物物相連 無線護航

曹方

簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)是通過在物品上嵌入電子標簽、條形碼等能夠存儲物體信息的標識，通過無線網(wǎng)絡的方式將其即時信息發(fā)送到后臺信息處理系統(tǒng)，而各大信息系統(tǒng)可互聯(lián)形成一個龐大的網(wǎng)絡，從而達到對物品進行實施跟蹤、監(jiān)控等智能化管理的目的。

目前，我國已具備發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的技術、產(chǎn)業(yè)和應用基礎，部分領域形成了可觀的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，技術研發(fā)和標準化工作也取得了初步成果，掌握了一批具有自主知識產(chǎn)權的關鍵技術，物聯(lián)網(wǎng)在交通、物流、金融、工業(yè)控制、環(huán)境保護、醫(yī)療衛(wèi)生、公共安全、國防軍事等領域有了初步應用。據(jù)預測，全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場將呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢，預計2012年全球物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將超過1700億美元，2015年將接近3500億美元，年均增長率接近25%。業(yè)內(nèi)人士認為，中國的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，正迎來大發(fā)展的歷史機遇。

泛在無線技術與物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)可以理解為泛在網(wǎng)的應用形式，而不是傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡概念。泛在網(wǎng)在異構網(wǎng)絡融合和頻譜資源共享基礎上實現(xiàn)無所不在的網(wǎng)絡覆蓋，是利用現(xiàn)有和新的網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間無所不在并且按需進行的信息獲取、傳遞、存儲、認知、決策、使用等綜合服務的網(wǎng)絡體系。

泛在無線技術是泛在網(wǎng)在連接物質世界過程中實現(xiàn)末梢效應和邊緣價值的核心技術，也是促進物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化應用的關鍵。泛在網(wǎng)通過泛在無線技術完成與物質世界的連接，并且實現(xiàn)環(huán)境感知、內(nèi)容感知以及智慧性，為個人和社會提供泛在的、無所不含的信息服務和應用。泛在網(wǎng)具有比物聯(lián)網(wǎng)更廣泛的內(nèi)涵。

作為泛在無線技術重要組成部分的傳感網(wǎng)，可以看作物聯(lián)網(wǎng)的一種末梢網(wǎng)絡和感知延伸網(wǎng)。傳感網(wǎng)是多個由傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元組成的節(jié)點，通過自組織方式構成范圍受限的無線局域網(wǎng)絡。傳感網(wǎng)為物聯(lián)網(wǎng)提供事物的連接和信息的感知。

目前，與物聯(lián)網(wǎng)緊密相關的無線通信技術已滲透到社會各領域，成為眾多行業(yè)的支撐，并形成新的經(jīng)濟增長點。從長遠來看，物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化應用有望成為后互聯(lián)網(wǎng)時代經(jīng)濟增長的引擎。泛在網(wǎng)絡能夠隨時隨地提供網(wǎng)絡服務，用戶通過智能終端可以從網(wǎng)絡上獲得除傳統(tǒng)的話音、短信、視頻業(yè)務外的各種各樣的服務。泛在網(wǎng)絡幫助人類實現(xiàn)在任何時間、任何地點，任何人、任何物都能順暢地通信。通信對象可以是機器對機器、機器對人、人對機器和人對人?？梢哉f，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會信息化水平的日益提高，泛在網(wǎng)絡已經(jīng)成為國內(nèi)外政府、學術界、運營商、社會團體、設備廠商關注的重要話題，泛在無線通信也成為無線通信領域關注的熱點之一。

不可或缺的關鍵支撐

在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，涉及到的關鍵無線技術主要包括：末梢感知層的關鍵技術、網(wǎng)絡融合層的關鍵技術、無線資源管理的關鍵技術以及對數(shù)據(jù)進行綜合處理的信息處理等關鍵技術。

末梢感知層

末梢感知層的關鍵技術主要涉及數(shù)據(jù)的感知、采集和傳輸技術，其中無線技術主要集中在數(shù)據(jù)傳輸部分。物聯(lián)網(wǎng)的末梢網(wǎng)絡主要是以無線傳感器為代表的大規(guī)模自組織網(wǎng)絡結構。傳感器網(wǎng)絡內(nèi)部署了海量的多種類型傳感器，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器對不同的環(huán)境和信息進行感知并捕獲數(shù)據(jù)。傳感器按一定周期采集不同類型的數(shù)據(jù)，所采集的信息內(nèi)容和信息格式也不同。數(shù)據(jù)采集需要采用短距離低功率的無線通信技術，之后要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行幕蛘咛幚砥脚_，經(jīng)過處理后，由應用平臺控制實現(xiàn)不同的系統(tǒng)應用。

首先是短距離無線通信技術。鑒于物聯(lián)網(wǎng)的無線連通方式有部署靈活、移動性、滲透性強等特點，近年來，世界眾多站在技術前沿的國家和企業(yè)在制訂標準、研究新技術和應用解決方案方面紛紛予以關注，以期掌握市場主動。近年來中國也通過一系列措施支持和鼓勵中短距離無線通信、與無線傳感技術相關技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

短距離無線通信尤其適合物聯(lián)網(wǎng)的感知延伸層的組網(wǎng)和應用，尤其以無線個人局域網(wǎng)（WPAN） 為主的無線通信網(wǎng)絡為主要內(nèi)容。目前，主流的微功率短距離的無線通信技術如WLAN、UWB、RFID、Bluetooth、Zigbee、60 GHz 毫米波的WPAN 等，其中大部分技術的工作頻率都集中在2.3～2.4 GHz頻段上。2.4 GHz頻段無線系統(tǒng)主要有Bluetooth、WiFi、Wireless USB、Zigbee 以及無繩電話和微波爐等系統(tǒng)與設備。如此密集的系統(tǒng)分布，必然造成該頻段的資源緊缺，頻譜日益擁擠，電磁兼容問題日益凸現(xiàn)。

其次是無線傳感器網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡將以其網(wǎng)絡規(guī)模大、自組織性強、網(wǎng)絡拓撲動態(tài)變化強、以數(shù)據(jù)為中心等優(yōu)勢，成為物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的主要部分。ITU架構中泛在傳感器網(wǎng)絡、基礎骨干網(wǎng)絡和泛在傳感器接入網(wǎng)絡，是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡架構中可能采用無線傳輸技術的部分，也是物聯(lián)網(wǎng)頻譜需求的主要來源。

傳感器網(wǎng)絡基礎骨干網(wǎng)絡以傳統(tǒng)的公共移動通信網(wǎng)絡和數(shù)字集群網(wǎng)絡為代表，泛在傳感器接入網(wǎng)絡則以短距離無線傳輸技術為代表。物聯(lián)網(wǎng)在各個行業(yè)（如智能家居、智能安全、動物溯源、智能醫(yī)院、智能交通、智能物流等）領域應用中，末端設備和設施，包括具備“內(nèi)在智能”的（如傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等） 和“外在使能”的（如貼上RFID 的各種資產(chǎn)、攜帶無線終端的個人與車輛甚至“智能塵埃”等）物理界實體，都需要通過各種傳感器設備、無線、有線的通信網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)互通，以實現(xiàn)其“智能化物件或動物”的特質，這其中無線傳感器網(wǎng)絡的應用需求最為強烈。

無線頻譜資源應用與管理策略

在末梢網(wǎng)絡中，以無線傳感器網(wǎng)絡的頻譜需求為例，無線傳感器網(wǎng)絡所能提供的無線通信帶寬是十分有限的，特別是在2.4 GHz的通信頻段上，聚集了藍牙、WiFi、ZigBee 等無線網(wǎng)絡，使得該頻段的信道變得十分擁擠。

因此，無線頻譜資源緊張可能成為物聯(lián)網(wǎng)應用的“瓶頸”問題。不過，可以通過有效的資源管理機制實現(xiàn)頻譜的合理和高效再利用，從而解決頻譜資源緊張問題，使資源的供需達到平衡。無線資源管理可以從國家政策和規(guī)劃角度得到很好的再配置，例如對物聯(lián)網(wǎng)頻譜的合理規(guī)劃與管理、物聯(lián)網(wǎng)頻率劃分調(diào)整及頻率保護政策、參照國際慣例對物聯(lián)網(wǎng)頻譜進行規(guī)劃、建立物聯(lián)網(wǎng)的流量模型及常見應用模型、為典型的物聯(lián)網(wǎng)應用制訂頻譜標準、借鑒頻譜拍賣機制適當實施頻譜開放計劃等等。

從技術方面適合于物聯(lián)網(wǎng)無線資源管理的各種措施則包括：從空時頻能復用角度，開發(fā)頻譜池、頻譜聚合、智能天線、軟件無線電、多點協(xié)作等技術；在授權頻段開發(fā)D2D直通技術，在非授權頻段，開發(fā)多種短距離通信技術共存技術等；從系統(tǒng)級角度開發(fā)頻譜分析、頻譜決策、頻譜監(jiān)視、頻譜搬移和頻譜共享等頻譜管理技術；從頻譜二次利用角度開發(fā)可見光通信、太赫茲通信、白色空間通信以及開發(fā)2.5 GHz、3.3～3.4 GHz、3.5 GHz、5 GHz、5.15～5.725 GHz 等新頻段業(yè)務；此外，在無線資源管理方面，著重開發(fā)無線技術的電磁兼容和電磁干擾技術，為無線資源的有效復用、多種技術和系統(tǒng)的高效共存提供保障。

異構網(wǎng)絡融合與協(xié)同技術

網(wǎng)絡的異構性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：不同的無線頻段特性導致的頻譜資源使用的異構性；不同的組網(wǎng)接入技術所使用的空中接口設計及相關協(xié)議，在實現(xiàn)方式上的差異性和不可兼容性；業(yè)務的多樣化；終端的多樣化；不同運營商針對異構網(wǎng)絡所實施的相應的運營管理策略不同。以上幾個方面交叉聯(lián)系，相互影響構成了無線網(wǎng)絡的異構性。這種異構性對網(wǎng)絡的穩(wěn)定性、可靠性和高效性帶來了挑戰(zhàn)，同時給移動性管理、聯(lián)合無線資源管理、服務質量保證等帶來了很大問題。

網(wǎng)絡融合的主要策略可以理解為各種異構網(wǎng)絡之間，在基礎性網(wǎng)絡構建的公共通信平臺之上，實現(xiàn)共性的融合與個性的協(xié)同。所謂“融合”是在技術創(chuàng)新和概念創(chuàng)新的基礎上對不同系統(tǒng)間共性的整合，具體是指各種異構網(wǎng)絡與作為公共通信平臺的移動通信網(wǎng)或者下一代網(wǎng)絡的融合，從而構成一張無所不在的大網(wǎng)。所謂“協(xié)同”則是在技術創(chuàng)新和概念創(chuàng)新的基礎上對不同系統(tǒng)間個性的整合，具體是指大網(wǎng)中的各個接入子網(wǎng)通過彼此之間的協(xié)同，實現(xiàn)共存、競爭與協(xié)作的關系以滿足業(yè)務和應用需求。

不同通信網(wǎng)絡的融合是為了更好地服務于異構通信網(wǎng)絡的協(xié)同。協(xié)同技術是實現(xiàn)多網(wǎng)互通及無線服務的泛在化、高速化和便捷化的必然選擇，也是未來的物聯(lián)網(wǎng)頻譜資源共享亟待解決的問題。具體來說，異構網(wǎng)絡融合的實現(xiàn)分為兩個階段，一是連通階段，二是融合階段。

連通階段指各種網(wǎng)絡如傳感器網(wǎng)絡、RFID 網(wǎng)絡、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等都能互聯(lián)互通，感知信息和業(yè)務信息傳送到網(wǎng)絡另一端的應用服務器進行處理以支持應用服務。融合階段是指在網(wǎng)絡連通層面的網(wǎng)絡平臺上，分布式部署若干信息處理的功能單元，根據(jù)應用需求而在網(wǎng)絡中對傳遞的信息進行收集、融合和處理，從而使基于感知的智能服務實現(xiàn)得更為精確。從該階段開始，網(wǎng)絡將從提供信息交互功能擴展到提供智能信息處理功能乃至支撐服務。

海量信息處理技術與云計算

在物聯(lián)網(wǎng)中，從末梢網(wǎng)絡采集了大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要進行處理才能實現(xiàn)各種不同的應用需求。于是，海量信息智能處理與云計算技術應運而生。根據(jù)泛在無線網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)信息的特點，可以采用諸如數(shù)據(jù)時間對準技術、集中式數(shù)據(jù)融合算法及分布式數(shù)據(jù)融合算法等技術進行數(shù)據(jù)融合，采用分類、估值、預言、相關性分組或關聯(lián)規(guī)則、聚集、描述和可視化、復雜數(shù)據(jù)類型（Text、Web、圖形圖像、視頻、音頻等）挖掘等進行數(shù)據(jù)挖掘。

未來發(fā)展大有可為

現(xiàn)在，生活中已隨處可見物聯(lián)網(wǎng)的具體應用，如遠程防盜、高速公路不停車收費、智能圖書館、遠程電力抄表等，只不過這些僅是物聯(lián)網(wǎng)的雛形，還尚未形成一個龐大的網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)給我們構建了一個十分美好的藍圖，我們完全可以想象通過物物相連的龐大網(wǎng)絡，實現(xiàn)智能交通、智能安防、智能監(jiān)控、智能物流以及家庭電器的智能化控制。那么，中國物聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出怎樣的發(fā)展趨勢呢？

首先，物聯(lián)網(wǎng)應用已從簡單的基礎應用發(fā)展向信息化的綜合物聯(lián)網(wǎng)智能解決方案轉移。目前，信息化對物聯(lián)網(wǎng)的要求已從基礎的無線抄表、車輛位置監(jiān)控、移動POS應用發(fā)展到智能化綜合解決方案，信息化應用趨勢重點在物聯(lián)網(wǎng)智能化應用解決方案，例如：氣象感應系統(tǒng)預知臺風來襲時，交通感應單元自動通知漁船返港，高速公路封閉，規(guī)定居民轉移區(qū)域；當車禍發(fā)生時，路面監(jiān)控系統(tǒng)自動通知急救醫(yī)院并提供最佳路線，GPS系統(tǒng)提示來往該路段的車輛繞行；每月公共服務系統(tǒng)自動記錄水電煤氣用度通知戶主后在銀行賬號中自動扣款，目前現(xiàn)有的M2M應用也是物聯(lián)網(wǎng)的構成基礎。就如人體各個系統(tǒng)的不同性能一樣，不同的M2M系統(tǒng)會負責不同的功能處理，通過中心處理單元協(xié)同運作，終極組成智能化的社會系統(tǒng)。

如今，我國正處在產(chǎn)業(yè)化和信息化融合的網(wǎng)絡化推進階段，產(chǎn)業(yè)控制需要實現(xiàn)智能化、遠程化、實時化和自動化，M2M推廣應用正當其時，潛力巨大。而3G網(wǎng)絡建設帶來的無線寬帶突破，更為M2M服務的發(fā)展提供了承載基礎，中國移動下一個上億級用戶規(guī)模的應用將是M2M，而全球運營商都已開始積極推動M2M業(yè)務的發(fā)展。

其次，手機與物聯(lián)網(wǎng)終端融合。手機如何與物聯(lián)網(wǎng)終端融合從而更好地發(fā)揮手機的利用率，已成為運營商在物聯(lián)網(wǎng)信息化應用的重要發(fā)展趨勢。例如，iPhone和iPad將采用NFC技術即傳感網(wǎng)技術發(fā)展手機替代支付系統(tǒng)，這對用戶來說很有好處，因為它可以幫助削減與信用卡手續(xù)費相關的成本。英國 MoCo 公司幫助用戶采用 NFC 手機追蹤人員和資產(chǎn)，這套系統(tǒng)通過將 RFID 標簽放置在固定或移動位置，或需要追蹤的物體上，幫助用戶追蹤供應鏈的資產(chǎn)，或確認工作場所里員工的位置。舉個例子，上下班時，員工可以將各自的 NFC手機輕碰一個固定的位置，生成實時的考勤記錄，以便管理人員監(jiān)測。機構用戶只需讓員工將他們的 NFC手機輕碰或靠近標簽，就可以實時獲取人員和資產(chǎn)的位置及活動信息。位置或資產(chǎn)信息可在用戶手機和服務器間進行交換。

再次，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用包括動物溯源、溫室監(jiān)控、森林防火監(jiān)控等，將成為物聯(lián)網(wǎng)應用的主要開發(fā)領域。將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中最關鍵的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤溫度、土壤含水率的信息實時采集，利用M2M運營支撐平臺和GPRS、ESGE網(wǎng)絡傳輸，利用短信息、WEB、WAP等手段，讓從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的客戶掌握這些信息。比如，面對國內(nèi)日益頻發(fā)的食品安全問題，動物溯源稱得上是物聯(lián)網(wǎng)應用的又一亮點。目前，物聯(lián)網(wǎng)應用集成商已經(jīng)與農(nóng)業(yè)部合作開發(fā)動物溯源系統(tǒng)，這將為溯源擴充到動物領域之外的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品應用打下良好基礎。

最后，智能家居開發(fā)是物聯(lián)網(wǎng)應用的藍海。如今，智能家居逐漸成為潮流家裝的訴求重點，更為舒適、智能化的生活體驗儼然成為重新定義家居內(nèi)涵的新標準。圍繞智慧型家居所應運而生的新產(chǎn)品和新技術層出不窮，而作為調(diào)節(jié)居室溫度與空氣的家用空調(diào)，更為引人關注。

例如，目前的U-home智能家居在物聯(lián)網(wǎng)時代為客戶打造的多網(wǎng)融合智能化解決方案，其特點就是通過有線和無線網(wǎng)絡相結合的方式，實現(xiàn)電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電力網(wǎng)的“多網(wǎng)融合”，將“家庭小網(wǎng)”聯(lián)向“社區(qū)中網(wǎng)”，并最終與“世界大網(wǎng)”網(wǎng)網(wǎng)互聯(lián)、互聯(lián)互通。消費者生活中的樓宇對講、安防功能、視頻監(jiān)控功能，以及家庭內(nèi)的燈光、窗簾控制和家電控制等，乃至家庭能源管理、社區(qū)信息查詢和社區(qū)服務等等，都最終融合匯總到一起，形成一個有機的整體解決方案。家中的電視屏、電腦屏、智能終端屏以及3G手機等任何一塊屏幕，都是家庭的信息中心和管理中心。U-home的智能終端作為家庭的管理中心，不僅可以管理家中各類家電，還可以打電話、可視對講、視頻監(jiān)控、進行外出布防、看天氣預報、查詢各類社區(qū)資訊等，真正實現(xiàn)了電視、手機、電腦以及小區(qū)對講屏等多個終端的“N屏合一”，讓消費者在生活中切實享受到“多網(wǎng)融合”的便利與舒適。

除此之外，中國物聯(lián)網(wǎng)的應用領域正在不斷擴張，從身分識別、電子票證，到資產(chǎn)管理、食品與藥物的安全監(jiān)控、倉儲物流等，皆已加快發(fā)展進程。中國許多城市已進行物聯(lián)網(wǎng)的應用試點，比如，青島全面展開RFID應用，包含金融、公共安全、工業(yè)生產(chǎn)、公共事業(yè)管理等10多個領域；北京交通包含公交車、地鐵及出租車皆開通刷卡應用，刷卡交易數(shù)量全國第1，累計發(fā)卡量3447萬張；廣州的“羊城通”，集結公交通、電信通、商務通于一身，發(fā)卡量超過1200萬張；2010年上海世博會更是實現(xiàn)了諸如電子門票、手機支付、食品安全、安防、樓宇監(jiān)控、客流分析、井蓋監(jiān)控、概念車等的應用。

事實上，物聯(lián)網(wǎng)不僅需要技術革命，更是牽涉到新興經(jīng)濟領域各個行業(yè)、各個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要多種力量的整合。因此在發(fā)展技術的同時，同樣需要國家的新興經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)政策和立法走在前面，只有制訂出適合新興產(chǎn)業(yè)革命和發(fā)展的政策與法規(guī)，才能保證物聯(lián)網(wǎng)大有作為，并且真正帶動新興經(jīng)濟的快速提升。