1.3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用框架模型

1.3.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特點

目前，雖然對物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個統(tǒng)一的標準定義，但從物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上看，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應(yīng)用與技術(shù)提升，是將各種信息感知技術(shù)、下一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能與自動化技術(shù)的聚合與集成應(yīng)用，可使人與物、物與物之間通過互聯(lián)網(wǎng)建立智能化的聯(lián)系和對話，創(chuàng)造一個智慧的網(wǎng)絡(luò)空間，并作用于行為控制與管理決策。物聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)與應(yīng)用層面具有以下特點。

1.經(jīng)濟發(fā)展跨越化

物聯(lián)網(wǎng)可助推經(jīng)濟發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。經(jīng)歷了2008年全球金融危機的沖擊，越來越多的人認識到了轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的重要性。國民經(jīng)濟必須從勞動密集型向知識密集型轉(zhuǎn)變，從資源浪費型向環(huán)境友好型轉(zhuǎn)變。新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命是解決經(jīng)濟危機的最佳手段。例如，以物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)革命，曾讓美國經(jīng)濟走出衰退，進入了新的歷史階段。目前，人們都看好以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新興產(chǎn)業(yè)，相信它會成為新的經(jīng)濟增長點。在這樣的背景條件下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有望成為引領(lǐng)經(jīng)濟跨越化發(fā)展的重要動力。

2.感知識別普適化

作為物聯(lián)網(wǎng)的末梢，自動識別和傳感網(wǎng)技術(shù)近年來飛速發(fā)展，應(yīng)用廣泛。仔細觀察就不難發(fā)現(xiàn)，人們的衣食住行都折射出感知識別技術(shù)的發(fā)展，無所不在的感知與識別技術(shù)已將物理世界信息化，使傳統(tǒng)意義上分離的物理世界和信息世界實現(xiàn)了高度融合。

3.異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)化

盡管軟件平臺和硬件平臺千差萬別，各種異構(gòu)設(shè)備，即不同型號和類別的RFID標簽、傳感器、手機和筆記本電腦等，利用衛(wèi)星通信模塊和標準通信協(xié)議，構(gòu)建成自組織網(wǎng)絡(luò)；但在此基礎(chǔ)上，運行不同協(xié)議的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間卻通過“網(wǎng)關(guān)”互聯(lián)互通，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)之間信息的共享和融合。

4.聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模化

物聯(lián)網(wǎng)時代的一個重要特征是“物品觸網(wǎng)”，即每一件物品均具有通信功能，成為網(wǎng)絡(luò)終端。據(jù)預(yù)測，未來5～10年內(nèi)，聯(lián)網(wǎng)終端的規(guī)模有望突破百億件大關(guān)。

5.管理調(diào)控智能化

物聯(lián)網(wǎng)可將大規(guī)模數(shù)據(jù)高效、可靠地組織起來，為上層行業(yè)應(yīng)用提供智能的支撐平臺。數(shù)據(jù)存儲、組織以及檢索成為行業(yè)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施。與此同時，各種決策手段（包括運籌學理論、機器學習、數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)及優(yōu)化算法等）廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。

6.應(yīng)用服務(wù)鏈條化

鏈條化是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要特點。以工業(yè)生產(chǎn)為例，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)覆蓋從原材料引進、生產(chǎn)調(diào)度、節(jié)能減排、倉儲物流，到產(chǎn)品銷售、售后服務(wù)等各個環(huán)節(jié)，成為提高企業(yè)整體信息化程度的有效途徑。與此同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在一個行業(yè)的應(yīng)用也將帶動與該行業(yè)相關(guān)的上下游產(chǎn)業(yè)，最終服務(wù)于整個產(chǎn)業(yè)鏈。

1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式

目前的物聯(lián)網(wǎng)項目規(guī)模一般都還比較小，也沒有完全實現(xiàn)信息的開放和共享。在市場方面，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用項目還都是局部的，商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要市場的推動。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的四大關(guān)鍵領(lǐng)域是：① RFID領(lǐng)域，② 傳感網(wǎng)領(lǐng)域，③ m2M領(lǐng)域，④ 兩化融合領(lǐng)域（工業(yè)化與信息化），如圖1.6所示。目前，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要分為基于RFID、基于WSN以及基于M2M的三類模式。

1.基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式

電子標簽可能是三類技術(shù)體系中，能夠把“物”改變成為智能物件的最靈活的一種技術(shù)體系。它的主要應(yīng)用是把移動的和非移動的資產(chǎn)貼上標簽，以便實現(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。雖然它比條碼等技術(shù)的自動化程度高，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)的范疇。Auto-ID中心的EPC Global體系針對的是所有可電子化的編碼方式，而不只是針對RFID。RFID只是編碼的一種載體，EPC Global提出了Auto-ID系統(tǒng)的五大技術(shù)組成，它們分別是EPC（電子產(chǎn)品碼）標簽、RFID標簽閱讀器、ALE中間件（實現(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）。

ONS（Object Name Service，對象命名服務(wù)）主要處理電子產(chǎn)品碼與對應(yīng)的EPCIS信息服務(wù)器地址的查詢和映射，類似于互聯(lián)網(wǎng)中已經(jīng)很成熟的域名解析服務(wù)（DNS）。在設(shè)計ONS規(guī)范時，EPC Global組織要求必須結(jié)合現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)規(guī)范進行，于是ONS基本上是按DNS原理實現(xiàn)的，甚至采用了DNS現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施。現(xiàn)今全球的ONS服務(wù)也是由EPC Global委托世界最大的DNS營運商VeriSign進行營運的。

EPC（產(chǎn)品電子碼）識別的只是“標簽”，所有關(guān)于產(chǎn)品有用的信息都用一種新型的標準的PML語言——實體標識語言（Physical Markup Language）來描述，PML的作用類似于互聯(lián)網(wǎng)中的基本語言HTM。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)）。基于ONS和PML，企業(yè)對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。

2.基于WSN的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式

當人們談?wù)搨鞲芯W(wǎng)絡(luò)時，一般主要是指無線傳感網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN），此外還有視覺傳感網(wǎng)（Visual Sensor Network，VSN）和人體傳感網(wǎng)（Body Sensor Network，BSN）等其他傳感網(wǎng)，這里主要討論WSN。WSN由分布在自由空間里的一組“自治的”無線傳感器組成，共同協(xié)作完成對特定周邊環(huán)境狀況，包括溫度、濕度、化學成分、壓力、聲音、位移、振動、污染顆粒等的監(jiān)控。WSN中的一個結(jié)點（或叫Mote）一般由1個無線收發(fā)器、1個微控制器和1個電源組成，所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)為自治重構(gòu)（Ad-Hoc或Self-Configuring）網(wǎng)絡(luò)，包括無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（Mesh Networks）和移動自重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（MANET）等。

目前，WSN是計算機和通信專業(yè)學者一個非常活躍的研究領(lǐng)域。十多年前，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)收益甚微，因此大企業(yè)已經(jīng)基本不再對純WSN研究進行投入，純WSN的研究主要集中在大學和研究機構(gòu)。哈佛大學Welsh教授認為，目前企業(yè)和研究機構(gòu)對WSN的關(guān)注點完全不一樣，企業(yè)能賺錢的WSN技術(shù)對研究人員來說太簡單，算不上成果，而研究機構(gòu)做的東西離實用差距又太遠。波士頓市的基于哈佛WSN先進技術(shù)的CitySense計劃（“感知波士頓”）是一個失敗的例子，而美國Oklahoma市采用的更簡單、成熟技術(shù)的MicroCAST計劃卻獲得了成功。

目前，關(guān)于WSN的研究大多還只專注于網(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。另外，WSN的研究者們太熱衷于無線技術(shù)，忽略了感知層用有線現(xiàn)場總線和傳輸層用長距離無線通信的組合。從實用和商業(yè)推廣的角度看，這一組合早已達到了穩(wěn)定和大規(guī)模應(yīng)用的水平。到目前為止，WSN研究最成功的成果，可能要數(shù)加州大學伯克利分校Culler教授研究小組提出的Mote概念和他們研制成功的Mote結(jié)點產(chǎn)品。該研究小組的相關(guān)成員2003年在硅谷成立了一個名為MoteIV的公司，銷售Mote產(chǎn)品和推廣WSN應(yīng)用，后來因經(jīng)營狀況不好而改名為Sentilla，也不再以WSN業(yè)務(wù)為主。按照目前的發(fā)展，本書認為WSN離真正的“物聯(lián)網(wǎng)”還有一定距離，對類似EPC Global中的ONS和PML等物聯(lián)網(wǎng)層面的問題研究還遠遠不夠。

3.基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式

M2M理念及其技術(shù)架構(gòu)覆蓋的范圍應(yīng)該是最為廣泛的，其中不僅包含了EPC Global和WSN的部分內(nèi)容，也覆蓋了有線和無線兩種通信方式。同時，M2M還覆蓋和拓展了工業(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、能源和設(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)收集和遠程監(jiān)控監(jiān)測的工作。所以，從表面上看，M2M和SCADA似乎是一樣的。然而由于M2M是一種基于互聯(lián)網(wǎng)等的新技術(shù)，以很多標準化的東西（如XML，Web Services/SOA等）作為基礎(chǔ)，所以它和傳統(tǒng)的SCADA是有區(qū)別的，許多SCADA系統(tǒng)基本上還是基于陳舊的C/S架構(gòu)。

M2M有兩種業(yè)務(wù)模式：MVNO（移動虛擬網(wǎng)絡(luò)運營商）業(yè)務(wù)模式和MVNE（移動虛擬網(wǎng)絡(luò)提供商）業(yè)務(wù)模式。MVNO業(yè)務(wù)模式在中國還未形成（或政策不允許），但在美國卻早已存在。例如，JasperWireless、Aeris等公司一直在做基于SaaS營運的M2M業(yè)務(wù)MVNO，也就是MMO（M2M Mobile Operator）。M2M/智慧地球最近的發(fā)展催生了許多新的機遇，以前不直接做M2M業(yè)務(wù)的美國各大營運商，如Verizon、AT&T等，最近紛紛成立了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電子閱讀器的無線接入服務(wù)。結(jié)果迫使一些原來的MVNO成了MVNE，JasperWireless就是其中的一個例子，AT&T采用的就是JasperWireless平臺。在我國，三大電信營運商從一開始就直接做M2M業(yè)務(wù)，因此沒有MVNO生存的機會。同方軟件專業(yè)做M2M軟件已有多年，憑借多年在M2M業(yè)務(wù)中積累的優(yōu)勢成為中國移動通信公司M2M營運平臺的MVNE。