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信息傳輸:網絡連接分散難題待破解

作者:李俠
來源:中國電子報
日期:2012-02-22 08:22:42
摘要:目前,物聯網感知層的技術相對比較成熟,在各行各業也有比較成功的應用,但是如果感知的信息沒有一個龐大的網絡體系對其進行支撐,就談不上應用。不同的網絡傳輸方式構建了一個極其復雜的傳輸平臺,也成為物聯網發展不可或缺的組成部分。

  物聯網的真正價值在于網,而不在于物。在網絡的支撐下,復雜的關聯世界將變得簡單。

  目前,物聯網感知層的技術相對比較成熟,在各行各業也有比較成功的應用,但是如果感知的信息沒有一個龐大的網絡體系對其進行支撐,就談不上應用。不同的網絡傳輸方式構建了一個極其復雜的傳輸平臺,也成為物聯網發展不可或缺的組成部分。

  在物聯網的機遇期,傳輸層涉及到的異構網問題、IP地址問題,以及安全問題等都將成為“木桶理論”上重要的一環,需要及時解決。

  物聯網的傳輸層主要用來把感知層收集到的信息安全可靠地傳輸到信息處理層,然后根據不同的應用需求進行信息處理,由不同的網絡支撐起一個無所不能的大網。物聯網的四大支撐網絡包括:短距離無線通信網,包括10多種已存在的短距離無線通信(如Zigbee、藍牙、RFID等)標準網絡以及組合形成的無線網狀網(Mesh Networks);長距離無線通信網,包括GPRS/CDMA、3G、4G網以及真正的長距離GPS衛星移動通信網;短距離有線通信網,主要依賴10多種現場總線(如ModBus、DeviceNet等)標準,以及PLC電力線載波等網絡;長距離有線通信網,支持IP協議的網絡,包括計算機網、廣電網、電信網以及國家電網的通信網。

  因此,信息傳輸過程可能要經過一個或多個不同架構的網絡進行信息交接才能完成。目前,物聯網產業規模還未壯大,不同行業之間的協同也未形成大的氛圍,物聯網應用在相當一段時間內都將主要在內網和專網中運行,仍然是分散的眾多“物連網”。例如智能交通目前還只限于對危險車輛的監控,而遠未能達到疏導交通流量的目的。但最終,這樣的局面將被打破,從而形成真正的“物聯網”。

  在分散的“物連網”階段,物聯網對傳輸層的壓力還主要集中在內網和專網,而當某些應用快速增長之后,傳輸層能否挑起重擔?

  任何產業都需要應用的推進,在物聯網的應用模式中,智能交通和智能電網以及安防行業在這幾年都得到了較快發展。目前,我們冷靜審視市場和研發技術,會發現發展的重心偏于前端設備,傳輸層的建設還遠未達到迎接物聯網產業規模爆發的水平。

  例如:在安防行業中,需要視頻高清監控的支撐,而上傳一路高清視頻目前幾乎需要4M~8M光纖。由于我國的通信基礎設施基本只能滿足目前互聯網的應用,而真正物聯網的通信流量是互聯網的很多倍,因此目前的網絡設施根本無法支撐這樣的強度。

  即使現在北京等大城市逐步推行光纖取代ADSL,但是目前的基礎網絡環境在相當一段時間內仍不會有本質的改變。面臨更多的行業應用需求,如何讓高負荷傳輸網絡真正落地是必須突破的瓶頸。

  物聯網傳輸層的產業規模必然會在市場明朗期快速增長,而在爆發之前,傳輸層是否做好準備來迎接這一機遇期呢?從宏觀看到局部,傳輸層確實還面臨著一些具體問題,例如:異構網的問題,IP地址的問題以及安全的問題等等。

  所謂異構網是指網絡不具有相同的傳輸性質和通信協議。物聯網需要不同的網絡為用戶提供多種多樣的連接方式。目前,不同類型的網絡之間的連接大多是異構網間的連接。但是,要實現真正意義的自組織、自適應,并且實現具有端到端質量保證QoS的服務,還需要充分利用不同網絡間的互補特性,實現異構無線網絡技術的有機融合。異構網絡融合是下一代網絡發展的必然趨勢。其中,具有QoS保證的關鍵技術與通信容量的研究是異構網絡融合中的關鍵課題。異構網絡資源的復雜性、網絡狀態的多樣性、各網絡的差異性等特點給研究帶來了一定的挑戰。

  IP地址的問題僅次于異構網帶來的挑戰。有線廣域網在物聯網應用中的一個劣勢就是IP地址不夠的問題,在IPv6未全面實施之前,這個問題將制約有線網在物聯網業務中的使用。盡管如此,中國電信、歌華有線等以有線網絡為主的營運商也都有清晰的物聯網業務計劃,例如在智能家庭網關領域,歌華有線憑借機頂盒的部署基礎占據一定優勢。而無線廣域網可以通過發SIM卡的方式解決每個智能物件對應一個ID的問題。

  在傳輸層,異構網絡信息交換的安全性也將成為其中的脆弱點,特別在網絡認證方面,難免存在中間人攻擊和其他類型的攻擊。這些攻擊都需要有更高的安全防護措施。目前局部的或小規模的物聯網示范工程項目尚不存在太多的信息安全問題,但是,一旦這些示范工程將來發展成為真正物聯網的一部分,當前看似安全的體系可能在將來出現重大安全隱患。如何在物聯網建立初期就建立嚴格規范的信息安全架構,關系到這些系統能否在真正物聯網系統下具備良好的安全措施,或許能夠對安全措施進行升級,以保障系統的可靠性。

  中國移動無錫物聯網研究院院長趙君立

  “一方面充分發揮現有通信網絡能力,并與傳感器網絡等近距離通信傳輸技術相融合;另一方面在下一代通信技術領域,加大投入力度,掌握關鍵技術和自主知識產權。”

  《物聯網發展十二五規劃》提出在傳輸技術領域的主要任務之一是在適用于固定、移動、有線、無線的多層次物聯網組網技術方面取得突破。為此,一方面要充分發揮現有通信網絡能力,并與傳感器網絡等近距離通信傳輸技術相融合;另一面,在以TD-LTE為代表的下一代通信技術領域,加大投入力度,掌握關鍵技術和自主知識產權,為物聯網應用規模發展提供一個可靠、安全、高效的傳輸網絡。

  要實現物聯網又好又快發展,應做到應用、網絡、終端三個方面全面推進:一是要大力推動物聯網技術在工業、農業、公共服務中的應用,以無線城市建設為契機,積極推進在公共安全、醫療衛生、智能家居等領域的規模發展。二是要加速無線通信傳輸網絡的建設,加大支持力度,尤其是在具有自主知識產權的3G、4G技術上,應該加大研發資源、網絡建設資源、頻譜資源等方面的政策傾斜力度,推動網絡設備制造業和物聯網應用的融合。三是要在物聯網終端研發制造領域,重點研究低功耗技術、供電技術和終端產業化技術,并爭取在核心芯片制造、操作系統開發、測試儀表研制等方面,實現重點突破,從而促進物聯網技術的應用和普及。

  物聯網傳輸技術包括近距離通信技術和以現有移動、固定網絡為代表的廣域通信技術。近距離通信技術以WSN、Wi-Fi、NFC等技術為代表,是適合感知層組網的傳輸技術。在廣域傳輸技術領域中,我國在3G和4G移動通信技術(如TD-SCDMA、TD-LTE)方面擁有核心自主知識產權,這些技術在安全、成本、頻譜利用率等方面優勢明顯。在核心技術上,主要是在高精度傳感器研究、制造方面,與發達國家相比,還存在一定的差距,缺少足夠的核心技術專利,這對我國物聯網的安全和產業的成熟構成了比較大的挑戰。

  國家在支持物聯網傳輸層的發展上可以從以下四個方面推動:一是在TD-LTE等核心傳輸技術方面,需要從頻率資源、關鍵技術研發、測試儀器儀表研究和生產等角度加大政策支持力度;二是要鼓勵物聯網技術與TD-LTE相結合的核心技術的研究與應用開發,構建規模產業環境;三是要積極促進物聯網技術與無線城市等信息化應用的結合,鼓勵和扶持物聯網應用與自主知識產權技術的普及;四是要加強公共服務平臺建設,應鼓勵建設公共的物聯網應用孵化支撐平臺,快速地實現應用聚集、需求聚集、產業聚集。

  M2M是目前物聯網應用的主要形態,現階段M2M應用的發展重點還是集中在智能采集領域,因為物聯網應用的規模發展有賴于M2M所采集的大量信息數據。

  當前M2M面臨的主要瓶頸有四個方面:一是存在行業公共信息共享壁壘,各個產業部門的信息還不能完全開放,造成信息采集困難,影響應用的生成和普及;二是低功耗技術和高效的電池供電技術存在不足,制約了M2M終端的部署位置和范圍;三是高精度傳感器主要依賴進口,傳感器價格過高,阻礙M2M規模發展;四是市場對物聯網應用價值的認知和接受存在偏差,嚴重阻礙著有效需求的形成,物聯網應用需求零散,不成規模,給產業化進程帶來阻礙。

  M2M的發展是物聯網應用發展的基礎,其成功應用取決于我國工業化和信息化融合的程度和水平,這是一個系統工程,不可能“一蹴而就”。因此,我們應以《物聯網發展十二五規劃》所提出的重點領域示范工程為契機,加強與TD-LTE等核心傳輸技術和無線城市等規模應用的深度融合,并在應用部署、產業園區規劃、應用系統開發、重點工程建設等方面,出臺明確的技術應用需求,鼓勵各種信息采集技術的引入和普及,提升信息化應用的技術水平,實現信息采集數量和采集水平的不斷提高,促進物聯網產業和諧發展。

  大唐移動政企網事業部高級方案經理帥新平

  “以TD及物聯網領域的核心技術、專利為依托,通過先期實施相關重大產業項目的契機,引進和帶動相關領域的上下游企業。”

  傳輸層作為信息輸送的管道,在物聯網網絡架構中發揮著重要的作用。傳輸層主要分為有線通信和無線通信。兩種通信方式對物聯網產業來說具有同等重要,起互相補充的作用。例如:工業和信息化部“兩化融合”業務中大部分還是有線通信,有線通信將來會成為物聯網產業發展的主要支撐,但無線通信技術也是不可或缺的。

  目前,主流的物聯網有線傳輸技術主要有PSTN、ADSL、Field Bus;無線傳輸技術主要有GSM、CDMA、TD-SCDMA、WCDMA、GPRS、藍牙、WiFi、WiMAX、ZigBee等等。這里重點說下Wi-Fi,俗稱無線寬帶網。作為目前無線IP傳輸的成熟技術,由于其具有傳輸距離遠、帶寬高、組網容易等特點,在各行各業已被廣泛使用。伴隨著我國三大運營商大規模建設基于Wi-Fi技術的“無線城市”,其物聯網應用架構已然形成。值得一提的是TD-SCDMA是具有我國自主知識產權的第三代移動通信國際標準,在帶寬、安全性上具有其他技術不可比擬的優勢,并且由中國移動主導進行了全國范圍內的組網,已形成了大規模商用。

  在技術的核心性上,我國的定義與歐美發達國家不同。我們計劃在傳感器網節點、傳感器網關,超高頻RFID、有源RFID和RFID中間件產業進行發展和突破,而歐美發達國家則重點關注微電子、非硅組件、能源獲取技術、無所不在的定位、無線智能系統網絡、安全設計、軟件仿真等方面。

  物聯網對產業的帶動需要政府、運營商以及中央、各地方有實力的企業共同努力,由政府制定相關政策,統一規劃,對產業鏈上下游企業進行引導并支持。例如去年,大唐與貴州省人民政府簽署關于共同培育貴州省戰略性新興產業戰略合作協議,其中,由貴州省政府統一規劃,制定相關政策,以TD-SCDMA/TD-LTE以及物聯網領域的核心技術、專利為依托,通過先期實施相關重大產業項目的契機,引進和帶動相關領域的上下游企業,從而加快實現項目產業化、產業規模化。在具體的政策實踐上,除了加強總體規劃設計,還需要加快制定國家物聯網傳輸技術標準,推進一批國家級物聯網傳輸技術實驗室的建設,推進產學研用一體化進程,支持傳輸核心關鍵技術與相關產品的技術創新。同時,政府應該規范和建立物聯網傳輸層技術產業的投融資平臺,支持相關企業通過廣泛融資盡快將該領域做大做強。

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