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物联网技术发展现状与趋势

2010-04-29 00:00:00  浏览:

一、什么是物联网

“物联网”(IOT,Internet of Things)也叫“传感网”,是“传感网”在国际上的通称;它是指物体通过装入各种信息传感设备,比如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器或其它方式进行连接,然后与互联网或移动通信网络结合起来最终形成一个巨大的智能网络,通过电脑或手机实现对物体的智能化管理。

物联网一方面可以提高经济效益,大大节约成本;另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。据统计,物联网现阶段的主要形式,M2M在2009年全球运营商的业务收入约为15亿美元。而AlexanderResources从全球市场的数据分析,预计到2010年M2M市场规模将达到2234亿美元。美国市场研究公司Forrester预测,到2020年,世界上“物物互连”的业务,跟人与人通信的业务相比,将达到30比1,仅仅是在智能电网和机场防入侵系统方面的市场就有上千亿元。因此,“物联网”被称为是下一个万亿级的信息技术产业。物联网关键词包括:物体,信息,RFID,全面感知,智能处理,互联网,移动通信网络。

二、物联网发展历程与现状

(一)、概念提出期。美国麻省理工学院于1999年首次提出物联网的概念:将所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理的网络。物联网在改变世界的能力上被预言将会远超互联网。

(二)、正式提出期。2005年,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU) 在年度报告中对物联网概念的涵义进行了扩展:信息与通信技术的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人,发展到连接任何物品的阶段,而物体的链接就构成了物联网,发布了《ITU互联网报告2005:物联网》,正式提出了“物联网”的概念。

(三)、技术研究与试验期。当前,世界各国的物联网基本都处于这个阶段:美、日、韩、中以及欧盟等都正投入巨资深入研究探索物联网;并启动了以物联网为基础的“智慧地球”、“U-Japan”、“U-Korea” 、“感知中国”等国家或区域战略规划。由于其建立在现有的微电子技术、计算机网络与信息系统处理技术、识别技术等成熟而完整的产业链基础之上,许多概念正通过研究而实现,进入试验阶段。

美国的IBM公司早在几年前,便提出了“智慧地球”策略;而作为两次信息化革命浪潮中的领跑者,美国已经推出了许多物联网产品,而且通过运营商、学校、科研机构、IT企业等结合不少项目建立了广泛的试验区;同时,还与中国在内的一些国家积极推动物联网有关技术标准框架的制订。

与历次信息化浪潮革命不同,中国在物联网领域几乎同时与美国等国家起步,中国高度重视物联网的发展。2009年8月7日,温家宝总理在视察中科院嘉兴无线传感网工程中心无锡研发分中心时便提出“在传感网发展中,要早一点谋划未来,早一点攻破核心技术”,并且明确要求尽快建立中国的传感信息中心,或者叫“感知中国”中心。

(四)、现状综述。虽然目前全球各主要经济体及信息发达国家纷纷将物联网作为未来战略发展新方向,也有诸多产品进入了试验阶段,包括中国在内的极少数国家更已经能够实现物联网完整产业链,但无论是标识物体的IP地址匮乏关键技术、还是各类通信传输协议需要建立的标准体系、商业模式、以及由物品智能化带来的生产成本较高问题均制约着物联网的发展和成熟。因此,物联网目前整体情况既有让人高兴的一面,也有客观存在的诸多难题需要解决;业务将遵照生产力变革的历史规律不断往前快速发展,但业务的成熟还需要一段时日。

三、物联网技术原理与应用场景简述

物联网是对现有信息技术的一个集成应用,涉及到许多领域。包括传感器、集成电路、数据通信、自动化、高性能计算、信息处理及安全等。而在这些领域中,都已经有针对物联网应用的技术积累。比如数据传输基础的通信技术、集成电路和微电子技术等。

在物联网中,物品(商品)能够彼此进行“交流”,而无需人的干预。物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节,每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。终端感知、网络连接及后台运算,是物联网三大关键技术,而终端感知是物联网三大关键技术的基础。

在物联网上,通过对所有身边的实际事物安装智能芯片,利用射频自动识别(RFID)技术,让物品能“开口说话”,告知其余人或物有关的静态、动态信息。RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息。再通过光电式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等传感装置,借助有线、无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统,实现物品(商品)的识别,进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享,实现对物品的“透明”管理。

“物联网”四个环节中的关键技术部分包括:EPC(电子产品码),ID System(信息识别系统),EPC中间件实现信息的过滤和采集,Discovery Service(信息发现服务),EPCIS(EPC信息服务)等。其技术原理逻辑图如下:

图1、物联网 物品静态数据识别与交换技术逻辑简图

上图中,物品身上的电子产品码(EPC)通过射频技术将信息告知解读器,而后经过分布式处理Savant服务器将信息通过无线网络或有线网络分别传输给对象命名服务器和物标记语言服务器,查阅存放该电子产品码对应产品的服务器IP地址,并同时获得该电子产品码对应的物体详细信息。其原理类似超市收银员扫描商品后获得商品的信息,所不同的是,物品不再需要人工进行扫描,而是在一定区域内自动完成被动识别;商品信息也不在是存储在超市自己的电脑中,而是可能远在千里之外的后台服务器及数据库中。

图2、物联网 物品动态数据传递与信息处理 逻辑简图

如上图所示,在不远的将来, “安装”了各种智能芯片的物品,可以与人通过短信方式、TCP/IP协议请求/回应方式等“交谈”,人物对话不再是梦想。

图3、物联网系统应用场景总图

图中,借助相关技术,可以实现各类物品通过自由的“身份”信息,与其它的物体进行一对一、一对多、多对一等多种形式的“交流”。

四、电信运营商对物联网的产品开发与行业应用

通过固话网络,互联网用户群和CDMA移动通信网络多业务的融合,目前电信运营商在物联网开发的产品和应用已有数十项之多。包括:M2M平台、智能城市产品、智能家居、智能校园、智能医疗系统、智能环保产品、智能交通系统、智能司法、智能农业产品、智能物流产品、智能文博系统等。下面详细介绍智能城市、智能家居、智能校园与智能农业四个行业应用的典型产品:

1、智能城市与智能交通应用产品。所谓智能城市,是指对城市的数字化管理和城市安全的统一监控。城市安全是指基于宽带互联网的实时远程监控、传输、存储、管理的业务,利用无处不达的宽带和3G网络,将分散、独立的图像采集点进行联网,实现对城市安全的统一监控、统一存储和统一管理、为城市管理和建设者提供一种全新、直观、视听觉范围延伸的管理工具。

作为平安城市的重要组成,“全球眼”及“移动全球眼”网络视频监视业务凭借在公共安全与公共交通与运输的突出效果,目前其应用范围已经遍布全国。而随着3G业务的发展和移动全球眼的诞生,手机逐渐成为了新的处理终端,真正实现了任何时间、地点的远程监视以及任何时候管理的需要。

图4、物联网产品应用之全球眼网络拓扑图

2、智能家居应用产品。智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体,将各种家庭设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、家电等)通过智能家庭网络联网实现自动化,通过固话、有线宽带和3G无线网络,实现对家庭设备的远程操控以及居家安防。

基于3G网络的平“安e家”智能化手机监控综合系统是一种典型的物联网应用。通过部署在家居内的各种温度感应器、红外感应器或RFID设备,借助移动网络在手机视频监控基础上叠加多种报警与远程家居设备控制的家居综合安防系统,其具体设备与流程示意如图所示。

图5、物联网产品应用之平安e家系统架构图

该系统设架构图中,整体分为前端、平台、客户端三部分。前端包括摄像机(枪形、球形摄像机)、多种传感器(门磁、窗磁、红外、烟雾、煤气等传感器)、受控家电设备(灯具、冰箱、热水器等)、视频存储服务器与家电远程控制器;平台则需利用视频转发与信令控制服务器实现视频与控制信号的转发;客户端实现远程查看与控制目的。该系统的功能包括但不限于以下几个方面。

(1)家庭安防摄像机实时视频查看

在客厅、厨房等房间安装球形、枪形摄像机后,住户可通过手机客户端随时查看自家实时视频状况。同时,住户能够授权给亲属及朋友,使他们也具有视频观看权利。此外,利用任何可接入Internet的PC机住户及授权用户也可实时视频查看。该系统前端还具有专用大容量视频存储设备,用于摄像机视频存储。

(2)家居状况实时报警

客厅、厨房、门口等可安装门磁、窗磁、红外、烟雾、煤气等多种传感器。当传感器发现门窗遭破坏、有人闯入、家内起火、煤气泄漏以及摄像机通过移动侦测功能发现可疑人员等,则立即通过平台发送警报给住户手机(警报可为预录制语音、短信、彩信等),住户能够立即了解具体报警类型信息,并可通过客户端观看摄像机拍摄的实时视频状况。

3、智能校园应用产品。校园手机一卡通是将校园卡与手机卡集成于同一张卡,除实现传统校园一卡通功能以外,可以通过短信、WAP等方式实现排课、会议、图书借阅、消费情况、账户信息等各种信息的互动查询,可实现各种信息的指定下发,具有通知、提醒的功能,并可通过短信、UTK菜单等方式实现空中圈存,不仅使校园实现了信息化和智能化,而且为师生对校园卡充值提供了极大的方便。校园手机一卡通主要实现功能包括:电子钱包、身份识别和银行圈存。电子钱包即通过手机刷卡实现主要校内消费;身份识别包括门禁、考勤、图书借阅、会议签到等,银行圈存即实现银行卡到手机的转账充值、余额查询。目前校园手机一卡通的建设,除了满足普通一卡通功能外,还实现了借助手机终端实现空中圈存、短信互动等应用。其应用场景见下图:

图6、物联网产品应用之校园手机一卡通应用场景图

此外,近期较为突出的是电信运营商开发出了国内第一个基于IPv6的物联网应用――农作物温室综合监控系统,并在湖南农科院下属的良种果茶培育繁殖中心进行了实际应用。随着全球IPv4地址的逐步耗尽,IPv6技术日益受到业界关注,本次IPv6的实际应用,无疑将为物联网物品地址分配着一关键技术积累基础。

五、物联网发展趋势

(一)、电子与建筑行业是切入点,产业链合力做多。得益于之前的积累,无论是独立程序化操作的自动化洗衣机、空调、电视机,还是各种智能化建筑,电子行业及建筑行业都将是未来物联网发展应该切入的起点和重点。对电信运营商来说是产业融合带来的信息化应用;对科技界来说,是第三次信息革命;对企业来说是上千亿元的“蛋糕”;对商家来说是无所不在的电子商务;社会各界对物联网“理解”不一,说明其应用范围之广,要挖掘物联网的价值,产业链合力做多是未来的发展趋势。

(二)、应用将由分散走向统一。虽然物联网发展仍处于各自为战的状态,但技术的成熟度,为物联网的快速发展提供了物质基础。目前电子元器件技术作为传感网发展的基础,工艺已经成熟,且价格便宜,已经普及开来。另外,物联网的产业分工也非常明确,有专门做电子标签和射频识别的企业,也有专门做各种传感元器件的企业等。随着物联网发展的推动,诸多产业链上的企业,其生产的产品将越来越多的被凝聚在一起,应用将由分散走向统一。电信运营商作为产业链中的重要参与者,将为应用的推广和整合起到关键作用。

(三)、物联网的终极目标。物联网的终极目标是形成覆盖全球物互联的理想状态,在这个目标实现的过程中,物联网的各个局部网应用可先各自发展,最后形成一个事实的标准,从小网联成中网,再由中网联成大网,在此过程中逐渐解决遇到的技术、标准等各种问题。届时,物联网的产业链几乎可以包容现在信息技术和信息产业相关的各个领域。有关权威咨询分析机构预测,未来物联网的发展将经历四个阶段,包括:阶段一:2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域;阶段二:2010-2015年物体互联;阶段三:2015-2020年物体进入半智能化;阶段四:2020年之后物体进入全智能化。

六、结束语

物联网可广泛应用于城市公共安全、工业安全生产、环境监控、智能交通、智能家居、公共卫生、健康监测等多个领域,让人们享受到更加安全轻松的生活;正日益成为备受全球社会各界共同关注的热点和焦点。物联网的发展从概念到技术研究、试点实验阶段,已经取得了突破性进展。伴随国家和企业,政策和资金的大力支持,政策、金融、研发机构、人员四大环境的不断增强和投入,物联网将会顺应生产力变革的要求不断发展下去。

如今,促进中国物联网发展的政策、产业环境以及支撑其运行的网络基础正在逐渐完善,中国物联网发展已拥有了良好的基础,将进入发展快车道,中国物联网发展前景良好。但同时仍存在成本、技术标准、关键核心技术攻关、成熟商业模式建立等问题,物联网的秋天还需要时日,物联网的发展任重而道远!(作者:彭忠林,李明杰)

中国电信云南公司供稿

责任编辑:刘子渐

 

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