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物聯(lián)網(wǎng)三大應(yīng)用典型場(chǎng)景

周洪波 2010/03/09

  上期專欄把物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用分為三大類:RFID相關(guān)應(yīng)用、基于傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,以及M2M兩化融合相關(guān)應(yīng)用,同時(shí)也描述了物聯(lián)網(wǎng)典型的“管、控、營(yíng)一體化”功能化應(yīng)用場(chǎng)景。本期將從技術(shù)架構(gòu)角度分別描繪三大類應(yīng)用的典型場(chǎng)景。

  物聯(lián)網(wǎng)和智慧地球理念能夠得以實(shí)現(xiàn)的原因,是因?yàn)槭澜缭缫呀?jīng)邁入了3I時(shí)代(IBM提法),即Instrumented(工具植入化,40億手機(jī)用戶,300億RFID,龐大的傳感網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)信息化系統(tǒng)等), Interconnected(互聯(lián)化),和Intelligent(智能化),我們只需要“百尺竿頭,更上一步”就可以實(shí)現(xiàn)5A化(anywhere-任何地點(diǎn), anything-任何事物, anytime-任何時(shí)間, anyway-任何方式, anyhow-任何原因)的物聯(lián)網(wǎng)世界。圖1中描述的這個(gè)宏觀的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)三大類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都適用,但從更深層的技術(shù)架構(gòu)來說,三大類應(yīng)用存在業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)上的差別,下面分別細(xì)述。

圖1:跨越時(shí)空的技術(shù)架構(gòu)和部署場(chǎng)景

  “1”代表客戶端,可以是PC,PDA等,坐落在美洲;“2”代表運(yùn)行在“云”服務(wù)器上 的SaaS或非SaaS信息系統(tǒng),坐落在非洲;“3”代表末端,可以是任何智能物件,坐落在亞洲。

  基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)

  電子標(biāo)簽可能是三類技術(shù)體系中最靈活的能夠把“物”改變成為智能物件的,它的主要應(yīng)用是把移動(dòng)和非移動(dòng)資產(chǎn)貼上標(biāo)簽,實(shí)現(xiàn)各種跟蹤和管理。按瑞士ETH Fleisch教授的劃分,RFID是穿孔卡、鍵盤和條碼等應(yīng)用技術(shù)的延伸,它比條碼等技術(shù)自動(dòng)化程度高,但它們都屬于提高“輸入”效率的技術(shù),也都應(yīng)該屬于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)范疇。Auto-ID中心的EPCGlobal體系就是針對(duì)所有可電子化的編碼方式的,而不只是針對(duì)RFID。RFID只是編碼的一種載體,此外還有其他基于物理、化學(xué)過程的載體,例如同方試金石公司的防偽技術(shù)。

  EPCglobal提出了Auto-ID系統(tǒng)的五大技術(shù)組成,分別是EPC(電子產(chǎn)品碼)標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽閱讀器、ALE中間件實(shí)現(xiàn)信息的過濾和采集、EPCIS信息服務(wù)系統(tǒng),以及信息發(fā)現(xiàn)服務(wù)(包括ONS和PML)。由于從一開始就讓世界各大洲的從業(yè)人員充分參與,EPCGlobal標(biāo)準(zhǔn)(架構(gòu)圖如下)得到了較廣泛認(rèn)同,這里不再對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)贅述。

圖2:EPCGlobal標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)圖

  ONS(即對(duì)象命名服務(wù)Object Name Service)主要處理電子產(chǎn)品碼與對(duì)應(yīng)的EPCIS信息服務(wù)器地址的查詢和映射管理(如圖3),類似于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)很成熟的域名解析服務(wù)(DNS)。在設(shè)計(jì)ONS規(guī)范時(shí),EPCGlobal組織要求必須結(jié)合現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行,這顯然是一個(gè)正確的決定。于是ONS基本上按DNS的原理實(shí)現(xiàn),甚至采用了DNS的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施,現(xiàn)今全球ONS服務(wù)也是EPCglobal委由世界最大的DNS營(yíng)運(yùn)商VeriSign營(yíng)運(yùn)。

圖3:ONS服務(wù)原理

  EPC產(chǎn)品電子碼識(shí)別只是“標(biāo)簽”,所有關(guān)于產(chǎn)品有用的信息都用一種新型的標(biāo)準(zhǔn)的XML語(yǔ)言——實(shí)體標(biāo)識(shí)語(yǔ)言(Physical Markup Language )來描述,PML的作用就像互聯(lián)網(wǎng)的基本語(yǔ)言HTML一樣。

  有了ONS和PML,以RFID為主的EPC系統(tǒng)才真正從Network of Things走向了Internet of Things(物聯(lián)網(wǎng));贠NS和PML,企業(yè)對(duì)RFID技術(shù)的應(yīng)用將由企業(yè)內(nèi)部的閉環(huán)應(yīng)用過渡到供應(yīng)鏈的開環(huán)應(yīng)用上,實(shí)現(xiàn)真正的“物聯(lián)網(wǎng)”。

  ONS和PML作為物聯(lián)網(wǎng)框架下的關(guān)鍵技術(shù),有著廣泛的應(yīng)用前景。相比之下,傳感網(wǎng)和M2M從業(yè)群體的技術(shù)架構(gòu)還沒有完全上升到ONS/PML這樣同等的“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)體系高度,這大概也就是Auto-ID人群認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)概念是他們首創(chuàng)的主要原因吧。筆者認(rèn)為,在走向物聯(lián)網(wǎng)的道路上,傳感網(wǎng)和M2M群體應(yīng)該借鑒和直接采用ONS/PML技術(shù)體系。
  基于傳感網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)

  當(dāng)人們談?wù)搨鞲芯W(wǎng)絡(luò)的時(shí)候,一般主要是指無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN, Wireless Sensor Networks),此外還有視覺傳感網(wǎng)(VSN, Visual Sensor Networks)以及人體傳感網(wǎng)(BSN, Body Sensor Networks)等其他傳感網(wǎng),這里我們也主要討論WSN。

  WSN由分布在自由空間里的一組“自治的”無(wú)線傳感器組成,共同協(xié)作完成對(duì)特定周邊環(huán)境狀況,包括溫度、濕度、化學(xué)成分、壓力、聲音、位移、振動(dòng)、污染顆粒等的監(jiān)控。WSN中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(或叫Mote)一般由一個(gè)無(wú)線收發(fā)器、一個(gè)微控制器和一個(gè)電源組成。WSN一般是自治重構(gòu)(Ad-Hoc或Self-Configuring)網(wǎng)絡(luò),包括無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)(Mesh Networks)和移動(dòng)自重構(gòu)網(wǎng)(MANET)等。

  無(wú)線傳感網(wǎng)目前還是計(jì)算機(jī)和通信專業(yè)的學(xué)者們一個(gè)非;钴S的研究領(lǐng)域。10多年前IBM(蘇黎世研究中心)、微軟等大企業(yè)就開始投入巨資研究傳感網(wǎng),但商業(yè)收效甚微,所以大企業(yè)已經(jīng)基本不再投入做純WSN研究(哈佛大學(xué)Welsh教授語(yǔ)),目前WSN的研究主要還是在大學(xué)和國(guó)立研究機(jī)構(gòu)。

  筆者聽過Welsh教授最近關(guān)于WSN的主題發(fā)言,他認(rèn)為目前企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)對(duì)WSN的關(guān)注點(diǎn)完全不一樣,企業(yè)能賺錢的WSN技術(shù)對(duì)研究人員來說太簡(jiǎn)單,算不上成果,而研究機(jī)構(gòu)做的東西離實(shí)用差距又太遠(yuǎn),波士頓市的基于哈佛WSN先進(jìn)技術(shù)的CitySense計(jì)劃(“感知波士頓”)的失敗就是例子,而美國(guó)Oklahoma市采用了更簡(jiǎn)單成熟技術(shù)的MicroCAST計(jì)劃卻獲得了成功。

  到目前為止,WSN研究最成功的成果可能要數(shù)加州大學(xué)伯克利分校Culler教授研究小組提出的Mote的概念和他們研制成功的Mote節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品,相關(guān)成員2003年在硅谷成立了一個(gè)名為MoteIV的公司,銷售Mote產(chǎn)品和推廣WSN應(yīng)用,但后來因經(jīng)營(yíng)狀況不好而改名為Sentilla,不再以WSN業(yè)務(wù)為主。筆者對(duì)WSN沒有深入的研究,但15年前筆者在美國(guó)做并行計(jì)算時(shí),年輕的Culler教授也在做并行計(jì)算系統(tǒng)的研究,而且也算是當(dāng)時(shí)頂級(jí)的并行計(jì)算專家,現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)他老先生又成了領(lǐng)導(dǎo)潮流的WSN專家,而且已經(jīng)桃李滿天下,Welsh教授就是Culler教授的學(xué)生。難怪筆者覺得“曾似相識(shí)”,現(xiàn)在WSN的研究就好象15年前學(xué)術(shù)圈里對(duì)并行計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)的研究一樣,提出了很多種技術(shù)架構(gòu),到頭來超級(jí)并行計(jì)算機(jī)還是“返樸歸真”,采用了最簡(jiǎn)單通用的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)。

  WSN的研究大多還專注于網(wǎng)絡(luò)底層(包括非IP協(xié)議的ZigBee、TinyOS和基于IP的6LoWPAN等),以及電源的持久性等問題,按照其目前的發(fā)展,筆者認(rèn)為WSN離真正的“物聯(lián)網(wǎng)”還很有一定距離,對(duì)像EPCGlobal中ONS和PML等物聯(lián)網(wǎng)層面的問題研究還不夠。

  另外,筆者認(rèn)為,WSN的研究者們太熱衷于無(wú)線技術(shù),忽略了感知層用有線現(xiàn)場(chǎng)總線和傳輸層用長(zhǎng)距離無(wú)線通信的組合。從實(shí)用和商業(yè)推廣的角度,這個(gè)組合早已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定和大規(guī)模應(yīng)用的水平。

  基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)

  業(yè)界認(rèn)同的M2M理念和技術(shù)架構(gòu)覆蓋的范圍應(yīng)該是最廣泛的,包含了EPCGlobal和WSN的部分內(nèi)容,也覆蓋了有線和無(wú)線兩種通信方式,一個(gè)典型的M2M系統(tǒng)由圖4所示的幾個(gè)部分組成。

圖4:典型的M2M系統(tǒng)

  M2M也覆蓋和拓展了工業(yè)信息化(兩化融合)中傳統(tǒng)的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)在工業(yè),建筑,能源,設(shè)施管理等領(lǐng)域和現(xiàn)在的M2M系統(tǒng)一樣,行使設(shè)備數(shù)據(jù)收集和遠(yuǎn)程監(jiān)控監(jiān)測(cè)的工作。乍一看,M2M和SCADA似乎是一樣的,但由于M2M基于互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù),有很多標(biāo)準(zhǔn)化的東西(如XML,WebServices/SOA等)做基礎(chǔ),它和傳統(tǒng)的SCADA是有區(qū)別的,好多SCADA系統(tǒng)基本上還基于陳舊的C/S架構(gòu)。

  M2M有如下圖所示的兩種業(yè)務(wù)模式。MVNO(移動(dòng)虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商)業(yè)務(wù)模式在中國(guó)還未形成(或政策不允許),但在美國(guó)早已經(jīng)存在,JasperWireless、Aeris等公司一直在做基于SaaS營(yíng)運(yùn)的M2M業(yè)務(wù)MVNO,也就是MMO(M2M Mobile Operator)。 由于M2M/智慧地球最近的發(fā)展催生了許多新的機(jī)遇,美國(guó)各大營(yíng)運(yùn)商如Verizon、ATT等以前都不直接做M2M業(yè)務(wù),最近都紛紛成立了M2M業(yè)務(wù)部門,直接開展M2M業(yè)務(wù),例如AT&T和Amazon合作直接支撐其Kindle電子閱讀器無(wú)線接入服務(wù)。結(jié)果迫使一些原來的MVNO成了MVNE,JasperWireless就是例子,ATT&T正好采用了JasperWireless平臺(tái)。

  在中國(guó),三大營(yíng)運(yùn)商從一開始就直接做M2M業(yè)務(wù),一開始就沒有MVNO生存的機(jī)會(huì),同方軟件專業(yè)做M2M軟件已有很多年,憑借多年M2M業(yè)務(wù)積累的優(yōu)勢(shì)成為了中國(guó)移動(dòng)公司M2M營(yíng)運(yùn)平臺(tái)的MVNE。.

  同樣,M2M的發(fā)展缺乏ONS和PML那樣的“物聯(lián)網(wǎng)”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和統(tǒng)一體系架構(gòu),雖然有一些像oBIX、BITXML、oMIX那樣的嘗試,但像ONS和PML那樣的統(tǒng)一的規(guī)范還未形成,還有很長(zhǎng)的路要走。

下期預(yù)告

  本期專欄概述了物聯(lián)網(wǎng)三類群體所對(duì)應(yīng)的典型應(yīng)用場(chǎng)景及其相應(yīng)的技術(shù)和業(yè)務(wù)模式。在下一期專欄中,周洪波將較詳細(xì)描述DCM三層架構(gòu)中感知層和傳感層的主要技術(shù)及其分類。

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計(jì)算機(jī)世界報(bào)



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