物聯(lián)網(wǎng)與電信網(wǎng)融合策略

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

　　物聯(lián)網(wǎng)(Intemet ofthings)的概念于1999年由美國麻省理工大學提出，目前業(yè)界并沒有統(tǒng)一、精確的定義。早期的物聯(lián)網(wǎng)是依托射頻識別(RFID)技術(shù)的物流網(wǎng)絡(luò)，隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已經(jīng)發(fā)生了較大變化。在新的時代，物聯(lián)網(wǎng)是指在物理世界的實體中部署具有一定感知能力、計算能力和執(zhí)行能力的嵌入式芯片和軟件，使之成為“智能物體”，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實現(xiàn)信息傳輸、協(xié)同和處理，從而實現(xiàn)物與物、物與人之間的互聯(lián)。把所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。

　　在感知領(lǐng)域的另外一個術(shù)語就是傳感網(wǎng)，它將大量、多種類傳感器節(jié)點(傳感、采集、處理、收發(fā)、網(wǎng)絡(luò)于一體)組成自治的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對物理世界的動態(tài)協(xié)同感知?？梢钥闯?，傳感網(wǎng)是以感知為目的的物物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。從用戶或產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的角度也被稱為物聯(lián)網(wǎng)，因此傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的概念本質(zhì)上是相同的。兩個概念的使用場景存在一定差異，傳感網(wǎng)是實現(xiàn)物物通信的重要手段和基礎(chǔ)設(shè)施。因此更多的是從實現(xiàn)的角度來描述網(wǎng)絡(luò)本身。而物聯(lián)網(wǎng)則從應(yīng)用的角度來描述物物通信的網(wǎng)絡(luò)，在本文中根據(jù)實際情況，兩種概念均會使用。

　　明確的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展已有5 年歷史.日本最早于2004年提出以發(fā)展泛在網(wǎng)絡(luò)社會為目標的U- Japan構(gòu)想，計劃于2O04—2007年共投入29億美元，預(yù)計到2010年將帶來371億美元的直接收益。韓國提出了U.Korea戰(zhàn)略及 IT839戰(zhàn)略，計劃到2010年共投入700億美元，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展是其中三大基礎(chǔ)建設(shè)之一。2009年4月，美國政府公布了40億美元智能電網(wǎng)投資計劃.智能電網(wǎng)在現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)上，通過在發(fā)電、輸電等各個環(huán)節(jié)引入先進的傳感和測量技術(shù)、控制方法以及決策支持系統(tǒng)實現(xiàn)電網(wǎng)高可靠、高效運行。智能電網(wǎng)可以實現(xiàn)高壓輸電線安全監(jiān)控、電力設(shè)備工作情況監(jiān)控、智能用戶需求響應(yīng)、實時定價、停電檢測、電能質(zhì)量監(jiān)測等目標。美國能源部預(yù)計這一計劃在未來20年內(nèi)將節(jié)省投資800億美元。

　　2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

　　物聯(lián)網(wǎng)的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)可以歸納為“感知、傳輸、處理”，實現(xiàn)“及時、精確、全面地獲取和處理信息，達到科學決策、降低成本、提高效率、保護環(huán)境、增強安全等目標，更加有利于人類的可持續(xù)性發(fā)展”。其中，傳感技術(shù)、納米技術(shù)、嵌入式智能技術(shù)、射頻識別技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

　　(1)傳感器與傳感節(jié)點技術(shù)

　　傳感器是指能感知預(yù)定的被測指標并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器的類型多樣，可以按照用途、材料、輸出信號類型、制造工藝等方式進行分類。常見的傳感器有速度傳感器、熱敏傳感器、壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、振動傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器等。隨著技術(shù)的發(fā)展，新的傳感器類型也不斷產(chǎn)生。傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括工業(yè)生產(chǎn)自動化、國防現(xiàn)代化、航空技術(shù)、航天技術(shù)、能源開發(fā)、環(huán)境保護與生物科學等。

　　隨著納米技術(shù)和微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的應(yīng)用.傳感器尺寸的減小和精度的提高，也大大拓展了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和電源構(gòu)成。節(jié)點具有感知能力、計算能力和通信能力，也就是在傳統(tǒng)傳感器基礎(chǔ)上，增加了協(xié)同、計算、通信功能，構(gòu)成了傳感器節(jié)點。智能化是傳感器的重要發(fā)展趨勢之一，嵌入式智能技術(shù)是實現(xiàn)傳感器智能化的重要手段，其特點是將硬件和軟件相結(jié)合，利用了嵌入式微處理器的低功耗、體積小、集成度高和嵌入式軟件的高效率、高可靠性等優(yōu)點，同時結(jié)合人工智能技術(shù).推動物聯(lián)網(wǎng)中智能環(huán)境的實現(xiàn)。

　　(2)射頻識別技術(shù)

　　射頻識別(RFID)技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID為物體貼上電子標簽，實現(xiàn)高效靈活管理，是物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)之一。典型的RFID系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器和信息處理系統(tǒng)組成。當帶有電子標簽的物品經(jīng)過特定的信息讀寫器時.標簽被讀寫器激活并通過無線電波將標簽中攜帶的信息傳送到讀寫器以及信息處理系統(tǒng)，完成信息的自動采集工作。信息處理系統(tǒng)根據(jù)需求承擔相應(yīng)的信息控制和處理工作。

　　(3)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)

　　傳感網(wǎng)依托網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)實現(xiàn)感知信息的傳遞和協(xié)同。傳感網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分為兩類：近距離通信和廣域網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等。在廣域網(wǎng)絡(luò)通信方面，IP互聯(lián)網(wǎng)、 2G/3G移動通信、衛(wèi)星通信技術(shù)等實現(xiàn)了信息的遠程傳輸。特別是以IPv6為核心的下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將為每個傳感器分配IP地址創(chuàng)造可能，也為傳感網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)網(wǎng)條件在近距離通信方面，以IEEE 802.15.4為代表的近距離通信技術(shù)是目前的主流技術(shù)，805.15.4規(guī)范是 IEEE制定的用于低速近距離通信的物理層和媒體接人控制層規(guī)范，工作在工業(yè)科學醫(yī)療(ISM)頻段，免許可證的2.4 GHz ISM頻段全世界都可通用。802.15.4的低功耗、低速率和短距離傳輸?shù)奶攸c使它非常適宜支持計算和存儲能力有限的簡單器件。

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的進一步擴展，業(yè)界開始研究如何通過一種新型的低功耗網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)將IP的使用擴展到資源受限的傳感器節(jié)點設(shè)備上，IETF 6LowPAN工作組負責研究的 Iev6over 802.15.4協(xié)議，在應(yīng)用層和MAC層之間增加了一個適配層，使得IPv6可以在802.15.4網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高效通信，從而逐步實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合。目前IETF在該領(lǐng)域已經(jīng)形成兩個RFC：RFC 4919和RFC 4944。物聯(lián)網(wǎng)能夠整合上述所有技術(shù)的功能.實現(xiàn)一個完全交互式和反應(yīng)式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

　　3 物聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)的融合需求及架構(gòu)

　　傳感網(wǎng)南部署在觀察區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點組成，主要通過無線通信方式形成多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目的是協(xié)作感知、采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并傳送給觀察者。典型的傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示.由傳感器節(jié)點、關(guān)口節(jié)點(sink node)組成。傳感器節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點之間通過無線的方式進行通信.并通過多跳方式將感知到的數(shù)據(jù)傳到關(guān)口節(jié)點，關(guān)口節(jié)點借助長距離通信將區(qū)域的數(shù)據(jù)傳送到遠程的應(yīng)用中心。由于傳感網(wǎng)節(jié)點數(shù)量眾多，采集的數(shù)據(jù)量大，因此數(shù)據(jù)通常需進行節(jié)點間的協(xié)同處理和融合匯聚。

　　目前.大多數(shù)的傳感網(wǎng)應(yīng)用僅僅是孤立應(yīng)用系統(tǒng)，相互之間沒有關(guān)聯(lián)和交互。要想真正達到物聯(lián)網(wǎng)確定的最終目標，就必須實現(xiàn)和電信網(wǎng)的融合，打破這種孤立的形態(tài)，形成新一代物聯(lián)網(wǎng)。如IETF 6LowPAN工作組所做的工作，傳感器和IP互聯(lián)網(wǎng)的融合已是不可避免的趨勢，即傳感器將逐步IP化，互聯(lián)網(wǎng)的功能范圍將從個人電腦等傳統(tǒng)終端逐漸擴展到傳感器節(jié)點中，傳感器節(jié)點將真正成為電信網(wǎng)中的一個終端節(jié)點。

　　圖1 傳感網(wǎng)通信方式示意圖