物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)：物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為"TheInternetofThings"。由該名稱可見，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)；第二，擴(kuò)展到了任其用戶端延伸和何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識(shí)別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的整個(gè)結(jié)構(gòu)可分為射頻識(shí)別系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩部分。射頻識(shí)別系統(tǒng)主要由標(biāo)簽和讀寫器組成，兩者通過RFID空中接口通信。讀寫器獲取產(chǎn)品標(biāo)識(shí)后，通過internet或其他通訊方式將產(chǎn)品標(biāo)識(shí)上傳至信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中間件，然后通過ONS解析獲取產(chǎn)品的對(duì)象名稱，繼而通過EPC信息服務(wù)的各種接口獲得產(chǎn)品信息的各種相關(guān)服務(wù)。整個(gè)信息系統(tǒng)的運(yùn)行都會(huì)借助internet的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用在internet基礎(chǔ)上的發(fā)展出的通信協(xié)議和描述語言。因此我們可以說物聯(lián)網(wǎng)是架構(gòu)在internet基礎(chǔ)上的關(guān)于各種物理產(chǎn)品信息服務(wù)的總和。從應(yīng)用角度來看，物聯(lián)網(wǎng)中三個(gè)層次值得關(guān)注，也即是說，物聯(lián)網(wǎng)由三部分組成：一是傳感網(wǎng)絡(luò)，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實(shí)現(xiàn)對(duì)物”的識(shí)別。二是傳輸網(wǎng)絡(luò)，即通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計(jì)算。三是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，即輸入輸出控制終端。EPC系統(tǒng)是一個(gè)非常先進(jìn)的、綜合性的和復(fù)雜的系統(tǒng)。其最終目標(biāo)是為每一單品建立全球的、開放的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。它主要由全球產(chǎn)品電子代碼(EPC)體系、射頻識(shí)別系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三大部分組成。EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)EPC編碼是EPC系統(tǒng)的重要組成部分，它是對(duì)實(shí)體及實(shí)體的相關(guān)信息進(jìn)行代碼化，通過統(tǒng)一并規(guī)范化的編碼建立全球通用的信息交換語言。EPC標(biāo)簽EPC標(biāo)簽是裝載了產(chǎn)品電子代碼的射頻標(biāo)簽，通常EPC標(biāo)簽是安裝在被識(shí)別對(duì)象上，存儲(chǔ)被識(shí)別對(duì)象相關(guān)信息。標(biāo)簽存儲(chǔ)器中的信息可由讀寫器進(jìn)行非接觸讀/寫。3.2EPC系統(tǒng)特點(diǎn)開放的體系結(jié)構(gòu)EPC系統(tǒng)采用全球最大的公用的刀又TERNET網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這就避免了系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)也大大降低了系統(tǒng)的成本，并且還有利于系統(tǒng)的增值。梅特卡夫(Metcalfe)定律表明，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)大的價(jià)值是用戶本系統(tǒng)是應(yīng)該開放的結(jié)構(gòu)體系遠(yuǎn)比復(fù)雜的多重結(jié)構(gòu)更有價(jià)值。獨(dú)立的平臺(tái)和高度的互動(dòng)性EPC系統(tǒng)識(shí)別的對(duì)象是一個(gè)十分廣泛的實(shí)體對(duì)象，因此，不可能有那一種技術(shù)適用所有的識(shí)別對(duì)象。同時(shí)，不同地區(qū)，不同國(guó)家的射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不相同。所以開放的結(jié)構(gòu)體系必須具有獨(dú)立的平臺(tái)和高度的交互操作性。EPC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建立在INTERNET網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上可以與INTERNET網(wǎng)絡(luò)所有可能的組成部分協(xié)同工作靈活的可持續(xù)發(fā)展的體系EPC系統(tǒng)是一個(gè)靈活的開放的可持續(xù)發(fā)展的體系，可在不替換原有體系的情況下就可以做到系統(tǒng)升級(jí)。整體的EPC網(wǎng)絡(luò)操作依賴于RFID系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的介入，使產(chǎn)品信息有效的傳播。安裝在不同需求鏈環(huán)境的解讀器可以讀取標(biāo)簽中儲(chǔ)存的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。因此供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)地檢查、更新或者交換信息。3.3EPC編碼編碼標(biāo)準(zhǔn)EPC碼是新一代與EAN/UPC碼兼容的編碼標(biāo)準(zhǔn)，在EPC系統(tǒng)中EPC編碼與現(xiàn)行GTIN相結(jié)合，因而EPC并不是取代現(xiàn)行的條碼標(biāo)準(zhǔn)，而是由現(xiàn)行的條碼標(biāo)準(zhǔn)逐漸過渡到EPC標(biāo)準(zhǔn)或者是在未來的供應(yīng)鏈中EPC和EAN.UCC系統(tǒng)共存。EPC中碼段的分配是由EAN.UCC來管理的。在我國(guó)，EAN.UCC系統(tǒng)中GTIN編碼是由中國(guó)物品編碼中心負(fù)責(zé)分配和管理。同樣，ANCC也即將啟動(dòng)EPC服務(wù)來滿足國(guó)內(nèi)企業(yè)使用EPC的需求。EPC碼是由一個(gè)版本號(hào)加上另外三段數(shù)據(jù)（依次為域名管理者、對(duì)象分類、序列號(hào)）組成的一組數(shù)字。其中版本號(hào)標(biāo)識(shí)EPC的版本號(hào)，它使得EPC隨后的碼段可以有不同的長(zhǎng)度；域名管理是描述與此EPC相關(guān)的生產(chǎn)廠商的信息。第四章物聯(lián)網(wǎng)在家庭中應(yīng)用隨著時(shí)代的發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)逐步進(jìn)入了老齡化社會(huì)，以后我們社會(huì)面臨的現(xiàn)狀將是一對(duì)年輕的夫妻，在照看自己小孩的同時(shí)，還要照看2?6對(duì)老人，這就為全社會(huì)出了一個(gè)難題。每家都雇保姆，顯然不現(xiàn)實(shí)；那么，只能通過科技的手段來解決這個(gè)問題了，靠提高家庭的生活品質(zhì)、方便家庭與外界的信息交互、用傳感節(jié)點(diǎn)感知家里發(fā)生的情況等，這就為家庭物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)奠定了社會(huì)基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)的概念正大行其道，也使人們看到了社會(huì)未來的發(fā)展趨勢(shì)，然而物聯(lián)網(wǎng)大部分卻停留在概念階段，真正規(guī)模應(yīng)用還有待時(shí)日。家庭區(qū)域相對(duì)狹小、需求比較明確，最有可能優(yōu)先實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。它不只是現(xiàn)代家庭現(xiàn)實(shí)的需要（照看老人、孩童），更是人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)的家庭安全4.1家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域寒冷的冬季，供暖系統(tǒng)使北方城市家庭充滿溫暖，而當(dāng)白天大部分人離家上班的時(shí)候，空空的房間仍溫暖如春。我們需要一個(gè)智能化的供暖控制系統(tǒng)。在生產(chǎn)安全領(lǐng)域，在食品衛(wèi)生領(lǐng)域，在工程控制領(lǐng)域，在城市管理領(lǐng)域，在人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，甚至在人們的娛樂活動(dòng)中，都需要建立隨時(shí)能與物體溝通的智能系統(tǒng)。通過裝置在各類物體上的電子標(biāo)簽（RFID），傳感器、二維碼等經(jīng)過接口與無線網(wǎng)絡(luò)相連，從而給物體賦予智能，可以實(shí)現(xiàn)人與物體的溝通和對(duì)話也可以實(shí)現(xiàn)物體與物體相互間的溝通和對(duì)話。在電度表上裝上傳感器，供電部門隨時(shí)都可知道用戶的用電情況，實(shí)現(xiàn)用電檢查、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、負(fù)荷管理、線損管理、需求側(cè)管理等高效一體化管理，一年來降低電損。在電梯裝上傳感器，當(dāng)電梯發(fā)生故障時(shí)，無需乘客報(bào)警、電梯管理部門會(huì)借助網(wǎng)絡(luò)在第一時(shí)間得信息，以最快的速度去現(xiàn)場(chǎng)處理故障。4.2發(fā)展歷程1999年，物聯(lián)網(wǎng)的概念就已被提出，10年間，世界各國(guó)都在加緊研究。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展共分為四個(gè)階段：第一個(gè)階段是大型機(jī)、主機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，第二個(gè)階段是臺(tái)式機(jī)、筆記本與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)，第三個(gè)階段是手機(jī)等一些移動(dòng)設(shè)備的互聯(lián)，第四階段是嵌入式互聯(lián)網(wǎng)興起階段，更多與人們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的應(yīng)用設(shè)備，包括洗衣機(jī)、冰箱、電視、微波爐等都將加入互聯(lián)互通的行列，最終形成全球統(tǒng)一的“物聯(lián)網(wǎng)”。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)來說,20世紀(jì)80年代是黃金時(shí)代，這段時(shí)間出了一個(gè)知名的人物——鮑勃?卡恩（BobKahn），他被人們稱為互聯(lián)網(wǎng)之父（被賦予同樣稱呼的人還有好幾個(gè)）。在為互聯(lián)網(wǎng)做出卓越貢獻(xiàn)的同時(shí)，他也非常有遠(yuǎn)見的為另一個(gè)始于上世紀(jì)80年代的項(xiàng)目分布式傳感網(wǎng)（DistributedSensorNet,簡(jiǎn)稱DSN）做了奠基。在那個(gè)年代，傳感器遠(yuǎn)比我手上的這個(gè)大得多，要用一輛卡車來拉。這么大的傳感器作為一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)組織在一起，通過微波彼此相連，就組成了傳感網(wǎng)。龐大的傳感器在體積方面跟不上人們對(duì)其功用上的期望，于是研究者們就開始思考能不能把它做得小一點(diǎn)、再小一點(diǎn)。于是，在上世紀(jì)90年代，“智能微塵”（SmartDust）這個(gè)很有意思的概念出現(xiàn)了，提出者是KrisPister，他是加州大學(xué)伯克利分校的教授。這一概念認(rèn)為可以將計(jì)算和通訊集成在約1~2平方毫米的超微型傳感器中，用以對(duì)周圍環(huán)境的參數(shù)進(jìn)行探測(cè)。其核心的成分是微電機(jī)系統(tǒng)（Micro-Electro-MechanicalSystem,簡(jiǎn)稱MEMS；這個(gè)概念在當(dāng)時(shí)引起非常大的轟動(dòng)），該系統(tǒng)中可以集成很多和機(jī)械有關(guān)的傳感器。當(dāng)時(shí)KrisPister這批人有一個(gè)幻想——在蒲公英上面懸掛一個(gè)傳感芯片，蒲公英飛到哪里就探測(cè)哪里的信號(hào)，再把信號(hào)傳遞回來。雖然只是一個(gè)假想，但當(dāng)時(shí)真有科學(xué)家信心百倍地投入其中，并且還把所需的數(shù)據(jù)算出來了。比如有空氣動(dòng)力學(xué)專家計(jì)算出了芯片應(yīng)有的重量等等。在2001年，加州大學(xué)伯克利分校的實(shí)驗(yàn)室真做出了這種理想中的芯片雛形，比米粒還小，可謂“細(xì)如發(fā)絲，薄如蟬翼”。他們送給了我一個(gè)，當(dāng)時(shí)我還精心包裝了一下。可惜最近找不到了，特別遺憾。倘若芯片里面還有電留存的話，說不定我就能通過網(wǎng)絡(luò)定位到它的“安身之所”了。在這一時(shí)期，有三所高校和研究機(jī)構(gòu)在傳感器領(lǐng)域處于領(lǐng)軍地位，一是加州大學(xué)伯克利分校（以KrisPister為代表，他們提出了“智能微塵”理論），另外兩個(gè)是加州大學(xué)洛杉磯分校（他們提出了“微無線技術(shù)”）和施樂帕克研究中心（XeroxPARC）。施樂帕克研究中心的團(tuán)隊(duì)主要由我?guī)ьI(lǐng)，我們做的是傳感信息處理和“智能物質(zhì)”（SmartMatter），希望能把計(jì)算、微電機(jī)系統(tǒng)放到物理世界中，與“智能微塵”也有非常緊密的聯(lián)系。自本世紀(jì)初以來，對(duì)于傳感的研究越來越受到人們的重視，有很多學(xué)校和大公司的研發(fā)機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行了類似的研究，并有許多新興公司借此東風(fēng)異軍突起。將傳感器連接成“網(wǎng)”或“系統(tǒng)”，就成了傳感網(wǎng)。除了傳感網(wǎng)以外，類似的概念也相繼提出，比如“CyberPhysicalSystem”KPTnternetofThings”（簡(jiǎn)稱IOT）。相較而言，IOT的概念在提出的初期更接近于日常生活，比如常見的RFID（RadioFrequencyIdentification，射頻識(shí)別）技術(shù)就是它的一部分。關(guān)于傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的歷史，若從大的傳感器開始算起，傳感網(wǎng)誕生至今應(yīng)有30年了；而若從微傳感網(wǎng)（MicroWirelessSensorNetwork）來說，應(yīng)該僅有15至20年：微傳感網(wǎng)始于上世紀(jì)90年代，那個(gè)時(shí)期的人們剛剛提出“微電機(jī)系統(tǒng)”的概念，試圖把傳感器和計(jì)算機(jī)處理和通訊全部都集成在一個(gè)芯片上，即“智慧微塵”。其實(shí)傳感器的歷史，歸結(jié)起來就八個(gè)字一一從大到小，以點(diǎn)到面。這八個(gè)字看似簡(jiǎn)單，但做起來卻是困難重重——要想讓傳感器真正“飛入尋常世界中”，它必需在體積、造價(jià)、能耗等方面進(jìn)行“瘦身”，這樣它才真正能夠進(jìn)入到物理世界。然而，造型的縮小并不是傳感進(jìn)入生活的唯一條件，還需要互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配合以實(shí)現(xiàn)從點(diǎn)到面的網(wǎng)際聯(lián)系。就IP地址而言，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)采用IPv6（IPv4必然不夠)，它有128位兩進(jìn)制的IP網(wǎng)址數(shù)，這相當(dāng)于給世界上的每個(gè)沙粒都賦予了一個(gè)IP地址。唯有當(dāng)所有的物體都有一個(gè)屬于自己的IP的時(shí)候，物聯(lián)網(wǎng)才能真正實(shí)現(xiàn)?？偠灾锫?lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)需要這兩方面的相輔相成：一是利用微處理技術(shù)(micro-fabrication)，提高集成度；其二是運(yùn)用IP技術(shù)，以提供足夠豐富的網(wǎng)址。4.3面臨的問題國(guó)內(nèi)智能家居市場(chǎng)存在很多問題。1、進(jìn)入門檻較高，一般一次性投入要1、2萬元，這就大大限制了中等收入以下人群的購買需求。2、功能華而不實(shí)，很多都是遙控個(gè)燈光、音響，需求跟投入不成比例。3、生搬硬套，將原來很多工業(yè)上使用的東西直接照搬到家庭里，缺少人性化，不能完全適合家居生活需要。4、很多智能家居企業(yè)缺少核心技術(shù)，東拼西湊，組成個(gè)系統(tǒng)就推廣，導(dǎo)致成本增高、企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力下降。RFID超高頻技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用尚處于起步階段，一些項(xiàng)目的應(yīng)用只是試點(diǎn)，還沒有得到廣泛應(yīng)用，也沒有在供鏈上應(yīng)用。比如，只在某一個(gè)倉庫里應(yīng)用，或只在生產(chǎn)線上應(yīng)用。應(yīng)該說，這些試點(diǎn)項(xiàng)目全都屬于閉環(huán)狀態(tài)的應(yīng)用，在供應(yīng)鏈上串起來應(yīng)用的案例國(guó)內(nèi)還沒有出現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?jié)摿o限，但物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)并不僅僅是技術(shù)方面的問題，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)過程將涉及到許多規(guī)劃、管理、協(xié)調(diào)、合作等方面的問題，還涉及標(biāo)準(zhǔn)和安全保護(hù)等方面的問題，這就需要有一系列相應(yīng)的配套政策和規(guī)范的制訂和完善。首先是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題。標(biāo)準(zhǔn)是一種交流規(guī)則，關(guān)系著物聯(lián)網(wǎng)物品間的溝通。各國(guó)存在不同的標(biāo)準(zhǔn)，因此需要加強(qiáng)國(guó)家之間的合作，以尋求一個(gè)能被普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)。其次是安全的問題。物聯(lián)網(wǎng)中的物品間聯(lián)系更緊密，物品和人也連接起來，使得信息采集和交換設(shè)備大量使用，數(shù)據(jù)泄密也成為了越來越嚴(yán)重的問題。如何實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)及用戶隱私的保護(hù)，成為待解決的問題。第三，協(xié)議問題。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，在物聯(lián)網(wǎng)核心層面是基于TCP/IP，但在接入層面，協(xié)議類別五花八門，CPRS、短信、傳感器、TD-SCDMA、有線等多種通道，物聯(lián)網(wǎng)需要一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議基礎(chǔ)。第四，終端問題。物聯(lián)網(wǎng)終端除具有本身功能外還擁有傳感器和網(wǎng)絡(luò)接入等功能，且不同行業(yè)需求各異議，如何滿足終端產(chǎn)品的多樣化需求，對(duì)運(yùn)營(yíng)商來說的一大挑戰(zhàn)。第五，地址問題。每個(gè)物品都需要在物聯(lián)網(wǎng)中被尋址，就需要一個(gè)地址。物聯(lián)網(wǎng)需要更多的IP地址，IPv4資源即將耗盡，那就需要IPv6來支撐。IPv4向IPv6過渡是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，因此物聯(lián)網(wǎng)一旦使用IPv6地址，就必然會(huì)存在與IPv4兼容性問題。第六，費(fèi)用問題。目前物聯(lián)網(wǎng)所需的芯片等組件的費(fèi)用較高，若把所有物品都植入識(shí)別芯片花費(fèi)自然不少，如何有效解決這一問題仍需考慮。第七，規(guī)?；瘑栴}。規(guī)模化是運(yùn)營(yíng)商業(yè)績(jī)的重要指標(biāo)，終端的價(jià)格、產(chǎn)品多樣性、行業(yè)應(yīng)用的深度和廣度都會(huì)地用戶規(guī)模產(chǎn)生影響，如何實(shí)現(xiàn)規(guī)?；蔷哂写逃懙膯栴}。第八，商業(yè)模式問題。物聯(lián)網(wǎng)在商業(yè)應(yīng)用方面的業(yè)務(wù)模式還不是很明朗，商業(yè)模式問題值得更進(jìn)一步探討。第九，產(chǎn)業(yè)鏈問題。物聯(lián)網(wǎng)所需要的自