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我國物聯網發展及建設的思考

作者:交通運輸部公路科學研究院副總工程師 魏鳳
來源:RFID世界網
日期:2010-06-03 10:57:01
摘要:物聯網的提出源于1999年,美國麻省理工學院成立Auto-ID研究中心,進行RFID技術的研發,在美國統一代碼委員會UCC支持下,將RFID與互聯網結合,提出了產品電子代碼(EPC)解決方案。2005年在世界電聯報告中明確提出了“物聯網”(Internet of Things)的概念。全世界各個國家和大公司通過開發射頻識別標準,并利用網絡技術,為共同建設全球物聯網而努力。
  一、物聯網“熱”事件

  1、2009年IBM在物聯網(Internet of Things)概念的基礎上,提出了智慧地球(Smart Planet)的概念。 

  2、美國將智慧地球當作經濟振興計劃的一個核心環節,奧巴馬提出這是“美國在21世紀保持和奪回競爭優勢的方式”之一。 

  3、美國Forrester預測,到2020年,世界上物物互聯的業務,跟人與人通信的業務相比,將達到30:1,物聯網將成為下一個萬億級的通信業務。

  4、物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后,世界信息產業的第三次浪潮。

  5、溫總理在2009年8月在無錫考察時針對傳感網提出:“要早一點謀劃未來,早一點攻破核心技術”。由于將傳感網等同于物聯網,很快在全國掀起了“物聯網”熱潮。 

  6、2009年8月,中國移動總裁王建宙在臺灣演講中,談到對物聯網的理解,表明了電信運營商有涉入該領域的計劃。

  7、2009年9月,物聯網概念股已成為A股市場的短線漲升引擎,遠望谷、新大陸、華東科技等許多相關股票連續漲停。

  8、2009年9月發布《關于進一步做好電子信息產業振興和技術改造項目組織工作的通知》,RFID、物聯網等作為計算機產業及下一代互聯網關鍵技術,被列為重點支持領域。

  二、物聯網的提出

  物聯網的提出源于1999年,美國麻省理工學院成立Auto-ID研究中心,進行RFID技術的研發,在美國統一代碼委員會UCC支持下,將RFID與互聯網結合,提出了產品電子代碼(EPC)解決方案。2005年在世界電聯報告中明確提出了“物聯網”(Internet of Things)的概念。全世界各個國家和大公司通過開發射頻識別標準,并利用網絡技術,為共同建設全球物聯網而努力。

  1、物聯網的相關概念

  (1)概念一(目前流行的,廣泛見諸報端)

  “物聯網”(Internet of Things),指的是將各種信息傳感設備,如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡,其目的,是讓所有的物品都與網絡連接在一起,方便識別和管理。

  (2)概念二

  物聯網是基于互聯網和RFID技術發展的網絡,是在計算機互聯網的基礎上,利用RFID、無線數據通信等技術,構造一個覆蓋世界上萬事萬物的網絡。其實質就是利用RFID技術,通過計算機互聯網以實現全球物品的自動識別,達到信息的互聯與實時共享。

  (3)概念三:物聯網就是傳感網?

  定義:隨機分布的集成有傳感器、數據處理單元和通信單元的微小節點,通過自組織的方式構成的無線網絡。

  功能:借助于節點中內置的傳感器探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等物質現象。

  應用:廣泛涉及軍事、城市公共安全、公共衛生、安全生產、智能交通、智能家居、環境監控等應用領域

  2、物聯網概念分析

  從上述概念可以看出,物聯網主要涉及RFID和傳感器兩項技術:

  RFID技術的目的是標識物,給每個物品一個“身份證”; 

  傳感器技術的目的是感知物,包括采集實時數據(如溫度、濕度)、執行與控制(打開空調、關上電視)。

  對上述3個概念,可以劃分如下:一個是從RFID技術出發,在RFID網絡的基礎上,構建基于RFID技術的物聯網;一個是從傳感器技術出發,在傳感網絡的基礎上,構建基于傳感技術的智能網;一個是,將二者融合,構建泛在網。

  (1)基于RFID技術的物聯網

  在RFID網絡的基礎上,建立基于RFID技術的物聯網。這種物聯網主要由RFID標簽、讀寫器、信息處理系統、編碼解析與尋址系統、信息服務系統和互聯網組成。通過對擁有全球唯一編碼的物品的自動識別和信息共享,實現開環環境下,對物品的跟蹤、溯源、防偽、定位、監控以及自動化管理等功能。

  在生產和流通(供應鏈)領域,為了實現對物品的跟蹤、防偽等功能,需要給每一個物品一個全球唯一的標識。在這種情形下,RFID技術是主角,基于RFID技術的物聯網能夠滿足這種需求。冷鏈物流、危險品物流等特殊物流,需要對倉庫、運輸工具/容器的溫度等有特殊要求。可將傳感器技術融入進來,將傳感器采集的信息與倉庫、車輛、集裝箱的RFID信息融合,構建帶傳感器的基于RFID的物聯網。

  (2)基于傳感技術的智能網

  無線傳感器網絡技術逐漸成熟,并開始進行應用領域,于是提出了基于無線傳感器網的物聯網概念。由傳感器、通訊網絡和信息處理系統為主構成,具有實時數據采集、監督控制和信息共享與存儲管理等功能。它使通過網絡實時監控各種環境、設施及內部運行機理等成為可能。原來與網絡相距甚遠的家電、交通管理、農業生產、建筑物安全、旱澇預警等,都能夠得到有效的網絡監測,有的甚至能夠通過網絡進行遠程控制。

  在遠程防盜、基礎設施監控與管理、環境監測等領域,傳感器技術是主角,不需要RFID技術就可以構建基于傳感技術的智能網。如遠程防盜系統,在門窗上安裝紅外傳感器,如果有賊進入,紅外傳感器監測到,將信息傳遞給屋里的計算機服務器。服務器根據預設的目的IP地址,通過互聯網,向目的IP地址的機器(計算機、手機)發送有賊闖入的信息。

  3、我們的理解

  物聯網=基于RFID技術的物聯網;

  傳感網=基于傳感技術的智能網;

  泛在網=RFID技術、傳感技術以及其它通信技術間融合形成的“無處不在、無所不包、無時不能”的網絡。

  

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  (1)泛在網

  無線網絡迅猛發展,無線網絡終端(3G等)逐頻得到應用,多網融合及泛在網形成初見端倪。

  (2)泛在網遠景圖

  4、物聯網的工作過程 
 




  5、物聯網的應用示例


 
  三、國內外物聯網發展現狀

  1、國外現狀

  技術以RFID為主導,各國RFID市場規模巨大,但應用重點不同:如:韓國RFID結合手機的自動識別應用;日本開展以2.45G為核心技術在醫療、物流、商品流通、農業等廣泛應用;歐洲前期開展與EPCglobal相關的一系列物流、藥品行業試驗測試,零售商積極參與和推動,RFID開始和無線通信WiFi技術融合;美國推動RFID技術應用領域廣泛,并得到沃爾瑪、寶潔、IBM等跨國公司的強大支持。

  標準與技術發展同步推進,網絡系統未大規模建立,小規模RFID應用運營較多,真正意義的全球EPC網絡沒有建立。標準與技術發展同步研究。政府關注度高,給予積極的財政支持,歐、日、韓政府出臺相關政策和規劃。

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  2、國內現狀

  國家技術政策支持
  2006年,科技部等十五個部委聯合發布了《中國射頻識別(RFID)技術政策白皮書 》;2009年將物聯網等先進技術列入《物流業調整和振興規劃》。 

  2008年國家發布了RFID頻段規定,《800/900MHz頻段射頻識別(RFID)技術應用規定(試行)》 

  目前,工信部成立了電子標簽標準化工作組,開始組織制定RFID相關技術標準。試點應用生產制造、物流(車輛、集裝箱)、防偽、軍事后勤、大型會議等領域開展試點。相關單位與組只積及參與國際物聯網技術研究與應用合作項目

  國家金卡工程領導小組辦公室,在各行業的支持下發揮了引領我國物聯網發展的作用。正在籌建物聯網標準化聯合研究中心。

  3、當前影響我國物聯網發展的主要問題有:尚未制定我國物流聯網發展的總體戰略,沒有形成物聯網的國家規劃;標準體系及關鍵標準尚不完善;技術、產業相對落后;應用僅限于小規模閉環應用,開放性不足;企業信息化水平不高,對物聯網認識不足;信息安全意識有待提高。

  四、中國物聯網建設方案

  1、建設目標

  建立我國國家物聯網管理中心,構建國家CRS解析系統;
  建立行業或區域物聯網管理中心;
  建立行業或區域物聯網公共服務平臺。

  2、建設原則

  自主創新原則
  服務于產業原則
  開放、協作、共享原則
  國家信息安全原則

  3、中國物聯網基本架構

 

  4、中國物聯網功能結構


  5、中國物聯網解析系統基本結構

  

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  6、全球物聯網解析系統基本結構(設想)

  7、需要解決的關鍵技術問題

  中國物聯網體系架構研究與標準制定
  物聯網管理體系研究及規則制定
  物聯網性能測試與評價技術與標準
  RFID、傳感器關鍵技術研究與標準制定
  物聯網物品電子編碼技術與標準
  物聯網編碼解析關鍵技術與標準制定
  物聯網數據模型和表示方法。
  物聯網中間件技術與標準
  物聯網資源搜索與服務發現關鍵技術與標準
  企業信息服務系統關鍵技術與標準
  公共服務平臺關鍵技術與標準
  物聯網安全技術研究與關鍵標準制定

  8、物聯網解析系統建設策略

  全國CRS系統的建設可以有兩種方式分別是統一建設和分級建設:

  統一建設
  由國家統一建設和維護全國CRS系統。行業、區域需要建設CRS節點時,向國家提出申請,由國家統一建立和維護相關節點。

  分級建設
  國家只負責建設和維護CRS國家級根節點,各行業和區域建設和維護各自的行業/區域CRS根節點以及行業/區域內部的CRS節點網絡。各行業和區域CRS節點須向國家申請和注冊。

  (1)國家統一建設方式

  國家制訂統一的CRS標準,開發標準的CRS軟件,建設和維護全國CRS網絡,并提供統一的各行業/區域應用系統(管理中心、公共服務平臺、企業IS系統等)的接入接口。

  優點:由國家統一建設和維護CRS這一物聯網基礎設施,行業、企業只需要接入即可,數據交換不會存在障礙。

  缺點:建設資金龐大;不利于調動行業積極性;需要針對各行業/區域的特殊需求,提供個性化解決方案。

  (2)分級逐步建設方式

  國家制訂國家CRS標準,行業可制訂各自的行業標準。
  國家負責國家CRS根節點的建設和維護,并負責與國際物聯網互聯。
  各行業向國家物管中心注冊,建設和維護各自的CRS根節點。
  行業根節點以下的子節點在行業物管中心注冊,由行業負責建設,并報國家物管中心備份。

  9、中國物聯網發展途徑:統一規劃,分級實施;由點到面,逐步推進;需求引導,自主創新;廣泛宣傳,發動社會;

  五、交通運輸部公路科學研究院在物聯網相關工作

  開展RFID應用測試、標準研究等;完成交通行業RFID物品編碼;研究中國物聯網建設方案;開發和建立開環集裝箱物聯網演示系統;

  我國應在未來全球物聯網發展中搶占先機、把握主動、維護經濟信息安全,滿足經濟與社會發展需求!