工业物联网项目简介

1、工业物联网项目简介 工业物联网“数字调度中心” 日期：2011年2月24日无线组网的工业数据采集现场 以“数字调度中心”为核心的工业物联网系统数字调度中心l 工业现场的音视频交互及工业数据管理；l 发挥数字化的生产指挥职能；l 智能化数据挖掘及互联网数据维护功能。产品家族：项目提出背景过去的两年里，美国政府已经将物联网建设提升到国家战略。由此引发全球互联网新的热潮，物联网时代的到来使人类面临又一个发展机遇。在中国，国家的十二五规划中明确提出将大力发展物联网技术及应用作为我国科技创新的一个重要领域。目前, 国内众多城市正在紧锣密鼓地建设物联网产业聚集区,涉及RFID、传感器、芯片、智能卡等领域。

2、不过,在物联网的关键技术、基础平台、标准制定、发展规划等方面都还不成熟。更不用说已经有成功的商业模式或成形的产业链可以复制和模仿。客观地说物联网仍处于发展的初级阶段，主要是RFID、传感器、芯片、智能卡等相关产业的产品制造商声音比较大，虽然也能开展一些的业务。但究其业务应用和管理平台仍处于孤立和垂直的状态，形同放大了的自动控制系统，信息孤岛状况仍是是物联网初级阶段的瓶颈问题。广东新美锐科技是一家有高科技研发能力的制造企业，致力于工业自动化系统的研发、制造业信息化技术研发及互联网服务的建设工作。在长期的自我技术改造及产业提升过程中，新美锐科技将自身定位在工业物联网技术的研发及应用上。我们认为，就

3、以工业为主的前提下，物联网发展的下一阶段，首先是提高标准化的程度和加大网络覆盖规模，并攻克不同行业平台之间的互联互通问题。当物联网发展到成熟阶段，也是物联网业务规模化运营的阶段。这时运营商处于主导地位，各平台的应用已经被高度整合和标准化，运用商可利用无所不达的网络覆盖资源提供协同处理服务。在物联网领域，广东新美锐科技启动了新锐工业物联网平台（智慧的工厂 Smart Factory）项目。该项目萌芽于企业自身的工业自动化改造及管理信息化的需求，并在实践中提升了“工业现场无线传感技术”、“制造业管理信息技术”及“互联网数据服务技术”等关键技术。多年的积累，奠定了新美锐科技在工业物联网领域坚实的基础

4、，和北京大学的产学研结合又让该项目插上了腾飞的翅膀。特别是在云计算基础理论研究及无线传感技术上得到了空前的提高，使该项目的商业化运营得到保障。互联网局域管理工业现场Smart M2M无线传感技术l 实时数据采集；l 灾难预警；l 现场管控。Smart SAAS互联网服务l 远程监控服务；l 安全认证服务；l 数据存储服务；l 灾难预警服务；l 虚拟现场恢复。Smart MIS管理信息系统l 制造OA信息管理；l 产线工作行为管控；l 现场异常报警；l 安全认证；l 互联网数据同步。新锐工业物联网平台新锐工业物联网平台中，Smart M2M层的无线传感技术是整个平台的基础，其协议栈Z-WAP是S

5、mart M2M的核心。Z-WAP为完全自主研发，是新美锐科技和北京大学产学研合作的结晶。Smart M2M Z-WAP的核心即物流网最末端的无线通信协议，实现现场数据短距离、低功耗的无线双向通信及实现组网功能。Smart M2M Z-WAP的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种物联网无线终端设备。简而言之，Smart M2M Z-WAP就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。新美锐科技在多年的产品研发和实际应用中挖掘出该技术广泛的应用前景：l 工业控制：各种监控器、传感器的自动化控制；l 家庭和楼宇网络：空调系统

6、的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等；l 商业：智慧型标签等；l 公共场所：烟雾探测器等；l 农业控制：收集各种土壤信息和气候信息；l 医疗：老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。Smart M2M 系统之Z-WAP协议栈模型用户Z-WAPIEEE 802.15.4Smart M2M 支持多种网络结构2008年，新美锐科技实现了单车间的无线传感网络监控。2009年随着产学研合作，Smart M2M系统基本成熟，并实现将工业现场数据和新美锐科技的管理信息系统SmartMMIS无缝连接成功。2010年，“云计算”（Cloud computing）在互

7、联网应用上日益的成熟，新美锐科技的工业物联网平台进入了WAN公网服务时代。系统的跨区域远程应用实验成功，安全认证体系的建立等，都为新锐工业物联网平台的SAAS（Software as a Service）应用铺平了道路。2011年，新美锐科技的产学研合作将优化Smart M2M的协议栈Z-WAP，提升系统的安全机制，增加生物识别的安全认证。同时，加大互联网部分的研发，为2012年全面开放SAAS服务做准备。到2012年，新锐工业物联网平台（智慧的工厂Smart Factory）将提供给用户全球化的应用服务。“中国制造”将被打造成一个可以在互联网上协同工作的“巨型系统”，实现全球大工厂的概念。立

8、项依据“工业物联网项目”是电子信息类工业物联网领域的综合技术，完全拥有自主知识产权。其核心是无线传感协议栈技术（Smart M2M Z-WAP），即无线传感网的网络规范，是物联网最末端的关键技术。该项目将实现工业现场数据无线双向无缝连接到企业的管理信息系统中，最终实现互联网的SAAS服务。“Smart M2M”在广东新美锐科技工业物联网平台（智慧的工厂 Smart Factory）项目中表现卓著，其特点是低成本、低功耗、低功率实现短距离无线双向通信。 Smart M2M 的成熟应用是新锐工业物联网平台（智慧的工厂 Smart Factory）广泛推广的基础，结合新美锐科技研发的“新锐制造业管理

9、信息系统Smart MMIS”、“新锐互联网数据服务系统 Smart SAAS”， Smart Factory将实现全球化的服务。中国制造，智造中国！项目的目的及意义随着中国经济的腾飞，“中国制造”也享誉海内外，“Made in china”成了中国一张重要的国际名片。支持“中国制造”这一国际品牌的企业多为发展中的中小制造业，这些企业以生产代工为主，没高科技研发能力更无技术增值服务可言。而且基本存在这样的问题：l 产线自动化程度低，更无制造过程的行为监控及管理能力；l 企业信息化管理程度低，各部门的信息化管理与工业现场数据脱节；l 无法实现跨区域的资源管控；l 更无制造行为历史数据的记录、分析

10、及智能预警等能力。针对以上的种种问题，促使新美锐科技去攻克科技难关。新美锐科技多年致力于工业物联网的研发，其新锐工业物联网平台（智慧的工厂 Smart Factory）项目已经逐步进入实用阶段，“无线传感系统Smart M2M”、“新锐制造业管理信息系统Smart MMIS”及“新锐互联网数据服务 Smart SAAS”的整体配合，将实现以下目标：l 服务中国的制造业，将“中国制造”变成“智能型全球大工厂”；l 随着无线传感点的覆盖扩大，实现大制造概念的下的协同作业；l 实现基于“.com”概念的“中国制造”的整体营销。此次和北京大学联合申报的产学研项目，其重点是将无线传感技术Smart M2

11、M的核心技术进行本质的提升，使之适合大面积的应用，符合“中国制造”国际化的需求。同时，挖掘出新的实用应用领域，为SAAS服务做准备。在技术层面，拟实现以下目标，这也是实现技术的横向输出的保障：(1)在降低功耗方面做到更省:使其工作更周期短、设法降低收发信息功耗、 改变MAC层的休眠机制，努力实现Smart M2M终端在标准普通干电池供电状态下平均工作达到年的级别；(2)采用多核ARM技术降低成本：将算法芯片和主控芯片集成到一起；(3)采用智能延时机制：配合新锐的音视频内容识别技术，在原有固定延时机制的基础上加入智能休眠激活方案。用户可多重定义，这样一方面节省了能量消耗，另一面更适用于对时延敏感

12、的场合，例如一些应用在工业上的传感器就需要以毫秒的速度获信息，以及安装在厨房内的烟雾探测器也需要在尽量短的时间内获取信息并传输给网络控制者，从而阻止火灾的发生；(4)网络扩容：采用EPC智能解析机制，将原有的每个网络可以容纳的节点数扩展到无限；(5)扩大传输范围:在不使用功率放大器的前提下，采用智能增益算法将原有的距离从100米以内覆盖，动态提高的300米。 Smart M2M无线传感技术也可以作为独立技术输送到其他应用领域，这对提高物联网在中国的应用有实际意义: l 家庭和建筑物的自动化控制:照明、空调、窗帘等家具一些设备的远程控制以使其更节能、便利，烟尘、有毒气体探测传感器等可自动监测异常

13、事件以提高安全性； l 消费类电子设备:电视、影碟、CD 机等电器的远程遥控； l PC 外设:无线键盘、鼠标、游戏操纵杆等； l 军事活动:包括战场监视和机器人控制等； l 医疗设备控制:医疗传感器、病人的紧急呼叫按钮等。发展物联网作为国家战略性的大题目，新美锐科技将一如既往立足于工业物联网领域。采用自己研发自己使用，实用再推广的原则。同时，加大产学研的合作将具有领先地位的技术输送给横向企业，扩大网络整体前进。国内外技术发展现状与趋势在09年1月28号，美国奥巴马总统就职以后，奥巴马总统在和工商领袖举行的圆桌会议上提出了相应的智慧地球的概念，其中也包括这些专家建议美国要形成智慧型的基础设施，

14、奥巴马政府对此给予了积极的回应。基於互联网的高速发展，新一轮互联网的热潮物联网发展被堵在末端，国内外各企业都在加强物联网无线传感技术应用，希望通过无线传感技术应用，进一步提高对设备或环境等实时状态的监测和物物相联的能力。国外的无线传感技术应用设备提供商ZigBee和Z-wave是当今开展无线传感技术应用业务最为成功的公司代表。该两家公司提供的无线传感技术应用产品已涉及多方领域：家庭自动化、工控、医疗、安全等多种领域。产品的用户们只需要通过支付一笔设备费用和相关运营商的服务费用，便可以随时了解家庭、设备、环境等实时状态，这些产品涉及范围及广，几乎包含了家庭自动化、工控、医疗、安全等各个方面，从一

15、般单一设备监控，到成百上千设备的数据管理都能够提供一个监控平台，省去了用户对设备监控而投入的大量人力物力；这无疑使用户的工作效率大为提高。在无线传感器网络（WSN）领域中，有国际标准IEEE 802.15.4作为其技术根基，而使的无线传感末端设备目标市场较广、潜在需求用量较大。 目前国内末端设备厂家相比国外在网联网应用上起步较晚，无能力开发自主的协议栈芯片组，目前大都采用ZigBee和Z-wave的协议栈芯片组，但ZigBee和Z-wave在工业物联网领域中都存在着巨大的缺陷。新美锐Smart M2M拥有完全自主知识产权的协议栈，并在工业物联网领域中将ZigBee和Z-wave协议栈芯片组的缺

16、陷进行优化。下表比较了新美锐Smart M2M Z-WAP和其他两家无线传感技术应用服务提供商的技术指标：主要技术指标国外ZigBee国外Z-WaveSmart M2MZ-WAP功耗（两节5号电池供电）6个月6个月12个月芯片成本一般贵便宜网络扩容(节点)65,000320无限传输范围（米）10-7530100-300安全加密AES无MID5/AES混合加密灾难预警无无有虚拟现场恢复无无有安装复杂简单简单新美锐工业物联网项目是基於中小企业制造为基础而设计的，新美锐工业物联网项目将致力于向客户提供以Smart M2M平台为核心的服务和解决方案，为客户创造长期的价值和潜在的增长。公司的系统和产品帮

17、助用户管理现代化的制造业工厂。 提供的工厂环境工艺动力监测系统，将原来由人工读取或不可读取，而又对生产产生重大影响的各种环境和动力参数，自动读取和报警，帮助客户以更为先进的手段进行低成本高效率地运营工厂。同时也提供对关键数据进行备份，处理，保护一体化的管理软件，以及建立高效通讯机制的通讯网络的软硬件和服务，满足客户在二十一世纪先进工厂管理的高科技需求。项目的产业化前景分析市场调研机构ABI Reserch公司的一份预测数据显示，2005年到2012年，ZigBee市场的年均复合增长率为63%，而到2012年ZigBee市场份额将达3.5亿美元。另一市场调研公司In-Stat发布的一份报告指出，

18、目前，ZigBee的开发以大厦自动化设备、产业、医疗及家庭自动化等领域为目标。尤其在自动仪表领域，ZigBee拥有很高的关注度。In-Stat预测，支持ZigBee及IEEE802.15.4的芯片组的合计供货量 到2011年将从06年的500万个增至1亿2,000万个。在“物联网”的发展上，欧洲IT和工业领域十分重视一个统一标准的制定。由于各国存在不同的标准，因此需要加强国家之间的合作，其中一个很重要的项目是“全球射频识别标准协同论坛”（GlobalRFIDInteroperabilityForumforStandards），该项目得到欧盟的资助，不仅在欧洲设有相关机构，还在中国、日本和美国举

19、办研讨会、加强国际合作，以寻求一个能被普遍接受的标准。 欧盟官方机构除资助项目外，还积极制定相关政策和法律。当下，欧盟最关心的是“物联网”的发展及数据、隐私的保护。2002年，欧盟制定了电子隐私保护指导方针。施特罗迈尔和本哈默都表示，欧盟要在“物联网”的发展中扮演领导角色。 美国在1999年首次发明了自动识别技术。之后，该技术被沃尔玛和美国国防部倡导使用。该技术在美国发展的最新例子是：去年底，IBM提出了宏伟的“智慧星球”概念，目前已获得奥巴马政府的支持。 “物联网”发展至今取得了巨大的成就，而且具备无限的潜力，Smart M2M无线传感技术也可以作为独立技术输送到其他应用领域，这对提高物联网

20、在中国的应用有实际意义， Smart M2M的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本的近距离无线组网通讯技术。新美锐科技在多年的实践中挖掘出Smart M2M广泛的应用前景：l 智慧家庭：空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等；l 工业控制：各种监控器、传感器的自动化控制；l 商业：智慧型标签等；l 公共场所：烟雾探测器等；l 农业控制：收集各种土壤信息和气候信息；l 医疗：老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。新锐工业物联网平台（智慧的工厂Smart Factory）将提供给用户全球化的应用服务。其市场市场容量预测：根

21、据国家工商总局的统计，截至去年6月底，全国工商登记注册企业数为1089.8万户，其中中小企业达1078.9万户，几乎占总数的99%。西部十省市实有企业157万户，占全国企业实有总户数的16.16，中部九省实有企业216.09万户，占全国企业总户数的22.24，东部十二省市实有598.68万户，占61.6。基于以上论述的市场推广，目前中小企业对信息化的强烈要求为Smart M2M发展带来了巨大的市场空间，在中国珠三角、长三角地区有着300多万家中小企业，可以预见，Smart M2M服务的发展已经迎来了黄金时期，新美锐预计在前1-2年将先向中国珠三角、长三角地区的中小企业推出以Smart M2M+

22、Smart MMIS服务为核心的服务平台，第三年将向珠三角、长三角地区的中小企业推出Smart SAAS服务平台。下表是未来几年中国Smart M2M市场的保守容量预测：年份金额（亿元）201110020123002013500Smart M2M市场容量预计工业物联网的核心技术及实现首先，我们定义一下：要把设备有效连接到互联网上才是物联网的基础，那么互联网的最末端往往就是这张大网的瓶颈。国内外要解决这个问题都是比较困难的，所以现阶段的物联网基本是叫好不叫卖。我们的解决方案就是采用自主研发的协议栈（Z-WAP）应用到互联网的末端，用无线传感网络方案把设备有效连接到互联网上。我们在这些年主要的工作

23、是：“Z-WAP协议栈及相关技术”、“嵌入式操作系统”和“无线路由网关设备”三方面的研究，并已经应用到实际工作环境中。目前我们的主要定位是在工业及煤炭等特殊行业，主要是其应用环境已经成熟，而且必须。该技术将广泛应用到互联网能深入到的每一个领域，具体描述请参考IBM的智慧地球。Z-WAP是物联网技术的核心，关键是无线传感网络和自组织网络WIFI无线技术，以及服务端的，从硬件到服务器软件的一系列技术。而我们经过这么多年自主研发，已经具有了涵盖全面的技术（产品），例举如下：1、自组织网络协议栈（Z-WAP）：用于无线终端的无线自组织网络协议，基于Z-WAP（以及WIFI）协议核心，低功耗，高冗余，和

24、高稳定性，是物联网的泛在网络通讯核心。我们在IEEE 802.15.4的基础之上，提出了自主知识产权的无限自主网的协议栈Z-WAP，该协议栈可以根据具体应用进行路由设计，以适应不同的应用。在该协议栈的基础上，提出了一种超低功耗的纠错算法，已获发明专利授权。目前，国内都是采用国外协议（主要是德州仪器TI-chipcon的开源协议栈，均无法透彻理解，因此，出现功耗偏高，不稳定的现象），我们的Z-WAP协议栈已经经过十几个版本的进化，目前已经十分稳定。在实现Z-WAP之前，首先要实现IEEE802.15.4，物理层的协议，然后才是Z-WAP协议： 工业物联网的核心技术协议栈用户Z-WAPIEEE 8

25、02.15.4自主研发的Z-WAP协议：ü 符合IEEE 规范；ü 自主嵌入式操作系统支持；ü 有大量的实际应用产品；ü SOC可延伸到开IC；ü 实践证明完全适合物联网.2、实时嵌入式操作系统： 完全适用于低功耗，小容量的无线传感网络终端嵌入式操作系统，包括了任务管理，时钟管理，消息队列，网络层，硬件驱动等核心操作系统机制。操作系统是嵌入式系统中最核心的软件，目前，国内只有华恒等极少数公司，能开发自己的操作系统，手机上只有诺基亚（Nokia）的塞班（Symbian）等，微软的Windows Mobile, 以及Google的Android（安卓）平台等，