于浩淼

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計咨詢有限公司，北京 100000）

1 概 述

1995年，比爾·蓋茨在《未來之路》一書中提出了早期的物聯(lián)網(wǎng)理念。真正的物聯(lián)網(wǎng)概念是由美國Auto_ID中心在1999年提出，建立在物品編碼、射頻識別技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)定義

物聯(lián)網(wǎng)是將所有物品通過各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，形成一個巨大的網(wǎng)絡(luò)。它的目的是通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對所有物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)特征介紹

與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)對比，物聯(lián)網(wǎng)在全面感知、可靠傳送和智能控制3方面存在鮮明特征。

（1）全面感知。物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是對各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。利用各種傳感設(shè)備，可隨時隨地、全方位地采集各種動態(tài)數(shù)據(jù)，全面感知世界。

（2）可靠傳送。通過以太網(wǎng)、無線網(wǎng)以及有線網(wǎng)等各種通信手段，可將物聯(lián)網(wǎng)通過感知設(shè)備采集的信息進(jìn)行實時、可靠傳輸。

（3）智能控制。這是物聯(lián)網(wǎng)最終要達(dá)到的目標(biāo)，是物聯(lián)網(wǎng)最重要的特征或作用。信息采集、傳送并通過云計算、模式識別等技術(shù)進(jìn)行分析、加工、處理，挖掘有意義的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)人與物的真正溝通，從而達(dá)到對物體智能控制、管理的目的。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)對接入技術(shù)的需求

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)分類標(biāo)準(zhǔn)多種多樣。基于業(yè)務(wù)對傳輸速率的需求進(jìn)行分類，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可分為高速率、中速率及低速率業(yè)務(wù)，具體對比見表1。

表1 物聯(lián)網(wǎng)對接入技術(shù)的需求統(tǒng)計表

從表1可看出，目前LPWA（Low Power Wide Area Network）類業(yè)務(wù)占物聯(lián)網(wǎng)市場份額60%以上，是全球產(chǎn)業(yè)關(guān)注的重要市場。LPWA類業(yè)務(wù)基于業(yè)務(wù)及應(yīng)用特性，對物聯(lián)網(wǎng)提出2強、2低共4方面的性能要求，即覆蓋能力要強、連接能力要強、終端功耗要低和終端模組價格要低。目前，LPWA技術(shù)主要包括NB-IoT、由LTE技術(shù)演進(jìn)而來的eMTC、Sigfox和LoRa。前兩種技術(shù)使用授權(quán)頻段，后兩種技術(shù)使用非授權(quán)頻段。

2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用類型及商業(yè)模式

2.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用類型

從圖1可看出，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用分布廣泛、無處不在，日常生活、公共事業(yè)以及各行各業(yè)都離不開。物聯(lián)網(wǎng)分類可以采用多種維度定義，通常通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特征對其進(jìn)行分類，可以把物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)大致分為4類。

（1）身份識別、判定業(yè)務(wù)類。通過射頻識別、二維碼等信息對身份進(jìn)行標(biāo)識，并提供對應(yīng)身份的業(yè)務(wù)。

（2）信息匯聚型業(yè)務(wù)。通過物聯(lián)網(wǎng)智能傳感系統(tǒng)采集信息，經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)上報，后臺系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并針對性地提供應(yīng)用、服務(wù)。常見的有交通管理、智能家居等。

（3）協(xié)同感知。物聯(lián)網(wǎng)終端在接收平臺管理的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)物與物、物與人之間的直接通信，達(dá)到終端之間協(xié)同處理的目的。

Fifth session of the 7th CCIA’s surfactant committee and S & T committee meeting held 11 61

（4）泛在服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)終極目標(biāo)是實現(xiàn)人與人、人與物、物與物在任何時間、任何地點的可靠通信。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用分類

2.2 物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式

由于物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展和數(shù)據(jù)挖掘，帶來了全新的商業(yè)模式，最主要的變化如下。

（1）由傳統(tǒng)制造商、用戶之間的開環(huán)模式轉(zhuǎn)變?yōu)殚]環(huán)模式，如圖2所示。目前，物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)無處不在，低成本智能終端不斷推出，且計算與連接成本不斷下降，信息經(jīng)濟(jì)逐步體現(xiàn)出“反饋經(jīng)濟(jì)”的特征。

圖2 產(chǎn)業(yè)互聯(lián)時代與工業(yè)時代制造商與用戶模式對比

（2）傳統(tǒng)制造商轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)提供商。由一次性收費的設(shè)備買賣轉(zhuǎn)變?yōu)槎啻问召M的服務(wù)類經(jīng)營。在傳統(tǒng)角色基礎(chǔ)上增加了服務(wù)提供等新角色，增加了利潤來源。

（3）基于物聯(lián)網(wǎng)收集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析、挖掘，可能帶來更多商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變。

3 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展情況的分析預(yù)測

通過對MachinaResearch公司的最新數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，目前全球物聯(lián)網(wǎng)正處于連續(xù)增長階段，如圖3所示。預(yù)計2015—2025年，10年間全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)量及收入將增長3倍。全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)2015年約為60億個，到2025年預(yù)計將達(dá)到270億個，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量2025年或?qū)⑦_(dá)到1 000億臺。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，由于得到政策的支持，我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，到2016年底，我國物聯(lián)網(wǎng)M2M連接數(shù)為全球第一，達(dá)到了1.9億連接數(shù)，在全球物聯(lián)網(wǎng)M2M連接數(shù)中占比為27%。預(yù)計市場規(guī)模2021年將達(dá)到56 250億元，如圖4所示。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)全球連接數(shù)增長趨勢圖

圖4 中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展規(guī)模變化情況

4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例

共享單車是典型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)物。采用二維碼、PFID、GPS等感知技術(shù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)，按約定的協(xié)議將單車接入互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息的交互，最終達(dá)到人、車、位置、軌跡的智能化識別、監(jiān)控、管理。下面通過對摩拜單車應(yīng)用案例的介紹，更加直觀地認(rèn)識物聯(lián)網(wǎng)。

摩拜單車整體架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)的典型業(yè)務(wù)架構(gòu)完全一致，包括信息感知層、數(shù)據(jù)接入層、處理層以及業(yè)務(wù)應(yīng)用層等一整套端到端解決方案。

（1）感知層。摩拜單車感知層模塊位于車鎖部分，由核心控制單元、GPS定位模塊、無線移動通信模塊、機電鎖車裝置、電池、動能發(fā)電模塊以及充電管理模塊等部分組成，如圖5所示。

圖5 摩拜單車感知層模塊

（2）傳輸層。通過窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（NB-IoT）進(jìn)行可靠傳輸。

（3）平臺?！澳Π?”平臺是一個開放的平臺，包括生活圈、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等，是目前最大的移動物聯(lián)網(wǎng)平臺。每天產(chǎn)生的用戶出行數(shù)據(jù)，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析、挖掘、開發(fā)新的商業(yè)機會提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

摩拜單車的具體功能、工作流程如圖6所示。

圖6 摩拜單車的具體功能、工作流程圖

系統(tǒng)中任意一輛單車都有身份識別信息（ID），且這個識別號是唯一的，通過云服務(wù)器進(jìn)行存儲、管理。當(dāng)單車開始投入運行時，系統(tǒng)會通過通信系統(tǒng)實時讀取單車上報的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)主要是經(jīng)緯度等位置信息，最終實現(xiàn)車輛的跟蹤、管理。需要強調(diào)的是，這些操作都是實時的在線服務(wù)。

當(dāng)用戶通過手機或其他終端軟件搜尋附近車輛信息時，系統(tǒng)會參考用戶位置信息，把該區(qū)域附近的單車信息通過地圖模式將信息推送給用戶，具體應(yīng)用流程為：

（1）軟件掃碼，讀取車輛身份信息，然后將此信息通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)傳送給管理服務(wù)器；

（2）系統(tǒng)對車輛身份信息進(jìn)行鑒權(quán)，確認(rèn)無誤后，通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)向車輛中心控制單元發(fā)送開鎖命令，控制單元接收到開鎖指令后，開啟電子或機械鎖具并開始計費；

（3）騎行過程中，通過定位模塊及通信模塊，上報實時位置和行駛的里程數(shù)據(jù)；

（4）當(dāng)服務(wù)結(jié)束，用戶鎖車行為會觸發(fā)電子控制模塊的鎖車控制開關(guān)，然后控制單元通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，通知系統(tǒng)車輛使用結(jié)束、鎖車完畢信息，系統(tǒng)確認(rèn)無誤后結(jié)束計費。

5 結(jié) 論

通過完整的摩拜單車系統(tǒng)案例，可以直觀了解物聯(lián)網(wǎng)。目前，物聯(lián)網(wǎng)在全球正處于持續(xù)增長階段，一個全球化的智能萬物互聯(lián)時代即將到來。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景廣闊，其應(yīng)用必將滲透到生產(chǎn)、生活、公共事業(yè)等方方面面，從而使得人們借助物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的信息交互和通信，享受到變革式的生活體驗。