物联网

物联网示意图
     物联网示意图
    物联网(英文:The Internet of things,简称IOT),是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络,是继计算机互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮,是一个全新的技术领域。在我国也称为传感网,2005年11月正式提出这个概念。通俗地讲,物联网就是“物物相连的互联网”,具体的说,就是把传感器装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道以及家用电器等各种真实物体上,通过互联网联接起来,进而运行特定的程序,达到远程控制或者实现物与物的直接通信。其中包含两层意思:第一,物联网是互联网的延伸和扩展,其核心和基础仍然是互联网;第二,其用户端不仅仅是个人,还包括任何物品。    物联网有DCM(即感知层、传输层、应用层)的三层划分,存在方式分为内网、专网和外网;部署模式分为公有物联网(Public IOT)、私有物联网(Private IOT)、社区物联网(Community IOT)和混合物联网(Hybrid IOT)。通过物联网可以用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理、控制,也可以对家庭设备、汽车进行遥控,以及查找位置、防止物品被盗等各种应用。    物联网一般为无线网,由于每个人周围的设备可以达到一千至五千个,所以物联网可能要包含500万亿至一千万亿个物体,在物联网上,每个人都可以应用电子标签将真实的物体上网联结,从一瓶酸奶到一架飞机,在物联网上都可以查找出它们的具体位置,即使在地球的另一边。

物联网释义

    物联网(Internet of Things)理念指的是将无处不在(Ubiquitous)的末端设备(Devices)和设施(Facilities),包括具有“内在智能”的设备如传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等,以及具有“外在使能”(Enabled)的物品如贴上RFID的各种资产 (Assets)、携带无线终端的个人或车辆等“智能化物件或动物”、通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通信网络实现互联互通(M2M)、应用大集成(Grand Integration)。物联网可以基于云计算的SaaS等营运模式,在内网(Intranet)、专网(Extranet/VPN)或互联网 (Internet)环境下,采用适当的信息安全保障机制,提供安全可控(隐私保护)乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、进程控制、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面(Dashboard)等管理和服务功能,实现对“万物”(Things)的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化服务。

物联网原理

    物联网是在计算机互联网的基础上,利用RFID、无线数据通信等技术,构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中,物品(商品)能够彼此进行“交流”,而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术,通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。    而RFID,正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中,RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息,通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统,实现物品(商品)的识别,进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享,实现对物品的“透明”管理。    “物联网”概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开:一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心,个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施,在此意义上,基础设施更像是一块新的地球工地,世界的运转就在它上面进行,其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。

物联网发展历程

    1995年,比尔盖茨在其《未来之路》一书中已提及物联网概念。
物联网发展
      物联网发展
    1999年,在美国召开的移动计算和网络国际会议提出,“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。    2003年,美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。    2005年11月,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)发布了《ITU 互联网报告2005:物联网》报告,正式提出了物联网概念。报告指出:无所不在的“物联网”通信时代即将来临,世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行信息交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。    2009年1月,IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”构想,其中物联网为“智慧地球”不可或缺的一部分,而奥巴马在就职演讲后已对“智慧地球”构想提出积极回应,并提升到国家级发展战略。    2009 年8月7日,温家宝在无锡视察中科院物联网技术研发中心时指出,要尽快突破核心技术,把传感技术和TD的发展结合起来。    2009年8月24日,中国移动总裁王建宙访台期间解释了物联网概念。    2009年9月11日,“传感器网络标准工作组成立大会暨”感知中国’高峰论坛”在北京举行,会议提出传感网发展相关政策。    2009年9月14日,在中国通信业发展高层论坛上,中国移动总裁王建宙高调表示:物联网商机无限,中国移动将以开放的姿态,与各方竭诚合作。    2009年9月14日,《国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。

国内物联网发展概况

    2009年10月24日,在第四届中国民营科技企业博览会上,西安优势微电子公司宣布:中国的第一颗物联网的中国芯--“唐芯一号”芯片研制成功,中国已经攻克了物联网的核心技术。唐芯一号芯片是一颗2.4G超低功耗射频可编程片上系统PSoC,可以满足各种条件下无线传感网、无线个域网、有源RFID等物联网应用的特殊需要,为我国的物联网产业的发展奠定了基础。
物联网的现在和未来
  物联网的现在和未来
    业内专家表示,掌握“物联网”的世界话语权,不仅仅体现在技术领先,更在于我国是世界上少数能实现产业化的国家之一。这使我国在信息技术领域迎头赶上甚至占领产业价值链的高端成为可能。    目前,我国的无线通信网络已经覆盖了城乡,从繁华的城市到偏僻的农村,从海岛到珠穆朗玛峰,到处都有无线网络的覆盖。无线网络是实现“物联网”必不可少的基础设施,安置在动物、植物、机器和物品上的电子介质产生的数字信号可随时随地通过无处不在的无线网络传送出去。 “云计算”技术的运用,使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可能。    而在“物联网”这个全新产业中,我国的技术研发水平处于世界前列,具有重大的影响力。中科院早在1999年就启动了传感网研究,与其他国家相比具有同发优势。该院组成了2000多人的团队,先后投入数亿元,在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机、移动基站等方面取得重大进展,目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界传感网领域,中国与德国、美国、韩国一起,成为国际标准制定的主导国之一。    中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心(以下简称《无锡传感网中心》),是国内目前研究物联网的核心单位。2009年8月7日,温家宝总理在江苏无锡调研时,对微纳传感器研发中心予以高度关注,提出了把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法。温家宝总理指出 “在传感网发展中,要早一点谋划未来,早一点攻破核心技术”,“在国家重大科技专项中,加快推进传感网发展”,“尽快建立中国的传感信息中心,或者叫‘感知中国’中心”。    江苏省委省政府接到指示后认真落实总理的要求,热情拥抱“物联网”,突出抓好平台建设和应用示范工作,并迅速形成了研发安全感与产业突破的先发优势。无锡市则作出部署:举全市之力,抢占新一轮科技革命制高点,把无锡建成传感网信息技术的创新高地、人才高地和产业高地。    2009年,无锡传感网中心的传感器产品在上海浦东国际机场和上海世博会被成功应用,首批价值1500万元的传感安全防护设备销售成功,这套设备由10万个微小的传感器组成,散布在墙头墙角墙面和周围道路上。传感器能根据声音、图像、震动频率等信息分析判断,爬上墙的究竟是人还是猫狗等动物。多种传感手段组成一个协同系统后,可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。由于效率高于美国和以色列的防入侵产品,国家民航总局正式发文要求,全国民用机场都要采用国产传感网防入侵系统。至2009年8月,仅浦东机场直接采购传感网产品金额为4000多万元,加上配件共5000万元。刘海涛称,若全国近200家民用机场都加装防入侵系统,将产生上百亿的市场规模。    经过长期艰苦努力,我国相关机构和企业攻克了大量关键技术,取得了国际标准制定的重要话语权,物联网发展具备了一定产业基础,在电力、交通、安防等相关领域的应用也初见成效。《国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。    目前,我国物联网标准体系已形成初步框架,向国际标准化组织提交的多项标准提案被采纳,物联网标准化工作已经取得积极进展。

物联网十大基本功能

    物联网的最基本功能特征是提供“无处不在的连接和在线服务”(Ubiquitous Connectivity), 具备十大基本功能。
物联网产业大会
     物联网相关会议
    在线监测:这是物联网最基本的功能,物联网业务一般以集中监测为主、控制为辅。    定位追溯:一般基于GPS(或其他卫星定位,如北斗)和无线通信技术,或只依赖于无线通信技术的定位,如基于移动基站的定位、RTLS等。    报警联动:主要提供事件报警和提示,有时还会提供基于工作流或规则引擎(Rule’s Engine)的联动功能。    指挥调度:基于时间排程和事件响应规则的指挥、调度和派遣功能。    预案管理:基于预先设定的规章或法规对事物产生的事件进行处置。    安全隐私:由于物联网所有权属性和隐私保护的重要性,物联网系统必须提供相应的安全保障机制。    远程维保: 这是物联网技术能够提供或提升的服务,主要适用于企业产品售后联网服务。    在线升级:这是保证物联网系统本身能够正常运行的手段,也是企业产品售后自动服务的手段之一。    领导桌面: 主要指Dashboard或BI个性化门户,经过多层过滤提炼的实时资讯,可供主管负责人实现对全局的“一目了然”。    统计决策: 指的是基于对联网信息的数据挖掘和统计分析,提供决策支持和统计报表功能。

物联网三种应用模式

物联网的应用(图示)
    根据物联网的实质用途可以归结为三种基本应用模式:    对象的智能标签:通过二维码,RFID等技术标识特定的对象,用于区分对象个体,例如在生活中我们使用的各种智能卡,条码标签的基本用途就是用来获得对象的识别信息;此外通过智能标签还可以用于获得对象物品所包含的扩展信息,例如智能卡上的金额余额,二维码中所包含的网址和名称等。    环境监控和对象跟踪:利用多种类型的传感器和分布广泛的传感器网络,可以实现对某个对象的实时状态的获取和特定对象行为的监控,如使用分布在市区的各个噪音探头监测噪声污染,通过二氧化碳传感器监控大气中二氧化碳的浓度,通过GPS标签跟踪车辆位置,通过交通路口的摄像头捕捉实时交通流程等。    对象的智能控制:物联网基于云计算平台和智能网络,可以依据传感器网络用获取的数据进行决策,改变对象的行为进行控制和反馈。例如根据光线的强弱调整路灯的亮度,根据车辆的流量自动调整红绿灯间隔等。

物联网四类型部署方式

    私有物联网(Private IOT): 面向单一机构内部提供服务, 可能由机构或其委托的第三方实施并维护,主要存在于机构内部(On Premise)内网(Intranet)中,也可存在于机构外部(Off Premise)。    公有物联网(Public IOT):基于互联网(Internet)向公众或大型用户群体提供服务,一般由机构(或其委托的第三方,少数情况)运维。    社区物联网(Community IOT):向一个关联的“社区”或机构群体(如一个城市政府下属的各委办局:如公安局、交通局、环保局、城管局等)提供服务。可能由两个或以上的机构协同运维,主要存在于内网和专网(Extranet/VPN)中。    混合物联网(Hybrid IOT):是上述的两种或以上的物联网的组合,但后台有统一运维实体。

物联网四项技术形态

    RFID: RFID是一种“使能”技术, 它可以把常规的“物”Instrumented(IBM “3I”描述)变成和物联网的连接对象。基于相关的EPC/UID和PNL/ONS技术还可作为整个物联网体系的“统一标识”参考技术。    传感网:WSN、OSN、BSN等技术是物联网的末端神经系统, 主要解决“最后100米”连接问题,传感网末端一般是指比M2M末端更小的微型传感系统, 如Mote。    M2M:侧重于移动终端的互联和集控管理,主要是Telco(通信营运商)的物联网业务领域,有MVNO(移动虚拟网络营运商)和MMO(M2M移动营运商)等业务模式。    两化融合:是指工业自动化和控制系统的信息化升级,工控、楼控等行业的企业是两化融合的主要推动力,也可包括智能电网等行业应用。

物联网安全概念

    2011年6月我国工信部公布了《卫星移动通信系统终端地球站管理办法》(下称《办法》),并于6月1日起施行。这个《办法》对物联网行业安全制定了防范措施,从而减少安全隐患,规范物联网市场竞争。
物联网示意图
    物联网的体系结构
    《办法》的出台,是对未来物联网产业发展可能带来的安全问题和安全漏洞问题制定对策措施,防患于未然。目前,我国还没有专门的法律、行政法规及规章对移动地球站的设置使用行为进行规范,制定《办法》,可以加强对陆地移动地球站的管理,规范其设置使用行为,减少非法用户,确保通信安全,保障国家利益。    物联网在发展过程中因自身特点具有一定的弊端。由于物联网设备可能是先部署后连接网络,而物联网节点又无人看守,除了面对移动通信网络的传统网络安全问题之外,还存在着一些与已有移动网络安全不同的特殊安全问题。感知网络的传输与信息安全、核心网络的传输与信息安全等问题都是物联网发展过程中不容忽视的问题。    为堵住境外运营商利用卫星通信系统在我国境内非法发展陆地移动地球站用户等漏洞,《办法》中明确规定,境外短期来华的团体和个人临时入境使用已在境外办理入网手续的陆地移动地球站的,由国内接待单位或者对口主管部门向工信部提交材料,且使用期限不得超过六个月。    物联网未来发展应用的主要领域重点在智能交通、智能电网、视频监控这三个市场,尽管目前中国物联网蓬勃发展,但“标准体系不成熟,关键技术研发遭遇瓶颈”仍使物联网在发展初期面临诸多挑战。随着国家“十二五”规划的明确指导,物联网已经逐渐从 “空泛概念”变身为产业转型升级的无形推手,但是物联网的安全机制在业界尚是空白,为此,物联网安全机制亟待建立。

发展存在的问题

·应用的开发

    物联网的价值不是一个可传感的网络,而是必须各个行业参与进来进行应用,不同行业,会有不同的应用,也会有各自不同的要求,这些必须根据行业的特点,进行深入的研究和有价值的开发。这些应用开发不能依靠运营商,也不能仅仅依靠所谓物联网企业,因为运营商和技术企业都无法理解行业的要求和这个行业具体的特点。很大程度上,这是非常难的一步,也是需要时间来等待。需要一个物联网的体系基本形成,需要一些应用形成示范,更多的传统行业感受到物联网的价值,这样才能有更多企业看清楚物联网的意义。

·安全隐私问题

    中国大型企业、政府机构,如果与国外机构,进行项目合作,如何确保企业商业机密、国家机密不被泄漏,这不仅是一个技术问题,而且还涉及国家安全问题,必须引起高度重视。
物联网的体系结构图
  物联网的体系结构图
    在物联网中,射频识别技术是一个很重要的技术。在射频识别系统中,标签有可能预先被嵌入任何物品中,比如人们的日常生活物品中,但由于该物品的拥有者,不一定能够觉察该物品预先已嵌入有电子标签以及自身可能不受控制地被扫描、定位和追踪,这势必会使个人的隐私问题受到侵犯。    因此,如何确保标签物的拥有者个人隐私不受侵犯便成为射频识别技术以至物联网推广的关键问题。而且,这不仅仅是一个技术问题,还涉及政治和法律问题。这个问题必须引起高度重视并从技术上和法律上予以解决。造成侵犯个人隐私问题的关键在于射频识别标签的基本功能:任意一个标签的标识(ID)或识别码都能在远程被任意的扫描,且标签自动地,不加区别地回应阅读器的指令并将其所存储的信息传输给阅读器。这一特性可用来追踪和定位某个特定用户或物品,从而获得相关的隐私信息。这就带来了如何确保嵌入有标签的物品的持有者个人隐私不受侵犯的问题。

·商业模式

    物联网商用模式有待完善。中国移动通信研究所所长于蓉蓉曾表示,“要发展成熟的商业模式,必须打破行业壁垒、充分完善政策环境,并进行共赢模式的探索。”华为战略规划部部长朱广平也指出“应用物联网技术让企业面临改造成本问题,新的商业模式将改变改造成本高的现状。”

·国家的政策和法规

    物联网不是一个小产品,也不是只是一个小企业可以做出来,做起来,它不仅需要技术,它更是牵涉到各个行业,各个产业,需要多种力量的整合。这就需要国家的产业政策和立法上要走在前面,要制定出适合这个行业发展的政策和法规,保证行业的正常发展。
了解物联网
    讲座:了解物联网
    二战后,美国在经济上一度并不特别强大,但是到了上世纪90年代,美国的信息高速公路计划,不但是政府进行投资,而且在产业政策上给予了很多支持,导致美国的信息产业高速度发展,现在全世界基于PC和互联网的信息产业完全控制在美国人手中,不但获得了巨大利益,甚至政治利益、文化的传播、价值观的传播都起了巨大作用。    因此对于复杂的物联网,必须要有政府的政策支持,政府必须要有专门人和专门的机构来研究和协调,物联网才能有真正意义的发展,否则,它只能小有成就,而不会大有作为。

·技术标准的统一与协调

    物联网发展过程中,传感、传输、应用各个层面会有大量的技术出现,可能会采用不同的技术方案。如果各行其是,那结果是灾难的,大量的小而破的专用网,相互无法连通,不能进行联网,不能形成规模经济,不能形成整合的商业模式,也不能降低研发成本。    因此,尽快统一技术标准,形成一个管理机制,这是物联网马上就要面对的问题,这个问题一开始就解决得好,以后就很容易,开始解决不好,积重难返,那么以后问题就很难解决。这个问题和第一问题又是相关联,如果政府没有专门的部门来管理和协调,没有相应的政策和法规,就没有标准的统一与协调。

·管理平台的形成

    物联网的价值在于网,而不在于物。物联网感知的信息如果没有一个庞大的网络体系,不能进行管理和整合,那这个网络就没有意义。因此,建立一个全国性的,庞大的,综合的业务管理平台,把各种传感信息进行收集,进行分门别类的管理,进行有指向性的传输,这就是一个大问题。一个小企业甚至都可以开发出传感技术,开发出传感应用。但是一个小企业没有办法建立起一个全国性高效率的网络。没有这个平台,各自为政的结果一定是效率低,成本高,很难发展起来,也很难起到作用。

·主要国家之间的合作和协调

    关于核心技术、标准的制定、物联网系统框架等问题,不是哪一个国家或哪家公司能单独的很好地完成的。所以,我们不仅要在国际上与其他国家合作,也要和国内的相关组织机构合作。这样才可能使我国在国际上处于领先地位;也使我国物联网的应用缩小一大步。物联网在实际应用上的开展需要各行各业的参与和协调,并且需要国家政府的主导以及相关法规政策上的扶助,物联网的开展具有规模性、广泛参与性、管理性、技术性、物的属性等等特征,其中,技术上的问题是物联网最为关键的问题,物联网技术是一项综合性的技术,是一项系统,目前国内还没有哪家公司可以全面负责物联网的整个系统规划和建设,理论上的研究已经在各行各业展开,而实际应用还仅局限于行业内部。关于物联网的规划和设计以及研发关键在于RFID、传感器、嵌入式软件以及传输数据计算等领域的研究。

·安全体系的建立与形成

    物联网目前的传感技术主要是RFID,植入这个芯片的产品,是有可能被任何人进行感知的,它对于产品的主人而言,有这样的一个体系,可以方便的进行管理。但是,它也存在着一个巨大的问题,其他人也能进行感知,比如产品的竞争对手,那么如何做到在感知、传输、应用过程中,这些有价值的信息可以为我所用,却不被别人所用,尤其不被竞争对手所用。这就需要在安全上下工夫,形成一套强大的安全体系。会有哪些安全问题出现,如何应对这些安全问题,怎么进行屏蔽都是一些非常复杂的问题。安全问题解决不好,有一天可能有价值的物联网会成为给竞争对手提供信息方便的平台,那么它的价值就会大大的打折扣,也不会有企业愿意和敢于去使用。

物联网的作用与影响

·人机或结合成“脑脑互通”

    物联网的各大模块中,各种技术的发展和技术之间的综合集成,将会向工程科技提供巨大的空间。比如在物联网中,我们可以随意获得自己需要的信息,也可以将自己的信息随时传递出去。甚至,将人脑与计算机结合在一起,变成“脑脑互通”。
物联网产业链
      物联网产业链
    未来,物联网将会深刻地改变人类生活。它将广泛应用在电网、物流、家居、医疗、农业、国防军事等众多领域,呈现广泛感知、高效流通、海量聚合、智能处理、人机交互等特点。各行各业建起物联网,不但将大大促进我国信息化和工业化的融合,而且对整个经济、社会的发展都有促进作用。    物联网时代,我们可以用电视屏幕视频聊天,可以远程控制家里的电器,可以手机订菜等,也可以用更加有效的方法来控制食品安全。欧美已经大量使用RFID标签和动物身体微型传感器,对奶牛、肉牛、养猪场等进行精细化管理;动物每天的饮水量、进食量、运动量、健康特征、发情期等重要信息都可以被记录与远程传输。

·物联网数据将有重大影响

    从数据海中可以升起越来越多的计算软件,由浅到深地开拓各种应用。越来越多的数据海正在出现。比如商业数据中心,把中外每一笔出口交易的数据都储存起来;遥感数据中心,把气象、海洋、国土、通信数据都统一起来;还有新华数据中心、银行数据中心、证券数据中心等。而数据海和物联网将有密切关系。物联网创造出的数据将远多于互联网,因此物联网将创造出更多的数据海;物联网所创造出的数据,描绘的是物质运动的规律、经济变化的规律、自然变化的规律,更加真实、可靠、有价值,可以从中挖掘出更丰富更有用的知识。因此,物联网数据将对经济运行产生重大影响:它可用于控制与管理物质对象的运行。    和互联网的通信数据不同,物联网的数据将涉及全部第一、第二、第三产业中物与企业的运行数据。如果全部数据海都掌握在商业公司手中,很不安全,甚至是危险的。对此,政府应当有预见性地进行布局。

未来发展趋势

    美国咨询研究机构Forrester预测,到2020年,全球物物互联的业务与现有的人人互联业务之比将达到30:1,因此,“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。根据预测,到2035年前后,我国的传感网终端将达到数千亿个;到2050年,传感器将在生活中无处不在。    此外,物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器,为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照目前对物联网的需求,在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签,这将大大推进信息技术元件的生产,同时增加大量的就业机会。