物联网的发展和应用探讨.pdf

TELECOMMUNICATIONS NETWORK TECHNOLOGY No.11 专 家 视 点 6SiEPON大热：业务可互通的EPON/ 10GEPON国际标准 2009年底，在众多EPON运营商、设备厂家和芯 片商的积极推动下，IEEE成立了p1904.1工作小组 （即SiEPON小组，ServiceInteroperableEPON），以完善 在国际范围的EPON/10GEPON的业务层互通， 对由 802.3制定的EPON/10G EPON的物理层/MAC层标 准的制定进行必要补充，使EPON技术体系更加成熟 完美。 SiEPON工作组刚一成立， 便迅速展开工作，于 2010年2，4，6和8月分别召开了4次会议，不仅敲定 了主席团和编辑组成员，也逐步确定了本标准的主体 框架、写作方式、主要内容和重要技术点。 目前，该标 准第一版草稿已在各参会单位的努力下完成写作，并 有望在2011年底完成最终版草稿。 在中国电信的主 导和带领下，华为等中国厂家团结协作，共同推动中 国电信的EPON企标最先成为本标准的标准解决方 案之一，这也再次在国际标准工作中起到了积极的促 进作用。 （收稿日期：2010-09-29） 1引言 随着网络技术的不断发展，互联网已成为人们日 常活动中不可缺少的部分，同时“云计算”、“移动互联 网”等新技术也不断走向成熟。 作为信息获取源头的 传感器技术，也随着信息科学与微电子技术，特别是 微型计算机与通信技术的迅猛发展，走上了与微处理 器、微型计算机和通信技术相结合的必由之路。 随着 微电子、计算机和网络信息技术在各个领域的渗透和 普及，以全球互联网为基础的“泛在网络”正在兴起， 并被业界称之为第三次信息技术革命。 网络信息技术 的提升给科学和社会经济的发展带来了巨大的机遇。 泛在网络是指基于个人和社会的需求，利用现有 的网络技术和新的网络技术，实现人与人、人与物、物 与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决 策、使用等服务，利用网络超强的环境感知、内容感知 及其智能性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的 信息服务和应用。 现在广泛讨论的物联网也是一种“泛在网络”，其 原意是用互联网将世界上的物体都连接在一起，使世 界 万 物 都 可 以 主 动 上 网 。 它 是 将 射 频 识 别 设 备 （RFID）、传感设备、全球定位系统或其他信息获取方 式等各种创新的传感设备嵌入到世界的各种物体、设 施和环境中，把信息处理能力和智能技术通过互联网 物联网的发展和应用探讨 朱燕江苏省邮电规划设计院有限责任公司高级工程师 黄明科江苏省邮电规划设计院有限责任公司工程师 摘要简要介绍了互联网向物联网发展的演进趋势和物联网的体系架构，并以基于物联网 的物流管理系统为例介绍了物联网的功能和应用，最后简单讨论物联网的应用和发展前景。 关键词互联网物联网应用探讨 EXPERT VIEWPOINT 3 4 电信网技术2010年11月第11期 专家视点 注入到世界的每一个物体里面，使物质世界被极大程 度地数据化并赋予生命，使物体会“说话”、会“思考”、 会“行动”。 2从互联网到物联网的演进 在互联网从IPv4向IPv6过渡的同时， 移动通信 网络已实现了从2G向3G转变，现正在向LTE演进。 移动通信与Internet的融合， 极大地延伸了网络的发 展应用空间，移动互联网的概念已悄然兴起，“网络即 一切（NetworkisEverything）”的理想正在变成现实。 以互联网为主要核心技术，带动了网络信息化技 术的发展。1998年美国率先提出了“数字地球”的概 念，这是一个与3S（3S技术即遥感RS，地理信息系统 GIS和全球定位系统GPS的有机结合）、网络、虚拟现 实等密切相关的概念。 其核心思想是用数字化的手段 来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题，最 大限度地优化和利用自然和社会资源，并能通过多种 方式技术快速交换与获取信息。 从技术层面上看，要 实现数字化地球的构想，其主要支撑基础包括信息高 速公路（宽带高速网）的建设、高分辨率空间影像和其 它相关空间技术的研发、 海量数据处理与科学计算、 可视化和虚拟现实技术等。 1999年美国麻省理工大学首次提出了物联网概 念。 物联网即是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、 全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定 的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交 换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管 理的一种网络。 最初，物联网只是一个用于物流管理 的网络。 但随着技术和应用的发展，物联网的内涵产 生了较大的变化，2005国际电信联盟ITU的 互联网 系列报告：物联网中强调了物联网是对互联网和移 动网络的进一步拓展，并在报告中提出：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。 物联网是信息通信网络高度普及、互联网应 用渗透到各行各业、以信息化带动传统产业现代化的 必然产物，是继人与人之间通信和信息交互需求得到 基本满足之后，向人与物及物与物连接、感知和互动 扩展， 通过将虚拟信息与物理世界进行紧密结合，使 人类的经济和社会活动更加智能、便捷、高效。 物联网是未来的发展趋势，因此也是各国战略布 局中的重要组成部分。2008年美国IBM公司正式提 出“智慧地球”（SmartPlanet）的概念，不久后成为美国 国家战略的一部分。 “智慧地球”的核心理念是要把传 感器嵌入到各个领域的仪器装备中，形成所谓“物联 网”实现全面感知。 并通过超级计算机和云计算将“物 联网” 整合起来， 实现人类社会与物理系统的整合。 2009年，温家宝总理提出“感知中国”，则拉开了全面 建设中国物联网的序幕。 从技术层面上看，物联网与互联网有着天然的紧 密联系， 二者都是基于某种开放的网络间通信协议， 实现了同构或异构网络的互联与信息交换。 如果说互 联网更多的是指利用通信线路把分布在不同地点上 的多个独立的计算机系统连接起来，构成网络资源共 享的系统，那么物联网则是要把所有具备信息传感功 能的设备或物体互联，从而形成的一个巨大的传感器 智能网，最终可达到“全面感知、可靠传送、智能处理” 的综合功能。 要构成一个巨大的感知网络，如何实现感知是至 关重要的。 无线传感器网络也是近年来发展起来的一 门崭新的技术，它综合了传感器技术、嵌入式计算技 术、分布式信息处理技术和无线通信技术等多学科交 叉研究成果，在传感器网络内通过无线通信的方式形 成一个多跳的自组织的系统，其目的是协作感知采集 和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，它能够灵活 地实时监测网络分布区域内的各种数据，并对这些数 据进行处理，获得详尽而准确的信息传送给用户。 无 线传感器网络作为终端感知网络，与移动通信网络相 结合， 将形成物与物 （MachinetoMachine）、 人与人 （Man to Man）、物与人（Machine to Man）的互联网络， 也即M2M。 3物联网的体系构架 物联网技术与应用目前尚未建立起一套标准的、 开放的、可扩展的物联网体系架构。 但可把物联网划 分为一个由传感器层、传送层、物联网服务层和应用 层组成的四层体系（见图1）。 (1)传感器层及M2M终端，主要包括RFID标签 3 5 TELECOMMUNICATIONS NETWORK TECHNOLOGY No.11 和读写器、摄像头、传感器网络和传感器网关等，在 这一层次要解决的重点问题是感知、识别物体，采集 信息。 (2)传输层首先包括各种通信网络与互联网形成 的融合网络， 以将传感器层收 集的各类信息进行可靠传送， 这一层是目前比较成熟的 部 分。 (3)物联网服务层包括物 联网管理中心、信息中心、专家 系统等对海量信息进行智能处 理的部分。 (4)应用层是将物联网技 术与行业专业领域技术 相 结 合，比如物流系统、安全监控、 农业监控、 灾害监控、 智能家 居、车辆调度、军事领域等。 物联网通过应用层最终实 现信息技术与行业专业技术的深度融合，因此发展针 对行业应用的物联网最切实际需求。 4基于物联网的物流系统 建设先进的现代物流，必须有先进的信息技术作 为支撑。 建设物流领域的信息网络（物流网）是实现物 流信息化的关键内容之一：建立交通通信服务专网系 统，采用现代数字蜂窝移动通信、计算机网络等通信 技术， 为物流信息的快速传递 与处理提供硬件基础； 建立物 流信息管理平台， 组建网上物 资贸易和物资配送服务市场， 并采用RFID，GIS，GPS， 自动 数据交换与处理等技术提高物 流信息的搜集、 处理和服务能 力， 缩短物流信息交换与作业 时间，提高效率。 物流系统的体 系架构如图2所示。 (1)物流网的核心是物流管 理中心体系架构， 建立一个统 一的物流服务平台与客户的终 端接口， 物流服务平台应与系 统内的电子商务系统、 调度监 控系统、 仓储管理系统等星型 连接， 并建立一个公共综合信 息库存储公共信息。 (2)仓储管理系统利用条码扫描或RFID标签结 合掌上电脑或移动终端形式， 自动化识别配送物品； 在运营商的无线业务平台上构建物流配送系统，实现 物流配送物品信息、管理信息的无线数据传输，提供 广域的无线IP连接； 通过接受到的物品配送信息、物 品储存、物品监控等信息，准确显示物品位置、进行物 品出入验证，实现自动化货仓管理。 图1物联网体系架构图 图2物流系统体系架构图 EXPERT VIEWPOINT 3 6 电信网技术2010年11月第11期 专家视点 (3)调度监控系统将物联网技术应用于信息化监 管， 使物流车辆和货品能在物流节点被管理和控制。 快速、 准确地掌握整个流动过程中所发生的信息流、 资金流，高效可靠完成物流配送。 (4)电子商务系统利用互联网技术来完成物流全 过程的协调、控制和管理，实现从网络前端到最终用 户端的所有中间过程的服务。 电子物流包括物流过程 中的运输、仓储、配送等各业务流程的组织方式、交易 方式、服务方式的电子化。 (5) RFID技术作为物流网前端的自动识别和数 据采集技术，可以实现物品跟踪与信息共享，极大地 提高物流企业的运行效率，实现可视化供应链管理。 以上基于物联网的物流系统应用只是简单举例， 事实上国内大部分物联网的业务应用还处于起步阶 段，首先因为商业模式不清晰，未形成共赢的、规模化 的产业链，其次技术标准规范不统一，可能会影响该 业务更大范围的拓展；终端缺乏标准化、业务运营方 面用户认知度低、支撑系统不完善、成本高等都是需 要解决的问题，总之，真正实现大规模推广应用还需 要一定的时间。 5总结与展望 物联网技术应用市场正在全球范围快速增长，随 着通信设备、管理软件等相关技术的深化，物联网技 术相关产品成本的下降，物联网业务将逐渐走向全面 应用。 中国政府也将物联网相关产业正式纳入国家 信息产业科技发展十一五规划及2020年中长期规 划纲要十一五规划重点扶持项目。 物联网所带来的 产业价值要比互联网大几十倍，巨大的经济利益必然 驱使激烈的技术竞争。 全球科技大国先后都提出了物 联网发展战略，掀起了新一轮物联网的浪潮。2010年 国务院指出要着力突破传感网、物联网关键技术。 国 内各大著名高校和研发机构竞相跃跃欲试、 蓄势待 发。 许多省份也都陆续提出了相应的发展战略，并纷 纷兴建示范工程。 展望未来，国家和政府已经明确提 出了发展物联网“感知中国”的宏伟战略目标。 下一步 物联网必将向终端标准化、智能化；通信宽带化、多元 化、协同化；应用综合化、多媒体化；网络的融合化、自 组化、泛在化发展。 参考文献 1孙忠富,杜克明,尹首一.物联网发展趋势与农业应用展望. 农业网络信息.2010,5 2李建中,高宏.无线传感器网络的研究进展J.计算机研究 与发展.2008 3 Texas Instruments. A true system-on-chip solution for 2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBeeTMZ.2006 4 Texas Instruments. CC2430ZDK ZigBee Development Kit Pro UserManualRev.1.2.1.2006 Investigationof DevelopmentandApplicationof theIOT AbstractIt briefly describes evolution trend from Internet to the Internet of things（shorted as IOT）and IOT system infrastructure.Ithasalsointroducedthe functionandapplication of IOT bytakingthe logistics management system which is basedon