馬海晶

MA Hai-jing

（廣東技術(shù)師范學院 自動化學院，廣州 510635）

0 引言

百度搜索的物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。國家傳感網(wǎng)標準工作組給出的物聯(lián)網(wǎng)的定義：就是指在物理世界的實體中部署具有一定感知能力、計算能力的各種信息傳感設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實現(xiàn)信息獲取、傳輸和處理，從而實現(xiàn)廣域或大范圍的人與人、人與物、物與物之間信息交換需求的互聯(lián)。后者的觀點更具體、更廣義，可見物聯(lián)網(wǎng)的理念在我國業(yè)界有共識、有發(fā)展。本文通過分析比較自動識別技術(shù)、傳感技術(shù)等感知技術(shù)特性，探討融合多種感知技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

1 感知技術(shù)分析

物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，本文將感知層涉及的相關(guān)技術(shù)統(tǒng)稱為感知技術(shù)。感知技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，它跟現(xiàn)在的一些基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施結(jié)合能夠為未來人類社會提供無所不在、全面的感知服務(wù)，真正實現(xiàn)所謂的物理世界無所不在，物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接的對象包括智能裝置及通過傳感器感知的整個物理世界。物聯(lián)網(wǎng)感知層涉及的技術(shù)眾多，這里對自動識別技術(shù)、傳感技術(shù)、定位技術(shù)、傳感網(wǎng)標準作簡要分析。

1.1 自動識別技術(shù)

自動識別技術(shù)是以計算機技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的一門綜合性科學技術(shù)，是數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)標識、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴驶侄巍０l碼識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)、語音識別技術(shù)、生物特征識別技術(shù)、圖象識別技術(shù)、OCR、磁識別技術(shù)等。自動識別技術(shù)要素是標識與識讀，物聯(lián)網(wǎng)中用標識代表連接對象，具有唯一數(shù)字編碼或可辨特征，識別分別是數(shù)據(jù)采集技術(shù)和特征提取技術(shù)，標識編碼和特征的唯一性、統(tǒng)一性對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用至關(guān)重要。目前常用自動識別技術(shù)特性分析比較如表1所示。

每一中自動識別技術(shù)的固有特性都使應(yīng)用具有優(yōu)勢和限制，許多情況下必須多種技術(shù)、多種手段并用，來滿足實際應(yīng)用需要，如：條碼和RFID就經(jīng)常聯(lián)合采用。

1.2 傳感技術(shù)

傳感器將物理世界中的物理量、化學量、生物量轉(zhuǎn)化成供處理的數(shù)字信號，從而為感知物理世界提供最初的信息來源。感知的對象包括溫度、壓力、流量、位移、速度等。物聯(lián)網(wǎng)感知層除了有傳感器，還有執(zhí)行器和控制器，通過通信模塊與網(wǎng)關(guān)互聯(lián)或先行組網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)互聯(lián)，包括傳感網(wǎng)、工業(yè)總線等。IEEE 1451傳感器接口標準規(guī)定了智能傳感器的通用接口命令和操合，一定程度上解決了當前工業(yè)總線標準不統(tǒng)一問題，降低了傳感網(wǎng)應(yīng)用集成開發(fā)的難度。目前市場上智能化、網(wǎng)絡(luò)化的傳感器種類和功能都有成長，隨著技術(shù)進步體積和成本呈下降趨勢。

1.3 定位技術(shù)

可應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的定位技術(shù)分為衛(wèi)星定位、無線電波定位、傳感定位等。

表1 自動識別技術(shù)特性分析

衛(wèi)星定位技術(shù)有GPS、GLONASS、北斗等。美國GPS技術(shù)比較成熟，且廣泛應(yīng)用。我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)也已經(jīng)取得較大進展，中國北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)預(yù)計2020年前后覆蓋全球，但目前北斗系統(tǒng)的并發(fā)容量、定位精度和終端成本還有待進一步發(fā)展。俄羅斯的GLONASS也在從新布網(wǎng)，但競爭力還無從判斷。

無線電波定位主要是蜂窩移動通信系統(tǒng)的小區(qū)定位技術(shù)，運營商提供小區(qū)定位服務(wù)，但定位精度與GPS有差距。

另外，可利用物聯(lián)網(wǎng)感知層進行定位，如利用RFID傳感、車牌/集裝箱圖像識別等也可感知物體的位置。

1.4 傳感網(wǎng)標準

傳感網(wǎng)就是是感知設(shè)備組網(wǎng)，通常是指由大量傳感器節(jié)點構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要技術(shù)和建設(shè)熱點。傳感網(wǎng)與通信網(wǎng)的融合，實現(xiàn)人與物、物與物的互聯(lián)，形成物聯(lián)網(wǎng)。如此多種類和數(shù)量的物理設(shè)備整合，需要相應(yīng)的技術(shù)標準和行業(yè)標準。ITU是最早進行傳感網(wǎng)標準化的組織之一。 ISO/IEC JTC1正式成立傳感網(wǎng)標準化工組（WG7）。我國成立了國家傳感器網(wǎng)絡(luò)標準化工作組，積極參與國際傳感網(wǎng)標準化工作，具有較高的話語權(quán)。作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，國際國內(nèi)傳感網(wǎng)技術(shù)標準工作正在進行當中，將不斷有新標準出臺，其對能建立什么樣服務(wù)價值鏈的的產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模意義非凡。

2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)探討

廣義概念的物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“物理世界無所不在的全面的感知服務(wù)”，各種感知技術(shù)分布在物聯(lián)網(wǎng)感知層，感知層的傳感器、執(zhí)行器、智能裝置以及通過RFID、條碼等標識的各種物體通過通信模塊連接網(wǎng)關(guān)，或感知層設(shè)備組網(wǎng)連接網(wǎng)關(guān)，形成了多種感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)。大量的感知層設(shè)備分布式連接和信息交互，感知層設(shè)備組網(wǎng)、中間件（連接感知設(shè)備和應(yīng)用）、統(tǒng)一標識標準的解析服務(wù)、應(yīng)用模式（專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、公共服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用）都有必要進行技術(shù)討論。本文通過案例分析和總結(jié)要點的方式進行探討

2.1 案例分析

下面通過某大型港區(qū)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范項目案例，分析探討融合多種感知技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

某大型港區(qū)擁有碼頭、加工區(qū)、高新區(qū)、保稅區(qū)及生活設(shè)施，提供交通管理、基礎(chǔ)設(shè)施管理、安防監(jiān)控、港務(wù)、物流倉儲及生活服務(wù)等眾多公共服務(wù)功能。前期，該區(qū)已建設(shè)了專用車輛GPS系統(tǒng)、碼頭RFID門禁系統(tǒng)、保稅區(qū)RFID及車牌識別門禁系統(tǒng)、保稅區(qū)安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)、港區(qū)智能交通監(jiān)控系統(tǒng)（具車牌抓拍識別功能）、環(huán)境監(jiān)控及很多信息管理系統(tǒng)（港務(wù)、航務(wù)、倉儲及生活服務(wù)等）項目。港區(qū)物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用解決方案面臨的情況十分復(fù)雜。感知方面，涉及條碼、RFID、接觸式IC卡、GPS、地感線圈、紅外感應(yīng)、圖像識別、環(huán)境傳感器（大氣、水等）各種智能設(shè)備（執(zhí)行器、控制器、工業(yè)總線等）等多種感知技術(shù)，且自成體系。標識和感知設(shè)備編碼方面，涉及車輛號牌、集裝箱號、EAN·UCC編碼、EPC編碼及各種自定義編碼，個別的有解析服務(wù)，組網(wǎng)后的解析服務(wù)十分困難，關(guān)鍵是沒有統(tǒng)一的編碼標準。支撐技術(shù)方面，連接各種感知設(shè)備的中間件更無從談起。

以港區(qū)智能交通物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為例，車輛調(diào)度功能目標設(shè)想情景之一是：船務(wù)公司向港務(wù)提交某車前往提柜請求，港務(wù)通過集裝箱箱號圖像識別確知該集裝箱的場位，并預(yù)約時間為車吊柜裝車，指示該車按時進入碼頭，門禁傳感器感知或車載GPS監(jiān)控該車輛進入碼頭，吊機進行吊箱作業(yè)，車、箱同時到位。避免交通擁堵和長時間排隊，實現(xiàn)港區(qū)交通合理調(diào)度。這其中，將車、吊裝設(shè)備、集裝箱、船務(wù)公司、港務(wù)公司等人和物連接起來，分別采用RFID、GPS、車牌識別、集裝箱號識別等感知設(shè)備。實現(xiàn)這樣的目標情景面臨很多難題，1）標識和識讀設(shè)備分布在不同位置、不同系統(tǒng)中，如何將其組網(wǎng)；2）如此多數(shù)量和多種類的感知信息，怎樣判斷信息代表的屬性，那些是冗余信息，如何統(tǒng)一編碼及建立相應(yīng)的解析服務(wù)體系，3）如此多數(shù)量和多種類的感知設(shè)備用什么軟件連接，設(shè)計或選用什么中間件。等等。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵

物聯(lián)網(wǎng)天生就是為大系統(tǒng)、大應(yīng)用而生的，暨“實現(xiàn)廣域或大范圍的人與人、人與物、物與物之間信息交換需求的互聯(lián)”、“物理世界無所不在的全面的感知服務(wù)”、“感知中國”等，融合多種感知技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)大系統(tǒng)、大應(yīng)用才能尋找出巨大的服務(wù)價值鏈，從而打造形成有價值的產(chǎn)業(yè)鏈。在目前的條件下，某大型港區(qū)物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用解決方案只能是專有的、個異的應(yīng)用，但從中可以總結(jié)出多種感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的要點：

1）物聯(lián)網(wǎng)是多網(wǎng)絡(luò)和多技術(shù)協(xié)同工作的一個體系架構(gòu)，融合多種感知技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，需要多方面的手段。上述案例分析描述了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用面臨的局面和現(xiàn)狀。個異的自定技術(shù)標準的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和建立新技術(shù)標準的新布網(wǎng)新平臺物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，都不可回避整合、融合已存在各種應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展階段必然是由個異的自定技術(shù)標準的物聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用向用新技術(shù)標準整合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展，其過程的長短即取決產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)、標準制定，也和相關(guān)產(chǎn)業(yè)同步發(fā)展相關(guān)聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式會專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與公共物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)并舉，但重點是打造高起點的公共應(yīng)用服務(wù)。

2）符合傳感網(wǎng)新標準，能構(gòu)成大量微型傳感器節(jié)點的無線傳感網(wǎng)，將成為傳感技術(shù)的發(fā)展方向，也就是傳感技術(shù)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向。應(yīng)加大開發(fā)智能傳感器，制定傳感器新技術(shù)標準，專業(yè)組網(wǎng)和公共組網(wǎng)，實現(xiàn)傳感組網(wǎng)暨“感知組網(wǎng)”。

3）EPC、UID、EAN/UCC都有自己的編碼和解析體系，物聯(lián)網(wǎng)中，解析服務(wù)是將傳感設(shè)備的ID或感知對象ID解析成其對應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問通道信息，如EPC 的ONS（Object Name Service）。應(yīng)建立統(tǒng)一標識編碼，制定唯一標識標準，融合已有編碼標準，打造統(tǒng)一可解析的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

4）強調(diào)中間件的作用。中間件是把傳感網(wǎng)、通訊網(wǎng)和應(yīng)用連接起來支撐技術(shù)，某種意義上講，中間件就是平臺加通信。如此大量的感知技術(shù)和設(shè)備互連，很難想象沒有中間件的技術(shù)支撐能夠?qū)崿F(xiàn)。中間件是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，掌握它，未來有可能成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個最上游的產(chǎn)業(yè)鏈。

3 結(jié)束語

應(yīng)不斷努力加強研究和應(yīng)用，特別是要參與和主導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)標準的制定，使我國站在這一技術(shù)趨勢的前沿，打造未來物聯(lián)網(wǎng)的上游產(chǎn)業(yè)鏈。

[1] 中國物品編碼中心 中國自動識別技術(shù)協(xié)會.自動識別技術(shù)導(dǎo)論[M].武昌：武漢大學出版社,2007,1-5,150-199.

[2] 李健.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和標準化分析[J].通信管理與技術(shù),2010,3：17-20.

[3] 譚雪清,付瑞平,高倩.物聯(lián)網(wǎng)識別是基礎(chǔ)[J].中國自動識別技術(shù),2009,6：29-34.