物联网三大应用场景

1、物联网三大应用场景上期专栏把物联网应用分为三大类 :RFID 相关应用、 基于传感网络的应用 ,以及 M2M 两化融合相关应用 ,同时也 描述了物联网典型的 “管、 控、营一体化” 功能化应用场景。 本期将从技术架构角度分别描绘三大类应用的典型场景。物联网和智慧地球理念能够得以实现的原因,是因为世界早已经迈入了 31时代（IBM提法）,即lnstrumented（工具植入 化,40亿手机用户,300亿RFID,庞大的传感网络和工业信息化 系统等）,lnterconnected（互联化）,和Intelligent智能化）,我们只 需要“百尺竿头，更上一步”就可以实现 5A化（anywhere-任

2、 何地点，anything-任何事物，anytime-任何时间，anyway-任何 方式,anyhow-任何原因）的物联网世界。图1中描述的这个宏 观的应用场景对三大类物联网应用都适用,但从更深层的技术架构来说 ,三大类应用存在业务细节上的差别,下面分别细述。“1”代表客户端 ,可以是 PC,PDA 等,坐落在美洲 ;“2” 代表运行在“云”服务器上 的SaaS或非SaaS信息系统，坐 落在非洲 ;“ 3”代表末端 ,可以是任何智能物件 ,坐落在亚洲。基于 RFID 的物联网应用架构 电子标签可能是三类技术体系中最灵活的能够把“物” 改变成为智能物件的 ,它的主要应用是把移动和非移动资产 贴上

3、标签 ,实现各种跟踪和管理。按瑞士ETH Fleisch 教授的划分 ,RFID 是穿孔卡、键盘和条码等应用技术的延伸,它比条码等技术自动化程度高 ,但它们都属于提高 “输入” 效率的技 术 ,也都应该属于物联网应用技术范畴。Auto-ID 中心的EPCGlobal 体系就是针对所有可电子化的编码方式的,而不只是针对RFID。RFID只是编码的一种载体，此外还有其他基于 物理、化学过程的载体 ,例如同方试金石公司的防伪技术。EPCglobal 提出了 Auto-ID 系统的五大技术组成 ,分别是 EPC（电子产品码）标签、RFID标签阅读器、ALE中间件实现 信息的过滤和采集、 EPCIS 信

4、息服务系统 ,以及信息发现服务 （包括 ONS 和 PML） 。由于从一开始就让世界各大洲的从业 人员充分参与 ,EPCGlobal 标准 （架构图如下 ）得到了较广泛认 同,这里不再对其标准体系架构赘述。ONS（即对象命名服务 Object Name Service）主要处理电 子产品码与对应的 EPCIS 信息服务器地址的查询和映射管 理（如图 3）,类似于互联网络中已经很成熟的域名解析服务 （DNS）。在设计ONS规范时，EPCGIobal组织要求必须结合现 有互联网基础设施和相关规范进行,这显然是一个正确的决定。于是 ONS 基本上按 DNS 的原理实现 ,甚至采用了 DNS 的现有基

5、础设施 ,现今全球 ONS 服务也是 EPCglobal 委由世 界最大的 DNS 营运商 VeriSign 营运。EPC 产品电子码识别只是 “标签” , 所有关于产品有用的 信息都用一种新型的标准的 XML 语言实体标识语言 (Physical Markup Language ) 来描述 ,PML 的作用就像互联网 的基本语言 HTML 一样。有了 ONS和PML,以RFID为主的EPC系统才真正从 Network of Things 走向了 Internet of Things( 物联网 ) 。基于 ONS 和 PML, 企业对 RFID 技术的应用将由企业内部的闭环 应用过渡到供应链的

6、开环应用上,实现真正的“物联网” 。ONS 和 PML 作为物联网框架下的关键技术 ,有着广泛的 应用前景。相比之下 ,传感网和 M2M 从业群体的技术架构还 没有完全上升到 ONS/PML 这样同等的“物联网”技术体系 高度 ,这大概也就是 Auto-ID 人群认为物联网概念是他们首创 的主要原因吧。笔者认为 ,在走向物联网的道路上 ,传感网和 M2M 群体应该借鉴和直接采用 ONS/PML 技术体系。基于传感网络的物联网应用架构当人们谈论传感网络的时候 ,一般主要是指无线传感网 络 (WSN, Wireless Sensor Networks), 此外还有视觉传感网 (VSN, Visua

7、l Sensor Networks) 以及人体传感网 (BSN, Body Sensor Networks)等其他传感网，这里我们也主要讨论 WSN。WSN 由分布在自由空间里的一组“自治的”无线传感 器组成 ,共同协作完成对特定周边环境状况,包括温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、振动、污染颗粒等的监控。WSN中的一个节点(或叫Mote) 般由一个无线收发器、一 个微控制器和一个电源组成。 WSN 一般是自治重构 (Ad-Hoc 或Self-Configuring)网络,包括无线网状网(Mesh Networks)和 移动自重构网 (MANET) 等。无线传感网目前还是计算机和通信专业的

8、学者们一个 非常活跃的研究领域。 10 多年前 IBM( 苏黎世研究中心 )、微 软等大企业就开始投入巨资研究传感网,但商业收效甚微 ,所以大企业已经基本不再投入做纯WSN 研究 (哈佛大学 Welsh教授语 ),目前 WSN 的研究主要还是在大学和国立研究机构。笔者听过 Welsh 教授最近关于 WSN 的主题发言 ,他认为 目前企业和研究机构对 WSN 的关注点完全不一样 ,企业能赚 钱的 WSN 技术对研究人员来说太简单 ,算不上成果 ,而研究 机构做的东西离实用差距又太远 ,波士顿市的基于哈佛 WSN 先进技术的 CitySense 计划 (“感知波士顿” )的失败就是例子 , 而美国

9、 Oklahoma 市采用了更简单成熟技术的 MicroCAST 计 划却获得了成功。到目前为止 ,WSN 研究最成功的成果可能要数加州大学 伯克利分校 Culler 教授研究小组提出的 Mote 的概念和他们 研制成功的 Mote 节点产品 ,相关成员 2003 年在硅谷成立了一 个名为 MoteIV 的公司 ,销售 Mote 产品和推广 WSN 应用 ,但 后来因经营状况不好而改名为 Sentilla, 不再以 WSN 业务为 主。笔者对 WSN 没有深入的研究 ,但 15 年前笔者在美国做 并行计算时 ,年轻的 Culler 教授也在做并行计算系统的研究 , 而且也算是当时顶级的并行计算

10、专家,现在发现他老先生又成了领导潮流的WSN专家,而且已经桃李满天下，Welsh教授 就是 Culler 教授的学生。难怪笔者觉得“曾似相识” ,现在 WSN 的研究就好象 15 年前学术圈里对并行计算系统架构的 研究一样 ,提出了很多种技术架构 ,到头来超级并行计算机还 是“返朴归真” ,采用了最简单通用的网络连接技术。WSN 的研究大多还专注于网络底层 （包括非 IP 协议的 ZigBee 、TinyOS 和基于 IP 的 6LoWPAN 等）,以及电源的持久 性等问题 ,按照其目前的发展 ,笔者认为 WSN 离真正的“物联 网”还很有一定距离 ,对像 EPCGlobal 中 ONS 和

11、PML 等物联 网层面的问题研究还不够。另外 ,笔者认为 ,WSN 的研究者们太热衷于无线技术 ,忽 略了感知层用有线现场总线和传输层用长距离无线通信的 组合。从实用和商业推广的角度 ,这个组合早已经达到稳定和 大规模应用的水平。基于 M2M 的物联网应用架构业界认同的 M2M 理念和技术架构覆盖的范围应该是最 广泛的 ,包含了 EPCGlobal 和 WSN 的部分内容 ,也覆盖了有线 和无线两种通信方式 ,一个典型的 M2M 系统由图 4 所示的几 个部分组成。M2M 也覆盖和拓展了工业信息化 (两化融合 )中传统的 SCADA(Supervisory Control And Data A

12、cquisition) 系统。 SCADA 系统在工业 ,建筑 ,能源,设施管理等领域和现在的 M2M 系统一样 ,行使设备数据收集和远程监控监测的工作。 乍一看 ,M2M 和 SCADA 似乎是一样的 ,但由于 M2M 基于互 联网等新技术 ,有很多标准化的东西 (如 XML,WebServices/SOA 等 )做基础 ,它和传统的 SCADA 是有 区别的，好多SCADA系统基本上还基于陈旧的C/S架构。M2M 有如下图所示的两种业务模式。 MVNO( 移动虚拟 网络运营商 )业务模式在中国还未形成 (或政策不允许 ),但在 美国早已经存在 , JasperWireless、 Aeris 等公司一直在做基于 SaaS营运的 M2M 业务 MVNO,也就是 MMO(M2M Mobile Operator)。 由于 M2M/ 智慧地球最近的发展催生了许多新的 机遇 ,美国各大营运商如 Verizon、ATT 等以前都不直接做 M2M 业务,最近都纷纷成立了 M2M 业务部门 ,直接开展 M2M 业务 ,例如 AT&T 和 Amazon 合作直接支撑其 Kindle 电子阅 读器无线接入服务。结果迫使一些原来的 MVNO 成了 MVNE,JasperWireless 就是例子 ,ATT&T 正好采用了 JasperWireless 平台。在中国 ,三大营运商从一开始就直接做M2