物聯(lián)網(wǎng)三大應用架構

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物聯(lián)網(wǎng)和智慧地球理念能夠得以實現(xiàn)的原因，是因為世界早已經(jīng)邁入了3I時代（IBM提法），即Instrumented（工具植入化，40億手機用戶，300億RFID，龐大的傳感網(wǎng)絡和工業(yè)信息化系統(tǒng)等）, Interconnected（互聯(lián)化），和Intelligent（智能化），我們只需要“百尺竿頭，更上一步”就可以實現(xiàn)5A化（anywhere-任何地點, anything-任何事物, anytime-任何時間, anyway-任何方式, anyhow-任何原因）的物聯(lián)網(wǎng)世界。圖1中描述的這個宏觀的應用場景對三大類物聯(lián)網(wǎng)應用都適用，但從更深層的技術架構來說，三大類應用存在業(yè)務細節(jié)上的差別，下面分別細述。

“1”代表客戶端，可以是PC，PDA等，坐落在美洲；“2”代表運行在“云”服務器上 的SaaS或非SaaS信息系統(tǒng)，坐落在非洲；“3”代表末端，可以是任何智能物件，坐落在亞洲。

基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)應用架構

電子標簽可能是三類技術體系中最靈活的能夠把“物”改變成為智能物件的，它的主要應用是把移動和非移動資產(chǎn)貼上標簽，實現(xiàn)各種跟蹤和管理。按瑞士ETH Fleisch教授的劃分，RFID是穿孔卡、鍵盤和條碼等應用技術的延伸，它比條碼等技術自動化程度高，但它們都屬于提高“輸入”效率的技術，也都應該屬于物聯(lián)網(wǎng)應用技術范疇。Auto-ID中心的EPCGlobal體系就是針對所有可電子化的編碼方式的，而不只是針對RFID。RFID只是編碼的一種載體，此外還有其他基于物理、化學過程的載體，例如同方試金石公司的防偽技術。

EPCglobal提出了Auto-ID系統(tǒng)的五大技術組成，分別是EPC（電子產(chǎn)品碼）標簽、RFID標簽閱讀器、ALE中間件實現(xiàn)信息的過濾和采集、EPCIS信息服務系統(tǒng)，以及信息發(fā)現(xiàn)服務（包括ONS和PML）。由于從一開始就讓世界各大洲的從業(yè)人員充分參與，EPCGlobal標準（架構圖如下）得到了較廣泛認同，這里不再對其標準體系架構贅述。

ONS（即對象命名服務Object Name Service）主要處理電子產(chǎn)品碼與對應的EPCIS信息服務器地址的查詢和映射管理（如圖3），類似于互聯(lián)網(wǎng)絡中已經(jīng)很成熟的域名解析服務（DNS）。在設計ONS規(guī)范時，EPCGlobal組織要求必須結合現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基礎設施和相關規(guī)范進行，這顯然是一個正確的決定。于是ONS基本上按DNS的原理實現(xiàn)，甚至采用了DNS的現(xiàn)有基礎設施，現(xiàn)今全球ONS服務也是EPCglobal委由世界最大的DNS營運商VeriSign營運。

EPC產(chǎn)品電子碼識別只是“標簽”，所有關于產(chǎn)品有用的信息都用一種新型的標準的XML語言——實體標識語言(Physical Markup Language )來描述，PML的作用就像互聯(lián)網(wǎng)的基本語言HTML一樣。

有了ONS和PML，以RFID為主的EPC系統(tǒng)才真正從Network of Things走向了Internet of Things(物聯(lián)網(wǎng))?；贠NS和PML，企業(yè)對RFID技術的應用將由企業(yè)內(nèi)部的閉環(huán)應用過渡到供應鏈的開環(huán)應用上，實現(xiàn)真正的“物聯(lián)網(wǎng)”。

ONS和PML作為物聯(lián)網(wǎng)框架下的關鍵技術，有著廣泛的應用前景。相比之下，傳感網(wǎng)和M2M從業(yè)群體的技術架構還沒有完全上升到ONS/PML這樣同等的“物聯(lián)網(wǎng)”技術體系高度，這大概也就是Auto-ID人群認為物聯(lián)網(wǎng)概念是他們首創(chuàng)的主要原因吧。筆者認為，在走向物聯(lián)網(wǎng)的道路上，傳感網(wǎng)和M2M群體應該借鑒和直接采用ONS/PML技術體系。

基于傳感網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)應用架構

當人們談論傳感網(wǎng)絡的時候，一般主要是指無線傳感網(wǎng)絡（WSN, Wireless Sensor Networks），此外還有視覺傳感網(wǎng)（VSN, Visual Sensor Networks）以及人體傳感網(wǎng)（BSN， Body Sensor Networks）等其他傳感網(wǎng)，這里我們也主要討論WSN。

WSN由分布在自由空間里的一組“自治的”無線傳感器組成，共同協(xié)作完成對特定周邊環(huán)境狀況，包括溫度、濕度、化學成分、壓力、聲音、位移、振動、污染顆粒等的監(jiān)控。WSN中的一個節(jié)點（或叫Mote）一般由一個無線收發(fā)器、一個微控制器和一個電源組成。WSN一般是自治重構（Ad-Hoc或Self-Configuring）網(wǎng)絡，包括無線網(wǎng)狀網(wǎng)（Mesh Networks）和移動自重構網(wǎng)（MANET）等。

無線傳感網(wǎng)目前還是計算機和通信專業(yè)的學者們一個非常活躍的研究領域。10多年前IBM（蘇黎世研究中心）、微軟等大企業(yè)就開始投入巨資研究傳感網(wǎng)，但商業(yè)收效甚微，所以大企業(yè)已經(jīng)基本不再投入做純WSN研究（哈佛大學Welsh教授語），目前WSN的研究主要還是在大學和國立研究機構。

筆者聽過Welsh教授最近關于WSN的主題發(fā)言，他認為目前企業(yè)和研究機構對WSN的關注點完全不一樣，企業(yè)能賺錢的WSN技術對研究人員來說太簡單，算不上成果，而研究機構做的東西離實用差距又太遠，波士頓市的基于哈佛WSN先進技術的CitySense計劃（“感知波士頓”）的失敗就是例子，而美國Oklahoma市采用了更簡單成熟技術的MicroCAST計劃卻獲得了成功。

到目前為止，WSN研究最成功的成果可能要數(shù)加州大學伯克利分校Culler教授研究小組提出的Mote的概念和他們研制成功的Mote節(jié)點產(chǎn)品，相關成員2003年在硅谷成立了一個名為MoteIV的公司，銷售Mote產(chǎn)品和推廣WSN應用，但后來因經(jīng)營狀況不好而改名為Sentilla，不再以WSN業(yè)務為主。筆者對WSN沒有深入的研究，但15年前筆者在美國做并行計算時，年輕的Culler教授也在做并行計算系統(tǒng)的研究，而且也算是當時頂級的并行計算專家，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)他老先生又成了領導潮流的WSN專家，而且已經(jīng)桃李滿天下，Welsh教授就是Culler教授的學生。難怪筆者覺得“曾似相識”，現(xiàn)在WSN的研究就好象15年前學術圈里對并行計算系統(tǒng)架構的研究一樣，提出了很多種技術架構，到頭來超級并行計算機還是“返樸歸真”，采用了最簡單通用的網(wǎng)絡連接技術。

WSN的研究大多還專注于網(wǎng)絡底層（包括非IP協(xié)議的ZigBee、TinyOS和基于IP的6LoWPAN等），以及電源的持久性等問題，按照其目前的發(fā)展，筆者認為WSN離真正的“物聯(lián)網(wǎng)”還很有一定距離，對像EPCGlobal中ONS和PML等物聯(lián)網(wǎng)層面的問題研究還不夠。

另外，筆者認為，WSN的研究者們太熱衷于無線技術，忽略了感知層用有線現(xiàn)場總線和傳輸層用長距離無線通信的組合。從實用和商業(yè)推廣的角度，這個組合早已經(jīng)達到穩(wěn)定和大規(guī)模應用的水平。

基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)應用架構

業(yè)界認同的M2M理念和技術架構覆蓋的范圍應該是最廣泛的，包含了EPCGlobal和WSN的部分內(nèi)容，也覆蓋了有線和無線兩種通信方式，一個典型的M2M系統(tǒng)由圖4所示的幾個部分組成。

M2M也覆蓋和拓展了工業(yè)信息化（兩化融合）中傳統(tǒng)的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)在工業(yè)，建筑，能源，設施管理等領域和現(xiàn)在的M2M系統(tǒng)一樣，行使設備數(shù)據(jù)收集和遠程監(jiān)控監(jiān)測的工作。乍一看，M2M和SCADA似乎是一樣的，但由于M2M基于互聯(lián)網(wǎng)等新技術，有很多標準化的東西（如XML,WebServices/SOA等）做基礎，它和傳統(tǒng)的SCADA是有區(qū)別的，好多SCADA系統(tǒng)基本上還基于陳舊的C/S架構。

M2M有如下圖所示的兩種業(yè)務模式。MVNO（移動虛擬網(wǎng)絡運營商）業(yè)務模式在中國還未形成（或政策不允許），但在美國早已經(jīng)存在，JasperWireless、Aeris等公司一直在做基于SaaS營運的M2M業(yè)務MVNO，也就是MMO（M2M Mobile Operator）。 由于M2M/智慧地球最近的發(fā)展催生了許多新的機遇，美國各大營運商如Verizon、ATT等以前都不直接做M2M業(yè)務，最近都紛紛成立了M2M業(yè)務部門，直接開展M2M業(yè)務，例如AT&T和Amazon合作直接支撐其Kindle電子閱讀器無線接入服務。結果迫使一些原來的MVNO成了MVNE，JasperWireless就是例子，ATT&T正好采用了JasperWireless平臺。

在中國，三大營運商從一開始就直接做M2M業(yè)務，一開始就沒有MVNO生存的機會，同方軟件專業(yè)做M2M軟件已有很多年，憑借多年M2M業(yè)務積累的優(yōu)勢成為了中國移動公司M2M營運平臺的MVNE。.

同樣，M2M的發(fā)展缺乏ONS和PML那樣的“物聯(lián)網(wǎng)”標準規(guī)范和統(tǒng)一體系架構，雖然有一些像oBIX、BITXML、oMIX那樣的嘗試，但像ONS和PML那樣的統(tǒng)一的規(guī)范還未形成，還有很長的路要走。