將會向下一代IP網(wǎng)絡演進，比如IPv6，同時，傳感器終端也有更智能化的趨勢，傳感網(wǎng)智能性主要體現(xiàn)在IP化、功耗低、體積小、信息雙向傳遞、免人工維護等特性。

通信網(wǎng)絡技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)提供傳送通道，如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡上進行增強，適應物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求(低數(shù)據(jù)率、低移動性等)，是現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)研究的重點。

物聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)主要是和物聯(lián)網(wǎng)終端之間，以及現(xiàn)有網(wǎng)絡、系統(tǒng)間進行配合，以提供物聯(lián)網(wǎng)能力給不同的物聯(lián)網(wǎng)應用，在網(wǎng)絡架構(gòu)上，需要考慮一個能適合多個行業(yè)應用的統(tǒng)一業(yè)務平臺，為跨行業(yè)的統(tǒng)一信息服務提供支撐，尤其是隨著物聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展，發(fā)展到協(xié)同感知，甚至泛在服務的階段后，必然需要考慮更為有效的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、名址、路由、通信協(xié)議。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是社會前進的必然，擁有著美好的前景，但在發(fā)展的道路上，也必將面臨多個困難，這些困難有技術(shù)上的，更有產(chǎn)業(yè)鏈上的，如何克服這些困難，需要全社會在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務模式和關(guān)鍵技術(shù)上同步進行努力。

5 參考文獻

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[2] 馬華興. 解惑3G業(yè)務: 概念、實現(xiàn)和規(guī)劃[M]. 北京: 北京郵電大學出版社， 2006.

[3] 中國移動. 物聯(lián)網(wǎng)演進藍圖[R]. 2009.

[4] 中興通訊. 物聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)白皮書[R]. 2009.

[5] ITU-T Y.2002 (Y.NGN-UbiNet). Overview of ubiquitous networking and of its support in NGN[S]. 2009.

[6] 李曉維. 無線傳感器網(wǎng)絡[M]. 北京: 北京理工大學出版社， 2007.

收稿日期:2010-01-06

邢曉江，中興通訊股份有限公司標準部項目經(jīng)理，從事業(yè)務應用標準工作，現(xiàn)任CCSA TC2 WG1副組長。

王建立，中興通訊方案營銷部總監(jiān)，主要研究方向為下一代通信網(wǎng)絡體系架構(gòu)、移動互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)。

李明棟，中興通訊標準部總工，先后參與過多媒體、業(yè)務、NGN等系統(tǒng)設計、開發(fā)和網(wǎng)絡建設工作，曾獲得廣東省科學技術(shù)進步一等獎，現(xiàn)任ITU-T SG13 Q13 Rapporteur和CCSA TC1 WG4副組長，并且擔任ITU-T NGN架構(gòu)等多個國際標準的Editor，現(xiàn)主要研究方向為M2M和云計算。