物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的詳細(xì)解釋

1、物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為"The Internet of Things”。通過(guò)英文名稱可見,物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思:第一,擴(kuò)展到了任其用戶端延伸和何物品與物品之間,進(jìn)行信息交換和通信;第二,物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng),是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)。因此,物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過(guò)射頻識(shí)別(RFID裝置、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接,進(jìn)行信息交換和通信,以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、跟蹤、定位、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的整個(gè)結(jié)構(gòu)可分為射頻識(shí)別系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩部分。射頻識(shí)別系統(tǒng)主要由標(biāo)簽和讀寫

2、器組成,兩者通過(guò)RFID空中接口通信。讀寫器獲取產(chǎn)品標(biāo)識(shí)后,通過(guò)internet或其他通訊方式將產(chǎn)品標(biāo)識(shí)上傳至信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中間件,然后通過(guò)ONS解析獲取產(chǎn)品的對(duì)象名稱,繼而通過(guò)EPC信息服務(wù)的各種接口獲得產(chǎn)品信息的各種相關(guān)服務(wù)。整個(gè)信息系統(tǒng)的運(yùn)行都會(huì)借助internet的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),利用在internet基礎(chǔ)上的發(fā)展出的通信協(xié)議和描述語(yǔ)言。因此我們可以說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)是架構(gòu)在internet基礎(chǔ)上的關(guān)于各種物理產(chǎn)品信息服務(wù)的總和。從應(yīng)用角度來(lái)看,物聯(lián)網(wǎng)中三個(gè)層次值得關(guān)注,也即是說(shuō),物聯(lián)網(wǎng)由三部分組成:一是傳輸網(wǎng)絡(luò),即通過(guò)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計(jì)算。二是傳感網(wǎng)絡(luò),即以二維碼、

3、RFID、傳感器為主,實(shí)現(xiàn)對(duì)“物”的識(shí)別。三是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò),即輸入輸出控制終端。EPC系統(tǒng)是一個(gè)非常先進(jìn)的、綜合性的和復(fù)雜的系統(tǒng)。其最終目標(biāo)是為每一單品建立全球的、開放的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。它主要由信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、射頻識(shí)別系統(tǒng)及全球產(chǎn)品電子代碼(EPC體系三大部分組成。(1EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)EPC編碼是EPC系統(tǒng)的重要組成部分,它是對(duì)實(shí)體及實(shí)體的相關(guān)信息進(jìn)行代碼化,通過(guò)統(tǒng)一并規(guī)范化的編碼建立全球通用的信息交換語(yǔ)言。(2EPC標(biāo)簽EPC標(biāo)簽是裝載了產(chǎn)品電子代碼的射頻標(biāo)簽,通常EPC標(biāo)簽是安裝在被識(shí)別對(duì)象上,存儲(chǔ)被識(shí)別對(duì)象相關(guān)信息。標(biāo)簽存儲(chǔ)器中的信息可由讀寫器進(jìn)行非接觸讀/寫。EPC系統(tǒng)特點(diǎn)(1開放的體系結(jié)構(gòu)EPC系

4、統(tǒng)采用全球最大的公用的刀又TERNET網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這就避免了系統(tǒng)的復(fù)雜性,同時(shí)也大大降低了系統(tǒng)的成本,并且還有利于系統(tǒng)的增值。梅特卡夫(Metcalfe定律表明,一個(gè)網(wǎng)絡(luò)大的價(jià)值是用戶本系統(tǒng)是應(yīng)該開放的結(jié)構(gòu)體系遠(yuǎn)比復(fù)雜的多重結(jié)構(gòu)更有價(jià)值。(2獨(dú)立的平臺(tái)和高度的互動(dòng)性EPC系統(tǒng)識(shí)別的對(duì)象是一個(gè)十分廣泛的實(shí)體對(duì)象,因此,不可能有那一種技術(shù)適用所有的識(shí)別對(duì)象。同時(shí),不同地區(qū),不同國(guó)家的射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不相同。所以開放的結(jié)構(gòu)體系必須具有獨(dú)立的平臺(tái)和高度的交互操作性。EPC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建立在INTERNET網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上可以與INTERNET網(wǎng)絡(luò)所有可能的組成部分協(xié)同工作(3靈活的可持續(xù)發(fā)展的體系EPC系統(tǒng)是一

5、個(gè)靈活的開放的可持續(xù)發(fā)展的體系,可在不替換原有體系的情況下就可以做到系統(tǒng)升級(jí)。整體的EPC網(wǎng)絡(luò)操作依賴于RFID系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的介入,使產(chǎn)品信息有效的傳播。安裝在不同需求鏈環(huán)境的解讀器可以讀取標(biāo)簽中儲(chǔ)存的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。因此供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)地檢查、更新或者交換信息。EPC編碼編碼標(biāo)準(zhǔn)EPC碼是新一代與EAN/UPC碼兼容的編碼標(biāo)準(zhǔn),在EPC系統(tǒng)中EPC編碼與現(xiàn)行GTIN相結(jié)合,因而EPC并不是取代現(xiàn)行的條碼標(biāo)準(zhǔn),而是由現(xiàn)行的條碼標(biāo)準(zhǔn)逐漸過(guò)渡到EPC標(biāo)準(zhǔn)或者是在未來(lái)的供應(yīng)鏈中EPC和EAN.UCC系統(tǒng)共存。EPC中碼段的分配是由EAN.UCC來(lái)管理的。在我國(guó),EAN.UCC 系統(tǒng)中GTI

6、N編碼是由中國(guó)物品編碼中心負(fù)責(zé)分配和管理。同樣,ANCC也即將啟動(dòng)EPC服務(wù)來(lái)滿足國(guó)內(nèi)企業(yè)使用EPC的需求。EPC碼是由一個(gè)版本號(hào)加上另外三段數(shù)據(jù)(依次為域名管理者、對(duì)象分類、序列號(hào)組成的一組數(shù)字。其中版本號(hào)標(biāo)識(shí)EPC的版本號(hào),它使得EPC隨后的碼段可以有不同的長(zhǎng)度;域名管理是描述與此EPC相關(guān)的生產(chǎn)廠商的信息。第四章物聯(lián)網(wǎng)在家庭中應(yīng)用隨著時(shí)代的發(fā)展,中國(guó)已經(jīng)逐步進(jìn)入了老齡化社會(huì),以后我們社會(huì)面臨的現(xiàn)狀將是一對(duì)年輕的夫妻,在照看自己小孩的同時(shí),還要照看26對(duì)老人,這就為全社會(huì)出了一個(gè)難題。每家都雇保姆,顯然不現(xiàn)實(shí);那么,只能通過(guò)科技的手段來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題了,靠提高家庭的生活品質(zhì)、方便家庭與外界的

7、信息交互、用傳感節(jié)點(diǎn)感知家里發(fā)生的情況等,這就為家庭物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)奠定了社會(huì)基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)的概念正大行其道,也使人們看到了社會(huì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),然而物聯(lián)網(wǎng)大部分卻停留在概念階段,真正規(guī)模應(yīng)用還有待時(shí)日。家庭區(qū)域相對(duì)狹小、需求比較明確,最有可能優(yōu)先實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。它不只是現(xiàn)代家庭現(xiàn)實(shí)的需要(照看老人、孩童,更是人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)的家庭安全家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域寒冷的冬季,供暖系統(tǒng)使北方城市家庭充滿溫暖,而當(dāng)白天大部分人離家上班的時(shí)候,空空的房間仍溫暖如春。我們需要一個(gè)智能化的供暖控制系統(tǒng)。在生產(chǎn)安全領(lǐng)域,在食品衛(wèi)生領(lǐng)域,在工程控制領(lǐng)域,在城市管理領(lǐng)域,在人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面,甚至在人們的娛樂(lè)活動(dòng)中,都需要建

8、立隨時(shí)能與物體溝通的智能系統(tǒng)。通過(guò)裝置在各類物體上的電子標(biāo)簽(RFID,傳感器、二維碼等經(jīng)過(guò)接口與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相連,從而給物體賦予智能,可以實(shí)現(xiàn)人與物體的溝通和對(duì)話也可以實(shí)現(xiàn)物體與物體相互間的溝通和對(duì)話。在電度表上裝上傳感器,供電部門隨時(shí)都可知道用戶的用電情況,實(shí)現(xiàn)用電檢查、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、負(fù)荷管理、線損管理、需求側(cè)管理等高效一體化管理,一年來(lái)降低電損。在電梯裝上傳感器,當(dāng)電梯發(fā)生故障時(shí),無(wú)需乘客報(bào)警、電梯管理部門會(huì)借助網(wǎng)絡(luò)在第一時(shí)間得信息,以最快的速度去現(xiàn)場(chǎng)處理故障。發(fā)展歷程1999年,物聯(lián)網(wǎng)的概念就已被提出,10年間,世界各國(guó)都在加緊研究。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展共分為四個(gè)階段:第一個(gè)階段是大型機(jī)、主機(jī)的聯(lián)

9、網(wǎng),第二個(gè)階段是臺(tái)式機(jī)、筆記本與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián),第三個(gè)階段是手機(jī)等一些移動(dòng)設(shè)備的互聯(lián),第四階段是嵌入式互聯(lián)網(wǎng)興起階段,更多與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的應(yīng)用設(shè)備,包括洗衣機(jī)、冰箱、電視、微波爐等都將加入互聯(lián)互通的行列,最終形成全球統(tǒng)一的“物聯(lián)網(wǎng)”。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō),20世紀(jì)80年代是黃金時(shí)代,這段時(shí)間出了一個(gè)知名的人物鮑勃卡恩(BobKahn,他被人們稱為互聯(lián)網(wǎng)之父(被賦予同樣稱呼的人還有好幾個(gè)。在為互聯(lián)網(wǎng)做出卓越貢獻(xiàn)的同時(shí),他也非常有遠(yuǎn)見的為另一個(gè)始于上世紀(jì)80年代的項(xiàng)目分布式傳感網(wǎng)(DistributedSensorNet,簡(jiǎn)稱DSN做了奠基。在那個(gè)年代,傳感器遠(yuǎn)比我手上的這個(gè)大得多,要用一輛卡車來(lái)拉

10、。這么大的傳感器作為一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)組織在一起,通過(guò)微波彼此相連,就組成了傳感網(wǎng)。龐大的傳感器在體積方面跟不上人們對(duì)其功用上的期望,于是研究者們就開始思考能不能把它做得小一點(diǎn)、再小一點(diǎn)。于是,在上世紀(jì)90年代,“智能微塵”(SmartDust這個(gè)很有意思的概念出現(xiàn)了,提出者是KrisPister,他是加州大學(xué)伯克利分校的教授。這一概念認(rèn)為可以將計(jì)算和通訊集成在約12平方毫米的超微型傳感器中,用以對(duì)周圍環(huán)境的參數(shù)進(jìn)行探測(cè)。其核心的成分是微電機(jī)系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanicalSystem,簡(jiǎn)稱MEMS;這個(gè)概念在當(dāng)時(shí)引起非常大的轟動(dòng),該系統(tǒng)中可以集成很多和機(jī)械有關(guān)的傳感器。當(dāng)時(shí)Kr

11、isPister這批人有一個(gè)幻想在蒲公英上面懸掛一個(gè)傳感芯片,蒲公英飛到哪里就探測(cè)哪里的信號(hào),再把信號(hào)傳遞回來(lái)。雖然只是一個(gè)假想,但當(dāng)時(shí)真有科學(xué)家信心百倍地投入其中,并且還把所需的數(shù)據(jù)算出來(lái)了。比如有空氣動(dòng)力學(xué)專家計(jì)算出了芯片應(yīng)有的重量等等。在2001年,加州大學(xué)伯克利分校的實(shí)驗(yàn)室真做出了這種理想中的芯片雛形,比米粒還小,可謂“細(xì)如發(fā)絲,薄如蟬翼”。他們送給了我一個(gè),當(dāng)時(shí)我還精心包裝了一下?？上ё罱也坏搅?特別遺憾。倘若芯片里面還有電留存的話,說(shuō)不定我就能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)定位到它的“安身之所”了。在這一時(shí)期,有三所高校和研究機(jī)構(gòu)在傳感器領(lǐng)域處于領(lǐng)軍地位,一是加州大學(xué)伯克利分校(以KrisPister

12、為代表,他們提出了“智能微塵”理論,另外兩個(gè)是加州大學(xué)洛杉磯分校(他們提出了“微無(wú)線技術(shù)”和施樂(lè)帕克研究中心(XeroxPARC。施樂(lè)帕克研究中心的團(tuán)隊(duì)主要由我?guī)ьI(lǐng),我們做的是傳感信息處理和“智能物質(zhì)”(SmartMatter,希望能把計(jì)算、微電機(jī)系統(tǒng)放到物理世界中,與“智能微塵”也有非常緊密的聯(lián)系。自本世紀(jì)初以來(lái),對(duì)于傳感的研究越來(lái)越受到人們的重視,有很多學(xué)校和大公司的研發(fā)機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行了類似的研究,并有許多新興公司借此東風(fēng)異軍突起。將傳感器連接成“網(wǎng)”或“系統(tǒng)”,就成了傳感網(wǎng)。除了傳感網(wǎng)以外,類似的概念也相繼提出,比如“CyberPhysicalSystem”和“InternetofThin

13、gs”(簡(jiǎn)稱IOT。相較而言,IOT的概念在提出的初期更接近于日常生活,比如常見的RFID (RadioFrequencyIdentification,射頻識(shí)別技術(shù)就是它的一部分。關(guān)于傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的歷史,若從大的傳感器開始算起,傳感網(wǎng)誕生至今應(yīng)有30年了;而若從微傳感網(wǎng)(MicroWirelessSensorNetwork來(lái)說(shuō),應(yīng)該僅有15至20年:微傳感網(wǎng)始于上世紀(jì)90年代,那個(gè)時(shí)期的人們剛剛提出“微電機(jī)系統(tǒng)”的概念,試圖把傳感器和計(jì)算機(jī)處理和通訊全部都集成在一個(gè)芯片上,即“智慧微塵”。其實(shí)傳感器的歷史,歸結(jié)起來(lái)就八個(gè)字從大到小,以點(diǎn)到面。這八個(gè)字看似簡(jiǎn)單,但做起來(lái)卻是困難重重要想讓傳感器

14、真正“飛入尋常世界中”,它必需在體積、造價(jià)、能耗等方面進(jìn)行“瘦身”,這樣它才真正能夠進(jìn)入到物理世界。然而,造型的縮小并不是傳感進(jìn)入生活的唯一條件,還需要互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配合以實(shí)現(xiàn)從點(diǎn)到面的網(wǎng)際聯(lián)系。就IP地址而言,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)采用IPv6(IPv4必然不夠,它有128位兩進(jìn)制的IP網(wǎng)址數(shù),這相當(dāng)于給世界上的每個(gè)沙粒都賦予了一個(gè)IP地址。唯有當(dāng)所有的物體都有一個(gè)屬于自己的IP的時(shí)候,物聯(lián)網(wǎng)才能真正實(shí)現(xiàn)。總而言之,物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)需要這兩方面的相輔相成:一是利用微處理技術(shù)(micro-fabrication,提高集成度;其二是運(yùn)用IP技術(shù),以提供足夠豐富的網(wǎng)址。面臨的問(wèn)題國(guó)內(nèi)智能家居市場(chǎng)存在很多問(wèn)題。1、進(jìn)入

15、門檻較高,一般一次性投入要1、2萬(wàn)元,這就大大限制了中等收入以下人群的購(gòu)買需求。2、功能華而不實(shí),很多都是遙控個(gè)燈光、音響,需求跟投入不成比例。3、生搬硬套,將原來(lái)很多工業(yè)上使用的東西直接照搬到家庭里,缺少人性化,不能完全適合家居生活需要。4、很多智能家居企業(yè)缺少核心技術(shù),東拼西湊,組成個(gè)系統(tǒng)就推廣,導(dǎo)致成本增高、企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力下降。RFID超高頻技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用尚處于起步階段,一些項(xiàng)目的應(yīng)用只是試點(diǎn),還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用,也沒(méi)有在供鏈上應(yīng)用。比如,只在某一個(gè)倉(cāng)庫(kù)里應(yīng)用,或只在生產(chǎn)線上應(yīng)用。應(yīng)該說(shuō),這些試點(diǎn)項(xiàng)目全都屬于閉環(huán)狀態(tài)的應(yīng)用,在供應(yīng)鏈上串起來(lái)應(yīng)用的案例國(guó)內(nèi)還沒(méi)有出現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?jié)摿o(wú)限,但物

16、聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)并不僅僅是技術(shù)方面的問(wèn)題,建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)過(guò)程將涉及到許多規(guī)劃、管理、協(xié)調(diào)、合作等方面的問(wèn)題,還涉及標(biāo)準(zhǔn)和安全保護(hù)等方面的問(wèn)題,這就需要有一系列相應(yīng)的配套政策和規(guī)范的制訂和完善。首先是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)是一種交流規(guī)則,關(guān)系著物聯(lián)網(wǎng)物品間的溝通。各國(guó)存在不同的標(biāo)準(zhǔn),因此需要加強(qiáng)國(guó)家之間的合作,以尋求一個(gè)能被普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)。其次是安全的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)中的物品間聯(lián)系更緊密,物品和人也連接起來(lái),使得信息采集和交換設(shè)備大量使用,數(shù)據(jù)泄密也成為了越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題。如何實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)及用戶隱私的保護(hù),成為待解決的問(wèn)題。第三,協(xié)議問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸,在物聯(lián)網(wǎng)核心層面是基于TCP/IP,但在接入層面,

17、協(xié)議類別五花八門,CPRS、短信、傳感器、TD-SCDMA、有線等多種通道,物聯(lián)網(wǎng)需要一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議基礎(chǔ)。第四,終端問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)終端除具有本身功能外還擁有傳感器和網(wǎng)絡(luò)接入等功能,且不同行業(yè)需求各異議,如何滿足終端產(chǎn)品的多樣化需求,對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)的一大挑戰(zhàn)。第五,地址問(wèn)題。每個(gè)物品都需要在物聯(lián)網(wǎng)中被尋址,就需要一個(gè)地址。物聯(lián)網(wǎng)需要更多的IP地址,IPv4資源即將耗盡,那就需要IPv6來(lái)支撐。IPv4 向IPv6過(guò)渡是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程,因此物聯(lián)網(wǎng)一旦使用IPv6地址,就必然會(huì)存在與IPv4兼容性問(wèn)題。第六,費(fèi)用問(wèn)題。目前物聯(lián)網(wǎng)所需的芯片等組件的費(fèi)用較高,若把所有物品都植入識(shí)別芯片花費(fèi)自然不少,如何有效

18、解決這一問(wèn)題仍需考慮。第七,規(guī)模化問(wèn)題。規(guī)模化是運(yùn)營(yíng)商業(yè)績(jī)的重要指標(biāo),終端的價(jià)格、產(chǎn)品多樣性、行業(yè)應(yīng)用的深度和廣度都會(huì)地用戶規(guī)模產(chǎn)生影響,如何實(shí)現(xiàn)規(guī)?；蔷哂写逃懙膯?wèn)題。第八,商業(yè)模式問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)在商業(yè)應(yīng)用方面的業(yè)務(wù)模式還不是很明朗,商業(yè)模式問(wèn)題值得更進(jìn)一步探討。第九,產(chǎn)業(yè)鏈問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)所需要的自動(dòng)控制、信息傳感、射頻識(shí)別等上游技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已成熟或基本成熟,而下游的應(yīng)用也單體形式存在。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力,實(shí)現(xiàn)上下游產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動(dòng),跨專業(yè)的聯(lián)動(dòng),從而帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈,共同推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。要建立一個(gè)有效的物聯(lián)網(wǎng),有兩大難點(diǎn)必須解決:一是規(guī)模性,只有具備了規(guī)模,才能使物品的智能發(fā)揮作用;二是流動(dòng)性,物品通常都不是靜止的,而是處于運(yùn)動(dòng)的狀態(tài),必須保持物品在運(yùn)動(dòng)狀態(tài),甚至高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都能隨時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的監(jiān)控和追蹤。物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵在于RFID、傳感器、嵌入式軟件及傳輸數(shù)據(jù)計(jì)算等領(lǐng)域,包括“云計(jì)算”、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容和優(yōu)化等均是物聯(lián)網(wǎng)普及需解決的問(wèn)題。只有通過(guò)“云計(jì)算”技術(shù)的運(yùn)用,才