物联网的业务及关键技术

基金项目：国家重大专项(2009ZX03004-002)

1 物联网的发展
    物联网的概念由MIT(美国麻省理工学院)的Kevin Ashton 1999年提出，它的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。而在这之前，1995年出版的《未来之路》[1]中，就金融、物流、零售、能源、军事等方面首次描述物联网的应用场景。

    而最近，随着美国、欧洲、日本、韩国等国在“物联网”相关项目上的进一步投入，物联网在全球迅速发展。美国的智慧地球计划准备在智能电网和信息化医疗项目上投入300亿美元；欧洲提出i2010的政策，旨在通过更广泛的使用来提高经济效率并促进信息与通信技术(ICT)的发展。通过实施i2010，欧盟希望提高经济竞争力，并使欧盟各国的生活质量得到提高，减少社会问题，帮助民众建立起对未来泛在社会的“智能环境”的信任感；日本在EJapan和U-Japan计划基础上又提出i-Japan计划；韩国也提出了新的物联网计划。在中国，2009年8月，温家宝总理提出“感知中国”概念，在中国政府推动下，物联网产业在中国也得到极大发展。

1.1 物联网发展的推动力
    首先，物联网的发展是使用信息技术更好的为服务社会的一种必然。现代社会发展在能源、交通、物流、金融等方面都遇到了发展的“瓶颈”，又在健康、医疗、服务等方面面对着人们的直接需求。选择信息技术，通过更智能的终端、覆盖更全面的网络、提供更良好的服务来解决经济发展、社会发展问题，提高人民生活水平，是人们对信息技术普遍信任的自然选择。

    其次，物联网也是政府寻找新的经济增长点的努力方向，克林顿时代提出的“信息高速公路计划”，克林顿的10年是美国经济高速发展的10年，奥巴马的“智慧地球”很难说和“信息高速公路计划”没有瓜葛。在中国，物联网是信息化促进工业化的具体实施方式；再看看欧洲、日本、韩国，其物联网计划都有政府的影子。

    第三，物联网的发展也是电信行业发展逐渐饱和后，寻求新突破点的方向。在国际上，很多欧洲国家的移动用户覆盖率已经达到100%了，要进一步发展，必须有进一步发展的土壤，当人与人之间的通信基本达到饱和，人与物的通信、物与物的通信就必然被提出，物联网是电信行业发展的新舞台。

    物联网发展具有强大的推动力的同时，也面临着一些影响因素。

1.2 影响物联网发展的因素
    首先，影响物联网发展的重要因素应该是行业的壁垒，现在物联网的主要推动者是电信服务运营商，电信服务运营商纷纷制订雄心勃勃的物联网发展计划，中国移动认为：物联网应用将在：电力、交通、企业安防、智能家居等方面吸引1亿用户。俗话说：隔行如隔山。不同行业之间存在的技术壁垒，不同行业在各自发展的历史中形成了各自产业链上的各个环，打破这种链条环非常困难。

    其次，在技术层面上也存在着一定的困难，现在各个应用差别巨大，很难形成统一的业务提供平台；同时，不同的行业和不同的应用对终端、服务的要求差别很大，例如：工业控制上对终端有更多要求；另外，现在涉及的标准众多，规范不一致，例如：在接入部分就涉及有线、无线的差别，无线又有电路交换(CS)和分组交换(PS)的差别，又存在不同的标准体系的差别。在物联网终端和传感器，或者传感器网络对接中，情况将更为复杂。

    第三，规模是否能够支撑整个产业链，现在物联网服务的使用行业对物联网的热情还没有起来，整个产业规模是否能够支撑整个产业链的发展，也是一个疑问。

2 物联网的主要业务
    目前可以纳入物联网范围的应用很多，分类方式也很多，大致按照技术特征可以大致把物联网的业务分为4类，分别是：身份相关业务[2]、信息汇聚型业务、协同感知类业务、泛在服务[3]。

    现在业界有一种认识，认为从信息汇聚，到协同感知，再到泛在聚合是物联网的必然发展趋势，但是并不是所有物联网的业务都会发展到泛在聚合的阶段。很多应用和服务只要求信息汇聚，但是这些信息是封闭的、机密的、只对小部分群体有效，这种服务和应用在现实中很难实现泛在汇聚。

2.1 身份相关业务
    身份相关业务类应用主要是利用射频标志(RFID)、二维码、条码等可以标志身份的技术，并基于身份所提供的各类服务，如图1所示。

    按照终端是去识别其他身份信息，还是被识别可以分为主动模式和被动模式，按照服务是提供给个人还是提供给企业，又可以分为个人应用和企业业务两大类。

    对于不同的应用实现的方式可能各有不同，图2所示是基于标签的信息获取类服务的一个基本原理图。
一般方法是：在物上贴上RFID标签，读写设备通过读取RFID标签中的信息，尤其是ID信息，通过这个ID信息向物联网名称解析服务器请求以获取该ID所对应的进一步详细信息的统一资源标志符(URI)，读写设备通过这个统一资源标志符进行进一步的信息获取。

2.2 信息汇聚型业务
    信息汇聚型业务主要是有物联网终端采集、处理、经通信网络上报数据，由物联网平台处理，提交给具体的应用和服务，由物联网平台统一对物联网终端、数据、应用和服务，以及第三方进行统一管理。具体的应用类型，如自动抄表、电梯管理、物流、交通管理等。

    信息汇聚型业务的具体架构如图3所示[4]。

    整个系统主要由机器到机器(M2M)终端、网络、平台、应用以及运营系统构成，图3中的通信网络是用移动通信网络进行说明的，固网也可以作为其数据传送通道。移动通信网络是信息传送的载体，可以采用各种通信方式进行传送，如：短信、彩信、IP等。

    在架构中，如果进一步考虑适应不同的网络、考虑接入更大终端数量，以及便于将物联网服务更便利地提供给企业用户，可以分别考虑引入物联网接入网关设备和物联网应用行业网关设备，接入网关设备可以支持物联网终端的汇聚和对不同网络的支持，尤其对网络地址转换(NAT)穿越的支持；行业网关设备将物联网服务或者服务的接口，以行业网关方式提供给企业，有点类似现在的短信网关之类的设备。

    更详细的平台功能如图4所示[4]。

2.3 协同感知型业务
    在信息汇聚型业务中，物联网的终端只要接受物联网平台管理，执行数据采集、简单处理、上报、接受管理等功能，物联网的终端之间不需要进行通信。

    随着物联网的发展，物联网应用应该能够担负起更为重要的任务更为复杂的业务和服务。这类服务需要物联网终端之间、物联网终端和人之间执行更为复杂的通信，同时，这种通信能力在可靠性、时延等方面可能有更高要求，对物联网终端的智能化要求也更为突出，这样，才能满足协同处理的要求。

    这类应用非常具体的内容，如应用场景、需求、架构、通信协议之类，现在还没有深入研究，但从长远来看，协同感知类业务是物联网发展的趋势。

2.4 泛在服务
    泛在服务以无所不在、无所不包、无所不能为基本特征，以实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信为目标，是人类通信服务的极致。

    未来的泛在服务会不会以互联网为载体？通过将现实世界中的“物”的信息融入到互联网上，让“物”通过互联网更好地被更多的用户所共享，这不仅是物联网的飞跃，也是互联网的一个重要发展。同时，在可管可控的电信网络中，也将“物”纳入统一管理，支持物与人、物与物之间的直接通信，支持更广泛范围内的信息共享，电信网和物联网的融合也将是一个重要方向。

    在电信网范围内对这方面的研究还很少，2009年9月，ITU-T通过了Y.2002(Y.NGN-UbiNet)[5]，这也是对泛在网络的一个初步研究，给出了泛在网的愿景。

    “5C+5Any”是泛在网络的关键特征，5C分别是：融合、内容、计算、通信、连接；5Any分别是：任意时间、任意地点、任意服务、任意网络、任意对象。

    总体含义是：通过底层的全连通的、可靠的、智能的网络，以及融合的内容技术、微技术和生命技术，将通信服务扩展到教育、智能建筑、供应链、健康医疗、日常生活、灾害管理、安全服务、运输等行业，并为人们提供更好的服务，让人们享受信息通信的便利，让信息通信改变人们的生活，更好的服务于人们的生活。

3 物联网主要业务分别涉及的关键技术
    从上面所述，基本已经明确了实现物联网服务主要涉及的关键技术：传感器技术、传感器网络技术、传感网络相关的通信技术、通信网络技术、物联网平台技术，以及他们之间的结合技术。

    传感器负责物联网信息的采集是实现对现实世界感知的基础，是物联网服务和应用的基础。由于各种传感器，如温度、压力、速度、湿度、高度、视频、图像、位置等的不同传感器所提供的信息接口存在巨大差异，是对物联网终端规模化的最大挑战。

    传感器网络的研究很丰富，针对传感器网络的特性形成了一套完整的物理层、链路层、网络层规范，但缺乏大规模应用[6]。传感网络相关通信技术，常见的有蓝牙、IrDA、Wi-Fi、ZigBee、RFID、UWB、NFC、WirelessHart等。传感网络将会向下一代IP网络演进，比如IPv6，同时，传感器终端也有更智能化的趋势，传感网智能性主要体现在IP化、功耗低、体积小、信息双向传递、免人工维护等特性。

    通信网络技术为物联网数据提供传送通道，如何在现有网络上进行增强，适应物联网业务需求(低数据率、低移动性等)，是现在物联网研究的重点。

    物联网平台技术主要是和物联网终端之间，以及现有网络、系统间进行配合，以提供物联网能力给不同的物联网应用，在网络架构上，需要考虑一个能适合多个行业应用的统一业务平台，为跨行业的统一信息服务提供支撑，尤其是随着物联网的进一步发展，发展到协同感知，甚至泛在服务的阶段后，必然需要考虑更为有效的物联网架构、名址、路由、通信协议。

4 结束语
    物联网的发展是社会前进的必然，拥有着美好的前景，但在发展的道路上，也必将面临多个困难，这些困难有技术上的，更有产业链上的，如何克服这些困难，需要全社会在物联网业务模式和关键技术上同步进行努力。

5 参考文献
[1] RANADIVE V. 未来之路——预见力: 全球化经济大变局下的企业思维革命[M]. 雷嬿恒, 译. 北京: 东方出版社, 2008.
[2] 马华兴. 解惑3G业务: 概念、实现和规划[M]. 北京: 北京邮电大学出版社, 2006.
[3] 中国移动. 物联网演进蓝图[R]. 2009.
[4] 中兴通讯. 物联网平台技术白皮书[R]. 2009.
[5] ITU-T Y.2002 (Y.NGN-UbiNet). Overview of ubiquitous networking and of its support in NGN[S]. 2009.
[6] 李晓维. 无线传感器网络[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2007.

收稿日期：2010-01-06

[摘要] 文章介绍了物联网发展状况、物联网业务、物联网发展的背景和可能遇到的阻碍因素，根据业务的应用类型和物联网业务发展的不同阶段，将业务分为身份相关业务、信息汇聚型业务、协同感知型业务、泛在服务，针对身份相关业务和信息汇聚型业务分别介绍了其业务类型和系统架构，针对协同感知型业务和泛在服务探讨了发展方向。文章认为，物联网服务是社会发展的自然选择，必将逐步融入到整个社会和生活，随着物联网的逐步发展，物联网的应用将从相对简单的基于身份的应用和信息汇聚型服务向协同感知发展，最后发展到泛在服务阶段，可能实现和互联网和电信网的全面融合。

[关键词] 物联网；传感器网络；信息汇聚；协同感知；泛在服务

[Abstract] This article describes the development status of the Internet of Things, analyses the background of its development, and the factors that may cause resistance. Based on application type and the different development stages of the Internet of Things, this article categorizes the services of the Internet of Things into four types: identity related services, information aggregation services, collaborative-aware services and ubiquitous services. The first two parts of the business type and architecture are introduced, and we believe that collaborative sensing services and ubiquitous services will be future development trends of Internet of Things. We also believe that services provided by the Internet of Things will gradually be integrated into the whole of society and life. With the gradual development of the Internet of Things, physical networking applications will move from relatively simple identity-based convergence applications and information-based services perception, to those that are collaboratively-aware, and eventually ubiquitous in the service stage. It will then be possible for the Internet of Things to be fully integrated with Internet and telecommunications networks.

[Keywords] Internet of things; sensor network; information aggregation; collaborative-aware; ubiquitous service