物聯網應用實踐

物聯網簡介

物聯網的概念，早在1995年，國內許多高校和研究所就有所研究，但真正讓國際上接受的，是美國IBM向奧巴馬提出的即互聯網+物聯網=智慧地球。奧巴馬認為，物聯網是下一代革命性的技術。今年8月7號，溫總理到無錫考察后，物聯網才真正得到大家的重視。

關于物聯網的定義，我有兩點補充:第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡;第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。 實際上，互聯網實現了人與人之間的信息交互，而物聯網實現了人與物、物與物之間的信息交互，因此它的范圍有了很大的推廣。

物聯網的構成有這幾個方面:傳感器(SENSOR)/攝像頭、無線射頻(RFID)、無線傳感網(WSN)、全球定位系統(GPS)、互連網(INTERNET)，當然在識別端還有一些別的設備，這里就不一一介紹了。總之，它是一個范圍更廣泛的網絡。所以，物聯網的功能實現了對物體的智能識別、跟蹤、定位、監控和管理。

物聯網有三層的架構:最下面一層是物物網絡，即利用各種傳感器、RFID形成的物體與物體之間進行身份識別和數據交流的網絡，也就是數據采集層。當數據匯集到一起，會匯集到第二層——泛在接入層，也就是數據傳輸層。現在所有的網絡形式，包括有線的和無線的，以及無線網絡形式中的無線局域網、2G、3G，等，都是一種有效的傳輸結構。在最上一層，即數據處理和數據交互層，包括存儲、計算，甚至云計算的概念。因此，物聯網是一個有三層架構的，沒有統一組合的一種網絡結構。每一種應用都是一種不同網絡結構的組合，例如RFID+互聯網、傳感器+傳感網+互聯網、有時與有線網絡連接、有時與無線網路連接，因此它的網絡結構是不固定的、非常靈活的組織結構。而最重要的架構就是更好地適應應用需求的架構。

物聯網核心:無線傳感器網絡

談到物聯網，我們不得不要回顧一下IBM 在2008年提出的“智慧地球(Smarter Planet)”概念。所謂智慧地球，就是在數字地球和智能地球概念基礎上提升層次，上升到擬人化、有智慧的地球的概念。其核心是無處不在的智能對象，被無處不達的網絡與人連接在一起，再被無所不能的超級計算機調度和控制，將廣泛的應用人的生活領域。 這個概念非常廣泛，用一個形象的比喻，智慧地球就像人的大腦(如下圖)。

物聯網有很多環節組成，其中的重點，即研究的核心，是在無線傳感器網絡(WSN)。無線傳感器網絡是指大規模、高密度、隨機布置、自組織多跳的監測網絡，實現網絡節點之間的無線通訊、數據交換以及與各種傳感器連接。

下圖是典型無線傳感器網絡的拓撲構成。

與一般網絡比，無線傳感器網絡有以下幾個特點:

一是低功耗:無線傳感器網絡的應用都需要組成網絡的節點設備具有低的功耗，如對轉動設備的監測，大規模部署造成換電池困難的場合。

二是低成本:設備的數量比較大時，節點的成本是一個必需要考慮的問題。

三是通信距離近:通常從幾十米到幾百米，合局域的大密度的布置。

四是自組織:不依賴基礎設施，通過多跳路由形成自組織網絡。

五是容錯能力強:傳感器網絡的軟、硬件必須具有很強的容錯性，以保證系統具有高強壯性，以適應各種惡劣環境。

六是數據吞吐率低:相對于藍牙(IEEE 802.15.1)和其它的WPANs和WLANs，無線傳感器網絡對于數據吞吐量的要求是有限的 。

因此，利用無線傳感器網絡的技術特點以及容易與各種傳感器和其他網絡形式融合的優勢，可以很好的智能識別、智能檢測和精確定位等功能。美國商業周刊和MIT技術評論把無線傳感器網絡分別評為21世紀最有影響的21項技術和改變世界的10大技術之一之首。

物聯網的應用及實際案例

目前，物聯網實現了三類功能的應用:

第一類功能是智能識別。利用RFID和星狀拓撲結構的WSN，可實現對物體的智能身份識別。除了應用于大家熟悉了物流管理以外，還可廣泛應用于城市部件、車輛、設備、物資和生物等的識別管理。

第二類功能是智能監測。可集成多種傳感器，通過自組無線網絡實現數據采集和匯總，具有不依賴基礎設施、組網靈活、免布線、免維護、低功耗等特點。可廣泛應用于環境信息、交通流量信息、城市管網狀態信息，能源消耗狀況和各種設備運行狀態的監測，為政府相關職能部門的日常管理和應急指揮提供實時準確的數據信息。

第三類功能是定位跟蹤。基于WSN的定位跟蹤技術，通過計算信標結點和目標結點的電磁波傳輸時間來實現跟蹤定位。該單位技術具有定位精度高(室外可達到1米以內的精度)、部署靈活、環境適應性好并可實現室內定位的特點。

結合這三大類應用，有以下的實施應用案例。

1、城市部件的管理

隨著網絡化實施，城市管理演化成動態的事件管理和靜態的部件管理。部件的管理都需要身份的智能識別，比如窨井蓋、廣告牌、電線桿這些都是一種部件。而很多的部件都需要審批，但是在實際管理中，審批部門和執法部門不是同一個部門，這樣就在管理過程中產生了很多問題。如果我們在部件上貼上標簽，記錄所有審批的信息，那么在執法時，就可以遠距離的收集信息，促進執法。

2、資產管理

在實際生產生活中，經常會遇到需要對設備進行檢修的情況。但檢修的狀態有時可能沒有記錄下來，這就給下一次檢修提供信息帶來困難。我們設計了一個系統，給設備上加一個標簽，把每次檢修的信息寫進去，并實時發到后臺。這樣在每次巡檢的時候，就可以了解每次的檢修情況和每臺設備的故障情況，大大提高了效率。

3、準運車輛管理

城市里除了私家車以外，有很多種類的車輛，比如垃圾車、灑水車、危險品車等等，都存在著準運車輛管理的問題。如果我們在每輛車上安裝識別、定位設備，就可以實現不停車的車輛證件的查處，同時各個部門還可以實現信息的共享。

4、城市底層數據采集

城市底層的數據采集包括交通流量、環境數據、窨井蓋管網的信息等，這些信息同過有線是很難采集的。如果我們通過物聯網有效的聯合，就可以實時地把各種各樣的底層信息采集上來，使城市管理從事后處理變成事前預防，大大提高城市管理和應急的效率。

另外，還可以對建筑物環境及能源消耗狀態檢測，包括分區域控制和遠程抄表。

還有無線智能空調節能控制、垃圾物流管理、工業設備狀態在線監測、人、車、物精確定位跟蹤等等。物聯網在港口物流、倉儲管理、建筑安全檢測、農作物生長環境等方面都有很多的應用。

“物聯網”之所以被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮，是因為物聯網的發展會拉動各種產業的發展。例如它會拉動傳感器的發展，而傳感器的發展又會拉動上流新型材料的發展，也會推動芯片的發展、電池的發展等等。與此同時，物聯網的產生不光是技術的發展，它還將會對管理模式上產生變革，因為物聯網將會使很多管理從事后變成事前，變成智能化管理，從而最終導致人類生活模式的變革，使我們的生活更舒適、更便捷、更安全、更環保，甚至使人與自然的生活更加和諧。

(作者系北京時代凌宇科技有限公司博士)

(本文根據黃孝斌在“物聯網和中國信息化論壇”上的演講錄音整理)