【文章內容簡介】 器、設備和基礎設施實施實時的管理和控制，在此基礎上，人類可以以更加精細和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，達到 “ 智慧 ” 狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然間的關系。 中國在 “ 物聯(lián)網(wǎng) ” 發(fā)展進程 中起步較早，研發(fā)水平領先?！秶抑虚L期科學與技術發(fā)展規(guī)劃（ 2021－ 2020 年）》和 “ 新一代寬帶移動無線通信網(wǎng) ” 重大專項中均將傳感網(wǎng)列入重點研究領域。傳感器網(wǎng)絡標準工作組組長、上海微系統(tǒng)所副所長劉海濤表示，我國的技術研發(fā)水平已處于世界前列。中科院早在 10 年前就啟動了傳感網(wǎng)研究，先后投入數(shù)億元，目前，中國與德國、美國、英國、韓國等國一起，成為國際標準制定的主要國家之一。目前，我國傳感網(wǎng)標準體系已形成 物聯(lián)網(wǎng)信息服務平臺研究與實現(xiàn) 9 初步框架，向國際標準化組織提交的多項標準提案被采納。 8 月 7 日，溫家寶總理在無錫考察中科院無錫高新微納傳感網(wǎng)工程技 術研發(fā)中心時曾表示，至少三件事情可以盡快去做，一是把傳感系統(tǒng)和 3G 中的 TD 技術結合起來；二是在國家重大科技專項中，加快推進傳感網(wǎng)發(fā)展；三是盡快建立中國的傳感信心中心，或者叫 “ 感知中國 ” 。并指出，要早一點謀劃未來，早一點攻破傳感網(wǎng)核心技術，要依靠科技和人才，占領科技和經(jīng)濟發(fā)展制高點，保證我國具有可持續(xù)發(fā)展的能力和可持續(xù)的競爭力。 電信運營商積極推進 “ 物聯(lián)網(wǎng) ” 。中國移動早在 2021 年就建成了集團 M2M平臺，研發(fā)了無線傳感應用協(xié)議、終端標準規(guī)范等一系列技術規(guī)范和標準，提出了成熟的網(wǎng)絡架構，并實現(xiàn)了與 TD 的融合；該 標準得到了國家重大創(chuàng)新專項工作的支持。中國移動總裁王建宙日前在臺灣發(fā)表演講時也對物聯(lián)網(wǎng)理念進行了闡述，并表示物聯(lián)網(wǎng)將會成為中國移動未來的發(fā)展重點，將會邀請臺灣生產(chǎn) RFID、傳感器和條形碼的廠商和中國移動合作。 我國官方近期對傳感網(wǎng) （ 物聯(lián)網(wǎng)的另一稱謂 ） 的多次提議表示我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也正是提上議事日程，同時也表明我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將加快。 此前，中國移動總裁 王建宙 在 8 月 24 日在臺灣訪問時的一次演講中曾提及 “ 物聯(lián)網(wǎng) ” 概念，并系統(tǒng)闡釋了物聯(lián)網(wǎng)對人類生活的重大影響。 目前，我國傳感網(wǎng)標準體系已形成初步框架，向國際標準化組織提交的多項標準提案被采納。 美國咨詢研究機構 Forrester 預測，到 2020 年，全球物物互聯(lián)的業(yè)務與現(xiàn)有的人人互聯(lián)業(yè)務之比將達到 30:1，因此， “ 物聯(lián)網(wǎng) ” 被稱為是下一個萬億級的通信業(yè)務。根據(jù)預測，到 2035 年前后，我國的傳感網(wǎng)終端將達到數(shù)千億個；到 2050年，傳感器將在生活中無處不在。目前，無錫傳感網(wǎng)中心的傳感器產(chǎn)品已在上海浦東國際機場和上海世博會被成功應用 ，首批價值 1500 萬元的傳感安全防護設備銷售成功。 物聯(lián)網(wǎng)用途廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、老人護理、個人健康等多個領域。專家預計，這一技術將會發(fā)展成為一個上萬億元規(guī)模的高科技市場。 物聯(lián)網(wǎng)信息服務平臺研究與實現(xiàn) 10 物聯(lián)網(wǎng)體系結構 物聯(lián)網(wǎng)作為 21 世紀的新事物，在其發(fā)展過程中必然會不斷地推出新標準、不斷地合并，目前，物聯(lián)網(wǎng)已形成了以基于 RFID、基于 M2M 和基于 WSN 三種體系的應用架構，下面將分別闡述這三種體系架構。 RFID 系統(tǒng)體系架構 RFID（ Radio Frequency Identification） ， 意為 射頻識別，是一種 無需 接觸 的信號讀取 技術， 它的工作原理是依靠一個讀寫器發(fā)出識別信號，其他的電子標簽接收到信號后，發(fā)出自身標識信號，讀寫器便可以將標簽識別出來 ， 并且這種識別技術可以同時識別多個標簽，也可以在運動中或者其他不利條件下進行識別檢測，與傳統(tǒng)的條形碼技術相比， RFID 技術具備許多條形碼技術無法與之比擬的優(yōu)勢。 RFID 技術 有 如 下三 大特性 ： 第一 、 RFID 可以實現(xiàn)對每一個物品都予以標識，而條形碼技術卻做不到。 第二 、 RFID 技術可以同時識別一大堆的物品，并 且識別距離比較遠；而條形碼技術只能在短距離范圍內對物品進行一一識別。 第三 、 RFID 能夠 存儲 的信息量非常的大，可以標識全世界范圍內的所有物品。 在射頻識別技術的基礎上 ， 美國的 AutoID中心開發(fā)出了 更加成熟的 EPC系統(tǒng) 。 EPC系統(tǒng)分為五個組件 ， 他們 是 EPC（電子產(chǎn)品 代 碼）標簽、 RFID 標簽 讀寫 器、 ALE數(shù)據(jù)處理 中間件、 EPCIS 信息服務系統(tǒng)， 和 信息發(fā)現(xiàn)服務（包括 名稱解析服務 和 實體標記語言 ）。 并且這個體系一經(jīng)推出就獲得了人們的廣泛關注和應用，原因是 EPC結構的物聯(lián)網(wǎng)從研發(fā)到應用這個過程中涉及了世界范圍 內人數(shù)眾多的開發(fā)人員 。 EPC體系包括 電子標簽 技術 、讀 寫 器、天線 接收器 、 EPC中間件（ MiddleWare）、編碼 技術（ Encoding）解碼技術 （ Decoding包括 ONS）、信息服務 系統(tǒng)技術以及 系統(tǒng)管理 等技術 。 ONS（即 名稱解析服務 Object Name Service） 負責將每一個 EPC代碼分別對應一個 IP地址，而這個 IP地址就是該 EPC代碼所對應的 PML服務器的地址 ， 其工作原理就好像互聯(lián)網(wǎng)中的域名解析服務（ DNS）。 在當初制定 ONS的應用標準時， AutoID中心把 ONS的標準與互聯(lián)網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng)信息服務平臺研究與實現(xiàn) 11 的標準相互進行整 合，使得 ONS可以非常順利的以目前互聯(lián)網(wǎng)的硬件基礎來運行，而如今世界的 ONS 服務也是 由 EPCGlobal 委 任的負責 DNS 營運 的公司VeriSign進行 營運。 EPC 產(chǎn)品電子 代 碼 標識的作用是 “ 標簽 ” ，所有 描述物 品 的關鍵 的信息都以 一種新 推出 的標準 化 XML 語言 ——實體標識語言 （ Physical Markup Language） 來 進行 描述， PML 的 意義類似于 互聯(lián)網(wǎng) 中 的 描述 語言 HTML的功能 。在創(chuàng)建了 ONS 和 PML后 ，以 RFID為 核心技術 的 EPC系統(tǒng)才真正從 狹義的Network of Things 邁向 了 Inter of Things（ 物聯(lián)網(wǎng) ） ?；?ONS和 PML， 在商業(yè)中企業(yè)公司可以將本來用于本地局域網(wǎng)的運營模式應用到基于互聯(lián)網(wǎng)的運行模式中去。 基于 RFID的物聯(lián)網(wǎng)體系結構圖如下圖 21所示： 圖 21 基于 RFID的 物聯(lián)網(wǎng)體系 其中 第一層 為 感知 層 ， 作用 是 測量出各個物品的物理信息并將其一一以數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)出來 ，通過 商品 上安裝 的 存儲 有商品有 關信息的 RFIDEPC標簽， 以讀 寫 器 將 物 品 的 目前狀態(tài)下的 數(shù)據(jù)和信息實時 檢測出 來。 第二層 即 信息傳 輸層 ， 也就是網(wǎng)絡層， 作用是負責 信息的 傳遞 ， 將物品上通過讀寫器讀取到的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)的傳輸，將其傳送到指定的數(shù)據(jù)服 物聯(lián)網(wǎng)信息服務平臺研究與實現(xiàn) 12 務器中去，這一部分類似于互聯(lián)網(wǎng)體系中的網(wǎng)絡層。 第三層 即 應用層， 網(wǎng)絡層傳來的信息到達該層后或被存儲入數(shù)據(jù)庫，或被各種應用服務調用，或被用戶查看，或者進行更高級大規(guī)模的數(shù)據(jù)運算，如云計算等，這一層是數(shù)據(jù)處理的終端。 實際 應用中的 物聯(lián)網(wǎng) 中 ，每個物體都 被基于 RFID的產(chǎn)品標簽給標識了出來 ，在其一 個 完整的 生命周期 里 ， 這個 標簽 所包含的信息就好像這個物品的身份證 ，讀 寫 器 檢測到 EPC信息 后， 經(jīng) 過 不同的 網(wǎng)關在網(wǎng)絡層中 進行 傳 輸 ， 物 品的 信息 被傳送 到應用層，應用層 便馬上按照 物體的電子 代 碼 的索引對物品的自身信息進行實時更新 ， 此外 ， 也可以 對物 品 進行 信息的實時跟蹤 ， 基于大型服務器的物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng) ， 便 可以 實現(xiàn) 對物體進行綜合 統(tǒng)一化的信息 管理。在一些大 規(guī)模 的物聯(lián)網(wǎng) 體系 中， 還 引入中間件 技術 來 負責物品信息的通訊 ，如 Savant中間件 ，它 靠 電子 代 碼為 索引通過 本地 名 稱 解析 服務器 的服務 獲 得 包 括此 物 品信息 的 目的 網(wǎng)絡IP地址， 在查找到所需信息后再將信息通過網(wǎng)絡層返回給應用層的服務。 作為應用最為廣泛的物聯(lián)網(wǎng)體系，基于 RFID的物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在其成熟的技術 和規(guī)范化的標準上 。 M2M系統(tǒng)體系架構 M2M技術是一個外延十分寬泛的概念，這也導致了對于其定義上的多樣性。而目前公認的定義是 M2M技術的根本目標就是使所有機器設備都具備連網(wǎng)和通信能力，并且以此達到信息實時處理與設備有效管理的目的。這有別于人與人之間的通信， M2M通信本質上是面向機器。其主要存在以下 3種方式 ： 1. 機器與機器 （ Machine to Machine） ： 該類型的業(yè)務主要用于機器間自動化通信與數(shù)據(jù)交換，如自動測量與控制、數(shù)據(jù)采集與傳輸、狀態(tài)跟蹤等 。 2. 人與機器 （ Man to Machine） ： 該類型業(yè)務主要是完成用戶向機器的發(fā)送調節(jié)參數(shù)、控制指令，并由機器解釋執(zhí)行 ； 機器向用戶主動上報通知消息或播放媒體流，如遠程監(jiān)視、監(jiān)聽、測量、故障報警等 。 3. 移動網(wǎng)絡與機器 （ Mobile to Machine） ： 該類型業(yè)務涵蓋了上述兩者所提出的大部分業(yè)務總和 【 2】 。 一個完整的 M2M體系主要包含四個組成部分 ： 終端設備、現(xiàn)場網(wǎng)關、遠程 物聯(lián)網(wǎng)信息服務平臺研究與實現(xiàn) 13 通訊網(wǎng)絡以及現(xiàn)場消息代理。其每個部分之間的相互關系如下圖 22所示： 圖 22 M2M物聯(lián)網(wǎng)的體系組成 M2M的發(fā)展 雖然 先于 RFID，并且被廣泛應用于移動通信領域，但是基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)體系缺乏 RFID體系中 PML技術和 ONS技術那樣的統(tǒng)一標準和規(guī)范，使得 M2M體系的發(fā)展速度慢于 RFID體系。 WSN系統(tǒng)體系架構 無線傳感器 技術 WSN（ Wireless Sensor Network） 是 由 安裝 在 某一 區(qū)域內的許多 無線傳感器節(jié)點 構 成 的 ， 單獨的 傳感器節(jié)點 包括信息收 集模塊 （ 傳感器、 數(shù)模 轉換器 ） 、 信息 處理和 運算 模塊 （ 微 型 處理器、 信息 存儲器 ） 、通信模塊 （ 天線、讀寫器 ） 以及電源 模塊 （ 電池、 交流直流變電 器 ） 等 構 成的嵌入 型的 設備。傳感器與傳感器之間通過無線通訊形成了一個物物連接網(wǎng)絡 ， WSN技術是基于傳感器技術、 分布 式 運算 技術、 嵌入 式 數(shù)據(jù) 處理技術 以及 通 訊 技術， 所有設備同時進行數(shù)據(jù)的傳輸、運算、處理， 并對這些 數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)一的分配 ，使 得信息可以有效準確的傳送給指定請求數(shù)據(jù)的用戶 ， 由此 實現(xiàn) 了 邏輯上的 信息網(wǎng)絡與真實世界的對應融合 ， 從根本上建立了一種 人與自然 新 的交 流模 式。 WSN包含 了微 電機技術 （ Miero Electro Meehanism System， MEMS） 、無線通 訊技術 和 互聯(lián)網(wǎng)絡等技術， 并且 成 為 新興的物聯(lián)網(wǎng)核心技術之一 ， 也被廣泛認為是將給世界帶現(xiàn)場消息代理 遠程通信網(wǎng)絡 網(wǎng)關 現(xiàn)場網(wǎng)絡 終端設備 終端設備 終端設備 物聯(lián)網(wǎng)信息服務平臺研究與實現(xiàn) 14 來巨大改變的 21世紀革命性技術之一 。 WSN在軍事 領域 、 宇宙 探索、生物 醫(yī)學 、環(huán)境 分析 、 緊急救援 、 世界 反恐、 高危地區(qū)無人區(qū)域 等領域都有潛在的實用價值和 美好 的應用前景。 也 因 此吸引 了世界 工商業(yè) 和學術 領域 的極大關注。 WSN體系物聯(lián)網(wǎng) 分層的 本質 是從網(wǎng)絡 方面 的 應用 結構和功能 進行 定義， 即按照功能進行分層。并且 描述 了 實現(xiàn) 各個 傳感器節(jié)點之間 連接 和通 訊 的 形式 和 架構。 WSN本 身的特 性表明 了 它的 網(wǎng)絡通 訊層次的劃分 不能 按照原有的普通互聯(lián)網(wǎng)通信模式來劃分 。圖 23所示 是 一種 被普遍接受 的 WSN通 訊體系 結構模型， 將WSN物聯(lián)網(wǎng)體系 分 為 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層 這些層次 。 圖 23 基于 WSN的物聯(lián)網(wǎng)體系結構示意圖 與 RFID以及 M2M有所不同的是， 針對 WSN的 開發(fā)如今多數(shù) 還 關注 于網(wǎng)絡 層（ 例如 ZigBee通訊協(xié)議 、 分布式微型 OS 和基于 IPv6 的 LoWPAN等）， 還有電池的能量問題 ，在無線 傳感 方面 WSN技術的實用性和商用性 非常 高，但是 WSN僅僅適合于小規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)，要想實現(xiàn)基于 WSN體系的城際乃至全世界范圍內的物聯(lián)網(wǎng)難 度比較大。 在前面提到的三種物聯(lián)網(wǎng)技術中，通過對比可以看 到 基于 M2M或 WSN這兩種技