物联网三大应用场景

物联网三大应用场景

上期专栏把物联网应用分为三大类:RFID相关应用、基于传感网络的应用,以及M2M两化融合相关应用,同时也

描述了物联网典型的“管、控、营一体化”功能化应用场景。本期将从技术架构角度分别描绘三大类应用的典型场景。

物联网和智慧地球理念能够得以实现的原因,是因为世

界早已经迈入了3I时代(IBM提法),即Instrumented(工具植入化,40亿手机用户,300亿RFID,庞大的传感网络和工业信息化系统等), Interconnected(互联化),和Intelligent(智能化),我们只需要“百尺竿头,更上一步”就可以实现5A化(anywhere-任何地点, anything-任何事物, anytime-任何时间, anyway-任何方式, anyhow-任何原因)的物联网世界。图1中描述的这个宏观的应用场景对三大类物联网应用都适用,但从更深层的技

术架构来说,三大类应用存在业务细节上的差别,下面分别细述。

“1”代表客户端,可以是PC,PDA等,坐落在美洲;“2”代表运行在“云”服务器上的SaaS或非SaaS信息系统,坐落在非洲;“3”代表末端,可以是任何智能物件,坐落在亚洲。

基于RFID的物联网应用架构

电子标签可能是三类技术体系中最灵活的能够把“物”改变成为智能物件的,它的主要应用是把移动和非移动资产贴上标签,实现各种跟踪和管理。按瑞士ETH Fleisch教授的划分,RFID是穿孔卡、键盘和条码等应用技术的延伸,它比条码等技术自动化程度高,但它们都属于提高“输入”效率的技术,也都应该属于物联网应用技术范畴。Auto-ID中心的EPCGlobal体系就是针对所有可电子化的编码方式的,而不只是针对RFID。RFID只是编码的一种载体,此外还有其他基于物理、化学过程的载体,例如同方试金石公司的防伪技术。

EPCglobal提出了Auto-ID系统的五大技术组成,分别是EPC(电子产品码)标签、RFID标签阅读器、ALE中间件实现信息的过滤和采集、EPCIS信息服务系统,以及信息发现服务(包括ONS和PML)。由于从一开始就让世界各大洲的从业人员充分参与,EPCGlobal标准(架构图如下)得到了较广泛认同,这里不再对其标准体系架构赘述。

ONS(即对象命名服务Object Name Service)主要处理电子产品码与对应的EPCIS信息服务器地址的查询和映射管理(如图3),类似于互联网络中已经很成熟的域名解析服务(DNS)。在设计ONS规范时,EPCGlobal组织要求必须结合现有互联网基础设施和相关规范进行,这显然是一个正确的决

定。于是ONS基本上按DNS的原理实现,甚至采用了DNS 的现有基础设施,现今全球ONS服务也是EPCglobal委由世界最大的DNS营运商VeriSign营运。

EPC产品电子码识别只是“标签”,所有关于产品有用的信息都用一种新型的标准的XML语言――实体标识语言(Physical Markup Language )来描述,PML的作用就像互联网的基本语言HTML一样。

有了ONS和PML,以RFID为主的EPC系统才真正从Network of Things走向了Internet of Things(物联网)。基于ONS和PML,企业对RFID技术的应用将由企业内部的闭环应用过渡到供应链的开环应用上,实现真正的“物联网”。

ONS和PML作为物联网框架下的关键技术,有着广泛的应用前景。相比之下,传感网和M2M从业群体的技术架构还没有完全上升到ONS/PML这样同等的“物联网”技术体系高度,这大概也就是Auto-ID人群认为物联网概念是他们首创的主要原因吧。笔者认为,在走向物联网的道路上,传感网和M2M群体应该借鉴和直接采用ONS/PML技术体系。

基于传感网络的物联网应用架构

当人们谈论传感网络的时候,一般主要是指无线传感网

络(WSN, Wireless Sensor Networks),此外还有视觉传感网(VSN, Visual Sensor Networks)以及人体传感网(BSN, Body Sensor Networks)等其他传感网,这里我们也主要讨论WSN。

WSN由分布在自由空间里的一组“自治的”无线传感器组成,共同协作完成对特定周边环境状况,包括温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、振动、污染颗粒等的监控。WSN中的一个节点(或叫Mote)一般由一个无线收发器、一个微控制器和一个电源组成。WSN一般是自治重构(Ad-Hoc 或Self-Configuring)网络,包括无线网状网(Mesh Networks)和移动自重构网(MANET)等。

无线传感网目前还是计算机和通信专业的学者们一个

非常活跃的研究领域。10多年前IBM(苏黎世研究中心)、微软等大企业就开始投入巨资研究传感网,但商业收效甚微,所以大企业已经基本不再投入做纯WSN研究(哈佛大学Welsh 教授语),目前WSN的研究主要还是在大学和国立研究机构。

笔者听过Welsh教授最近关于WSN的主题发言,他认为目前企业和研究机构对WSN的关注点完全不一样,企业能赚钱的WSN技术对研究人员来说太简单,算不上成果,而研究

机构做的东西离实用差距又太远,波士顿市的基于哈佛WSN 先进技术的CitySense计划(“感知波士顿”)的失败就是例子,而美国Oklahoma市采用了更简单成熟技术的MicroCAST计划却获得了成功。

到目前为止,WSN研究最成功的成果可能要数加州大学伯克利分校Culler教授研究小组提出的Mote的概念和他们研制成功的Mote节点产品,相关成员2003年在硅谷成立了一个名为MoteIV的公司,销售Mote产品和推广WSN应用,但后来因经营状况不好而改名为Sentilla,不再以WSN业务为主。笔者对WSN没有深入的研究,但15年前笔者在美国做并行计算时,年轻的Culler教授也在做并行计算系统的研究,而且也算是当时顶级的并行计算专家,现在发现他老先生又成了领导潮流的WSN专家,而且已经桃李满天下,Welsh教授就是Culler教授的学生。难怪笔者觉得“曾似相识”,现在WSN的研究就好象15年前学术圈里对并行计算系统架构的研究一样,提出了很多种技术架构,到头来超级并行计算机还是“返朴归真”,采用了最简单通用的网络连接技术。

WSN的研究大多还专注于网络底层(包括非IP协议的ZigBee、TinyOS和基于IP的6LoWPAN等),以及电源的持久性等问题,按照其目前的发展,笔者认为WSN离真正的“物联网”还很有一定距离,对像EPCGlobal中ONS和PML等物联网层面的问题研究还不够。

另外,笔者认为,WSN的研究者们太热衷于无线技术,忽略了感知层用有线现场总线和传输层用长距离无线通信的组合。从实用和商业推广的角度,这个组合早已经达到稳定和大规模应用的水平。