物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系與應(yīng)用舉例

郁鳴鋼

2010年，所有關(guān)心政治經(jīng)濟(jì)的人都開始熟悉一個(gè)名詞——物聯(lián)網(wǎng)。隨著溫家寶總理在2010年的政府工作報(bào)告中提出“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”，我國信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)瞄準(zhǔn)了一個(gè)全新的戰(zhàn)略目標(biāo)。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，不僅需要攻破核心技術(shù)，還需要統(tǒng)一核心技術(shù)。

1 物聯(lián)網(wǎng)及其標(biāo)準(zhǔn)體系

傳感網(wǎng)在國際上又稱為“物聯(lián)網(wǎng)”,“物聯(lián)網(wǎng)”（Internet of Things）指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識(shí)別和管理。

物聯(lián)網(wǎng)被視為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后信息化的第3次浪潮，但與前兩次浪潮國外創(chuàng)造技術(shù)、我國引進(jìn)應(yīng)用不同，物聯(lián)網(wǎng)目前在全球還沒有一個(gè)成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，這給了中國一個(gè)與世界同步建立話語權(quán)的機(jī)會(huì)。

“我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展處于初始階段。無論是國標(biāo)的自主制定，還是核心技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化以及規(guī)模化應(yīng)用示范都處于起步階段。標(biāo)準(zhǔn)的缺失與核心技術(shù)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化配套能力相對(duì)薄弱制約了我國物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用?！蔽锫?lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組（圖1）組長、工業(yè)和信息化部電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)工作組組長張琪表示，“為加快物聯(lián)網(wǎng)在中國的發(fā)展，我們必須加快制定標(biāo)準(zhǔn)。首先，必須有自主制定的國標(biāo)，不受控于任何一個(gè)國家；其次，要堅(jiān)持開放與兼容，實(shí)現(xiàn)互通與共享，兩者不可偏廢。”

標(biāo)準(zhǔn)的制定具有很強(qiáng)的行業(yè)特征，因此常常由行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)組織完成。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一大特點(diǎn)是跨行業(yè)。此次物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組僅發(fā)起成員就有19個(gè)不同行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)組織，未來還會(huì)有更多的標(biāo)準(zhǔn)組織加入，加之，聯(lián)合工作組內(nèi)未設(shè)主要負(fù)責(zé)人，各成員之間相互平等，標(biāo)準(zhǔn)化工作面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。

物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系框架（圖2）包括感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)和公共技術(shù)。

（1）感知層。數(shù)據(jù)采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，包括各類物理量、標(biāo)識(shí)、音頻、視頻數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實(shí)時(shí)定位等技術(shù)。

傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和協(xié)同信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器、RFID等數(shù)據(jù)采集技術(shù)所獲取數(shù)據(jù)的短距離傳輸、自組織組網(wǎng)以及多個(gè)傳感器對(duì)數(shù)據(jù)的協(xié)同信息處理過程。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。實(shí)現(xiàn)更加廣泛的互聯(lián)功能，能夠把感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送，需要傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合。經(jīng)過十余年的快速發(fā)展，移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已比較成熟，基本能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?/p>

（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層主要包含應(yīng)用支撐平臺(tái)子層和應(yīng)用服務(wù)子層。其中，應(yīng)用支撐平臺(tái)子層用于支撐跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能；應(yīng)用服務(wù)子層包括智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電力等行業(yè)應(yīng)用。

（4）公共技術(shù)。公共技術(shù)不屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的某個(gè)特定層面，而是與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)的三層都有關(guān)系，它包括標(biāo)識(shí)與解析、安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)質(zhì)量（QoS）管理。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用密切相關(guān)的特點(diǎn)，按照技術(shù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用子集兩個(gè)層次，我們提出引用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、裁剪現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)或制定新規(guī)范等策略，形成了包括體系架構(gòu)、組網(wǎng)通信協(xié)議、接口、協(xié)同處理組件、網(wǎng)絡(luò)安全、編碼標(biāo)識(shí)、骨干網(wǎng)接入與服務(wù)等技術(shù)基礎(chǔ)規(guī)范和產(chǎn)品、應(yīng)用子集類規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系，以求通過標(biāo)準(zhǔn)體系指導(dǎo)成體系、系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，同時(shí)為今后的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用開發(fā)中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的采用提供重要的支持。

目前，我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)水平已位于世界前列，在一些關(guān)鍵技術(shù)上處于國際領(lǐng)先（如表1、表2），與德國、美國、日本等國一起，成為國際標(biāo)準(zhǔn)制定的主要國家，逐步成為全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一環(huán)。

2 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步作為物體與物體溝通的工具、人與物體溝通的工具，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和應(yīng)用將面臨進(jìn)一步爆發(fā)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)際上很多，可以很復(fù)雜也可以很簡單。

表1 已立項(xiàng)的國家和國際標(biāo)準(zhǔn)

表2 已立項(xiàng)的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

將帶有“錢包”功能的電子標(biāo)簽（RFID）與手機(jī)的SIM卡合為一體，手機(jī)就有錢包的功能，消費(fèi)者可用手機(jī)作為小額支付的工具，用手機(jī)乘坐地鐵和公交車、超市購物，去影劇院看影劇。重慶市已有20萬人刷手機(jī)乘坐城市輕軌。

在電度表上裝上傳感器，供電部門隨時(shí)都可以知道用戶使用電力的情況，使電網(wǎng)也具備智能化功能。我國江西省電網(wǎng)對(duì)分布在全省范圍內(nèi)的2萬臺(tái)配電變壓器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)用電檢查、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、負(fù)荷管理等，一年來降低電損1.2億千瓦時(shí)。

舉個(gè)智能電網(wǎng)的例子，包括美國奧巴馬也用1000萬美元更新電網(wǎng)的發(fā)展。傳統(tǒng)的電網(wǎng)用水電、煤電、核電，電網(wǎng)就是輸送的紅線，紅線是伴隨輸送電路的通信，保證輸送的通暢，傳統(tǒng)的比較簡單。到了現(xiàn)在需要智能電網(wǎng)的時(shí)候，首先能源的種類改變了，能源多了風(fēng)能、太陽能，而風(fēng)能和太陽能是分散的，不是集中在一起的，而且它是有風(fēng)就發(fā)電，有太陽就發(fā)電，沒風(fēng)沒太陽不發(fā)電，這時(shí)候一個(gè)單位處于這樣一種狀態(tài)：在白天有太陽的時(shí)候，用太陽能發(fā)電，且太陽好的時(shí)候電用不了，還能夠輸送出去，到了陰天和晚上不發(fā)電了又需要外部送電進(jìn)來，所以這個(gè)時(shí)候電網(wǎng)就變成雙向的：不僅僅是消耗電能有時(shí)候還能輸送電能。另外，每天的不同時(shí)段負(fù)荷不同狀態(tài)下電的價(jià)錢是不一樣的，動(dòng)態(tài)的電的價(jià)格伴隨著通信系統(tǒng)就可以指導(dǎo)消費(fèi)者在什么時(shí)候消耗電，白天不要開，晚上開就便宜，洗衣機(jī)可以晚上使用。實(shí)際上將來是一個(gè)動(dòng)態(tài)電價(jià)，根據(jù)負(fù)荷式動(dòng)態(tài)電價(jià)。所以，智能電網(wǎng)的推進(jìn)，未來節(jié)約的就是幾千億。

現(xiàn)在為什么強(qiáng)調(diào)綠色，因?yàn)楣?jié)能減排關(guān)乎人類的未來，如何達(dá)到節(jié)能減排？一個(gè)很重要的手段是使用物聯(lián)網(wǎng)來監(jiān)測(cè)這個(gè)過程調(diào)整，使得能源消耗降到最低，按照現(xiàn)在的預(yù)測(cè)，全世界到2020年的時(shí)候，如果能夠把物聯(lián)網(wǎng)和應(yīng)用都劃分起來，可以節(jié)約1萬億美元，因此對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來講，大家都寄予高度期望。這也是為什么美國IBM提出智慧地球之后，得到奧巴馬的接受，要大力推廣，也就是為什么中國溫家寶總理在2009年連續(xù)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)，這是政治上看到的對(duì)未來的重大意義。

互聯(lián)網(wǎng)之父瑟夫在近期也對(duì)CBN記者表示，在他看來，全球互聯(lián)網(wǎng)又來到了一個(gè)轉(zhuǎn)折的階段，完成人的上網(wǎng)后，要為電腦外的每一個(gè)物體都分配一個(gè)IP地址，因此整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)、管理、運(yùn)營和創(chuàng)新能力都會(huì)來到一個(gè)新的階段?！爱?dāng)洗衣機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)管理控制時(shí)，即使一塊肥皂也成為了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的一部分。”瑟夫表示，之后的網(wǎng)絡(luò)上會(huì)連接更多的傳感器，成為一個(gè)傳感器的互聯(lián)網(wǎng)。