物聯(lián)網(wǎng)三大應(yīng)用場景

1、物聯(lián)網(wǎng)三大應(yīng)用場景上期專欄把物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用分為三大類 :RFID 相關(guān)應(yīng)用、 基于傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 ,以及 M2M 兩化融合相關(guān)應(yīng)用 ,同時也 描述了物聯(lián)網(wǎng)典型的 “管、 控、營一體化” 功能化應(yīng)用場景。 本期將從技術(shù)架構(gòu)角度分別描繪三大類應(yīng)用的典型場景。物聯(lián)網(wǎng)和智慧地球理念能夠得以實現(xiàn)的原因,是因為世界早已經(jīng)邁入了 31時代（IBM提法）,即lnstrumented（工具植入 化, 40億手機(jī)用戶 ,300 億 RFID, 龐大的傳感網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)信息化 系統(tǒng)等）,lnterconnected（互聯(lián)化）,和Intelligent智能化）,我們只 需要“百尺竿頭，更上一步”就可以實現(xiàn) 5A化（anywh

2、ere-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(lián)網(wǎng)世界。圖1中描述的這個宏 觀的應(yīng)用場景對三大類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都適用,但從更深層的技術(shù)架構(gòu)來說 ,三大類應(yīng)用存在業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)上的差別,下面分別細(xì)述?！?”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(wù)器上 的SaaS或非SaaS信息系統(tǒng)，坐 落在非洲 ;“ 3”代表末端 ,可以是任何智能物件 ,坐落在亞洲?；?RFID 的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu) 電子標(biāo)簽可能是三類技術(shù)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(yīng)用是把移動和非移動

3、資產(chǎn) 貼上標(biāo)簽 ,實現(xiàn)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(yīng)用技術(shù)的延伸,它比條碼等技術(shù)自動化程度高 ,但它們都屬于提高 “輸入” 效率的技 術(shù) ,也都應(yīng)該屬于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)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(xué)過程的載體 ,例如同方試金石公司的防偽技術(shù)。EPCglobal 提出了 Auto-ID 系統(tǒng)的五大技術(shù)組成 ,分別是 EPC（電子產(chǎn)品碼）標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽閱讀器、ALE中間件實現(xiàn) 信息的過濾和采集、 EP

4、CIS 信息服務(wù)系統(tǒng) ,以及信息發(fā)現(xiàn)服務(wù) （包括 ONS 和 PML） 。由于從一開始就讓世界各大洲的從業(yè) 人員充分參與 ,EPCGlobal 標(biāo)準(zhǔn) （架構(gòu)圖如下 ）得到了較廣泛認(rèn) 同,這里不再對其標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)贅述。ONS（即對象命名服務(wù) Object Name Service）主要處理電 子產(chǎn)品碼與對應(yīng)的 EPCIS 信息服務(wù)器地址的查詢和映射管 理（如圖 3）,類似于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)很成熟的域名解析服務(wù) （DNS）。在設(shè)計ONS規(guī)范時，EPCGIobal組織要求必須結(jié)合現(xiàn) 有互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)規(guī)范進(jìn)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(xiàn) ,甚至采用了 DNS

5、 的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施 ,現(xiàn)今全球 ONS 服務(wù)也是 EPCglobal 委由世 界最大的 DNS 營運商 VeriSign 營運。EPC 產(chǎn)品電子碼識別只是 “標(biāo)簽” , 所有關(guān)于產(chǎn)品有用的 信息都用一種新型的標(biāo)準(zhǔn)的 XML 語言實體標(biāo)識語言 (Physical Markup Language ) 來描述 ,PML 的作用就像互聯(lián)網(wǎng) 的基本語言 HTML 一樣。有了 ONS和PML,以RFID為主的EPC系統(tǒng)才真正從 Network of Things 走向了 Internet of Things( 物聯(lián)網(wǎng) ) 。基于 ONS 和 PML, 企業(yè)對 RFID 技術(shù)的應(yīng)用將由企業(yè)內(nèi)部的閉環(huán) 應(yīng)用過渡

6、到供應(yīng)鏈的開環(huán)應(yīng)用上,實現(xiàn)真正的“物聯(lián)網(wǎng)” 。ONS 和 PML 作為物聯(lián)網(wǎng)框架下的關(guān)鍵技術(shù) ,有著廣泛的 應(yīng)用前景。相比之下 ,傳感網(wǎng)和 M2M 從業(yè)群體的技術(shù)架構(gòu)還 沒有完全上升到 ONS/PML 這樣同等的“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)體系 高度 ,這大概也就是 Auto-ID 人群認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)概念是他們首創(chuàng) 的主要原因吧。筆者認(rèn)為 ,在走向物聯(lián)網(wǎng)的道路上 ,傳感網(wǎng)和 M2M 群體應(yīng)該借鑒和直接采用 ONS/PML 技術(shù)體系?；趥鞲芯W(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)當(dāng)人們談?wù)搨鞲芯W(wǎng)絡(luò)的時候 ,一般主要是指無線傳感網(wǎng) 絡(luò) (WSN, Wireless Sensor Networks), 此外還有視覺傳感網(wǎng) (VSN,

7、Visual Sensor Networks) 以及人體傳感網(wǎng) (BSN, Body Sensor Networks)等其他傳感網(wǎng)，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(xié)作完成對特定周邊環(huán)境狀況,包括溫度、濕度、化學(xué)成分、壓力、聲音、位移、振動、污染顆粒等的監(jiān)控。WSN中的一個節(jié)點(或叫Mote) 般由一個無線收發(fā)器、一 個微控制器和一個電源組成。 WSN 一般是自治重構(gòu) (Ad-Hoc 或 Self-Configuring) 網(wǎng)絡(luò),包括無線網(wǎng)狀網(wǎng) (Mesh Networks) 和 移動自重構(gòu)網(wǎng) (MANET) 等。無線傳感網(wǎng)目前還是

8、計算機(jī)和通信專業(yè)的學(xué)者們一個 非?；钴S的研究領(lǐng)域。 10 多年前 IBM( 蘇黎世研究中心 )、微 軟等大企業(yè)就開始投入巨資研究傳感網(wǎng),但商業(yè)收效甚微 ,所以大企業(yè)已經(jīng)基本不再投入做純WSN 研究 (哈佛大學(xué) Welsh教授語 ),目前 WSN 的研究主要還是在大學(xué)和國立研究機(jī)構(gòu)。筆者聽過 Welsh 教授最近關(guān)于 WSN 的主題發(fā)言 ,他認(rèn)為 目前企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)對 WSN 的關(guān)注點完全不一樣 ,企業(yè)能賺 錢的 WSN 技術(shù)對研究人員來說太簡單 ,算不上成果 ,而研究 機(jī)構(gòu)做的東西離實用差距又太遠(yuǎn) ,波士頓市的基于哈佛 WSN 先進(jìn)技術(shù)的 CitySense 計劃 (“感知波士頓” )的失敗就

9、是例子 , 而美國 Oklahoma 市采用了更簡單成熟技術(shù)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(shù)加州大學(xué) 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(jié)點產(chǎn)品 ,相關(guān)成員 2003 年在硅谷成立了一 個名為 MoteIV 的公司 ,銷售 Mote 產(chǎn)品和推廣 WSN 應(yīng)用 ,但 后來因經(jīng)營狀況不好而改名為 Sentilla, 不再以 WSN 業(yè)務(wù)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(tǒng)的研究 , 而且也算是

10、當(dāng)時頂級的并行計算專家 ,現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)他老先生又 成了領(lǐng)導(dǎo)潮流的 WSN 專家 ,而且已經(jīng)桃李滿天下 ,Welsh 教授 就是 Culler 教授的學(xué)生。難怪筆者覺得“曾似相識”,現(xiàn)在WSN 的研究就好象 15 年前學(xué)術(shù)圈里對并行計算系統(tǒng)架構(gòu)的 研究一樣 ,提出了很多種技術(shù)架構(gòu) ,到頭來超級并行計算機(jī)還 是“返樸歸真” ,采用了最簡單通用的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)。WSN 的研究大多還專注于網(wǎng)絡(luò)底層 （包括非 IP 協(xié)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(fā)展 ,筆者認(rèn)為 WSN 離真正的 “物聯(lián) 網(wǎng)”還很有一定距離 ,對像 EP

11、CGlobal 中 ONS 和 PML 等物聯(lián) 網(wǎng)層面的問題研究還不夠。另外,筆者認(rèn)為 ,WSN 的研究者們太熱衷于無線技術(shù) ,忽 略了感知層用有線現(xiàn)場總線和傳輸層用長距離無線通信的 組合。從實用和商業(yè)推廣的角度 ,這個組合早已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定和 大規(guī)模應(yīng)用的水平?；?M2M 的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)業(yè)界認(rèn)同的 M2M 理念和技術(shù)架構(gòu)覆蓋的范圍應(yīng)該是最 廣泛的 ,包含了 EPCGlobal 和 WSN 的部分內(nèi)容 ,也覆蓋了有線 和無線兩種通信方式 ,一個典型的 M2M 系統(tǒng)由圖 4 所示的幾 個部分組成。M2M 也覆蓋和拓展了工業(yè)信息化 (兩化融合 )中傳統(tǒng)的 SCADA(Supervisory Con

12、trol And Data Acquisition) 系統(tǒng)。 SCADA 系統(tǒng)在工業(yè) ,建筑 ,能源,設(shè)施管理等領(lǐng)域和現(xiàn)在的 M2M 系統(tǒng)一樣 ,行使設(shè)備數(shù)據(jù)收集和遠(yuǎn)程監(jiān)控監(jiān)測的工作。 乍一看 ,M2M 和 SCADA 似乎是一樣的 ,但由于 M2M 基于互 聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù) ,有很多標(biāo)準(zhǔn)化的東西 (如 XML,WebServices/SOA 等 )做基礎(chǔ) ,它和傳統(tǒng)的 SCADA 是有 區(qū)別的，好多SCADA系統(tǒng)基本上還基于陳舊的C/S架構(gòu)。M2M 有如下圖所示的兩種業(yè)務(wù)模式。 MVNO( 移動虛擬 網(wǎng)絡(luò)運營商 )業(yè)務(wù)模式在中國還未形成 (或政策不允許 ),但在 美國早已經(jīng)存在 , Jasper

13、Wireless、 Aeris 等公司一直在做基于 SaaS營運的 M2M 業(yè)務(wù) MVNO,也就是 MMO(M2M Mobile Operator)。 由于 M2M/ 智慧地球最近的發(fā)展催生了許多新的 機(jī)遇 ,美國各大營運商如 Verizon、ATT 等以前都不直接做 M2M 業(yè)務(wù),最近都紛紛成立了 M2M 業(yè)務(wù)部門 ,直接開展 M2M 業(yè)務(wù) ,例如 AT&T 和 Amazon 合作直接支撐其 Kindle 電子閱 讀器無線接入服務(wù)。結(jié)果迫使一些原來的 MVNO 成了 MVNE,JasperWireless 就是例子 ,ATT&T 正好采用了 JasperWireless 平臺。在中國 ,三大營運商從一開始就直接做M