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培训动态
【珠海电工培训】物联网离我们有多远?
浏览数:4917      日期:2013-11-17
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电力公司不用登门入户,就能通过远程抄表系统掌握每家每户电表上的数字;慢性病患者无需住院,只要在身体上放置几个小小的仪器,医生就能24小时监控其血压、脉搏等生理参数;当你驾车驶入停车场,无需为寻找泊车位劳神,车载终端会自动显示导航信息,将你引导到最近的停泊位;智能化住宅中的传感器检测到主人离开后,能自动通知控制器关闭水电气和门窗,并对住宅内的安全情况进行监控,实时向主人的手机发送异常情况报告……这些不是科幻电影中的场景,随着“物联网”的逐步实现和普及,每个人的生活都将步入物联时代。
何为物联网?
物联网也被称作M2M,即Machine to Machine(广义的还可理解为Machine to ManMan to MachineMachine to Mobile),旨在实现人、设备与系统间的智能互连,在业界被认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。
ITU对物联网的阐释是: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,发展到连接任何物体的阶段,而万物的连接就形成了物联网。通俗地说,世界上的万事万物,小到手表、钥匙,大到各式家电、汽车、楼房,嵌入智能微型感应芯片后,都可以“开口说话”。再借助各种通信网络技术,人们就可以和物体“对话”,而物体和物体之间也能“交流”,这就是物联网。
如果物联网再搭上互联网这个桥梁,在世界任何一个地方我们都可以实时监控所有事物,从而更方便地对生产、生活进行管理,最终达到“智慧地球”这一理想状态。
物联网并非一个完全崭新的概念,从早先的SCADASupervisory Control And Data Acquisition)系统中我们已经可以隐约看到物联网的影子。SCADA系统用于集控中心对远方设备和资产进行远程监控,在工业自动化、公共事业管理和能源监控等领域被广泛应用。但由于缺乏统一的标准和可靠的公共网络基础设施,工程师们只能设计私有通信协议,并依赖专线进行通信,通常导致SCADA系统比较封闭,而且缺乏灵活性。与SCADA相比,物联网出生于一个崭新的技术时代:
首先,内嵌智能芯片、具备感知和计算能力的设备持续流入工业和消费品市场,这些设备具备“思考能力”,能够“开口说话”。同时,连接这些现场设备的短距离通信网络日益成熟,尤其是近年来迅速成长起来的短距离无线通信技术,如ZigBee、蓝牙、Wi-Fi等,能够低成本连接现场设备,自组织、构建健壮的现场网络,轻松便捷地赋予现场设备“相互交流”的能力。
其次,互联网与移动通信网已经拥有前所未有的覆盖率和可靠性,成本也能够被绝大多数人所接受。
第三,XMLWeb ServicesSOAService Oriented Architecture)等软件和系统互操作标准的出现和广泛应用,为在应用层面以较低成本实现设备及应用的互连互通打下了坚实的基础。
物联网的市场前景
物联网与人们的日常生活紧密相关,其应用领域遍及电力、交通、工业控制、零售、公共事业管理、医疗、水利、石油等多个行业,能够显著提高行业生产效率,让人们享受到更加安全舒适的生活。其巨大的市场前景已经吸引了从政府,到运营商、制造商和行业用户的普遍关注和投入。
例如,在政府层面,奥巴马2009年初就任美国总统后,对IBM提出的“智慧地球”概念给予了积极回应,将“新能源”和“物联网”列为振兴经济的两大武器,使“物联网”概念开始走入大众视线。此后,在不到一年时间内,各国相继出台了自己的物联网战略,例如欧盟的物联网行动计划,日本的i-Japan计划,以及中国国家总理温家宝提出的“感知中国”计划。
在运营商层面,随着传统话音业务发展的放缓甚至萎缩,运营商在不断寻求新的增长点。而物联网巨大的市场潜力,以及万亿设备互连前景所带来的巨大网络流量需求,对运营商拓展新的业务类型和扩大营收来源意义重大,因此引起运营商的格外重视。而且,出于对扩大利润率的追求,各大运营商在物联网领域的发展都呈现出一个共性:不再甘于仅仅扮演“通信管道”的角色,而是摇身变为物联网业务提供商,直接面向用户提供服务。
物联网在中国
中国移动认为物联网业务将成为其下一个上亿级用户规模的应用,并于2007年开始开展物联网业务,2008年又在重庆设立了物联网运营中心,负责全国物联网产品的研发以及平台的建设等工作。此后,中国移动相继推出了车务通、电梯卫士和消防监控系统三款标准化物联网产品,并针对物流、电力、金融等行业也提供了一些解决方案。目前,中国移动在全国已经拥有200多万部物联网终端,预计未来5年平均增长率将达到60%以上。
中国电信2007年底开始建设物联网平台,现在已基本建设完成。该平台可以接入多种终端、多种系统,并提供远程管理、运行监控、告警管理、协议适配、行业服务器接入、业务数据透明传输等综合服务功能。目前,中国电信正积极筹备在江苏、浙江、安徽、福建、湖北、上海等省市的物联网业务试点。中国电信上海研究院副院长祁庆中认为,物联网是电信行业里为数不多的宝藏,是电信运营商进行差异化运营的有效手段之一。
中国联通虽然没有提出明确的物联网概念,但也推出了一些行业性物联网应用,如银行新时空、海洋新时空、物流新时空等。
从技术视角看物联网
在技术层面上,物联网涉及通信技术、控制技术以及IT技术的融合。在当前技术阶段,可将物联网理解为通过多种有线、无线通讯技术,连接各种末端设备或子系统,并采用XML/Web Services/SOA等开放式、标准化的数据表达技术,将终端设备或子系统汇总到一个统一的管理平台,实现远程监视以及自动报警、控制、诊断和维护,为用户提供对设备的全局化管理和综合化、智能化的信息服务。
例如,分布在全国的污染源排放监控设备和系统,可通过现场安装部署的无线传感器网络连接起来,并将监测数据通过移动通信网络,分级汇总到各级国家环保系统,最终汇总到国家环保总局,实现全局化管理。
在网络架构上,我们可以将物联网系统由下而上抽象为四个层面:感知层、通信层、管理层和应用层。
感知层
感知层是物联网的神经末梢,其主要任务是实现可靠感知,即对现场环境物理参数(温度、湿度、气体浓度等)的采集和汇聚。感知层由各种具备感知、计算、执行能力的末端设备,如RFID标签和读写器、摄像头、GPS、各类传感器与执行器、终端等,以及这些设备互连构成的现场网络组成。
物联网现场网络制式繁多,既有各种短距离无线网络,如ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、无线HART等,又有以有线方式连接的多达十几种的现场总线网络,如ModbusFoundation FieldbusCANProfiNet等。这些网络各有适用场景,难说孰优孰劣。由于物联网跨越的行业及用户需求千差万别,预计上述网络标准将在物联网的现有网络层面长期共存。
尤其值得注意的是,ZigBee、蓝牙等近年来日趋成熟的无线传感器网络技术,其通信模块具有低成本、低功耗特点,网络具备路由寻址和自组织、自恢复能力,而且无需布线,能带来部署和维护上的便利,非常适合在感知层大量部署,用于无线连接低通信速率的末端设备。
在现场网络的边界,是物联网应用中的一类核心设备——物联网网关。网关同时配备现场网络接口和广域IP网络接口,负责在现场网络和各种广域IP网络间进行数据转发。网关通常也会提供对现场网络的管理功能,并将现场网络管理API发布给远方管理平台。
考虑到现场网络种类繁多、制式不一,如果能对各种现场网络进行合理分类和抽象,并在综合考虑管理平台对现场网络的管理需求的基础上,对网关的硬件能力和软件API进行标准化,无疑可以在很大程度上对上屏蔽下层网络的复杂性,降低物联网应用的开发难度和成本。在有些应用中,感知层的现场设备中会直接嵌入具备广域IP通信能力的有线/无线模块。这种情况下,现场设备无需网关中转,而可以直接将感知数据通过广域IP网络传输至管理平台。
通信层
通信层为物联网的信息主干道,主要由运营商提供的各种广域IP通信网络组成,包括ATMxDSL、光纤等有线网络,以及GPRS3G3G+等移动通信网络。在通信层,尽管上述有线网络在底层协议上同样存在多种制式,但在上层皆能统一在TCP/IP协议族下。
与有线网络相比,基于移动通信技术的物联网应用在部署上具备更大的灵活性,而3G网络带来的无线宽带突破,更为物联网业务的发展提供了承载基础,成为目前许多物联网应用的首选。
管理层
管理层是将物联网技术与行业专业技术相结合,实现广泛智能化应用的解决方案集。物联网管理平台是物联网网络架构和产业链条中的关键环节,通过它可以实现对终端设备和资产(包括移动资产)的“管、控、营”一体化。
管理平台主要包含以下软件集:集成框架、物联网中间件、行业套件,以及行业应用解决方案等。其中,物联网中间件是对管理平台最基础功能集的抽象和实现,如网络及设备管理、AAA(认证、授权、计费)管理、数据管理、服务管理等;行业套件则是针对具体行业领域需求而设计的一系列支持模型、工具和服务集。
在物联网网络架构和产业链条中,管理平台是一个关键的控制点,各大运营商都把管理平台作为其在物联网布局的重心,并在该方向优先投入研发力量。目前许多运营商已经完成了自身物联网管理平台的初步建设,并投入实际运营。物联网产业中的一些软件厂商也在管理平台方面推出了许多功能强大的中间件、行业套件,甚至完整的解决方案。
面临的问题和挑战
总体而言,物联网应用仍处于推广阶段,尚未进入规模化商用。具体来说,其应用集中在行业领域,未能向用户群更庞大的个人、家庭和社区开展,用户认知度低,对运营商的收入尚未形成稳定的贡献。就中国而言,能源、工业、金融和安防等领域的需求虽然正在快速凸显,但物联网应用目前仍集中在电力和交通运输行业,这两大行业占物联网终端总数的86.5%。究其原因,物联网规模化商用面临的主要问题,是缺乏完整的标准体系和被各利益相关方接受的成熟的商业模式。
标准的统一和整合
任何一个规模化应用的业务都需要标准化的体系架构来保障,这样才能按照一个统一的标准和方式去运营。物联网业务涉及产业链中众多厂商,加之跨越多个行业,行业应用特点及用户需求差异较大,因此,标准化工作滞后,从而对物联网业务的规模化商用产生了多方面的负面影响:不同制式的设备间难以形成公平竞争,影响应用解决方案的整体质量;行业终端厂商和解决方案提供商面向不同的物联网应用,每次都需进行重新开发和集成,造成人力和时间成本的增加;由于个人应用大多是标准化、定制化的服务,如果终端缺乏标准化,物联网业务向个人用户的推广无疑会受到影响。
而物联网标准化工作包括横向的共性技术层面和纵向的行业应用层面的标准化。前者主要包括对共用通信协议(如运营商层级的物联网通信协议)、终端设备描述及服务发现机制、应用间数据交换机制的标准化(例如基于XMLSOAPWeb Services等技术);后者主要是指对行业终端、行业通信协议、行业应用规范的标准化。
所幸的是,物联网标准化问题已经开始引起各利益相关方的重视,欧盟网络企业和RFID司官员Peter Friess表示,将要求欧盟制定覆盖技术、运营、服务等多个层面的物联网标准,并督促国际层面着手讨论制定物联网的统一标准。
在中国,运营商作为物联网产业的积极推动者,已经着手进行物联网相关标准的制定工作,但更多的还需要各行业的企业和组织共同推动。
中国移动已经制定并在持续升级其WMMP协议,对GPRS终端与其物联网营运平台间的通信协议进行标准化。中国移动要求所有与设备相关的GPRS数据流量都需通过其物联网营运平台,以此保证终端制造商参与WMMP认证的积极性。除此之外,中国移动也在开展终端设备通信模组的标准化工作。
中国电信则在积极推动家电企业统一终端接口标准,并主导家庭网关与物联网管理平台、家庭网关与采集设备间接口标准的制定;另外,中国电信还将逐渐与其他一些终端行业共同推动标准工作。
产业链利益各方的共赢
物联网产业链较长,涉及模组供应商、设备制造商、平台软件供应商、系统集成商、网络运营商、最终用户等多个环节,因此,需要进一步规范软硬件产品的分工与生产,明确产业链中各利益相关方的角色和盈利模式,以充分调动各方积极性。
现阶段,在物联网领域存在运营商和系统集成商、业务提供商利益博弈的问题。一般来说,运营商参与物联网有两种方式:一是出租网络容量给独立的物联网业务提供商,二是运营商自己提供物联网业务。显然,后者利润更高。然而,现实是,目前运营商大多提供的是“通道”,而非应用,这就导致物联网未给运营商带来满意的利润。运营商唯有通过平台、标准等发挥在产业链中的核心、主导作用,充分调动各方积极性,才能争取更多的主动权。
此外,在国内,行业壁垒也是阻碍物联网产业发展的一大障碍。例如电力、交通等行业,更加倾向于立足自身研发物联网应用,而非寻求专业的通信和信息服务公司提供解决方案。
未来发展趋势展望
向个人和家庭用户延伸
物联网业务目前的应用主要集中在交通、能源、安保等行业,但随着其标准体系的逐步建立和完善,应用规模会稳步扩大,而部署成本则会逐步降低。尤其是随着大众对物联网认知度的提升,一些新颖的、能够切实方便人们生活、提高生活质量的物联网应用必将逐步走进普通的个人和家庭用户,成为人们日常生活不可分割的一部分。
与移动通信网络相互促进
理论上,物联网业务可以通过多种运营商网络承载,然而移动通信网络带给物联网应用的部署灵活性,使其成为很多物联网应用的首选。移动网络的带宽是否足够,成为了物联网业务质量的一个关键。3G的部署大大改善了物联网的网络基础条件,为开展形式多样的物联网业务提供了承载基础:更高的可用带宽将唤醒大量沉睡的数据传输需求,从而加速物联网的发展;反过来,发展物联网业务也是移动通信网络的现实需求。就目前运营商的发展来看,3G的重点在数据业务上,以数据业务为主的物联网应用符合运营商的3G发展策略。
迈向泛在网络时代
物联网的出现扩展了通信的范围,现在的通信已不再局限于传统的电话、手机、电脑这些IT类电子产品,冰箱、洗衣机等传统家电,自动售卖机、集装箱等过去在人们看来几乎与通信不沾边的设备,都可以嵌入智能通信模块,成为网络中的一员。随着越来越多的设备加入通信网络,无处不在的泛在网络将初见雏形,并逐步壮大。
在物联网发展的当前阶段,绝大部分物联网应用仍是以服务于单一客户的单一应用的面目出现,不同应用之间相互独立。未来,随着分布式智能信息处理技术的发展和完善,不同物联网系统通过信息关联共享与协同运作,将智能感应融入到整个社会的运转之中,将会进一步推动物联网迈向泛在网络的时代。

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