陈如明:物联网内涵解析及其发展策略思考

2015-06-24 23:06 来源:国脉物联网
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  日前,针对物联网内涵解析及其与下代网、互联网及泛在-物联/传感网等网络的相互关系和发展策略思考,工业和信息化部通信科技委副主任,中国国家无线电频率规划专家咨询委员会主任,国家无线电管理机构原副局长、总工程师陈如明向通信产业网发来专稿,对当前我国物联网产业发展策略提出12点建议。

  1.物联网内涵解析

  A. 诞生背景

  瞄准实际应用的物联网IOT(The Internet of Things)的概念源于2003年左右,相对Internet是以“人”为基础互联的一种网络,IOT则原先视为以目标对像更大的“物”为基础互联的一种网络, 即是指将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络,其中非常重要的一种技术便是RFID电子标签。物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等诸多领域。预计物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。有专家预测10年内物联网就可能大规模普及,这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场。

  其实,物联网概念起源于比尔 . 盖茨1995年《未来之路》一书,在《未来之路》中,比尔 . 盖茨已提及物联网概念,只是当时受限于宽带无线网络、硬件及传感设备等设备与网络系统的发展水平,并未引起重视。而且涉及它与泛在网UN(Ubiquitous , Network)及传感网等概念相关联,其起源更早。所谓泛在(Ubiquitous)及普适(Pervasive )概念的引入源于上世纪90年代,首先由美国加州Xerox(施乐)公司 Palo Alto研究中心首席科学家Mark Weiser博士在1991年提出 ,‘Ubiquitous’原为拉丁文,意思是‘神无所不在’,被用于形容网络无所不在,。传感器网络的构想最早由美国军方提出,起源于1978年美国国防部高级研究计划局资助卡耐基-梅隆大学进行分布式传感器网络的研究项目,由于当付缺乏INTERNET技术、多种有效接入手段特别是缺乏移动接入及智能计算等条件,此时该传感网概念仅局限于由节点组成的自组织网络,1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议上提出了传感网是下一世纪人类面临的又一个发展机遇, 中国中科院上海微系统及信息技术研究所亦早在1999年就启动了传感网的研究和开发, 在上述简单概念基础上的扩展, 有如泛在传感网(USN,Ubiquitous Sensor Networks), 该概念出自2008年2月ITU-T的研究报告 “ Ubiquitous Sensor Networks”, 等等。而与商业应用有关者则与下述背景相关联-------

  1999年由美国统一代码委员会UCC、吉列公司、宝洁、沃尔玛等100多家大公司赞助,在美国麻省理工学院MIT成立了Auto-ID Center,並且提出了“电子产品码”(Electronic Product Code, EPC)的概念后,就与世界上六所知名大学, 即美国的MIT、英国的剑桥大学生、日本的庆应大学、澳大利亚的阿德雷德大学、瑞士的圣加仑大学、中国的复旦大学等,..共同組成Auto-ID Labs。美国食品与药品管理局(FDA, Food and Drug Administration)在2003年就已強烈建议最好採用RFID加上EPC(Electronic Product Code)作为防止假药的最佳手段, 2003年10月31日,由UCC 与EAN(European Article Number,欧洲产品代码标准组织)等创建了另一個非赢利性国际組織EPC global,負責管理和推广EPC工作,並且与Auto-ID Labs保持密切合作, 目的是为了推进EPC产业发展,并且訂定标准规范,使之在全球广泛地应用,EPCglobal建立的网络架构即称为物联网(The Internet of Things), 当时认为物联网最大规模与最有前景的应用就是在零售和物流领域,即如全球最大零售商沃尔玛(Wal-Mart)便拟用RFID技术,通过INTERNET,实现商品(物品)自动识别管理和商品信息的互联共享 等。

  随着技术不断进步,2005年11月17日,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005:物联网》正式提出物联网概念,而2009年奥巴马就职演讲后对2008年11月IBM公司总裁彭明盛(Samuel Palmisano)提出的“智慧地球( Smarter Planet)”积极响应,物联网再次引起广泛关注。从推动经济发展角度来讲,作为计算机、互联网、移动通信后的又一次信息化产业浪潮,从长远来看,物联网有望成为后金融危机时代经济增长的引擎。相应,2009年8月7日,我国温家宝总理来无锡微纳物联网工程技术研发中心视察并发表重要讲话,温总理指出“在物联网发展中,要早一点谋划未来,早一点攻破核心技术”;“在国家重大科技专项中,加快推进物联网发展”;“尽快建立中国的传感信息中心,或者叫‘感知中国’中心” ,充分强调了其紧迫性与战略重要性。在这些背景下,“物联网”进而成为热词,再开始“走红”,引起全球及我国的广泛关注。

  B.内涵解析

  虽然物联网有多种概念、定义与解释,但目前已由早先把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理的概念与定义出发作了进一步延伸。根据NGN目标网及泛在网创新与融合的基本思想其概念与定义均在扩展,即如ITU在物联网的报告中便提出物联网在任何时刻、任何地点、无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景,除RFID技术外,传感器技术、纳米技术、智能终端等枝术将得到更泛的应用等。目前普遍认为,物联网可为感知、传输、应用三个层面的体系架构,和传统电信网或互联网不一样的是,物联网在每一个层面上,都将有很多种选择,例如,其感知层包括条码识读、RFID、传感器、传感网(由大童各类传感器节点组成的自组织网络)、摄像头、视频检测识别、IrDA、GPS、M2M终端、传感器网关等;网络层包括各类信息通信网络:2G/2.75G/3G/3G+/3.9G/4G…、移动互联网,INTERNET/INTERNET2/NGI/NGN/NGTN/NGBTVN/NGBWMN//NGxxx…,卫星网、应急联动数字集群网及物联网信息中心与物联网管理中心,等;应用层包括各类物联网与行业专业技术有机结合的各种智能化应用解决方案,首先可推工业化与信息化融合的两化融合,进尔扩展至各行各业,如智能农业、市政工程、质量监控、公共安全、远程医疗、智能交通、环境监测、智能家居、灾难管理、节能减排、后勤物流…等等,这样,在未来生态环境的建设过程中,物联网浸透能力极强,从而产业规模巨大,商业模式及跨部门协同亦变得异常关键。美国咨询机构Forrester预测,到2020年,世界上物物互联的业务,跟人与人通信的业务相比,将达到30比1,仅仅是在智能电网和机场防入侵系统方面的市场就有上千亿元,“物联网”是下一个万亿量级的信息通信产业发展领域,这绝对不是原来狭窄意义上的物联网,固然互联网INTERNET/NGI是其重要网络支持平台,但全然不仅如此,因此物联网IOT中的I(INTERNET)理解为 “INTER-NET” 似乎更科学合理。全面感知、可靠传送及智能处理是物联网的三大核心能力;泛在化与智能化则是物联网的两大基本特征,其中泛在化如上所述无论覆盖连接层面或应用服务层面均应逐步达到无处不在与无所不能;智能化则应体现情景感知认知、无缝连接处理及信息知识聚合三者浑然一体, 通过无线传感、自组织网等末端网络,将管理对象的属性信息(ID、编码、人体特征等)、个体状况信息(体温、血压、位置等)及环境信息(温度、湿度、雨量、压力、加速度、震动等)等信息准确收集,及时通过接入网络传输到骨干网进行实时分析处理,进而将处理结果作为智能化服务提供给用户, 对此,不同网络、不同设备、不同服务在任何时间、任何地点、对于任何人都必须保持高度紧密连接, 而将感知数据进行认知分析和处理、为客户提供个性化、智能化服务,本质上这就是信息与知识聚合的过程;而且必须强调智能化绝非意味着高不可攀、深不可测,其本质终极目标应该是傻瓜化式服务,使用户终端或者用户环境变得越来越人性化和单纯化,高度智能化的服务系统将作为背景环境淡出普通人的视线,使泛在型物联网进入日常工作生活之中,无须刻意改变习惯便可享受泛在网所带来的便利,只有立足消费者的需求、跨越数字鸿沟,才能推动泛在型物联网的产业化发展;当然,从技术角度观察,各种信息的协同聚合处理、HPC、云计算、模糊识别、数据挖掘、专家系统、智能商业决策等有效支持是实施智能化的集中体现。

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  2.物联网与其它信息通信网络关系

  NGN目标网直接与实施GII目标相沟通,包含其各类NGxxx子集的实施及一步步向无处不在与无所不能能的5W/5A/ 5 C目标迈进,在这一点上与泛在网是一致的,泛在网则是面向应用及各种异构网络协同集合的更简要、明确的描述,实质亦具目标性质,需要无止境的创新、发展与提高,以满足人类无止境的需求演进与市场发展。相应传感网是物联网的子集,物联网是泛在网的子集,泛在型传感网与物联网都需同属NGN目标网及泛在网子集的INTERNET及NGI/NGTN/NGMN/NGBWMN/NGBTV/……NGxxx的网络支持,与这些异构网络均有部分重叠相交,泛在网运作更多强调异构网络协同、融合与互联互通和信息/知识聚合与应用,以信息通信网络为中心,全部整合各类异构网络协同,充分发挥传感、物联、认知、测量、定位、计算、智能处理与控制的综合作用,构建与实施不同联网及人与人、人与物及物与物之间的5W/5A/ 5 C 型泛在连接与沟通,按NGN的“开放、创新、融合”基本思想与实质内涵与框架目标要求向实施GII目标迈进。

  3.发展策略思考

  A.标准化问题

  由于泛在—物联/传感网具有巨大产业发展空间,并对微电子技术、纳微传感元器件、深度环境感知与认知、自适应智能控制、物体域深度智能化等高技术产业集群发展有强大驱动力,对提升信息通信产业核心竞争力、改造提升传统产业跨越增强、促进两化融合及推动社会与经济转型升级等有巨大现实价值与战略意义,目前其发展尚处启动与初级阶段,国际与国内均无统一标准,按重在不同特征应用协同为基本目标,按国际、国内、区域、行业等不同应用尽快制定相应标准,包括其技术框架要求及体系架构标准规范,以有效促进其国内与国际产业协同与规模化快速发展。而且要特别重视系统架构中不同层面间相互协同的共用技术平台的资源调度、管理与安全性保障等目标的探索与实现。

  B.监管和政策驱动协调支持

  鉴于泛在-物联/传感网发展本质乃重在应用,尤其是各类跨行业、跨部门应用,由此在推进此产业与应用发展时通常会遇到行业与部门的利益壁垒阻碍,甚至严重的阻碍,此时政策驱动威力尤为重要,一定要借助政府部门协调与政策驱动力量及时排除这些障碍。在扶植与培育泛在-物联/传感网产业规模化应用发展时相关先行政策及时出台尤为重要。

  C. 自主知识产权核心技术突破的重要性

  泛在-物联/传感网发展属国家战略新兴技术产业,发达国家已先行多年,即使 像HPC、云计算及智能尘埃( Smart Dust)系统应用方面在本世纪初甚至在上世纪在军用与商用领域早已开展,我们在共赢合作同时若不加速创新发展掌握自主知识产权核心技术就不可能形成产业应用规模发展的核心竞争力,因此,加强投入,建立有实效的国家与区域级泛在-物联/传感网发展研究中心,并与有实力大制造运营企业紧密联手,以产学研用政相结合的模式快速掌握具自主知识产权的核心技术是确保其产业成功发展的重中之重。

  D.行业主管部门应积极协调互动促进产业有效发展

  由于泛在-物联/传感网应用领域极其广泛,而且其行业应用往往具很多交叉性,这些行业分属不同政府职能部门管理,因此相应主管部门必须紧密加强协调互动,才能有效保障此产业有效发展。

  E.重视与有效推进芯片技术与产业的务实发展

  这一方面与移动通信芯片及手机终端的对产业发展的瓶颈作用情况甚为相似,甚至有过之而无不及,极其关键,尤其像智能尘埃SD 之类芯片技术要将纳微芯片、微机电系统(MEMS, Micro Electro Mechanical Systems)及纳米高级计算技术有机整合在一起,因此,包括国际合作在内,逐步自主掌握此类先进的芯片技术对产业发展尤为关键。

  F.对重点领域应用实施重大专项示范推进

  泛在-物联/传感网是一刚启动的新兴产业领域,必须探索经验,与工业化和信息化两化瀜合及各类重要行业领域信息化应用紧密挂沟,选定重点应用项目,作为重点专项进行示范试点,采用“局部试点、重点示范”模式,推动整个产业持续稳妥健康发展。

  G.探索可持续发展商业模式

  泛在-物联/传感网产业领域其产业生态环节与环境甚为复杂,其兼顾各方共赢合作利益探索成功的可持续发展商业模式尤为重要,其中包括政策驱动支持协同及有效的新技术驱动支持,充分发挥泛在-物联/传感网的超低功率、超低功耗、低成本、高度可靠安全等特征,实施好为广大用户欢迎的无所不在与所不能的各种应用。

  H.把握好泛在—物联/传感网与FICN中有关各类网络的关系及协同与融合发展

  如上所述,从产业应用集合观点看,NGN目标网及泛在网UN是最大的集合,物联网IOT、传感网SN、NGI、NGMN、NGBWMN、移动互联网MI 、NGBTVN、WPAN、WBAN、卫星网SN、2G/3G/4G等公众网及应急联动通信专网IERCN、等各类FICN均为其子集, 其中传感网为物联网子集,泛在传感网与物联网概念相近、协同融合支持,WBAN属物联网子集并与WPAN紧密相系,这些网络均按开放创新与协同融合方式向NGN目标网及泛在网方向迈进,对全人类实现无所不在及无所不能的应用服务。

  I.WBAN与UN-IOT/WSN及CPS关系及其战略重要性

  就WBAN而言,无论其人体域或高度智能控制的非人体的一般物体域网络与CPS概念直接相联系,有非常重要的人机高度智能/智慧化与一体化的特征,对实施无所不在与无所不能的个性化/个体化作用尤为关键。

  J. 可靠性、安全性及个人隐私保护问题

  在推进WBAN与泛在—物联/传感网产业发展时, 尤其要注意其可靠性、安全性及个人隐私保护问题,因为它们与人体利益尤其密息相关联,特别当网络层支撑借助于目前全球最大广域覆盖的互联网时尤应小心。

  K. 有效推进分布式精细化频率规划、监测与认知无线电及动态频谱管理

  隨着宽带多媒体视频全移动业务快速増长及WBAN与泛在—物联/传感网产业发展,分布式高密度频率资调度支持矛盾将愈来愈突出,此时分布式精细化频率规划、监测管理显得日益重要, 此时除充分利用与开辟相应ISM等开放频段外,对一些既有低端频率占用度不高但频谱爭夺敏感与剧烈的频段,诸如700MHz、800MHz、2500MHz等频段,无论对公网/专网/共网运营应用,应加速推进深度感知与智能化实时动态频谱管理, 对此加速推进认知无线电CR及动态频谱管理DFM研发与应用已成当务之急。

  L.军民协同推进泛在—物联/传感网的务实发展

  无论从 “寓军于民、军民协同、军民融合”国策考虑,或是从技术、业务与应用环境等综合考虑, 军民协同推进泛在—物联/传感网的务实发展有巨大现实意义与战略价值,从新技术研发及应用环境部门约束而言,军用领域率先突破往往较为容易, 进而协同推广扩展产业发展投向规模民用及商用, 较为自然、合理与可行,例如,CR-DFM与智能尘埃网络SDN等高新技术研发应用在国外亦遵循这一途径, SDN不仅对军用有明显价值,对智能医疗及人体域网WBAN和精细农业珍稀动物与鸟巢跟踪监测等均有直接商业价值。

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