物物相连 无线护航

曹方

简而言之，物联网是通过在物品上嵌入电子标签、条形码等能够存储物体信息的标识，通过无线网络的方式将其即时信息发送到后台信息处理系统，而各大信息系统可互联形成一个庞大的网络，从而达到对物品进行实施跟踪、监控等智能化管理的目的。

目前，我国已具备发展物联网的技术、产业和应用基础，部分领域形成了可观的产业规模，技术研发和标准化工作也取得了初步成果，掌握了一批具有自主知识产权的关键技术，物联网在交通、物流、金融、工业控制、环境保护、医疗卫生、公共安全、国防军事等领域有了初步应用。据预测，全球物联网产业市场将呈现快速增长的态势，预计2012年全球物联网市场规模将超过1700亿美元，2015年将接近3500亿美元，年均增长率接近25%。业内人士认为，中国的物联网产业是全球物联网产业的重要组成部分，正迎来大发展的历史机遇。

泛在无线技术与物联网

物联网可以理解为泛在网的应用形式，而不是传统意义上的网络概念。泛在网在异构网络融合和频谱资源共享基础上实现无所不在的网络覆盖，是利用现有和新的网络技术，实现人与人、人与物、物与物之间无所不在并且按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等综合服务的网络体系。

泛在无线技术是泛在网在连接物质世界过程中实现末梢效应和边缘价值的核心技术，也是促进物联网产业化应用的关键。泛在网通过泛在无线技术完成与物质世界的连接，并且实现环境感知、内容感知以及智慧性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。泛在网具有比物联网更广泛的内涵。

作为泛在无线技术重要组成部分的传感网，可以看作物联网的一种末梢网络和感知延伸网。传感网是多个由传感器、数据处理单元和通信单元组成的节点，通过自组织方式构成范围受限的无线局域网络。传感网为物联网提供事物的连接和信息的感知。

目前，与物联网紧密相关的无线通信技术已渗透到社会各领域，成为众多行业的支撑，并形成新的经济增长点。从长远来看，物联网的产业化应用有望成为后互联网时代经济增长的引擎。泛在网络能够随时随地提供网络服务，用户通过智能终端可以从网络上获得除传统的话音、短信、视频业务外的各种各样的服务。泛在网络帮助人类实现在任何时间、任何地点，任何人、任何物都能顺畅地通信。通信对象可以是机器对机器、机器对人、人对机器和人对人。可以说，随着国民经济的发展和社会信息化水平的日益提高，泛在网络已经成为国内外政府、学术界、运营商、社会团体、设备厂商关注的重要话题，泛在无线通信也成为无线通信领域关注的热点之一。

不可或缺的关键支撑

在物联网发展过程中，涉及到的关键无线技术主要包括：末梢感知层的关键技术、网络融合层的关键技术、无线资源管理的关键技术以及对数据进行综合处理的信息处理等关键技术。

末梢感知层

末梢感知层的关键技术主要涉及数据的感知、采集和传输技术，其中无线技术主要集中在数据传输部分。物联网的末梢网络主要是以无线传感器为代表的大规模自组织网络结构。传感器网络内部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器对不同的环境和信息进行感知并捕获数据。传感器按一定周期采集不同类型的数据，所采集的信息内容和信息格式也不同。数据采集需要采用短距离低功率的无线通信技术，之后要将数据传输到控制中心或者处理平台，经过处理后，由应用平台控制实现不同的系统应用。

首先是短距离无线通信技术。鉴于物联网的无线连通方式有部署灵活、移动性、渗透性强等特点，近年来，世界众多站在技术前沿的国家和企业在制订标准、研究新技术和应用解决方案方面纷纷予以关注，以期掌握市场主动。近年来中国也通过一系列措施支持和鼓励中短距离无线通信、与无线传感技术相关技术的研发和产业化。

短距离无线通信尤其适合物联网的感知延伸层的组网和应用，尤其以无线个人局域网（WPAN） 为主的无线通信网络为主要内容。目前，主流的微功率短距离的无线通信技术如WLAN、UWB、RFID、Bluetooth、Zigbee、60 GHz 毫米波的WPAN 等，其中大部分技术的工作频率都集中在2.3～2.4 GHz频段上。2.4 GHz频段无线系统主要有Bluetooth、WiFi、Wireless USB、Zigbee 以及无绳电话和微波炉等系统与设备。如此密集的系统分布，必然造成该频段的资源紧缺，频谱日益拥挤，电磁兼容问题日益凸现。

其次是无线传感器网络。无线传感器网络将以其网络规模大、自组织性强、网络拓扑动态变化强、以数据为中心等优势，成为物联网不可或缺的主要部分。ITU架构中泛在传感器网络、基础骨干网络和泛在传感器接入网络，是物联网网络架构中可能采用无线传输技术的部分，也是物联网频谱需求的主要来源。

传感器网络基础骨干网络以传统的公共移动通信网络和数字集群网络为代表，泛在传感器接入网络则以短距离无线传输技术为代表。物联网在各个行业（如智能家居、智能安全、动物溯源、智能医院、智能交通、智能物流等）领域应用中，末端设备和设施，包括具备“内在智能”的（如传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等） 和“外在使能”的（如贴上RFID 的各种资产、携带无线终端的个人与车辆甚至“智能尘埃”等）物理界实体，都需要通过各种传感器设备、无线、有线的通信网络实现互联互通，以实现其“智能化物件或动物”的特质，这其中无线传感器网络的应用需求最为强烈。

无线频谱资源应用与管理策略

在末梢网络中，以无线传感器网络的频谱需求为例，无线传感器网络所能提供的无线通信带宽是十分有限的，特别是在2.4 GHz的通信频段上，聚集了蓝牙、WiFi、ZigBee 等无线网络，使得该频段的信道变得十分拥挤。

因此，无线频谱资源紧张可能成为物联网应用的“瓶颈”问题。不过，可以通过有效的资源管理机制实现频谱的合理和高效再利用，从而解决频谱资源紧张问题，使资源的供需达到平衡。无线资源管理可以从国家政策和规划角度得到很好的再配置，例如对物联网频谱的合理规划与管理、物联网频率划分调整及频率保护政策、参照国际惯例对物联网频谱进行规划、建立物联网的流量模型及常见应用模型、为典型的物联网应用制订频谱标准、借鉴频谱拍卖机制适当实施频谱开放计划等等。

从技术方面适合于物联网无线资源管理的各种措施则包括：从空时频能复用角度，开发频谱池、频谱聚合、智能天线、软件无线电、多点协作等技术；在授权频段开发D2D直通技术，在非授权频段，开发多种短距离通信技术共存技术等；从系统级角度开发频谱分析、频谱决策、频谱监视、频谱搬移和频谱共享等频谱管理技术；从频谱二次利用角度开发可见光通信、太赫兹通信、白色空间通信以及开发2.5 GHz、3.3～3.4 GHz、3.5 GHz、5 GHz、5.15～5.725 GHz 等新频段业务；此外，在无线资源管理方面，着重开发无线技术的电磁兼容和电磁干扰技术，为无线资源的有效复用、多种技术和系统的高效共存提供保障。

异构网络融合与协同技术

网络的异构性主要体现在以下几个方面：不同的无线频段特性导致的频谱资源使用的异构性；不同的组网接入技术所使用的空中接口设计及相关协议，在实现方式上的差异性和不可兼容性；业务的多样化；终端的多样化；不同运营商针对异构网络所实施的相应的运营管理策略不同。以上几个方面交叉联系，相互影响构成了无线网络的异构性。这种异构性对网络的稳定性、可靠性和高效性带来了挑战，同时给移动性管理、联合无线资源管理、服务质量保证等带来了很大问题。

网络融合的主要策略可以理解为各种异构网络之间，在基础性网络构建的公共通信平台之上，实现共性的融合与个性的协同。所谓“融合”是在技术创新和概念创新的基础上对不同系统间共性的整合，具体是指各种异构网络与作为公共通信平台的移动通信网或者下一代网络的融合，从而构成一张无所不在的大网。所谓“协同”则是在技术创新和概念创新的基础上对不同系统间个性的整合，具体是指大网中的各个接入子网通过彼此之间的协同，实现共存、竞争与协作的关系以满足业务和应用需求。

不同通信网络的融合是为了更好地服务于异构通信网络的协同。协同技术是实现多网互通及无线服务的泛在化、高速化和便捷化的必然选择，也是未来的物联网频谱资源共享亟待解决的问题。具体来说，异构网络融合的实现分为两个阶段，一是连通阶段，二是融合阶段。

连通阶段指各种网络如传感器网络、RFID 网络、局域网、广域网等都能互联互通，感知信息和业务信息传送到网络另一端的应用服务器进行处理以支持应用服务。融合阶段是指在网络连通层面的网络平台上，分布式部署若干信息处理的功能单元，根据应用需求而在网络中对传递的信息进行收集、融合和处理，从而使基于感知的智能服务实现得更为精确。从该阶段开始，网络将从提供信息交互功能扩展到提供智能信息处理功能乃至支撑服务。

海量信息处理技术与云计算

在物联网中，从末梢网络采集了大量的数据，这些数据需要进行处理才能实现各种不同的应用需求。于是，海量信息智能处理与云计算技术应运而生。根据泛在无线网络中数据信息的特点，可以采用诸如数据时间对准技术、集中式数据融合算法及分布式数据融合算法等技术进行数据融合，采用分类、估值、预言、相关性分组或关联规则、聚集、描述和可视化、复杂数据类型（Text、Web、图形图像、视频、音频等）挖掘等进行数据挖掘。

未来发展大有可为

现在，生活中已随处可见物联网的具体应用，如远程防盗、高速公路不停车收费、智能图书馆、远程电力抄表等，只不过这些仅是物联网的雏形，还尚未形成一个庞大的网络。物联网给我们构建了一个十分美好的蓝图，我们完全可以想象通过物物相连的庞大网络，实现智能交通、智能安防、智能监控、智能物流以及家庭电器的智能化控制。那么，中国物联网呈现出怎样的发展趋势呢？

首先，物联网应用已从简单的基础应用发展向信息化的综合物联网智能解决方案转移。目前，信息化对物联网的要求已从基础的无线抄表、车辆位置监控、移动POS应用发展到智能化综合解决方案，信息化应用趋势重点在物联网智能化应用解决方案，例如：气象感应系统预知台风来袭时，交通感应单元自动通知渔船返港，高速公路封闭，规定居民转移区域；当车祸发生时，路面监控系统自动通知急救医院并提供最佳路线，GPS系统提示来往该路段的车辆绕行；每月公共服务系统自动记录水电煤气用度通知户主后在银行账号中自动扣款，目前现有的M2M应用也是物联网的构成基础。就如人体各个系统的不同性能一样，不同的M2M系统会负责不同的功能处理，通过中心处理单元协同运作，终极组成智能化的社会系统。

如今，我国正处在产业化和信息化融合的网络化推进阶段，产业控制需要实现智能化、远程化、实时化和自动化，M2M推广应用正当其时，潜力巨大。而3G网络建设带来的无线宽带突破，更为M2M服务的发展提供了承载基础，中国移动下一个上亿级用户规模的应用将是M2M，而全球运营商都已开始积极推动M2M业务的发展。

其次，手机与物联网终端融合。手机如何与物联网终端融合从而更好地发挥手机的利用率，已成为运营商在物联网信息化应用的重要发展趋势。例如，iPhone和iPad将采用NFC技术即传感网技术发展手机替代支付系统，这对用户来说很有好处，因为它可以帮助削减与信用卡手续费相关的成本。英国 MoCo 公司帮助用户采用 NFC 手机追踪人员和资产，这套系统通过将 RFID 标签放置在固定或移动位置，或需要追踪的物体上，帮助用户追踪供应链的资产，或确认工作场所里员工的位置。举个例子，上下班时，员工可以将各自的 NFC手机轻碰一个固定的位置，生成实时的考勤记录，以便管理人员监测。机构用户只需让员工将他们的 NFC手机轻碰或靠近标签，就可以实时获取人员和资产的位置及活动信息。位置或资产信息可在用户手机和服务器间进行交换。

再次，农业物联网的应用包括动物溯源、温室监控、森林防火监控等，将成为物联网应用的主要开发领域。将农业生产过程中最关键的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤温度、土壤含水率的信息实时采集，利用M2M运营支撑平台和GPRS、ESGE网络传输，利用短信息、WEB、WAP等手段，让从事农业生产的客户掌握这些信息。比如，面对国内日益频发的食品安全问题，动物溯源称得上是物联网应用的又一亮点。目前，物联网应用集成商已经与农业部合作开发动物溯源系统，这将为溯源扩充到动物领域之外的农业产品应用打下良好基础。

最后，智能家居开发是物联网应用的蓝海。如今，智能家居逐渐成为潮流家装的诉求重点，更为舒适、智能化的生活体验俨然成为重新定义家居内涵的新标准。围绕智慧型家居所应运而生的新产品和新技术层出不穷，而作为调节居室温度与空气的家用空调，更为引人关注。

例如，目前的U-home智能家居在物联网时代为客户打造的多网融合智能化解决方案，其特点就是通过有线和无线网络相结合的方式，实现电信网、广电网、互联网、电力网的“多网融合”，将“家庭小网”联向“社区中网”，并最终与“世界大网”网网互联、互联互通。消费者生活中的楼宇对讲、安防功能、视频监控功能，以及家庭内的灯光、窗帘控制和家电控制等，乃至家庭能源管理、社区信息查询和社区服务等等，都最终融合汇总到一起，形成一个有机的整体解决方案。家中的电视屏、电脑屏、智能终端屏以及3G手机等任何一块屏幕，都是家庭的信息中心和管理中心。U-home的智能终端作为家庭的管理中心，不仅可以管理家中各类家电，还可以打电话、可视对讲、视频监控、进行外出布防、看天气预报、查询各类社区资讯等，真正实现了电视、手机、电脑以及小区对讲屏等多个终端的“N屏合一”，让消费者在生活中切实享受到“多网融合”的便利与舒适。

除此之外，中国物联网的应用领域正在不断扩张，从身分识别、电子票证，到资产管理、食品与药物的安全监控、仓储物流等，皆已加快发展进程。中国许多城市已进行物联网的应用试点，比如，青岛全面展开RFID应用，包含金融、公共安全、工业生产、公共事业管理等10多个领域；北京交通包含公交车、地铁及出租车皆开通刷卡应用，刷卡交易数量全国第1，累计发卡量3447万张；广州的“羊城通”，集结公交通、电信通、商务通于一身，发卡量超过1200万张；2010年上海世博会更是实现了诸如电子门票、手机支付、食品安全、安防、楼宇监控、客流分析、井盖监控、概念车等的应用。

事实上，物联网不仅需要技术革命，更是牵涉到新兴经济领域各个行业、各个产业的发展，需要多种力量的整合。因此在发展技术的同时，同样需要国家的新兴经济产业政策和立法走在前面，只有制订出适合新兴产业革命和发展的政策与法规，才能保证物联网大有作为，并且真正带动新兴经济的快速提升。