物联网技术导论(6)

2019-02-17 17:09

发,在旅游景区、展览馆、博物馆的应用以及在出口商品质量追溯与监管中的应用等7个课题。

铁道部RFID应用已基本涵盖了铁路运输的全部业务。截至2008年底,在全国铁路1.7万台机车和70.8万辆货车上安装了电子标签,在机务段、局分界站、编组站、区段站、大型货运站、车辆段(厂)安装了地面识别设备2000多套,并开发了综合应用系统,实现了对铁路列车、机车、货车的实时追踪。

卫生部RFID主要应用领域有卫生监督管理、医保卡、检验检疫等,已完成了\国家牛肉质量追溯系统建设,正在合作开发、建设冷链物流(冷鲜水产品及出口菌菇)示范项目,并在食品药品安全监管,医院对病人、医疗器械、药品及病源的实时动态及可追溯管理,以及电子病历与健康档案管理等方面开展了试点工作。

交通运输行业在高速公路不停车收费、多路径识别、城市交通一卡通等智能交通领域也有所突破,如厦门路桥管理公司在不停车收费系统中应用RFID技术发行RFID电子标签共20万张;广东联合电子收费公司自2004年起建立不停车收费系统,发行16万张RFID电子标签;中集、中远公司则在车辆、集装箱、货物、堆场等运输物流领域的管理方面建立了RFID应用示范点。

由此可见,国内物联网产业链和应用范围不断得到扩大和拓展,并主要呈现以下趋势: (1)集电子产业、软件业、通信运营业、信息服务业和面向行业的应用与系统集成中心等于一体的完整产业链正在逐步形成。

(2)应用试点向行业规模化应用拓展,跨行业和地区的综合性应用正逐步启动。 (3)应用功能以目前的身份识别、电子票证为主逐渐向物品识别过渡,如向资产管理、食品药品安全监管、电子文档、图书馆、仓储物流等物品识别拓展;应用频率以低、高频为主逐渐向超高频和微波过渡,即从低高频的门禁、二代身份证应用逐步向高速公路不停车收费、交通车辆管理等超高频应用拓展。

(4)RFID与新技术的融合将会衍生出更多的商业模式,如手机移动支付将会是未来RFID最大的市场,利用RFID进行人与物的实时定位也将会成为未来的主流应用之一。

(5)RFID以及传感技术的发展使得社会公共管理呈现出管理智能化、物流可视化、信息透明化的发展趋势。

1.4.3 物联网发展面临的问题

1.4.3 物联网发展面临的问题 1.技术标准问题

标准是一种交流规则,关系着物联网物品间的沟通。物联网的发展必然涉及通信的技术标准,各国存在不同的标准,因此需要加强国家之间的合作,以寻求一个能被普遍接受的标准。但是,各类层次通信协议标准如何统一则是一个十分漫长的过程。以RFID标准为例,虽已提及多年,但至今仍未有统一说法,这正是限制中国RFID发展的关键因素之一。物联网的各类技术标准与之相似,因此有待中国、日本、美国及欧洲发达国家共同协商,其发展之路仍很漫长。

2.协议与安全问题

物联网是互联网的延伸,在物联网核心层面是基于TCP/IP,但在接入层面,协议类别包括GPRS、短信、TD-SCDMA、有线等多种通道,需要一个统一的协议。

与此同时,物联网中的物品间联系更紧密,物品和人也连接起来,使得信息采集和交换设备大量使用,数据泄密也成为了越来越严重的问题。如何实现大量的数据及用户隐私的保护,成为亟待解决的问题。

3.终端与地址问题

物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能,且不同行业需求各异,如何满足终端产品的多样化需求,对运营商来说是一大挑战。

另外,每个物品都需要在物联网中被寻址,因此物联网需要更多的IP地址。IPv4资源即将耗尽,IPv6是满足物联网的资源。但IPv4向IPv6过渡是一个漫长的过程,且存在与IPv4的兼容性问题。

4.费用与规模化问题

要实现物联网,首先必须在所有物品中嵌入电子标签等存储体,并需要安装众多读取设备和庞大的信息处理系统,这必然导致大量的资金投入。因此,在成本尚未降至能普及的前提下,物联网的发展将受到限制。已有的事实均证明,在现阶段物联网的技术效率并没有转化为规模的经济效率。例如,智能抄表系统能将电表的读数通过商用无线系统(如GSM短消息)传递到电力系统的数据中心,但电力系统仍没有规模使用这类技术,原因在于这类技术没有经济效率。

为了提高效率,规模化是运营商业绩的重要指标,终端的价格、产品多样性、行业应用的深度和广度都会对用户规模产生影响,如何实现规模化是有待商讨的问题。

5.商业模式与产业链问题

物联网的产业化必然需要芯片商、传感设备商、系统解决方案商、移动运营商等上下游厂商的通力配合,而在各方利益机制及商业模式尚未成型的背景下,物联网普及仍相当遥远。

物联网所需的自动控制、信息传感、射频识别等上游技术和产业已成熟或基本成熟,而下游的应用也以单体形式存在。物联网的发展需要产业链的共同努力,实现上下游产业的联动,跨专业的联动,从而带动整个产业链,共同推动物联网发展。

6.配套政策和规范的制定与完善

物联网的实现并不仅仅是技术方面的问题,建设物联网的过程中将涉及许多规划、管理、协调、合作等方面的问题,还涉及个人隐私保护等方面的问题,这就需要有一系列相应的配套政策和规范的制定与完善。

1.4.4 物联网的未来

1.4.4 物联网的未来

物联网被很多国家称为信息技术革命的第三次浪潮,有专家预言:未来10年间,物联网一定会像现在互联网一样高度普及。物联网的产业链大致可分为3个层次:首先是传感网络,以二维码、RFID、传感器为主,实现\物\的识别;其次是传输网络,通过现有的互联网、广电网络、通信网络或者未来的NGN(Next Generation Network,下一代网络),实现数据的传输与计算;三是应用网络,即输入输出控制终端,可基于现有的手机、PC等终端进行。

美国权威咨询机构Forrester预测,到2020年全球物联网的业务,和人与人通信的业务相比,将达到30:1,仅仅是在智能电网和机场防入侵系统方面的市场就有上千亿元。因此,物联网被称为是下一个万亿级的信息技术产业。在国内市场,根据预测,仅2009年RFID市场规模就达到50亿元,年复合增长率为33%,其中电子标签超过38亿元,读写器接近7亿元,软件和服务达到5亿元。由此催生的电信、信息存储处理、IT服务整体解决方案等市场,更是潜力惊人。目前,我国已经形成一定的市场规模,物联网技术已经应用在公共安全、城市管理、环境监测、节能减排、交通监管等领域,尤其是在2009年物联网受到业界前所未有的重视,引发了一波产业热潮。我国无锡、北京等地已经开始重点布局,积极推动行业应用,建设示范工程和示范区。2010年预计会有更多的城市开始布局,市场规模将有大幅度增长。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。在物联网普及后,用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量,将大大推进信息技术元件的生产,增加大量的就业机会。

由此显示出,物联网的发展给我国带来新的机遇,而且物联网的发展可能会引发整个信息领域重新洗牌的机会。如果能够抓住这个机会,将改变我国在前两次信息革命浪潮中落后的局面。令人欣慰的是,在世界传感网领域我国已成为国际标准制定的主导国之一,我国向国际标准化组织提交的多项标准提案已被采纳。

1.5.1 物联网及其服务类型1.5 物联网的体系框架 1.5.1 物联网及其服务类型 由于物联网应用的专属性,其种类千差万别,分类方式也有不同。例如,类似于计算机网络,物联网可划分为专用网络和公众网络。公众物联网是指为满足大众生活和信息的需求提供的物联网服务;而专用物联网就是满足企业、团体或个人特色应用需求,有针对性地提供的专业性的物联网业务应用。专用物联网可以利用公众网络(如Internet)、专网(局域网、企业网络或移动通信互联网中公用网络中的专享资源)等进行信息传送。按照接入方式可分为简单接入和多跳接入两种;按照应用类型可分为数据采集、自动控制、定位等多种,如表1.1所示。 表1.1 物联网分类方式举例 分类方式 接入方式 类 型 简单接入 多跳接入 公众物联网 专用物联网 数据采集应用 应用类型 自动化控制应用 定位型应用 日常便利性应用 按照应用主要的功能类型进行划分 说 明 对于某个应用,这两个方式可以混合使用 从承载的类型区分,不同 的网络将影响到用户的使用服务 网络类型 根据物联网自身的特征,物联网应该提供的服务包括5类: (1)联网类服务:物品标识、通信和定位; (2)信息类服务:信息采集、存储和查询;

(3)操作类服务:远程配置、监测、远程操作和控制;

(4)安全类服务:用户管理、访问控制、事件报警、入侵检测和攻击防御; (5)管理类服务:故障诊断、性能优化、系统升级和计费管理服务。

以上介绍的通用物联网的服务类型集合,在实际设计中可以根据不同领域的物联网应用需求,针对以上服务类型进行相应的扩展或裁剪。物联网的服务类型是设计、验证物联网体系结构与物联网系统的主要依据。

1.5.2 物联网的节点和互联类型

1.5.2 物联网的节点和互联类型

为了构建物联网,首先需要划分物联网中网络节点的类型。物联网节点可以分成无源CPS节点、有源CPS节点、互联网CPS节点等,其特征可从电源、移动性、感知性、存储能力、计算能力、联网能力以及连接能力等几个方面进行描述,具体描述如表1.2所示。 表1.2 物联网节点类型与特征 节点类型 无源CPS 电源 移动性 感知性 存储能力 计算能力 联网能力 连接能力 1.无源CPS节点

无源CPS节点就是具有电子标签的物品,这是物联网中数量最多的节点。例如,携带电子标签的人可以成为一个无源CPS节点。无源CPS节点通常不带电源,可以具有移动性,具有被感知能力和少量的数据存储能力,不具备计算和联网能力,提供被动的T2T连接。

2.有源CPS节点

有源CPS节点具备感知、联网和控制能力的嵌入式系统,这是物联网的核心节点。例如,装备了可以传感人体信息的穿戴式电脑的人可以成为一个有源CPS节点。有源CPS带有电源,可以具有移动性、感知、存储、计算和联网能力,提供T2T、H2T、H2H连接。

3.互联网CPS节点

互联网CPS节点具备联网和控制能力的计算系统,这是物联网的信息中心和控制中心,例如具有物联网安全性、可靠性要求的,能够提供时间和空间约束服务的互联网节点就是一个互联网CPS节点。互联网CPS节点不是一般的互联网节点,它是属于物联网系统中的节点,采用了互联网的联网技术相互连接,但具有物联网系统中特有的时间和空间的控制能力,配备了物联网专用的安全性和可靠性的控制体系。互联网CPS节点具有不间断电源,不具备移动性,可以具有感知能力,具有较强的存储、计算和联网能力,可提供H2T、H2H连接。

根据以上物联网节点的分类,节点之间可能存在的连接类型包括无源CPS节点与有源CPS节点,有源CPS与有源CPS节点,以及有源CPS节点与互联网CPS节点之间的连接。无源CPS节点与有源CPS节点互连结构如图1.4所示,两者通过物理层协议连接(如通过RFID协议),有源CPS可以获取无源CPS节点上电子标签的信息。

无 有 被感知 无 无 无 T2T 有源CPS 有 可有 感知 有 有 有 T2T,H2T,H2H 互联网CPS 不间断 无 感知 强 强 强 H2T,H2H


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