1 物聯(lián)網(wǎng)概述
物聯(lián)網(wǎng)是指機(jī)器與機(jī)器（M2M，MachineToMachine）、機(jī)器與人之間的無(wú)線通信，其基于特定行業(yè)終端，以短消息、USSD、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等為接入手段，滿足客戶對(duì)工作流程監(jiān)控、指揮調(diào)度、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程診斷等方面的信息化需求。物聯(lián)網(wǎng)最終仍是服務(wù)于人，方便人們的溝通與生活。
物聯(lián)網(wǎng)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，為促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，國(guó)家制定了《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模：RFID相關(guān)技術(shù)已很成熟，RFID市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)100億元。全國(guó)有1600多家企事業(yè)單位從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，年產(chǎn)量超過(guò)24億只，市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)900億元；其中,微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)150億元。電信設(shè)備制造業(yè)具有很強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，我國(guó)已建成全球最大、技術(shù)先進(jìn)的公共通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。M2M終端數(shù)量已超過(guò)千萬(wàn)，形成全球最大的M2M市場(chǎng)之一。
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用目前蓬勃發(fā)展，涉及日常工作生活的多個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)療、安防、電力、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、交通和物流等。在安防領(lǐng)域，視頻監(jiān)控、周界防入侵等已規(guī)模應(yīng)用；在電力行業(yè)，遠(yuǎn)程抄表、輸變電監(jiān)測(cè)等應(yīng)用正在逐步拓展；在交通領(lǐng)域，路網(wǎng)監(jiān)測(cè)、車輛管理和調(diào)度等應(yīng)用正在發(fā)揮積極作用；在物流領(lǐng)域，物品倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、監(jiān)測(cè)應(yīng)用正廣泛推廣；在醫(yī)療領(lǐng)域，個(gè)人健康監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等應(yīng)用日趨成熟。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、市政設(shè)施監(jiān)控、樓宇節(jié)能、食品藥品溯源等方面也開展了廣泛的應(yīng)用。
我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)雖然在技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)研制和應(yīng)用拓展等方面已取得一些進(jìn)展，但還存在很多問(wèn)題，如M2M終端號(hào)碼資源匱乏、物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范不統(tǒng)一、終端與卡接入缺乏完善的安全機(jī)制、各行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)完全獨(dú)立而難以促進(jìn)跨行業(yè)的協(xié)同發(fā)展。
圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)
圖2 分簇傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
2 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)
圖1所示為物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，其包括了傳感網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。
傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息采集功能，行業(yè)客戶通過(guò)部署在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的傳感器、RFID讀寫器等采集行業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)終端匯聚后再由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)綉?yīng)用系統(tǒng)。其中，傳感器通過(guò)近距離無(wú)線通信技術(shù)，如藍(lán)牙、ZigBee等與傳感器網(wǎng)關(guān)通信。常用的傳感器可以檢測(cè)如環(huán)境溫度、濕度、壓力等參數(shù)；專業(yè)化的傳感器可以檢測(cè)如溶解氧、pH值、氨氮、電導(dǎo)率、濁度、葉綠素、藻藍(lán)素、水位等水質(zhì)參數(shù)。
傳感器網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信息匯聚后，通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將信息遠(yuǎn)距離傳輸至業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)包括WLAN、GPRS、3G、LTE等，當(dāng)前以TD-LTE為代表的4G寬帶無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)正處于試點(diǎn)階段。
M2M平臺(tái)為行業(yè)客戶提供統(tǒng)一的終端管理和終端設(shè)備鑒權(quán)功能，支持多種網(wǎng)絡(luò)接入方式，提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口，使得數(shù)據(jù)傳輸簡(jiǎn)單直接，同時(shí)提供數(shù)據(jù)路由、監(jiān)控、用戶鑒權(quán)等管理功能。BOSS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的計(jì)費(fèi)管理功能。
業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)為最終用戶提供行業(yè)應(yīng)用服務(wù)，如一卡通業(yè)務(wù)、移動(dòng)健康守護(hù)業(yè)務(wù)、智能家居、水質(zhì)監(jiān)控等，服務(wù)對(duì)象可分為個(gè)人、家庭和行業(yè)。
目前通信終端和應(yīng)用系統(tǒng)與M2M平臺(tái)之間沒有標(biāo)準(zhǔn)化的通信接口；同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)安全方面缺乏相關(guān)的規(guī)范，這也是制約物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素之一。
圖3 電力抄表應(yīng)用
2.1無(wú)線傳感網(wǎng)
無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)包含傳感器單元、控制器和無(wú)線通信模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、近距離通信、數(shù)據(jù)計(jì)算和遠(yuǎn)距離無(wú)線通信等功能。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)，其以數(shù)據(jù)為中心實(shí)現(xiàn)自組織功能；傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)密集、數(shù)量龐大且部署在廣泛的區(qū)域內(nèi)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)動(dòng)態(tài)變化；因此要求無(wú)線傳感網(wǎng)具備自組織和自調(diào)節(jié)的功能特性，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)即傳感器終端需具備低成本、小體積、低功耗、小帶寬等特性。
無(wú)線傳感網(wǎng)在農(nóng)業(yè)、環(huán)保、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)中，在水面上部署很多傳感器，用于采集和監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)。圖2所示為一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇的組網(wǎng)方式，傳感器布設(shè)區(qū)域被分成若干局部區(qū)域，每個(gè)局部區(qū)域作為一個(gè)分簇，簇頭負(fù)責(zé)管理簇內(nèi)資源分配和簇之間通信；簇成員節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和處理等。簇內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)只與本簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)通信，從而使得網(wǎng)絡(luò)協(xié)議大大簡(jiǎn)化。同時(shí)，多個(gè)分簇可以共同完成對(duì)檢測(cè)水面區(qū)域的多方位、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的全覆蓋監(jiān)控，即分簇傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)可對(duì)待監(jiān)測(cè)環(huán)境進(jìn)行全面的感知，更加全面地采集數(shù)據(jù)。
2.2RFID和一卡通
RFID電子標(biāo)簽是一種基于無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的產(chǎn)品，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于身份識(shí)別、電子購(gòu)物、交通和物流等領(lǐng)域，如高速公路上的ETC（電子不停車收費(fèi)）系統(tǒng)。RFID技術(shù)向著高頻、遠(yuǎn)距離通信和低成本等方向演進(jìn)；同時(shí)隨著移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)（如3G、WLAN等）的日益普及，RFID與互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)結(jié)合也是必然趨勢(shì)，將給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)更多便捷。
以一卡通為代表的智能卡基于RFID非接觸技術(shù)，可面向個(gè)人和企業(yè)用戶提供包含門禁、考勤、停車場(chǎng)管理、消費(fèi)、身份認(rèn)證和增值業(yè)務(wù)等在內(nèi)的信息化服務(wù)。其中消費(fèi)服務(wù)如客戶可以通過(guò)刷卡消費(fèi)，使用場(chǎng)景包括食堂、小賣部、浴室、圖書館、機(jī)房、體育場(chǎng)館、醫(yī)院等；增值服務(wù)如手機(jī)一卡通功能，可通過(guò)手機(jī)刷卡實(shí)現(xiàn)公交、地鐵、超市、公園門票等刷卡消費(fèi)。
2.3M2M平臺(tái)
M2M平臺(tái)實(shí)現(xiàn)如狀態(tài)監(jiān)測(cè)、參數(shù)配置、終端重啟、遠(yuǎn)程升級(jí)、故障告警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等物聯(lián)網(wǎng)終端管理功能。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)如中國(guó)移動(dòng)的WMMP（無(wú)線移動(dòng)管理協(xié)議）協(xié)議，其實(shí)現(xiàn)M2M終端與M2M平臺(tái)之間通信接口的規(guī)范化。
2.4業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)
業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)主要由業(yè)務(wù)平臺(tái)構(gòu)成，下面以農(nóng)業(yè)大棚和電力抄表為例介紹物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。
（1）電力抄表應(yīng)用
在電力行業(yè)中，遠(yuǎn)程抄表、電力終端監(jiān)控管理的應(yīng)用較多。圖3所示為遠(yuǎn)程抄表應(yīng)用的系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)，包括：數(shù)據(jù)采集器（智能電表內(nèi)置）、M2M無(wú)線抄表終端（內(nèi)置WMMP通信模組）、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、M2M終端管理平臺(tái)和無(wú)線抄表數(shù)據(jù)中心。
1）M2M無(wú)線抄表終端：集中采集本地電表的用電信息，并通過(guò)中國(guó)移動(dòng)M2M通信模組與電力公司無(wú)線抄表數(shù)據(jù)中心交互。
2）M2M平臺(tái)：通過(guò)WMMP協(xié)議和M2M終端進(jìn)行交互，提供終端查詢、終端配置、遠(yuǎn)程控制、軟件升級(jí)等功能；透?jìng)麟娏居脩舻膽?yīng)用數(shù)據(jù)（如月用電量）；同時(shí)可為電力公司提供業(yè)務(wù)監(jiān)控、故障處理等支撐服務(wù)。
3）無(wú)線抄表數(shù)據(jù)中心：電力公司后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息采集和分時(shí)計(jì)價(jià)處理。
（2）農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控
農(nóng)產(chǎn)品規(guī)模化種植企業(yè)或農(nóng)業(yè)大戶通常要管理多個(gè)農(nóng)業(yè)大棚，需要對(duì)大棚內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)在大棚內(nèi)部署無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)酱笈锉O(jiān)控應(yīng)用平臺(tái)，生產(chǎn)管理人員可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、專用顯示設(shè)備、手機(jī)短信方式獲取檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)情況對(duì)環(huán)境控制做出判斷。
大棚監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器、通訊主機(jī)（終端）、M2M平臺(tái)和大棚監(jiān)控應(yīng)用平臺(tái)組成，如圖4所示。大棚里溫度一旦過(guò)高或過(guò)低，菜農(nóng)立刻就能收到手機(jī)短信提醒，及時(shí)了解大棚的情況；M2M平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通訊終端的管理功能。
圖4 農(nóng)業(yè)大棚應(yīng)用系統(tǒng)
3 物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈需求
在物聯(lián)網(wǎng)的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中主要有四個(gè)角色：終端提供商、系統(tǒng)集成商、行業(yè)客戶和通信運(yùn)營(yíng)商。
終端設(shè)備商生產(chǎn)和銷售物聯(lián)網(wǎng)終端，在終端投入使用后需要依據(jù)實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理維護(hù)工作，工作量巨大；而且由于終端地域分布廣泛及不可能24小時(shí)值守，一旦在使用過(guò)程中出現(xiàn)故障，到現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題耗時(shí)耗力，運(yùn)營(yíng)成本高，客戶滿意度很低。各種物聯(lián)網(wǎng)終端的很多共性功能，如終端狀態(tài)實(shí)時(shí)查詢/監(jiān)測(cè)、終端軟件升級(jí)、終端重啟、終端運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、終端位置查詢等，由于各終端廠家提供的接口多采用私有標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致這些功能無(wú)法重用。物聯(lián)網(wǎng)終端運(yùn)營(yíng)管理等共性功能要求通過(guò)同一個(gè)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中中小型集成商數(shù)量龐大，且多希望采用租用軟硬件的方式建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維系統(tǒng)，以降低投入成本。
很多行業(yè)客戶在部署大量行業(yè)終端后，無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確地了解到每個(gè)終端的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)終端出現(xiàn)異常情況時(shí)，缺少快速準(zhǔn)確的維護(hù)支撐手段，只能將問(wèn)題交給系統(tǒng)集成商、終端供應(yīng)商和運(yùn)營(yíng)商去處理，導(dǎo)致工作效率低下，運(yùn)營(yíng)成本高。在電力、金融等客戶的應(yīng)用系統(tǒng)中，有數(shù)量巨大的各類終端設(shè)備需要使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行信息交互。這些企業(yè)普遍擁有強(qiáng)大的IT支撐能力，對(duì)于終端自身運(yùn)行狀態(tài)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等已有了相當(dāng)完備的后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)；同時(shí)，出于安全方面的考慮，不會(huì)將敏感數(shù)據(jù)放到企業(yè)之外的系統(tǒng)上。因此，對(duì)于這類客戶，運(yùn)營(yíng)商要多提供通道服務(wù)。
移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣中碰到很多困難，諸如重點(diǎn)行業(yè)壁壘難以打破、物聯(lián)網(wǎng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、很難推進(jìn)移動(dòng)增值業(yè)務(wù)等。
綜上，從支持物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展考慮，應(yīng)結(jié)合行業(yè)市場(chǎng)的需求，提供物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)支撐平臺(tái)（即M2M平臺(tái)），為物聯(lián)網(wǎng)終端運(yùn)維提供保障，為行業(yè)客戶、系統(tǒng)集成商和終端生產(chǎn)商等提供服務(wù)，支撐行業(yè)應(yīng)用的市場(chǎng)推廣。
4 物聯(lián)網(wǎng)信息中心
物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)眾多、應(yīng)用紛繁復(fù)雜，跨行業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)信息數(shù)據(jù)的共享提出了新的需求，如基于氣候、大氣質(zhì)量等信息匯總數(shù)據(jù)的分析，可支撐農(nóng)業(yè)和環(huán)保行業(yè)。而物聯(lián)網(wǎng)信息中心可實(shí)現(xiàn)海量信息的統(tǒng)一存儲(chǔ)、加工處理和標(biāo)準(zhǔn)化呈現(xiàn)等功能；支持標(biāo)準(zhǔn)的接口實(shí)現(xiàn)多種類型數(shù)據(jù)的接入和通信；信息中心的數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行建模、清洗、轉(zhuǎn)換、分析、統(tǒng)計(jì)、挖掘和展示等，同時(shí)為每個(gè)行業(yè)定義核心元數(shù)據(jù)庫(kù)，使得各行業(yè)、各應(yīng)用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以相互識(shí)別，從而達(dá)到跨行業(yè)信息數(shù)據(jù)的共享與復(fù)用。
5 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的問(wèn)題
隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的規(guī)模部署，如何保障終端通信安全是迫切需要解決的問(wèn)題。實(shí)際應(yīng)用中可基于對(duì)稱密鑰體系和PKI體系，通過(guò)引入基于卡和終端安全的第三方平臺(tái)認(rèn)證機(jī)制，采用對(duì)稱DES/AES、非對(duì)稱RSA等安全算法來(lái)實(shí)現(xiàn)M2M終端接入業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的安全保障。
物聯(lián)網(wǎng)遍布各個(gè)行業(yè)，終端數(shù)量巨大，因而SIM卡的需求量極大。每張SIM卡對(duì)應(yīng)一個(gè)11位的手機(jī)號(hào)碼，與普通個(gè)人用戶使用的號(hào)碼完全一樣；但現(xiàn)在11位的號(hào)碼資源非常有限，即將到耗盡的邊緣。因此需要為物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃專屬號(hào)段，可分配擴(kuò)展長(zhǎng)度的號(hào)碼來(lái)滿足終端通信的需求。
現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)處于增速發(fā)展期，產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)需要協(xié)同發(fā)展，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、成熟商務(wù)模式的探索等都是迫切需要完成的工作。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題：物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與業(yè)務(wù)應(yīng)用
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