物聯(lián)網(wǎng)三大應用典型場(chǎng)景

周洪波 2010/03/09

圖1：跨越時(shí)空的技術(shù)架構和部署場(chǎng)景

　　“1”代表客戶(hù)端，可以是PC，PDA等，坐落在美洲；“2”代表運行在“云”服務(wù)器上 的SaaS或非SaaS信息系統，坐落在非洲；“3”代表末端，可以是任何智能物件，坐落在亞洲。

　　基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)應用架構

　　電子標簽可能是三類(lèi)技術(shù)體系中最靈活的能夠把“物”改變成為智能物件的，它的主要應用是把移動(dòng)和非移動(dòng)資產(chǎn)貼上標簽，實(shí)現各種跟蹤和管理。按瑞士ETH Fleisch教授的劃分，RFID是穿孔卡、鍵盤(pán)和條碼等應用技術(shù)的延伸，它比條碼等技術(shù)自動(dòng)化程度高，但它們都屬于提高“輸入”效率的技術(shù)，也都應該屬于物聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)范疇。Auto-ID中心的EPCGlobal體系就是針對所有可電子化的編碼方式的，而不只是針對RFID。RFID只是編碼的一種載體，此外還有其他基于物理、化學(xué)過(guò)程的載體，例如同方試金石公司的防偽技術(shù)。

　　EPCglobal提出了Auto-ID系統的五大技術(shù)組成，分別是EPC（電子產(chǎn)品碼）標簽、RFID標簽閱讀器、ALE中間件實(shí)現信息的過(guò)濾和采集、EPCIS信息服務(wù)系統，以及信息發(fā)現服務(wù)（包括ONS和PML）。由于從一開(kāi)始就讓世界各大洲的從業(yè)人員充分參與，EPCGlobal標準（架構圖如下）得到了較廣泛認同，這里不再對其標準體系架構贅述。

圖2：EPCGlobal標準架構圖

　　ONS（即對象命名服務(wù)Object Name Service）主要處理電子產(chǎn)品碼與對應的EPCIS信息服務(wù)器地址的查詢(xún)和映射管理（如圖3），類(lèi)似于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )中已經(jīng)很成熟的域名解析服務(wù)（DNS）。在設計ONS規范時(shí)，EPCGlobal組織要求必須結合現有互聯(lián)網(wǎng)基礎設施和相關(guān)規范進(jìn)行，這顯然是一個(gè)正確的決定。于是ONS基本上按DNS的原理實(shí)現，甚至采用了DNS的現有基礎設施，現今全球ONS服務(wù)也是EPCglobal委由世界最大的DNS營(yíng)運商VeriSign營(yíng)運。

圖3：ONS服務(wù)原理

　　EPC產(chǎn)品電子碼識別只是“標簽”，所有關(guān)于產(chǎn)品有用的信息都用一種新型的標準的XML語(yǔ)言——實(shí)體標識語(yǔ)言(Physical Markup Language )來(lái)描述，PML的作用就像互聯(lián)網(wǎng)的基本語(yǔ)言HTML一樣。

　　有了ONS和PML，以RFID為主的EPC系統才真正從Network of Things走向了Internet of Things(物聯(lián)網(wǎng))。基于ONS和PML，企業(yè)對RFID技術(shù)的應用將由企業(yè)內部的閉環(huán)應用過(guò)渡到供應鏈的開(kāi)環(huán)應用上，實(shí)現真正的“物聯(lián)網(wǎng)”。

　　ONS和PML作為物聯(lián)網(wǎng)框架下的關(guān)鍵技術(shù)，有著(zhù)廣泛的應用前景。相比之下，傳感網(wǎng)和M2M從業(yè)群體的技術(shù)架構還沒(méi)有完全上升到ONS/PML這樣同等的“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)體系高度，這大概也就是Auto-ID人群認為物聯(lián)網(wǎng)概念是他們首創(chuàng )的主要原因吧。筆者認為，在走向物聯(lián)網(wǎng)的道路上，傳感網(wǎng)和M2M群體應該借鑒和直接采用ONS/PML技術(shù)體系。
　　基于傳感網(wǎng)絡(luò )的物聯(lián)網(wǎng)應用架構

　　當人們談?wù)搨鞲芯W(wǎng)絡(luò )的時(shí)候，一般主要是指無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )（WSN, Wireless Sensor Networks），此外還有視覺(jué)傳感網(wǎng)（VSN, Visual Sensor Networks）以及人體傳感網(wǎng)（BSN， Body Sensor Networks）等其他傳感網(wǎng)，這里我們也主要討論WSN。

　　WSN由分布在自由空間里的一組“自治的”無(wú)線(xiàn)傳感器組成，共同協(xié)作完成對特定周邊環(huán)境狀況，包括溫度、濕度、化學(xué)成分、壓力、聲音、位移、振動(dòng)、污染顆粒等的監控。WSN中的一個(gè)節點(diǎn)（或叫Mote）一般由一個(gè)無(wú)線(xiàn)收發(fā)器、一個(gè)微控制器和一個(gè)電源組成。WSN一般是自治重構（Ad-Hoc或Self-Configuring）網(wǎng)絡(luò )，包括無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)（Mesh Networks）和移動(dòng)自重構網(wǎng)（MANET）等。

　　無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)目前還是計算機和通信專(zhuān)業(yè)的學(xué)者們一個(gè)非常活躍的研究領(lǐng)域。10多年前IBM（蘇黎世研究中心）、微軟等大企業(yè)就開(kāi)始投入巨資研究傳感網(wǎng)，但商業(yè)收效甚微，所以大企業(yè)已經(jīng)基本不再投入做純WSN研究（哈佛大學(xué)Welsh教授語(yǔ)），目前WSN的研究主要還是在大學(xué)和國立研究機構。

　　筆者聽(tīng)過(guò)Welsh教授最近關(guān)于WSN的主題發(fā)言，他認為目前企業(yè)和研究機構對WSN的關(guān)注點(diǎn)完全不一樣，企業(yè)能賺錢(qián)的WSN技術(shù)對研究人員來(lái)說(shuō)太簡(jiǎn)單，算不上成果，而研究機構做的東西離實(shí)用差距又太遠，波士頓市的基于哈佛WSN先進(jìn)技術(shù)的CitySense計劃（“感知波士頓”）的失敗就是例子，而美國Oklahoma市采用了更簡(jiǎn)單成熟技術(shù)的MicroCAST計劃卻獲得了成功。

　　到目前為止，WSN研究最成功的成果可能要數加州大學(xué)伯克利分校Culler教授研究小組提出的Mote的概念和他們研制成功的Mote節點(diǎn)產(chǎn)品，相關(guān)成員2003年在硅谷成立了一個(gè)名為MoteIV的公司，銷(xiāo)售Mote產(chǎn)品和推廣WSN應用，但后來(lái)因經(jīng)營(yíng)狀況不好而改名為Sentilla，不再以WSN業(yè)務(wù)為主。筆者對WSN沒(méi)有深入的研究，但15年前筆者在美國做并行計算時(shí)，年輕的Culler教授也在做并行計算系統的研究，而且也算是當時(shí)頂級的并行計算專(zhuān)家，現在發(fā)現他老先生又成了領(lǐng)導潮流的WSN專(zhuān)家，而且已經(jīng)桃李滿(mǎn)天下，Welsh教授就是Culler教授的學(xué)生。難怪筆者覺(jué)得“曾似相識”，現在WSN的研究就好象15年前學(xué)術(shù)圈里對并行計算系統架構的研究一樣，提出了很多種技術(shù)架構，到頭來(lái)超級并行計算機還是“返樸歸真”，采用了最簡(jiǎn)單通用的網(wǎng)絡(luò )連接技術(shù)。

　　WSN的研究大多還專(zhuān)注于網(wǎng)絡(luò )底層（包括非IP協(xié)議的ZigBee、TinyOS和基于IP的6LoWPAN等），以及電源的持久性等問(wèn)題，按照其目前的發(fā)展，筆者認為WSN離真正的“物聯(lián)網(wǎng)”還很有一定距離，對像EPCGlobal中ONS和PML等物聯(lián)網(wǎng)層面的問(wèn)題研究還不夠。

　　另外，筆者認為，WSN的研究者們太熱衷于無(wú)線(xiàn)技術(shù)，忽略了感知層用有線(xiàn)現場(chǎng)總線(xiàn)和傳輸層用長(cháng)距離無(wú)線(xiàn)通信的組合。從實(shí)用和商業(yè)推廣的角度，這個(gè)組合早已經(jīng)達到穩定和大規模應用的水平。

　　基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)應用架構

　　業(yè)界認同的M2M理念和技術(shù)架構覆蓋的范圍應該是最廣泛的，包含了EPCGlobal和WSN的部分內容，也覆蓋了有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種通信方式，一個(gè)典型的M2M系統由圖4所示的幾個(gè)部分組成。

圖4：典型的M2M系統

　　M2M也覆蓋和拓展了工業(yè)信息化（兩化融合）中傳統的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統。SCADA系統在工業(yè)，建筑，能源，設施管理等領(lǐng)域和現在的M2M系統一樣，行使設備數據收集和遠程監控監測的工作。乍一看，M2M和SCADA似乎是一樣的，但由于M2M基于互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，有很多標準化的東西（如XML,WebServices/SOA等）做基礎，它和傳統的SCADA是有區別的，好多SCADA系統基本上還基于陳舊的C/S架構。

　　M2M有如下圖所示的兩種業(yè)務(wù)模式。MVNO（移動(dòng)虛擬網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商）業(yè)務(wù)模式在中國還未形成（或政策不允許），但在美國早已經(jīng)存在，JasperWireless、Aeris等公司一直在做基于SaaS營(yíng)運的M2M業(yè)務(wù)MVNO，也就是MMO（M2M Mobile Operator）。 由于M2M/智慧地球最近的發(fā)展催生了許多新的機遇，美國各大營(yíng)運商如Verizon、ATT等以前都不直接做M2M業(yè)務(wù)，最近都紛紛成立了M2M業(yè)務(wù)部門(mén)，直接開(kāi)展M2M業(yè)務(wù)，例如AT&T和Amazon合作直接支撐其Kindle電子閱讀器無(wú)線(xiàn)接入服務(wù)。結果迫使一些原來(lái)的MVNO成了MVNE，JasperWireless就是例子，ATT&T正好采用了JasperWireless平臺。

　　在中國，三大營(yíng)運商從一開(kāi)始就直接做M2M業(yè)務(wù)，一開(kāi)始就沒(méi)有MVNO生存的機會(huì )，同方軟件專(zhuān)業(yè)做M2M軟件已有很多年，憑借多年M2M業(yè)務(wù)積累的優(yōu)勢成為了中國移動(dòng)公司M2M營(yíng)運平臺的MVNE。.

　　同樣，M2M的發(fā)展缺乏ONS和PML那樣的“物聯(lián)網(wǎng)”標準規范和統一體系架構，雖然有一些像oBIX、BITXML、oMIX那樣的嘗試，但像ONS和PML那樣的統一的規范還未形成，還有很長(cháng)的路要走。

下期預告

　　本期專(zhuān)欄概述了物聯(lián)網(wǎng)三類(lèi)群體所對應的典型應用場(chǎng)景及其相應的技術(shù)和業(yè)務(wù)模式。在下一期專(zhuān)欄中，周洪波將較詳細描述DCM三層架構中感知層和傳感層的主要技術(shù)及其分類(lèi)。

計算機世界報