从技术视角看物联网

2013-07-10 10:43:25

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在技术层面上,物联网涉及通信技术、控制技术以及IT技术的融合。在当前技术阶段,可将物联网理解为通过多种有线、无线通讯技术,连接各种末端设备或子系统,并采用XML/Web Services/SOA等开放式、标准化的数...

  在技术层面上,物联网涉及通信技术、控制技术以及IT技术的融合。在当前技术阶段,可将物联网理解为通过多种有线、无线通讯技术,连接各种末端设备或子系统,并采用XML/Web Services/SOA等开放式、标准化的数据表达技术,将终端设备或子系统汇总到一个统一的管理平台,实现远程监视以及自动报警、控制、诊断和维护,为用户提供对设备的全局化管理和综合化、智能化的信息服务。

  例如,分布在全国的污染源排放监控设备和系统,可通过现场安装部署的无线传感器网络连接起来,并将监测数据通过移动通信网络,分级汇总到各级国家环保系统,最终汇总到国家环保总局,实现全局化管理。

  在网络架构上,我们可以将物联网系统由下而上抽象为四个层面:感知层、通信层、管理层和应用层。

感知层

  感知层是物联网的神经末梢,其主要任务是实现可靠感知,即对现场环境物理参数(温度、湿度、气体浓度等)的采集和汇聚。感知层由各种具备感知、计算、执行能力的末端设备,如RFID标签和读写器、摄像头、GPS、各类传感器与执行器、终端等,以及这些设备互连构成的现场网络组成。

  物联网现场网络制式繁多,既有各种短距离无线网络,如ZigBee、蓝牙、Wi-Fi、无线HART等,又有以有线方式连接的多达十几种的现场总线网络,如ModbusFoundation FieldbusCANProfiNet等。这些网络各有适用场景,难说孰优孰劣。由于物联网跨越的行业及用户需求千差万别,预计上述网络标准将在物联网的现有网络层面长期共存。

  尤其值得注意的是,ZigBee、蓝牙等近年来日趋成熟的无线传感器网络技术,其通信模块具有低成本、低功耗特点,网络具备路由寻址和自组织、自恢复能力,而且无需布线,能带来部署和维护上的便利,非常适合在感知层大量部署,用于无线连接低通信速率的末端设备。

  在现场网络的边界,是物联网应用中的一类核心设备——物联网网关。网关同时配备现场网络接口和广域IP网络接口,负责在现场网络和各种广域IP网络间进行数据转发。网关通常也会提供对现场网络的管理功能,并将现场网络管理API发布给远方管理平台。

考虑到现场网络种类繁多、制式不一,如果能对各种现场网络进行合理分类和抽象,并在综合考虑管理平台对现场网络的管理需求的基础上,对网关的硬件能力和软件API进行标准化,无疑可以在很大程度上对上屏蔽下层网络的复杂性,降低物联网应用的开发难度和成本。在有些应用中,感知层的现场设备中会直接嵌入具备广域IP通信能力的有线/无线模块。这种情况下,现场设备无需网关中转,而可以直接将感知数据通过广域IP网络传输至管理平台。

通信层

通信层为物联网的信息主干道,主要由运营商提供的各种广域IP通信网络组成,包括ATMxDSL、光纤等有线网络,以及GPRS3G3G+等移动通信网络。在通信层,尽管上述有线网络在底层协议上同样存在多种制式,但在上层皆能统一在TCP/IP协议族下。

与有线网络相比,基于移动通信技术的物联网应用在部署上具备更大的灵活性,而3G网络带来的无线宽带突破,更为物联网业务的发展提供了承载基础,成为目前许多物联网应用的首选。

管理层

管理层是将物联网技术与行业专业技术相结合,实现广泛智能化应用的解决方案集。物联网管理平台是物联网网络架构和产业链条中的关键环节,通过它可以实现对终端设备和资产(包括移动资产)的“管、控、营”一体化。

管理平台主要包含以下软件集:集成框架、物联网中间件、行业套件,以及行业应用解决方案等。其中,物联网中间件是对管理平台最基础功能集的抽象和实现,如网络及设备管理、AAA(认证、授权、计费)管理、数据管理、服务管理等;行业套件则是针对具体行业领域需求而设计的一系列支持模型、工具和服务集。

在物联网网络架构和产业链条中,管理平台是一个关键的控制点,各大运营商都把管理平台作为其在物联网布局的重心,并在该方向优先投入研发力量。目前许多运营商已经完成了自身物联网管理平台的初步建设,并投入实际运营。物联网产业中的一些软件厂商也在管理平台方面推出了许多功能强大的中间件、行业套件,甚至完整的解决方案。

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