從電信運(yùn)營商角度看物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)和發(fā)展

1引言

2009年IBM智慧地球、歐盟行動(dòng)計(jì)劃和溫總理“感知中國”的提出將國內(nèi)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)（Internetofthings）的關(guān)注推向了前所未有的高度，其他與之相關(guān)的名詞，如泛在網(wǎng)（ubiquitousnetwork）、傳感網(wǎng)（sensor network）、M2M（machine to machine，即機(jī)器到機(jī)器的通信）等也越來越頻繁地出現(xiàn)，和物聯(lián)網(wǎng)一起成為熱門概念。究竟什么是物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)帶來了怎樣的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，本文從電信運(yùn)營商角度，分析、探討對(duì)物聯(lián)網(wǎng)整個(gè)體系架構(gòu)的理解，對(duì)物聯(lián)發(fā)展趨勢(shì)的看法以及在這樣的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)背景下，作為電信運(yùn)營商的發(fā)展機(jī)會(huì)和應(yīng)對(duì)策略。

2物聯(lián)網(wǎng)概念辨析

物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的，當(dāng)時(shí)它的定義很簡單：把所有物品通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。這里包含兩個(gè)重要的觀點(diǎn)：一是物聯(lián)網(wǎng)要以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)發(fā)展起來；二是RFID是實(shí)現(xiàn)物品與物品連接的主要手段。然而，從現(xiàn)在來看，射頻識(shí)別技術(shù)只是實(shí)現(xiàn)物品與物品連接的手段之一，這種連接具有以單向?yàn)橹�、不具備組網(wǎng)能力等局限性，因此，現(xiàn)在對(duì)物品與物品連接的普遍理解需要更多地借助無線傳感網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

泛在網(wǎng)也被稱作無所不在的網(wǎng)絡(luò)，最早見于施樂首席科學(xué)家MarkWeiser在1991年“21世紀(jì)的計(jì)算”文章中提出的UbiquitousComputing，因此泛在網(wǎng)概念的提出比物聯(lián)網(wǎng)更早一些，而且國際上研究Ubiquitous的人也更加多一些，已經(jīng)有一定的積累。2004年，日本提出了U-Japan、韓國提出了U-Korea的國家信息化發(fā)展計(jì)劃。對(duì)誰最先提出的泛在網(wǎng)概念目前還有爭議，日本學(xué)者認(rèn)為泛在網(wǎng)是他們最先提出的概念。泛在網(wǎng)將4A作為其主要特征，即可以實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間（Anytime）、任何地點(diǎn)（Anywhere）、任何人（Anyone）、任何物（Anything）都能方便地通信，因此其在內(nèi)涵上更多的是以人為核心，關(guān)注可以隨時(shí)隨地地獲取各種信息，幾乎包含了目前所有的網(wǎng)絡(luò)概念和研究范疇。

傳感網(wǎng)是指“隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點(diǎn)，通過自組織的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)”�，F(xiàn)在談到的傳感網(wǎng)，一般指的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)格來說應(yīng)當(dāng)稱為wirelesssensornetwork（WSN）。傳感網(wǎng)實(shí)際上由傳感器＋短距離傳輸模塊共同構(gòu)成。傳感器種類非常多，常見的有溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、振動(dòng)傳感器、位移傳感器、角度傳感器等，據(jù)說傳感器的種類有3萬余種。目前我國從信息化發(fā)展新階段的角度提出傳感網(wǎng)，其研究和探討的重點(diǎn)其實(shí)并不是傳感器本身，而是聚焦在通過各種低功耗、短距離無線傳輸技術(shù)構(gòu)成自組織網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)。

從電信運(yùn)營商角度，關(guān)注得最早也關(guān)注得最多的其實(shí)就是M2M，例如，中國移動(dòng)，在2004年就開始開發(fā)M2M業(yè)務(wù)，國外的電信運(yùn)營商，如Oragne、Sprint、DoCoMo都推出了M2M業(yè)務(wù)，尤其挪威電信，M2M業(yè)務(wù)量占到其業(yè)務(wù)總量的40％。“M2M是物聯(lián)網(wǎng)的雛形，是物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)階段的主要形式”是目前電信運(yùn)營商普遍認(rèn)可的觀點(diǎn)。

這幾種概念之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以用圖1來大概表示。

無論是物聯(lián)網(wǎng)還是泛在網(wǎng)、M2M，其實(shí)都不是一種全新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，更不是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的顛覆，它是在綜合利用現(xiàn)有的各種技術(shù)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，涵蓋了軟件、通信、智能計(jì)算、自動(dòng)控制等各領(lǐng)域，是跨學(xué)科的綜合應(yīng)用。

3對(duì)物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)的認(rèn)識(shí)和探討

在業(yè)界，物聯(lián)網(wǎng)大致被公認(rèn)為有3個(gè)層次，從下到上依次是感知層、傳送層和應(yīng)用層。如果拿人來比喻的話，感知層就像皮膚和五官，用來識(shí)別物體，采集信息，傳送層則是神經(jīng)系統(tǒng)，將信息傳遞到大腦進(jìn)行處理，人能從事各種復(fù)雜的事情，這就是各種不同的應(yīng)用，如圖2所示。

感知層：感知層包括傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及數(shù)據(jù)接入到網(wǎng)關(guān)之前的傳感器網(wǎng)絡(luò)。例如RFID標(biāo)簽和用來識(shí)別RFID信息的掃描儀、視頻采集的攝像頭、各種傳感器以及由短距離傳輸技術(shù)組成的無線傳感網(wǎng)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，RFID技術(shù)、傳感和控制技術(shù)、短距離無線通信技術(shù)是感知層涉及的主要技術(shù)，其中又包括芯片研發(fā)、通信協(xié)議研究、RFID材料、智能節(jié)點(diǎn)供電等細(xì)分領(lǐng)域。

傳送層：傳送層是在現(xiàn)有通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立起來的，綜合使用2G/3G、有線寬帶、PSTN、Wi-Fi通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有線與無線的結(jié)合、寬帶與窄帶的結(jié)合、感知網(wǎng)與通信網(wǎng)的結(jié)合。傳送層中的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)包括傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策和行為的理論和技術(shù)。云計(jì)算平臺(tái)作為海量感知數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析平臺(tái)，將是物聯(lián)網(wǎng)傳送層的重要組成部分，也是應(yīng)用層眾多應(yīng)用的基礎(chǔ)。

應(yīng)用層：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供豐富的特定服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可分為監(jiān)控型（物流監(jiān)控、污染監(jiān)控）、查詢型（智能檢索、遠(yuǎn)程抄表）、控制型（智能交通、智能家居、路燈控制）、掃描型（手機(jī)錢包、高速公路不停車收費(fèi)）等。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目的，軟件開發(fā)、智能控制技術(shù)將會(huì)為用戶提供豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。各種行業(yè)和家庭應(yīng)用的開發(fā)將會(huì)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的普及，也將給整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈帶來利潤。

圖3所示是物聯(lián)網(wǎng)的整體架構(gòu)，包括感知層、傳送層和應(yīng)用層，還可以進(jìn)一步細(xì)分成感知設(shè)備、接入單元、接入網(wǎng)絡(luò)、中間件和應(yīng)用。