物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展分析及創(chuàng)新實踐

常海峰 胡昌偉

【摘要】 作為信息化發(fā)展和推進的新階段，物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)帶來的變革已初見端倪。當前，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展在經(jīng)歷了關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和儲備、驗證系統(tǒng)搭建、測試和應(yīng)用推廣，逐步步入試商用的規(guī)模推進期。未來的一個階段期將是我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的一個轉(zhuǎn)接點。在零散分割的行業(yè)應(yīng)用發(fā)展和基礎(chǔ)技術(shù)、設(shè)備研發(fā)準備期后，實現(xiàn)行業(yè)整合應(yīng)用及規(guī)?；茝V將是當前的重要訴求，即實現(xiàn)信息匯聚到協(xié)同感知的轉(zhuǎn)變。本文基于國家物聯(lián)網(wǎng)專項的研究和實踐，分析了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的扁平化發(fā)展應(yīng)用，總結(jié)了油田和電力專網(wǎng)實踐中基于移動網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用。

【關(guān)鍵字】 物聯(lián)網(wǎng) 信息化 發(fā)展分析 移動網(wǎng)絡(luò)

一、引言

從2009年以來，國家和地方政府對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)在資金和政策上均給予了支持，深度推進了物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)領(lǐng)域的融合。2011年《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》已明確重點培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)10個聚集區(qū)和100個骨干企業(yè)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的匯集和產(chǎn)業(yè)資源整合。在2013年2月國務(wù)院發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于推進物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》中，更是進一步的規(guī)劃了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向和發(fā)展方式。當前，在物聯(lián)網(wǎng)核心產(chǎn)業(yè)中，傳感器、應(yīng)用平臺及應(yīng)用服務(wù)成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展主要的推動力。各主要信息化發(fā)展國家中歐美以物聯(lián)網(wǎng)為中心積極推進智慧城市和物聯(lián)網(wǎng)行動計劃，而日、韓以其發(fā)達的WSN（無線傳感網(wǎng)）為其基礎(chǔ)，提出和制定了泛在網(wǎng)國家發(fā)展計劃。物聯(lián)網(wǎng)在我國的發(fā)展在“感知中國”的帶動下，不斷借鑒和創(chuàng)新發(fā)展思路，變革傳感器產(chǎn)業(yè)、RFID及信息處理、應(yīng)用服務(wù)等，已成為帶動經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)和信息化躍升的主要供體。同時，在物聯(lián)網(wǎng)核心產(chǎn)業(yè)高速增長和市場規(guī)模持續(xù)擴大的同時，核心技術(shù)、產(chǎn)業(yè)間協(xié)調(diào)整合、產(chǎn)業(yè)及商業(yè)模式、應(yīng)用服務(wù)的市場化等發(fā)展困境已凸顯，成為我國追逐第三次信息化變革制高點的關(guān)鍵，將較大程度上影響國家經(jīng)濟的增長。國家和行業(yè)在經(jīng)歷和助推此輪信息化變革的過程中，推動核心設(shè)備國有化等上實現(xiàn)飛躍[1]。

二、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段化

在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和推進過程中，到2014年止，國家規(guī)劃和行業(yè)應(yīng)用尚處于技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的驗證期，即信息和服務(wù)的聚合期，部分國家如美國、日本，在其發(fā)達的傳感網(wǎng)技術(shù)支撐下較早的進入物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的增值服務(wù)應(yīng)用期。未來的3-5年將是實現(xiàn)將分散的行業(yè)內(nèi)發(fā)展成果集聚整合的重要時期，在經(jīng)歷了前期的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和信息系統(tǒng)集成，能夠有效的通過整合行業(yè)內(nèi)分散的研究成果和資源，實現(xiàn)行業(yè)內(nèi)的上下服務(wù)集聚，在增值服務(wù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)價值和投資的落地。所以，對于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展來說，未來3-5年是一個重要的節(jié)點，此時間內(nèi)的科研及應(yīng)用成果及成果轉(zhuǎn)化，將極大的影響后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)跨行業(yè)應(yīng)用服務(wù)的對接以及泛在化平臺、網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)應(yīng)用。在我國，當前對于物聯(lián)網(wǎng)的研究和應(yīng)用開發(fā)主要圍繞智能化的設(shè)備及平臺，主要面向驗證系統(tǒng)及系統(tǒng)集成，構(gòu)建基于智能化設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)及平臺，測試和驗證智慧化設(shè)備、系統(tǒng)及平臺的功能、性能及管控方式，如：終端、應(yīng)用服務(wù)的接入鑒權(quán)、服務(wù)策略和安全策略等。這個階段承接前期基于物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)和投入，并極大的影響規(guī)模化商用階段的跨行業(yè)平臺的構(gòu)建和物聯(lián)網(wǎng)增值服務(wù)的實現(xiàn)。所以，對于此階段的把握，對于整個國家信息化發(fā)展、企業(yè)升級將顯得尤為重要[2]。

三、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)分析

在不同的發(fā)展環(huán)境中，由于不同發(fā)展國家在產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)儲備和應(yīng)用環(huán)境上的不同，其產(chǎn)業(yè)鏈主體的地位和占比會有很大的不同，例如在歐美由于其在信息通信領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)和技術(shù)上的主導(dǎo)，芯片工藝的成熟，行業(yè)標準化高度發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中，設(shè)備服務(wù)商和芯片制造商、標準化制定主體將占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈的主導(dǎo)。而在日韓依托的是其強大的WSN（無線傳感網(wǎng)）應(yīng)用基礎(chǔ)，故在產(chǎn)業(yè)環(huán)境中，增值服務(wù)商、運營商將對產(chǎn)業(yè)鏈形成主導(dǎo)優(yōu)勢。在我國，龐大的用戶群體以及應(yīng)用范圍，需要政府的高效規(guī)劃、指導(dǎo)以及監(jiān)管，同時通過通信運營主體的運營和整合能力實現(xiàn)基礎(chǔ)建設(shè)、系統(tǒng)集成、傳輸、平臺及應(yīng)用服務(wù)的構(gòu)建。

從此圖中可以看到，整個產(chǎn)業(yè)鏈在趨于扁平化，產(chǎn)業(yè)鏈主體之間的競爭出現(xiàn)重疊，在傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)系中的上下游定位，在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中變得模糊。傳統(tǒng)的管道提供商與傳統(tǒng)的服務(wù)提供商的競爭出現(xiàn)在管道方提供的應(yīng)用服務(wù)與服務(wù)提供商的服務(wù)的競爭，也出現(xiàn)虛擬運營商與傳統(tǒng)管道商之間在通信管道上的競爭。實現(xiàn)服務(wù)競爭的多元化以及應(yīng)用服務(wù)及功能的去重疊化將是構(gòu)建生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)注點。我國物聯(lián)網(wǎng)整個行業(yè)的在接入網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)傳輸管道方面已存在完善的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)儲備，在信息感知所涉技術(shù)、產(chǎn)業(yè)及工藝也已形成初步的優(yōu)勢。當前，智能芯片和通信網(wǎng)絡(luò)成為整個產(chǎn)業(yè)鏈的價值主體?；谄脚_的數(shù)據(jù)融合、處理及挖掘，將是未來決定物聯(lián)網(wǎng)價值和企業(yè)生命，數(shù)據(jù)將是物聯(lián)網(wǎng)的主體，物聯(lián)網(wǎng)對于傳統(tǒng)行業(yè)的信息化升級以及大量物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)的推進，將提升數(shù)據(jù)服務(wù)在整個行業(yè)中的占比。應(yīng)用服務(wù)是物聯(lián)網(wǎng)價值實現(xiàn)的最終環(huán)節(jié)，是整個物聯(lián)網(wǎng)的核心，對于服務(wù)類型、服務(wù)模式及服務(wù)實現(xiàn)的實踐需要依據(jù)發(fā)展階段、應(yīng)用環(huán)境、服務(wù)群體。此外，在物聯(lián)網(wǎng)整個產(chǎn)業(yè)體系的物理層，傳感、智能芯片等產(chǎn)業(yè)集聚規(guī)模相對較小使得整個產(chǎn)業(yè)的競爭力不足，在《物聯(lián)網(wǎng)十二五規(guī)劃》及《中國電子元件十二五規(guī)劃》中已明確了在微型、高集成、智能傳感器和無線傳感器等領(lǐng)域，技術(shù)及標準研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和國產(chǎn)化，并推動在生產(chǎn)工藝及重點領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。大量的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的規(guī)劃和部署將會凸顯IP地址的匱乏，因此加快測試和實施IPv6也將是必然。

四、 物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實踐

4.1 基于移動網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

在物聯(lián)網(wǎng)的推進和加速過程中，移動網(wǎng)絡(luò)的鏈路支撐作用顯得尤為重要，可以這樣說，基于移動網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將是物聯(lián)網(wǎng)推進和擴大的重要基石和標志。通過移動網(wǎng)絡(luò)的便捷接入，實現(xiàn)真正意義上的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對接，才能真正意義上實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和推廣的落地。所以，無論實在公網(wǎng)還是在專網(wǎng)領(lǐng)域，都需要加速移動網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的融合，在管道、業(yè)務(wù)屬性等方面的變化將極大的影響未來企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈中的角色扮演，甚至帶來新的產(chǎn)業(yè)巨頭。同時，物聯(lián)網(wǎng)標準化組織3GPP已經(jīng)開始部署和測試支持移動網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)，并在移動MTC、M2M的業(yè)務(wù)運營方面加大了研究的投入。通過對于主要網(wǎng)元的功能、接口的重新定義，并添加新的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)元來支持和實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)及功能。圖4-1為3GPP定義和設(shè)計的支持移動物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的MTC架構(gòu)。

4.2 加速推進專網(wǎng)應(yīng)用

在4.2中我們分析了基于移動網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，主要面向公網(wǎng)運營。除此之外，在物聯(lián)網(wǎng)的整個網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和應(yīng)用中，政府、行業(yè)專網(wǎng)的應(yīng)用力度應(yīng)更加重視。當前，在物聯(lián)網(wǎng)信息匯聚階段，電力、交通、醫(yī)療、石油、物流等專網(wǎng)領(lǐng)域?qū)τ谖锫?lián)網(wǎng)的需求更加的迫切。如何構(gòu)建健康、高效的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)內(nèi)及跨行業(yè)的應(yīng)用將是決定未來物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)增值的重要基石，也將極大的影響網(wǎng)絡(luò)的泛在化。圖4-2所示為物聯(lián)網(wǎng)的專網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)。

在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，構(gòu)建基于智能電網(wǎng)的分布式智能化電網(wǎng)信息和用戶信息的采集、分析及電能配置、調(diào)度，實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、運行及維護的整合，提升電網(wǎng)運行和電力資源的利用效能?；诖耍娏ξ锫?lián)網(wǎng)要在電力信息的獲取、傳遞、分析及決策控制方面提供可靠的信息支撐。在發(fā)電、輸配電及用電的各個環(huán)節(jié)都要實現(xiàn)電力流、信息流及業(yè)務(wù)流的一體化。圖4-3所示為電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖。在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，由于其傳輸網(wǎng)絡(luò)的特殊性，信息通信方式除了移動網(wǎng)絡(luò)外，還采用了PLC（Power Line Communication電力線通信）方式。在油田信息化進程中，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字油田是油田信息化建設(shè)的重要契機?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠高度實現(xiàn)油田數(shù)字化建設(shè)，在油田勘測、開發(fā)、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)測、分析決策和資源調(diào)度等環(huán)節(jié)建立信息的管理及運營體系，提升油田數(shù)據(jù)域與應(yīng)用域的融合支撐。與圖4-3中所示的專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系架構(gòu)相似，油田網(wǎng)絡(luò)中傳感器獲取了油田油井、輸油管道及存儲中心等數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)回傳至數(shù)據(jù)中心，再通過各數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)獲取油田的實時動態(tài)信息，以進一步?jīng)Q策和調(diào)度。目前，油田物聯(lián)網(wǎng)在大慶、克拉瑪依等油田已初步實現(xiàn)。

此外，智慧農(nóng)業(yè)、智慧醫(yī)療和智能交通、智能家居、智能物流等都在不斷的通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)行業(yè)升級，通過有效提升生產(chǎn)效率，改善生產(chǎn)方式，對行業(yè)管理和運營等都起到實質(zhì)性的推進作用，并通過專網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)、系統(tǒng)及服務(wù)集成、信息匯聚實現(xiàn)內(nèi)整合和集聚[5]。

五、總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、技術(shù)和應(yīng)用帶來的巨大誘惑，以及潛在的價值和利益訴求將推動物聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、大數(shù)據(jù)的融合發(fā)展。企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的推動下，將提升企業(yè)服務(wù)能力，創(chuàng)新服務(wù)模式，進而最大化運用新信息化發(fā)展成果和發(fā)揮其優(yōu)勢，實現(xiàn)國家和企業(yè)在新形勢下的轉(zhuǎn)變將是最終目標。創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)實踐，將在很長的一段時期內(nèi)影響整個國家的信息戰(zhàn)略和發(fā)展規(guī)劃，也將是國家和行業(yè)升級的重要支撐。

參 考 文 獻

[1]劉勇燕，郭麗峰.物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及瓶頸研究[J].北京：中國科技論壇，2012（4）66-72.

[2]趙鈞.構(gòu)建電信物聯(lián)網(wǎng)開放數(shù)據(jù)服務(wù)體系的思考[J].電信科學(xué)，2012，（5）28-30.

[3] System Improvements for Machine-Type Communications，3GPP TR 23.888 V1.6.0，2011.11.

[4] Tsp interface protocol between the MTC Interworking Function（MTC-IWF） and Service Capability Server（SCS），3GPP TS 29.368 V0.1.0，2012.6 .

[5]陳廣泉，張鳳泉，解冰，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進技術(shù)[J]，北京：中國聯(lián)通，2012（2）52-54.