崔振輝,李華宇

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所,四川 成都610041)

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀研究*

崔振輝,李華宇

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所,四川 成都610041)

在介紹物聯(lián)網(wǎng)概念的基礎(chǔ)上,首先簡(jiǎn)單說明了物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu),闡述了射頻識(shí)別、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通訊、人工智能等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù),然后對(duì)當(dāng)前美國(guó)、歐盟、日本、韓國(guó)、中國(guó)等世界各國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行概述,重點(diǎn)闡述物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域主要的標(biāo)準(zhǔn)化組織及其已經(jīng)形成的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納,對(duì)應(yīng)用前景進(jìn)行了展望,最后對(duì)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域下一步亟待開展的相關(guān)工作進(jìn)行說明。

物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)用

0 引 言

近年來(lái),被人們稱之為繼計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)之后第三次信息革命的物聯(lián)網(wǎng)浪潮席卷全球,從天上、海上到陸地上,物聯(lián)網(wǎng)已無(wú)處不在,它正在以一種全新的方式影響著人們的觀念、生活方式甚至政治格局。隨著科技的不斷進(jìn)步,這張用“物”聯(lián)結(jié)而成的“網(wǎng)”必將對(duì)人類的發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。

1 物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)—“The Internet of Things”由美國(guó)麻省理工學(xué)院Auto-ID實(shí)驗(yàn)室于1999年首次提出,國(guó)際電信聯(lián)盟《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005:物聯(lián)網(wǎng)》引用了物聯(lián)網(wǎng)這一概念[1],2009年,在歐盟《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》中對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的通用定義進(jìn)行了詳盡論述。從實(shí)際上看,所謂物聯(lián)網(wǎng),就是以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心,綜合采用射頻識(shí)別(FRID)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)((Wireless Sensor Network)、人工智能、模式識(shí)別、自動(dòng)控制、機(jī)械工程等技術(shù),按照一定協(xié)議和規(guī)則將各類實(shí)物連接在一起,進(jìn)行信息交換和通信,以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。在信息化高度發(fā)展的今天,物聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)一步擴(kuò)展,廣義上講,凡涉及物與物之間信息技術(shù)的應(yīng)用,都可以納入物聯(lián)網(wǎng)的范疇?？梢哉f,物聯(lián)網(wǎng)是人類社會(huì)信息化進(jìn)程中現(xiàn)階段的必然產(chǎn)物,其核心是物與物以及人與物之間的信息交互。

2 體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)融合了傳感器、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、半導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)物與物之間的互聯(lián)通信[2],基于全面感知、可靠傳遞和智能處理的特點(diǎn),物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)一般可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層3個(gè)層次:

感知層:感知層由各類傳感器和被感知物組成,各類傳感器包括環(huán)境探測(cè)器、視頻監(jiān)控設(shè)備、電子標(biāo)簽閱讀器等,被感知物主要包括物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)信息、包含特定信息的電子標(biāo)簽等,感知層的主要功能是根據(jù)需要對(duì)物質(zhì)屬性、環(huán)境狀況、行為態(tài)勢(shì)等靜、動(dòng)態(tài)信息進(jìn)信息獲取與狀態(tài)辯識(shí)。

網(wǎng)絡(luò)層:網(wǎng)絡(luò)層由互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)平臺(tái)等組成,主要負(fù)責(zé)傳遞感知層獲取的信息、向應(yīng)用層傳達(dá)人類實(shí)體指令等。

應(yīng)用層:應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和人類實(shí)體、指令執(zhí)行系統(tǒng)(或設(shè)備)的接口,包括各類人機(jī)交互設(shè)備及其它管理設(shè)備等,它與具體的各式各樣的應(yīng)用需求相結(jié)合,并根據(jù)各種應(yīng)用特點(diǎn)集成相關(guān)的內(nèi)容服務(wù),以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。

3 關(guān)鍵技術(shù)

科技發(fā)展到今天,多學(xué)科交叉融合已成為趨勢(shì),以智能化、網(wǎng)絡(luò)化為前進(jìn)方向的物聯(lián)網(wǎng)所采用的技術(shù)涵蓋無(wú)線通信、射頻識(shí)別(RFID)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、人工智能、信息安全、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘等多個(gè)方面,最主要的技術(shù)有RFID、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信和人工智能技術(shù)。

(1)RFID技術(shù)

RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)[3]。一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)由標(biāo)簽(Tag)、閱讀器和天線組成。

RFID作為物聯(lián)網(wǎng)中最為重要的核心技術(shù),對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起著至關(guān)重要作用。RFID利用射頻信號(hào)通過空間電磁耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息實(shí)現(xiàn)物體識(shí)別。RFID系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)兩大部分組成。目前已經(jīng)發(fā)布或者正在制定中的標(biāo)準(zhǔn)主要與數(shù)據(jù)采集相關(guān),其中包括電子標(biāo)簽與讀寫器之間的接口、讀寫器與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換協(xié)議、RFID標(biāo)簽與讀寫器的性能和一致性測(cè)試規(guī)范以及RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標(biāo)準(zhǔn)等。各路標(biāo)準(zhǔn)在RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)最為激烈。

(2)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量傳感器節(jié)點(diǎn)相互通信形成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),是物聯(lián)網(wǎng)底層網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)形式[4]。一個(gè)典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常由傳感器節(jié)點(diǎn)、接收發(fā)送器(Sink)、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)等部分構(gòu)成,其通過動(dòng)態(tài)自組織方式協(xié)同感知并采集傳感器節(jié)點(diǎn)周圍被查詢對(duì)象或事件的信息,用于狀態(tài)感知和跟蹤監(jiān)控等。自組織、微型化和“對(duì)外部世界具有感知能力”是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的突出特點(diǎn)。

(3)無(wú)線通信

無(wú)線通信是利用電磁波信號(hào)在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍無(wú)線通信技術(shù)有藍(lán)牙、ZigBee、NFC等。藍(lán)牙(Bluetooth)一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開放性全球規(guī)范,傳輸距離短,可在較小范圍內(nèi)為固定的或移動(dòng)終端設(shè)備之間提供信息傳輸服務(wù),具有低耗電、低成本等特點(diǎn),但存在抗干擾能力差、傳輸距離太短、協(xié)議安全性不高等缺陷。ZigBee是一種基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,適用于惡劣環(huán)境下及在偏遠(yuǎn)位置各類遙控及傳感裝置的應(yīng)用,ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)是低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全。NFC(Near Field Communication)是由飛利浦半導(dǎo)體、諾基亞和索尼公司共同研制開發(fā)一種短距高頻無(wú)線電技術(shù),成本低,使用方便,安全性高,但傳輸速率較低。

(4)人工智能

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等多種學(xué)科高度發(fā)展、緊密結(jié)合、互相滲透而發(fā)展起來(lái)的一門交叉學(xué)科。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái),人工智能在人類認(rèn)識(shí)自身及改造世界的道路上扮演了重要角色。人工智能應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)方向是專家系統(tǒng),如遠(yuǎn)程疾病診斷系統(tǒng)等,另一個(gè)方向?yàn)槟Ｊ阶R(shí)別,通過對(duì)感知或探測(cè)到的情況進(jìn)行分析,確定事物當(dāng)前狀態(tài),并決定下一步走向。

4 發(fā)展概況

目前,無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外,物聯(lián)網(wǎng)的研究和開發(fā)都還處于初級(jí)階段,關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的模型、體系架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)還缺乏清晰、統(tǒng)一的界定,尤其物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)政策法規(guī)、技術(shù)協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等還未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系,但無(wú)疑物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已引起世界各國(guó)的足夠重視。

4.1 發(fā)展戰(zhàn)略

美國(guó)非常重視物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略地位,美國(guó)國(guó)家情報(bào)委員會(huì)(NIC)發(fā)表的《2025對(duì)美國(guó)利益潛在影響的關(guān)鍵技術(shù)》報(bào)告將物聯(lián)網(wǎng)列為六種關(guān)鍵技術(shù)之一。2009年,IBM首席執(zhí)行官提出的“智慧地球”發(fā)展理念獲得了奧巴馬總統(tǒng)的首肯,并很快提升為國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略。2009年2月17日,奧巴馬總統(tǒng)簽署生效的《2009年美國(guó)恢復(fù)與再投資法案》中提出將在與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的智能電網(wǎng)、衛(wèi)生醫(yī)療信息技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域進(jìn)行大量投資。

2009年6月18日,歐盟委員會(huì)向歐盟議會(huì)、理事會(huì)、歐洲經(jīng)濟(jì)和社會(huì)委員會(huì)及地區(qū)委員會(huì)遞交了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》,該計(jì)劃囊括了物聯(lián)網(wǎng)管理、安全性保證、標(biāo)準(zhǔn)化等九個(gè)方面、十四點(diǎn)行動(dòng)內(nèi)容,提出了改善政府對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的管理,推動(dòng)歐盟物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的10條政策建議。10月,歐盟發(fā)布了未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略,提出要讓歐洲在基于互聯(lián)網(wǎng)的智能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展上領(lǐng)先全球。12月,歐盟發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》研究報(bào)告,進(jìn)一步明確了歐盟到2010年、2015年、2020年三個(gè)階段物聯(lián)網(wǎng)的研究路線圖,并系統(tǒng)地提出了物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究的關(guān)鍵技術(shù)和路徑。

日本于2001年和2003年制定了兩期“e-Japan”戰(zhàn)略,加快了信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),為后期物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供了信息網(wǎng)絡(luò)、政策法規(guī)和人才儲(chǔ)備等方面的條件。2004年5月,提出了以發(fā)展U-biquitous社會(huì)為目標(biāo)的“U-Japan”戰(zhàn)略,意在把日本建成一個(gè)“實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、任何物體、任何人均可連接的泛在網(wǎng)絡(luò)社會(huì)”。2009年7月,日本發(fā)布“i-Japan”戰(zhàn)略,提出重點(diǎn)發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),包括安全交通、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程辦公、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。

2004年3月,韓國(guó)發(fā)布“U-Korea”戰(zhàn)略,并成立“u-Korea”策略規(guī)劃小組,目標(biāo)是“在全球最優(yōu)的泛在基礎(chǔ)設(shè)施上,將韓國(guó)建設(shè)成全球第一個(gè)泛在社會(huì)”,后又提出“u-City”、“Telematics示范應(yīng)用與發(fā)展”、“u-IT產(chǎn)業(yè)集群”和“u-Home”4項(xiàng)u-IT核心計(jì)劃,涉及城市發(fā)展、汽車通訊、新興科技應(yīng)用服務(wù)、智能家居等方面。2009年10月,韓國(guó)通信委員會(huì)出臺(tái)《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃》,明確了把物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)作為經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)動(dòng)力的定位。

2006年2月,國(guó)務(wù)院發(fā)布《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》,將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為我國(guó)科技發(fā)展的“重大專項(xiàng)”和“前沿領(lǐng)域”。2009年8月,溫家寶總理在無(wú)錫考察時(shí)指出“要在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中,迅速建立中國(guó)的傳感信息中心或‘感知中國(guó)’中心”;2010年《政府工作報(bào)告》指出“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”,將物聯(lián)網(wǎng)提升到戰(zhàn)略高度;2010年10月18日,《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》提出要“加快推進(jìn)三網(wǎng)融合,促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的研發(fā)和示范應(yīng)用”;2011年11月,工業(yè)和信息化部發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出,到2015年我國(guó)要初步形成創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用牽引、協(xié)同發(fā)展、安全可控的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展格局。2013年2月,國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》,10月,國(guó)家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、科技部、教育部、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委聯(lián)合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展部際聯(lián)席會(huì)議相關(guān)成員單位制定了頂層設(shè)計(jì)等10個(gè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃,為我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)下一步的監(jiān)控發(fā)展確立了方向。

4.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

相對(duì)于世界各國(guó)在戰(zhàn)略上的超前規(guī)劃,物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定則相對(duì)滯后。物聯(lián)網(wǎng)跨接不同專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域、面向各類應(yīng)用與服務(wù)、系統(tǒng)和技術(shù)差異性大等特點(diǎn),決定了物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定注定是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過程。

目前,物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織有很多,主要有IEEE、EPC globals oneM2M、CCSA、ETSI、ITU-T等。

EPCglobal是國(guó)際物品編碼協(xié)會(huì)EAN和美國(guó)統(tǒng)一代碼委員會(huì)(UCC)聯(lián)合成立的非贏利性組織,主要負(fù)責(zé)EPC網(wǎng)絡(luò)的全球化標(biāo)準(zhǔn)。EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)體系主要包括EPC數(shù)據(jù)交換、EPC基礎(chǔ)設(shè)施和EPC物理對(duì)象交換等方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,現(xiàn)已發(fā)布了超高頻第二代空中接口標(biāo)準(zhǔn)(UHF Gen2)、標(biāo)簽數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等。目前EPC global標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)被很多歐美國(guó)家所接受。

歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(ETSI)是1988年成立的一個(gè)非贏利性電信標(biāo)準(zhǔn)化組織。2009年1月,ETSI成立TC M2M(Machine-to-Machine Communications Technical Committee),專門負(fù)責(zé)統(tǒng)籌M2M標(biāo)準(zhǔn)研究,目前該組織發(fā)布了涵蓋服務(wù)需求、功能架構(gòu)、定義、接口等系列M2M通信標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)是世界領(lǐng)先的標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu),該組織的無(wú)線個(gè)人區(qū)域工作組(WG802.15)是目前物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域在無(wú)線傳感網(wǎng)層面的主要標(biāo)準(zhǔn)組織之一,已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)有802.15.1-無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)的無(wú)線介質(zhì)訪問控制(MAC)和物理層(PHY)規(guī)范、802.15.4-低速率個(gè)人無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系列標(biāo)準(zhǔn)(6個(gè))、802.15.6-基于可見光的短距離無(wú)線光通信標(biāo)準(zhǔn)、802.15.7-無(wú)線人體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。該組織的1888工作組在智能社區(qū)、智能家庭網(wǎng)絡(luò)方面形成了比較完整標(biāo)準(zhǔn)體系,發(fā)布了泛在綠色社區(qū)控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。意識(shí)到RFID技術(shù)的日益重要性,IEEE于2008年11月成立了RFID技術(shù)委員會(huì)(CRFID),旨在通過IEEE的技術(shù)譜系,為RFID技術(shù)提供焦點(diǎn)。

中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)于2002年12月18日成立于北京,是我國(guó)開展通信技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的非營(yíng)利性法人社會(huì)團(tuán)體。該組織的泛在網(wǎng)技術(shù)工作委員會(huì)(TC10)正在規(guī)劃泛在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)體系,包括移動(dòng)通信網(wǎng)面向物流信息服務(wù)的M2M協(xié)議、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信網(wǎng)融合的安全技術(shù)要求、車聯(lián)網(wǎng)總體技術(shù)要求、適用于6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)的輕量級(jí)IPv6協(xié)議等,該組織在M2M技術(shù)、移動(dòng)通信網(wǎng)等方面有很深入的研究。

國(guó)際電聯(lián)電信標(biāo)準(zhǔn)化部門(ITU-T)的第13工作組致力于下一代網(wǎng)絡(luò)等物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。2012年2月17日,該工作組會(huì)議正式審議通過了“物聯(lián)網(wǎng)概述”(Y.IoT-overview)標(biāo)準(zhǔn)草案,標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為Y.2060。該標(biāo)準(zhǔn)是全球第一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)總體性標(biāo)準(zhǔn),對(duì)于全球物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化具有重要的里程碑意義。

2012年7月24日,中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)、日本的無(wú)線工業(yè)及貿(mào)聯(lián)合會(huì)(ARIB)和電信技術(shù)委員會(huì)(TTC)、美國(guó)的電信工業(yè)解決方案聯(lián)盟(ATIS)和通信工業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(ETSI)以及韓國(guó)的電信技術(shù)協(xié)會(huì)(TTA)等七家聯(lián)合成立全球化組織OneM2M,該組織將致力于將致力于制定確保M2M設(shè)備能夠在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)互通的技術(shù)規(guī)范和相關(guān)報(bào)告。

此外,美國(guó)結(jié)構(gòu)化信息標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展委員會(huì)(OASIS)成立了MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)技術(shù)委員會(huì),該委員會(huì)將以MQTT協(xié)議為基礎(chǔ),進(jìn)一步研究與規(guī)范更為開放、簡(jiǎn)單、輕量的,適合在有限網(wǎng)絡(luò)和多平臺(tái)環(huán)境中使用的MQTT物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。

當(dāng)前,研究和制定物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的組織很多,這些標(biāo)準(zhǔn)化組織各自沿著自己擅長(zhǎng)的領(lǐng)域進(jìn)行研究,各組織之間的競(jìng)爭(zhēng)大于合作,目前尚缺乏整體的協(xié)調(diào)、組織與配合。

4.3 應(yīng)用現(xiàn)狀

盡管目前物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并不完善,但其在個(gè)別領(lǐng)域及行業(yè)已取得迅猛發(fā)展,如智能物流、環(huán)境監(jiān)測(cè)、車聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)系統(tǒng)等。

(1)智能醫(yī)療

借助FRID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)器械與物資的生產(chǎn)、配送、防偽、追溯,有效避免公共醫(yī)療問題,實(shí)現(xiàn)醫(yī)療器械與藥品從科研、生產(chǎn)、流動(dòng)到使用以及過程中的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)藥品質(zhì)量問題時(shí),可在藥品各留存環(huán)節(jié)根據(jù)藥品廠商、規(guī)格、批次情況快速精確定位并隔離問題藥品,大幅減少藥品召回周期時(shí)間并有效減小對(duì)無(wú)關(guān)藥品的不良影響[5]。

(2)智能倉(cāng)儲(chǔ)及物流管理

目前,運(yùn)用無(wú)線傳感、GPS、信息采集與監(jiān)控等技術(shù)進(jìn)行貨物入庫(kù)、出庫(kù)、庫(kù)存盤點(diǎn)、物流監(jiān)測(cè)等技術(shù)已經(jīng)非常成熟。具體到各倉(cāng)儲(chǔ)管理及物流管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)則形式各異,但基本均包含貨品數(shù)據(jù)讀取終端、貨品數(shù)據(jù)二維碼、管理數(shù)據(jù)庫(kù)等。貨品數(shù)據(jù)讀取終端負(fù)責(zé)對(duì)貨品的二維碼進(jìn)行讀取操作,并將這些代表入倉(cāng)、出倉(cāng)、物流等意義的讀取操作結(jié)果通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)記入管理數(shù)據(jù)庫(kù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)貨品的智能化管理[6]。

(3)環(huán)境監(jiān)測(cè)

隨著國(guó)家對(duì)森林、大氣、水質(zhì)、土壤等方面監(jiān)測(cè)力度的加大,各類環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和工具日益出現(xiàn)。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本原理如下:通過裝配溫濕度探測(cè)器、特定物質(zhì)探測(cè)器、視頻監(jiān)控終端等設(shè)備,對(duì)特定環(huán)境的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行探測(cè),并將探測(cè)結(jié)果通過無(wú)線信道傳回監(jiān)控室,可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定環(huán)境溫度、濕度、環(huán)境污染、火災(zāi)等相關(guān)情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

(4)車輛管理

2010年10月28日在無(wú)錫舉行的中國(guó)國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上提到了“車聯(lián)網(wǎng)”,2012年6月,福特公司在硅谷設(shè)立研究所,致力于自動(dòng)駕駛技術(shù)研究。通用汽車的Onstar系統(tǒng)它通過全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和無(wú)線通信技術(shù)為汽車提供自動(dòng)撞車報(bào)警、道路求助、遠(yuǎn)程車輛解鎖等安全信息服務(wù)。事實(shí)證明,將WSN和RFID技術(shù)融合是實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的絕好途徑,可以更好地實(shí)現(xiàn)車輛定位跟蹤,車/路況檢測(cè),全面掌握交通信息,實(shí)現(xiàn)碰撞預(yù)警、交通信息發(fā)布、危險(xiǎn)路段提示、重點(diǎn)車輛監(jiān)管、尾氣排放監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障診斷等應(yīng)用[7]。

(5)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)

目前,世界各國(guó)已經(jīng)研制出了上百種無(wú)人機(jī),無(wú)人機(jī)系統(tǒng)堪稱目前物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最復(fù)雜的應(yīng)用之一,代表著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最高水平。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)通常由無(wú)人飛行器、有效載荷、操作人員、控制單元、武器系統(tǒng)平臺(tái)、顯示器、通信結(jié)構(gòu)、全生命周期的后勤補(bǔ)給等幾方面組成,能夠在無(wú)人直接參與的情況下,實(shí)現(xiàn)偵查與監(jiān)視、目標(biāo)識(shí)別、精準(zhǔn)打擊、指揮控制與通信支援等作戰(zhàn)任務(wù)。

4.4 產(chǎn)業(yè)發(fā)展

工信部電信研究院發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)白皮書(2014年)》數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)已經(jīng)形成涵蓋感知制造、網(wǎng)絡(luò)制造、軟件與信息處理、網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用服務(wù)等門類相對(duì)齊全的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系,從產(chǎn)業(yè)規(guī)模來(lái)看, 2013年我國(guó)整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到5 000億元,其中,傳感器產(chǎn)業(yè)突破1 200億元,RFID產(chǎn)業(yè)突破300億元,預(yù)計(jì)到2015年,我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)整體規(guī)模將超過7 000億元。白皮書中還談到,GSMA與SBD聯(lián)合發(fā)布的車聯(lián)網(wǎng)報(bào)告中指出,預(yù)計(jì)到2018年全球車聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)總額將達(dá)390億歐元。

根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)中心的數(shù)據(jù),預(yù)計(jì)到2020年底,全球物聯(lián)網(wǎng)連接的"實(shí)物"將達(dá)到大約2 120億個(gè),產(chǎn)生的收入將達(dá)8.9萬(wàn)億美元;思科CEO認(rèn)為,物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)十年內(nèi)在經(jīng)濟(jì)效益方面能夠創(chuàng)造19萬(wàn)億美元的價(jià)值。

種種數(shù)據(jù)表明,物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是信息技術(shù)運(yùn)用最成功也是最有潛力的產(chǎn)業(yè),是創(chuàng)造價(jià)值和財(cái)富,為人類謀福祉的產(chǎn)業(yè)。

5 應(yīng)用展望

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,人們的生活將越來(lái)越智能化、簡(jiǎn)單化。同時(shí),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用將達(dá)到新的高度。

(1)智能化生活

未來(lái)智能化家居服務(wù)系統(tǒng)將人們的生活帶入數(shù)字化、智能化時(shí)代。當(dāng)你下班走到家門口時(shí),生物識(shí)別感應(yīng)系統(tǒng)探測(cè)到來(lái)人并識(shí)別身份后將門打開,同時(shí)觸發(fā)咖啡機(jī)沖泡符合你特定口味的咖啡,并將電視機(jī)打開,切換到你最喜歡的頻道;你可以用手機(jī)操控電飯煲做飯,指揮清潔機(jī)器人打掃房間,實(shí)時(shí)展現(xiàn)家里某個(gè)攝像機(jī)的圖像;智能冰箱實(shí)時(shí)對(duì)家人的營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并負(fù)責(zé)購(gòu)買符合家庭營(yíng)養(yǎng)需求的食品。

城市綠化服務(wù)系統(tǒng)通過在每個(gè)綠化帶安裝土壤環(huán)境智能分析系統(tǒng),對(duì)該區(qū)域綠化情況進(jìn)行監(jiān)控和分析,并通過網(wǎng)絡(luò)呼叫最近的服務(wù)設(shè)施前來(lái)施肥和澆水。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在車輛管理中的應(yīng)用更加廣泛,當(dāng)駕駛員進(jìn)入車輛后,生物識(shí)別感應(yīng)系統(tǒng)首先對(duì)司機(jī)的身份和健康狀況進(jìn)行分析,如探測(cè)到心率失常、有飲酒行為等情況,則阻止車輛啟動(dòng),并提出警告;通過車載智能交通分析系統(tǒng),能夠?qū)Ξ?dāng)前車輛及周圍其他的車輛的速度、方向、路況等信息進(jìn)行分析,為當(dāng)前車輛提供行車參考,必要時(shí)可提前觸發(fā)制動(dòng)系統(tǒng),以避免交通事故的發(fā)生;在車輛行駛過程中,安全駕駛保障系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)駕駛員的生命體征、清醒指數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,如果發(fā)現(xiàn)駕駛員出現(xiàn)不適宜駕駛的狀況,如心臟驟停、已處于睡眠狀態(tài)、連續(xù)駕駛時(shí)間過長(zhǎng)等,則采取相應(yīng)措施使車輛停止運(yùn)行或給予提醒,并通過車載智能交通分析系統(tǒng)向其他車輛發(fā)出警告信息;車載智能交通分析系統(tǒng)還可以根據(jù)車輛的歷史GPS軌跡,對(duì)當(dāng)前車輛的位置、路線、速度等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析,當(dāng)認(rèn)為出現(xiàn)異常時(shí)或超出車輛主人設(shè)定的行駛范圍時(shí)則通過網(wǎng)絡(luò)向特定的人發(fā)出警告信息。

(2)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)

未來(lái)的主戰(zhàn)場(chǎng)是在空中,無(wú)人機(jī)將是戰(zhàn)爭(zhēng)的主角。屆時(shí),地球表面上的每一平方厘米都會(huì)在衛(wèi)星和無(wú)人機(jī)的監(jiān)控之下,空中的每一個(gè)點(diǎn)都將具有固定的三維坐標(biāo),空中的任何區(qū)域都將處于由地面站、衛(wèi)星和無(wú)人機(jī)組成的全方位立體監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控之下。對(duì)于攻擊系統(tǒng)來(lái)說,監(jiān)控系統(tǒng)能夠引導(dǎo)攻擊系統(tǒng)對(duì)地面及空中的任何目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)打擊;對(duì)于防御系統(tǒng)來(lái)說,監(jiān)控系統(tǒng)能夠分辨任何空域正在飛行的鳥類或人造飛行器,并對(duì)其運(yùn)行速度及運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析,當(dāng)判斷到它具有危險(xiǎn)性后,可引導(dǎo)防御系統(tǒng)將其擊落在安全區(qū)域之外。未來(lái)地面戰(zhàn)的主力部隊(duì)是機(jī)器人,這些機(jī)器人定形態(tài)各異、大小不一,隱藏于空中、水中、地面、建筑物等,能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,協(xié)同執(zhí)行通信、偵查、搜索、竊聽、行刺、爆破等多種任務(wù)?？傮w來(lái)講,未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中,人類將退居幕后,以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)和紐帶的各類武器或設(shè)備將是正面戰(zhàn)場(chǎng)上的士兵。

6 結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是社會(huì)發(fā)展到當(dāng)今階段的產(chǎn)物,是網(wǎng)絡(luò)和信息化發(fā)展的必然結(jié)果,代表了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。物聯(lián)網(wǎng)無(wú)疑帶給了人們很多便利,但也也面臨很多亟待解決的難題。標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一是影響物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的首要制約因素,而物聯(lián)網(wǎng)之后存在的信息安全問題則是物聯(lián)網(wǎng)面臨的另一個(gè)巨大挑戰(zhàn),此外,物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化還依賴于芯片、傳感、人工智能等相關(guān)技術(shù)的突破性發(fā)展。在期待物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)更多更好舒適便利的同時(shí),人們亦應(yīng)致力于上述各類問題的解決。

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CUI Zhen-hui(1978-),male,M.Sci.,engineer,mainly engaged in information security。

李華宇(1976—),男,碩士,工程師,主要研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù),信息安全。

LI Hua-yu(1976-),male,M.Sci,engineer,mainly engaged in information technique,information security。

Study on Internet of Things Development Status

CUI Zhen-hui,LI Hua-yu
(No.30 Institute of CETC,Chengdu Sichuan 610041,China)

Based on introducing the concept of Internet of things,this paper firstly explains the architecture of Internet of things simply,elaborates the FRID,wireless sensor network,wireless communication,artificial intelligence and other key technologies of Internet of things,then outlines the current Internet of things development strategy of the United States,European Union,Japan,Korea,China and other countries in the world,elaborates the main organization for standardization and their relevant standards now available in the area of Internet of things in detail.Then it concludes the application status,gives the expectation of application of Internet of things,finally describes the subsequent work undertaken in the area of Internet of things urgently.

Internet of things;technology standards;application

TP393

A

1002-0802(2014)08-0841-06

10.3969/j.issn.1002-0802.2014.08.001

崔振輝(1978—),男,碩士,工程師,主要研究方向?yàn)樾畔踩?

2014-05-09;

2014-06-20 Received date：2014-05-09;Revised date：2014-06-20