物聯網三大應用場景

上期專欄把物聯網應用分為三大類:RFID相關應用、基于傳感網絡的應用，以及M2M兩化融合相關應用，同時也描述了物聯網典型的“管、控、營一體化”功能化應用場景。本期將從技術架構角度分別描繪三大類應用的典型場景。

物聯網和智慧地球理念能夠得以實現的原因，是因為世界早已經邁入了3I時代(IBM提法)，即Instrumented(工具植入化，40億手機用戶，300億RFID，龐大的傳感網絡和工業信息化系統等)， Interconnected(互聯化)，和Intelligent(智能化)，我們只需要“百尺竿頭，更上一步”就可以實現5A化(anywhere-任何地點， anything-任何事物， anytime-任何時間， anyway-任何方式， anyhow-任何原因)的物聯網世界。圖1中描述的這個宏觀的應用場景對三大類物聯網應用都適用，但從更深層的技術架構來說，三大類應用存在業務細節上的差別，下面分別細述。

“1”代表客戶端，可以是PC，PDA等，坐落在美洲;“2”代表運行在“云”服務器上 的SaaS或非SaaS信息系統，坐落在非洲;“3”代表末端，可以是任何智能物件，坐落在亞洲。

基于RFID的物聯網應用架構

電子標簽可能是三類技術體系中最靈活的能夠把“物”改變成為智能物件的，它的主要應用是把移動和非移動資產貼上標簽，實現各種跟蹤和管理。按瑞士ETH Fleisch教授的劃分，RFID是穿孔卡、鍵盤和條碼等應用技術的延伸，它比條碼等技術自動化程度高，但它們都屬于提高“輸入”效率的技術，也都應該屬于物聯網應用技術范疇。Auto-ID中心的EPCGlobal體系就是針對所有可電子化的編碼方式的，而不只是針對RFID。RFID只是編碼的一種載體，此外還有其他基于物理、化學過程的載體，例如同方試金石公司的防偽技術。

EPCglobal提出了Auto-ID系統的五大技術組成，分別是EPC(電子產品碼)標簽、RFID標簽閱讀器、ALE中間件實現信息的過濾和采集、EPCIS信息服務系統，以及信息發現服務(包括ONS和PML)。由于從一開始就讓世界各大洲的從業人員充分參與，EPCGlobal標準(架構圖如下)得到了較廣泛認同，這里不再對其標準體系架構贅述。

ONS(即對象命名服務Object Name Service)主要處理電子產品碼與對應的EPCIS信息服務器地址的查詢和映射管理(如圖3)，類似于互聯網絡中已經很成熟的域名解析服務(DNS)。在設計ONS規范時，EPCGlobal組織要求必須結合現有互聯網基礎設施和相關規范進行，這顯然是一個正確的決定。于是ONS基本上按DNS的原理實現，甚至采用了DNS的現有基礎設施，現今全球ONS服務也是EPCglobal委由世界最大的DNS營運商VeriSign營運。

EPC產品電子碼識別只是“標簽”，所有關于產品有用的信息都用一種新型的標準的XML語言——實體標識語言(Physical Markup Language )來描述，PML的作用就像互聯網的基本語言HTML一樣。

有了ONS和PML，以RFID為主的EPC系統才真正從Network of Things走向了Internet of Things(物聯網)。基于ONS和PML，企業對RFID技術的應用將由企業內部的閉環應用過渡到供應鏈的開環應用上，實現真正的“物聯網”。

ONS和PML作為物聯網框架下的關鍵技術，有著廣泛的應用前景。相比之下，傳感網和M2M從業群體的技術架構還沒有完全上升到ONS/PML這樣同等的“物聯網”技術體系高度，這大概也就是Auto-ID人群認為物聯網概念是他們首創的主要原因吧。筆者認為，在走向物聯網的道路上，傳感網和M2M群體應該借鑒和直接采用ONS/PML技術體系。

基于傳感網絡的物聯網應用架構

當人們談論傳感網絡的時候，一般主要是指無線傳感網絡(WSN， Wireless Sensor Networks)，此外還有視覺傳感網(VSN， Visual Sensor Networks)以及人體傳感網(BSN， Body Sensor Networks)等其他傳感網，這里我們也主要討論WSN。

WSN由分布在自由空間里的一組“自治的”無線傳感器組成，共同協作完成對特定周邊環境狀況，包括溫度、濕度、化學成分、壓力、聲音、位移、振動、污染顆粒等的監控。WSN中的一個節點(或叫Mote)一般由一個無線收發器、一個微控制器和一個電源組成。WSN一般是自治重構(Ad-Hoc或Self-Configuring)網絡，包括無線網狀網(Mesh Networks)和移動自重構網(MANET)等。

無線傳感網目前還是計算機和通信專業的學者們一個非常活躍的研究領域。10多年前IBM(蘇黎世研究中心)、微軟等大企業就開始投入巨資研究傳感網，但商業收效甚微，所以大企業已經基本不再投入做純WSN研究(哈佛大學Welsh教授語)，目前WSN的研究主要還是在大學和國立研究機構。

筆者聽過Welsh教授最近關于WSN的主題發言，他認為目前企業和研究機構對WSN的關注點完全不一樣，企業能賺錢的WSN技術對研究人員來說太簡單，算不上成果，而研究機構做的東西離實用差距又太遠，波士頓市的基于哈佛WSN先進技術的CitySense計劃(“感知波士頓”)的失敗就是例子，而美國Oklahoma市采用了更簡單成熟技術的MicroCAST計劃卻獲得了成功。

到目前為止，WSN研究最成功的成果可能要數加州大學伯克利分校Culler教授研究小組提出的Mote的概念和他們研制成功的Mote節點產品，相關成員2003年在硅谷成立了一個名為MoteIV的公司，銷售Mote產品和推廣WSN應用，但后來因經營狀況不好而改名為Sentilla，不再以WSN業務為主。筆者對WSN沒有深入的研究，但15年前筆者在美國做并行計算時，年輕的Culler教授也在做并行計算系統的研究，而且也算是當時頂級的并行計算專家，現在發現他老先生又成了領導潮流的WSN專家，而且已經桃李滿天下，Welsh教授就是Culler教授的學生。難怪筆者覺得“曾似相識”，現在WSN的研究就好象15年前學術圈里對并行計算系統架構的研究一樣，提出了很多種技術架構，到頭來超級并行計算機還是“返樸歸真”，采用了最簡單通用的網絡連接技術。

WSN的研究大多還專注于網絡底層(包括非IP協議的ZigBee、TinyOS和基于IP的6LoWPAN等)，以及電源的持久性等問題，按照其目前的發展，筆者認為WSN離真正的“物聯網”還很有一定距離，對像EPCGlobal中ONS和PML等物聯網層面的問題研究還不夠。

另外，筆者認為，WSN的研究者們太熱衷于無線技術，忽略了感知層用有線現場總線和傳輸層用長距離無線通信的組合。從實用和商業推廣的角度，這個組合早已經達到穩定和大規模應用的水平。

基于M2M的物聯網應用架構

業界認同的M2M理念和技術架構覆蓋的范圍應該是最廣泛的，包含了EPCGlobal和WSN的部分內容，也覆蓋了有線和無線兩種通信方式，一個典型的M2M系統由圖4所示的幾個部分組成。

M2M也覆蓋和拓展了工業信息化(兩化融合)中傳統的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統。SCADA系統在工業，建筑，能源，設施管理等領域和現在的M2M系統一樣，行使設備數據收集和遠程監控監測的工作。乍一看，M2M和SCADA似乎是一樣的，但由于M2M基于互聯網等新技術，有很多標準化的東西(如XML，WebServices/SOA等)做基礎，它和傳統的SCADA是有區別的，好多SCADA系統基本上還基于陳舊的C/S架構。

M2M有如下圖所示的兩種業務模式。MVNO(移動虛擬網絡運營商)業務模式在中國還未形成(或政策不允許)，但在美國早已經存在，JasperWireless、Aeris等公司一直在做基于SaaS營運的M2M業務MVNO，也就是MMO(M2M Mobile Operator)。 由于M2M/智慧地球最近的發展催生了許多新的機遇，美國各大營運商如Verizon、ATT等以前都不直接做M2M業務，最近都紛紛成立了M2M業務部門，直接開展M2M業務，例如ATT和Amazon合作直接支撐其Kindle電子閱讀器無線接入服務。結果迫使一些原來的MVNO成了MVNE，JasperWireless就是例子，ATTT正好采用了JasperWireless平臺。

在中國，三大營運商從一開始就直接做M2M業務，一開始就沒有MVNO生存的機會，同方軟件專業做M2M軟件已有很多年，憑借多年M2M業務積累的優勢成為了中國移動公司M2M營運平臺的MVNE。.

同樣，M2M的發展缺乏ONS和PML那樣的“物聯網”標準規范和統一體系架構，雖然有一些像oBIX、BITXML、oMIX那樣的嘗試，但像ONS和PML那樣的統一的規范還未形成，還有很長的路要走。