1、上期专栏把物联网应用分为三大类：RFID 相关应用、基于传感网络的应用，以及 M2M 两化融合相关应用，同时也描述了物联网典型的“管、控、营一体化”功能化应用场景。本期将从技术架构角度分别描绘三大类应用的典型场景。物联网三大应用场景特约撰稿 周洪波物联网和智慧地球理念能够得以实现的原因，是因为世界早已经迈入了 3I 时代（IBM 提法），即Instrumented（工具植入化，40 亿手机用户，300 亿 RFID，庞大的传感网络和工业信息化系统等）, Interconnected（互联化），和 Intelligent（智能化），我们只需要“百尺竿头，更上一步”就可以实现 5A 化（anywh
2、ere-任何地点, anything-任何事物, anytime-任何时间, anyway-任何方式, anyhow-任何原因）的物联网世界。图 1 中描述的这个宏观的应用场景对三大类物联网应用都适用，但从更深层的技术架构来说，三大类应用存在业务细节上的差别，下面分别细述。图 1：跨越时空的技术架构和部署场景。“1”代表客户端，可以是 PC，PDA 等，坐落在美洲；“2”代表运行在“云”服务器上 的 SaaS 或非SaaS 信息系统，坐落在非洲；“3”代表末端，可以是任何智能物件，坐落在亚洲。基于 RFID 的物联网应用架构电子标签可能是三类技术体系中最灵活的能够把“物”改变成为智能物件的，它
3、的主要应用是把移动和非移动资产贴上标签，实现各种跟踪和管理。按瑞士 ETH Fleisch 教授的划分，RFID 是穿孔卡、键盘和条码等应用技术的延伸，它比条码等技术自动化程度高，但它们都属于提高“输入”效率的技术，也都应该属于物联网应用技术范畴。Auto-ID 中心的 EPCGlobal 体系就是针对所有可电子化的编码方式的，而不只是针对 RFID。RFID 只是编码的一种载体，此外还有其他基于物理、化学过程的载体，例如同方试金石公司的防伪技术。EPCglobal 提出了 Auto-ID 系统的五大技术组成，分别是 EPC（电子产品码）标签、RFID 标签阅读器、ALE 中间件实现信息的过滤
4、和采集、EPCIS 信息服务系统，以及信息发现服务（包括 ONS 和 PML）。由于从一开始就让世界各大洲的从业人员充分参与，EPCGlobal 标准（架构图如下）得到了较广泛认同，这里不再对其标准体系架构赘述。图 2 EPCGlobal 标准架构图ONS（即对象命名服务 Object Name Service）主要处理电子产品码与对应的 EPCIS 信息服务器地址的查询和映射管理（如图 3），类似于互联网络中已经很成熟的域名解析服务（DNS）。在设计 ONS 规范时，EPCGlobal 组织要求必须结合现有互联网基础设施和相关规范进行，这显然是一个正确的决定。于是 ONS基本上按 DNS 的
5、原理实现，甚至采用了 DNS 的现有基础设施，现今全球 ONS 服务也是 EPCglobal 委由世界最大的 DNS 营运商 VeriSign 营运。图 3 ONS 服务原理EPC 产品电子码识别只是“标签”，所有关于产品有用的信息都用一种新型的标准的 XML 语言实体标识语言(Physical Markup Language )来描述，PML 的作用就像互联网的基本语言 HTML 一样。有了 ONS 和 PML，以 RFID 为主的 EPC 系统才真正从 Network of Things 走向了 Internet of Things(物联网)。基于 ONS 和 PML，企业对 RFID 技
6、术的应用将由企业内部的闭环应用过渡到供应链的开环应用上，实现真正的“物联网”。ONS 和 PML 作为物联网框架下的关键技术，有着广泛的应用前景。相比之下，传感网和 M2M 从业群体的技术架构还没有完全上升到 ONS/PML 这样同等的“物联网”技术体系高度，这大概也就是 Auto-ID 人群认为物联网概念是他们首创的主要原因吧。笔者认为，在走向物联网的道路上，传感网和 M2M 群体应该借鉴和直接采用 ONS/PML 技术体系。基于传感网络的物联网应用架构当人们谈论传感网络的时候，一般主要是指无线传感网络（WSN, Wireless Sensor Networks），此外还有视觉传感网（VSN
7、, Visual Sensor Networks）以及人体传感网（BSN， Body Sensor Networks）等其他传感网，这里我们也主要讨论 WSN。WSN 由分布在自由空间里的一组“自治的”无线传感器组成，共同协作完成对特定周边环境状况，包括温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、振动、污染颗粒等的监控。WSN 中的一个节点（或叫Mote）一般由一个无线收发器、一个微控制器和一个电源组成。WSN 一般是自治重构（Ad-Hoc 或 Self-Configuring）网络，包括无线网状网（Mesh Networks）和移动自重构网（MANET）等。无线传感网目前还是计算机和通信专业的学
8、者们一个非常活跃的研究领域。10 多年前 IBM（苏黎世研究中心）、微软等大企业就开始投入巨资研究传感网，但商业收效甚微，所以大企业已经基本不再投入做纯 WSN 研究（哈佛大学 Welsh 教授语），目前 WSN 的研究主要还是在大学和国立研究机构。笔者听过 Welsh 教授最近关于 WSN 的主题发言，他认为目前企业和研究机构对 WSN 的关注点完全不一样，企业能赚钱的 WSN 技术对研究人员来说太简单，算不上成果，而研究机构做的东西离实用差距又太远，波士顿市的基于哈佛 WSN 先进技术的 CitySense 计划（“感知波士顿”）的失败就是例子，而美国Oklahoma 市采用了更简单成熟技
9、术的 MicroCAST 计划却获得了成功。到目前为止，WSN 研究最成功的成果可能要数加州大学伯克利分校 Culler 教授研究小组提出的 Mote的概念和他们研制成功的 Mote 节点产品，相关成员 2003 年在硅谷成立了一个名为 MoteIV 的公司，销售Mote 产品和推广 WSN 应用，但后来因经营状况不好而改名为 Sentilla，不再以 WSN 业务为主。笔者对 WSN没有深入的研究，但 15 年前笔者在美国做并行计算时，年轻的 Culler 教授也在做并行计算系统的研究，而且也算是当时顶级的并行计算专家，现在发现他老先生又成了领导潮流的 WSN 专家，而且已经桃李满天下，We
10、lsh 教授就是 Culler 教授的学生。难怪笔者觉得“曾似相识”，现在 WSN 的研究就好象 15 年前学术圈里对并行计算系统架构的研究一样，提出了很多种技术架构，到头来超级并行计算机还是“返朴归真”，采用了最简单通用的网络连接技术。WSN 的研究大多还专注于网络底层（包括非 IP 协议的 ZigBee、TinyOS 和基于 IP 的 6LoWPAN 等），以及电源的持久性等问题，按照其目前的发展，笔者认为 WSN 离真正的“物联网”还很有一定距离，对像EPCGlobal 中 ONS 和 PML 等物联网层面的问题研究还不够。另外，笔者认为，WSN 的研究者们太热衷于无线技术，忽略了感知层
11、用有线现场总线和传输层用长距离无线通信的组合。从实用和商业推广的角度，这个组合早已经达到稳定和大规模应用的水平。基于 M2M 的物联网应用架构业界认同的 M2M 理念和技术架构覆盖的范围应该是最广泛的，包含了 EPCGlobal 和 WSN 的部分内容，也覆盖了有线和无线两种通信方式，一个典型的 M2M 系统由图 4 所示的几个部分组成。图 4 典型的 M2M 系统M2M 也覆盖和拓展了工业信息化（两化融合）中传统的 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统。SCADA 系统在工业，建筑，能源，设施管理等领域和现在的 M2M 系统一样，
12、行使设备数据收集和远程监控监测的工作。乍一看，M2M 和 SCADA 似乎是一样的，但由于 M2M 基于互联网等新技术，有很多标准化的东西（如 XML,WebServices/SOA 等）做基础，它和传统的 SCADA 是有区别的，好多 SCADA系统基本上还基于陈旧的 C/S 架构。M2M 有如下图所示的两种业务模式。MVNO（移动虚拟网络运营商）业务模式在中国还未形成（或政策不允许），但在美国早已经存在，JasperWireless、Aeris 等公司一直在做基于 SaaS 营运的 M2M 业务MVNO，也就是 MMO（M2M Mobile Operator）。 由于 M2M/智慧地球最近
13、的发展催生了许多新的机遇，美国各大营运商如 Verizon、ATT 等以前都不直接做 M2M 业务，最近都纷纷成立了 M2M 业务部门，直接开展 M2M业务，例如 AT&T 和 Amazon 合作直接支撑其 Kindle 电子阅读器无线接入服务。结果迫使一些原来的 MVNO成了 MVNE，JasperWireless 就是例子，ATT&T 正好采用了 JasperWireless 平台。在中国，三大营运商从一开始就直接做 M2M 业务，一开始就没有 MVNO 生存的机会，同方软件专业做M2M 软件已有很多年，凭借多年 M2M 业务积累的优势成为了中国移动公司 M2M 营运平台的 MVNE。.同样，M2M 的发展缺乏 ONS 和 PML 那样的“物联网”标准规范和统一体系架构，虽然有一些像oBIX、BITXML、oMIX 那样的尝试，但像 ONS 和 PML 那样的统一的规范还未形成，还有很长的路要走。下期预告本期专栏概述了物联网三类群体所对应的典型应用场景及其相应的技术和业务模式。在下一期专栏中，周洪波将较详细描述 DCM 三层架构中感知层和传感层的主要技术及其分类。
