《電子技術(shù)應(yīng)用》
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物联网产业化发展思路与泛在无线通信技术研究
《中兴通讯技术》
摘要: 物联网,云计算,泛在网,后互联网,物联网产业化发展思路与泛在无线通信技术研究,摘要:文章基于物联网的特征、技术思想及其与新兴产业的关系,重点研究了实现物联网产业化应用的关键泛在无
Abstract:
Key words :

摘要:文章基于物聯(lián)網(wǎng)的特征、技術(shù)思想及其與新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)系,重點(diǎn)研究了實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵——泛在無(wú)線技術(shù),主要包括末梢感知層、網(wǎng)絡(luò)融合層、無(wú)線資源管理以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理的信息處理等關(guān)鍵技術(shù)。文章指出物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是利用“泛在網(wǎng)絡(luò)”實(shí)現(xiàn)“泛在服務(wù)”,是一種更加廣泛深遠(yuǎn)的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用形態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)正催生一場(chǎng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)革命,將帶來(lái)千載難逢的機(jī)遇,全面推動(dòng)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)振興和社會(huì)進(jìn)步。

1 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)思想

物聯(lián)網(wǎng)作為全球戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)受到國(guó)家和社會(huì)的高度重視。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用標(biāo)志著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)新的歷史階段,而基于互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和智慧化服務(wù)將成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的重要時(shí)代特征。物聯(lián)網(wǎng)將充分發(fā)揮新一代信息通信技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢(shì),與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)服務(wù)深度融合,促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的革命性轉(zhuǎn)型,研究滿(mǎn)足國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的信息化解決方案,推動(dòng)信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與建設(shè),實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)的智慧化;將形成以新興信息服務(wù)業(yè)為龍頭,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)業(yè)為支撐,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造業(yè)為補(bǔ)充的完善的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)思想可以定義為利用“ 泛在網(wǎng)絡(luò)”實(shí)現(xiàn)“ 泛在服務(wù)”,是一種更加廣泛深遠(yuǎn)的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用形態(tài);其原意是用網(wǎng)絡(luò)形式將世界上的物體都連接在一起,使世界萬(wàn)物都可以主動(dòng)上網(wǎng)。它的基本方式是將射頻識(shí)別設(shè)備(RFID)、傳感設(shè)備、全球定位系統(tǒng)或其他信息獲取方式等各種創(chuàng)新的傳感科技嵌入到世界的各種物體、設(shè)施和環(huán)境中;把信息處理能力和智能技術(shù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)注入到世界的每一個(gè)物體里面,令物質(zhì)世界被極大程度的數(shù)據(jù)化,并賦予生命;物聯(lián)網(wǎng)希望世界萬(wàn)物能夠智慧化地上網(wǎng),使物體會(huì)“ 說(shuō)話”、會(huì)“ 思考”、會(huì)“行動(dòng)”。

物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是借助于網(wǎng)絡(luò)智慧化的實(shí)現(xiàn),把各種事物以信息化的方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出來(lái);物品能夠利用RFID 等傳感技術(shù)彼此進(jìn)行智慧“交流”,而無(wú)需人的干預(yù);通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。

物聯(lián)網(wǎng)最為明顯的特征是物物相連,而無(wú)需人為干預(yù),從而極大程度地提升效率,同時(shí)降低人工帶來(lái)的不穩(wěn)定性。因此,物聯(lián)網(wǎng)在行業(yè)應(yīng)用中將發(fā)揮無(wú)窮的潛力。比如,將感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中,然后將“ 物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來(lái),實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合。

在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)物理平臺(tái)上提供多種業(yè)務(wù),這才是多域資源和服務(wù)融合

的真正內(nèi)涵。真正的多域融合以后,將會(huì)提供一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),所有的業(yè)務(wù)就都可以在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn),當(dāng)然,接入方式是多種多樣的,但整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)是一個(gè)統(tǒng)一、融合的網(wǎng)。融合后的網(wǎng)絡(luò),將能夠?yàn)橛脩?hù)的使用帶來(lái)極大的方便。

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)多設(shè)備、多網(wǎng)絡(luò)、多應(yīng)用、互聯(lián)互通、互相融合的一個(gè)大網(wǎng),相關(guān)的接口、通信協(xié)議等都需要有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)。而目前,各地的物聯(lián)網(wǎng)都各有自己的標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)很多,又缺乏權(quán)威性,這就導(dǎo)致不同的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目難以互通,成為一個(gè)個(gè)“孤島”。僅僅RFID 在全球就有幾十個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織出臺(tái)了250 個(gè)標(biāo)準(zhǔn),而全球兩萬(wàn)多種傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀可想而知。因此統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展顯得至關(guān)重要。

不僅可以讓各地正開(kāi)展的示范應(yīng)用的成功案例在其他地區(qū)進(jìn)行有效復(fù)制,推而廣之,并且能讓一個(gè)個(gè)信息“孤島”有效融合,整合資源鏈,在一定程度上避免重復(fù)建設(shè)帶來(lái)的資源耗費(fèi)從而提高效率。

廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求必將積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建,建立跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)作機(jī)制,鼓勵(lì)和支持企業(yè)積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作,推動(dòng)中國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家將圍繞物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè),開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)工程,著力突破傳感器網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù),加快通信網(wǎng)、傳感網(wǎng)絡(luò)以及物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合,推動(dòng)形成完整產(chǎn)業(yè)鏈和自主發(fā)展的規(guī)模產(chǎn)業(yè)化能力,提升整體產(chǎn)業(yè)層級(jí)和在國(guó)際分工體系的位置,推動(dòng)形成具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的物聯(lián)網(wǎng)制造和運(yùn)營(yíng)產(chǎn)業(yè)體系。國(guó)家將大力支持自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)造和應(yīng)用,鼓勵(lì)企業(yè)建立專(zhuān)利聯(lián)盟,加大對(duì)物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和管理。

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)思想正在催生一場(chǎng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)革命[1-3],物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)將給我們帶來(lái)千載難逢的機(jī)遇。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心價(jià)值是傳促使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在這場(chǎng)新興產(chǎn)業(yè)革命的新一輪競(jìng)爭(zhēng)中占領(lǐng)制高點(diǎn),搶占先機(jī),掌握主動(dòng)權(quán),引領(lǐng)世界信息化的發(fā)展與建設(shè),全面推動(dòng)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)振興和社會(huì)進(jìn)步。

2 泛在無(wú)線技術(shù)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵

物聯(lián)網(wǎng)可以理解為是泛在網(wǎng)的應(yīng)用形式[4],而不是傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)概念。

泛在網(wǎng)是在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合和頻譜資源共享基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)覆蓋,是一種基于個(gè)人和社會(huì)的需求。

泛在網(wǎng)利用現(xiàn)有的和新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間無(wú)所不在并且按需進(jìn)行的信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、認(rèn)知、決策、使用等綜合服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)體系[5]。

泛在無(wú)線技術(shù)是泛在網(wǎng)在連接物質(zhì)世界過(guò)程中實(shí)現(xiàn)末梢效應(yīng)和邊緣價(jià)值的核心技術(shù),也是促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

泛在網(wǎng)通過(guò)泛在無(wú)線技術(shù)完成與物質(zhì)世界的連接,并且實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、內(nèi)容感知以及智慧性,為個(gè)人和社會(huì)提供泛在的、無(wú)所不含的信息服務(wù)和應(yīng)用。泛在網(wǎng)具有比物聯(lián)網(wǎng)更廣泛的內(nèi)涵。

作為泛在無(wú)線技術(shù)重要組成部分的傳感網(wǎng)可以看作是物聯(lián)網(wǎng)的一種末梢網(wǎng)絡(luò)和感知延伸網(wǎng)。傳感網(wǎng)是多個(gè)由傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元組成的節(jié)點(diǎn),通過(guò)自組織方式構(gòu)成范圍受限的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)。傳感網(wǎng)為物聯(lián)網(wǎng)提供事物的連接和信息的感知。

目前,與物聯(lián)網(wǎng)緊密相關(guān)的無(wú)線通信技術(shù)已滲透到社會(huì)各領(lǐng)域,成為很多行業(yè)的支撐,并形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。隨著無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展所呈現(xiàn)出的高速化、寬帶化、異構(gòu)化、泛在化趨勢(shì),由于泛在網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵就在于泛在無(wú)線技術(shù),泛在無(wú)線通信成為近年來(lái)無(wú)線通信領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

作為泛在無(wú)線通信的一個(gè)重要應(yīng)用,無(wú)所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來(lái)臨,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用有望成為后互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的引擎。

通信網(wǎng)絡(luò)正在朝著泛在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展,而泛在無(wú)線接入是泛在網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的核心和關(guān)鍵技術(shù)。泛在網(wǎng)絡(luò)能夠隨時(shí)隨地提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù),泛在網(wǎng)絡(luò)中用戶(hù)通過(guò)智能終端可以從網(wǎng)絡(luò)上獲得除傳統(tǒng)的話音、短信、視頻業(yè)務(wù)外的各種各樣的服務(wù)。泛在網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò),人們可以在任意時(shí)間任意地點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)。泛在網(wǎng)絡(luò)幫助人類(lèi)實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn),任何人、任何物都能順暢地通信。通信對(duì)象可以是機(jī)器對(duì)機(jī)器、機(jī)器對(duì)人、人對(duì)機(jī)器和人對(duì)人。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)信息化水平的日益提高,泛在網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外政府、學(xué)術(shù)界、運(yùn)營(yíng)商、社會(huì)團(tuán)體、設(shè)備廠商關(guān)注的重要話題。

3 泛在無(wú)線通信技術(shù)研究進(jìn)展

在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過(guò)程中,關(guān)于泛在無(wú)線通信技術(shù)的研究進(jìn)展已經(jīng)在業(yè)界引起了廣泛的關(guān)注,所涉及的關(guān)鍵無(wú)線技術(shù)主要包括:末梢感知層的關(guān)鍵技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)融合層的關(guān)鍵技術(shù)、無(wú)線資源管理的關(guān)鍵技術(shù)以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理的信息處理等關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 末梢感知層

末梢感知層的關(guān)鍵技術(shù)主要涉及數(shù)據(jù)的感知、采集和傳輸技術(shù),其中無(wú)線技術(shù)主要集中在數(shù)據(jù)傳輸部分。物聯(lián)網(wǎng)的末梢網(wǎng)絡(luò)主要是以無(wú)線傳感器為代表的大規(guī)模自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部署了海量的多種類(lèi)型傳感器,每個(gè)傳感器都是一個(gè)信息源,不同類(lèi)別的傳感器對(duì)不

同的環(huán)境和信息進(jìn)行感知并捕獲數(shù)據(jù)。傳感器按一定周期采集不同類(lèi)型的數(shù)據(jù),所采集的信息內(nèi)容和信息格式也不同。數(shù)據(jù)采集需要采用短距離低功率的無(wú)線通信技術(shù),之后要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行幕蛘咛幚砥脚_(tái),經(jīng)過(guò)處理后,由應(yīng)用平臺(tái)控制實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)應(yīng)用。因?yàn)楸疚闹饕接懳锫?lián)網(wǎng)與無(wú)線技術(shù),因此,以下著重說(shuō)明短距離無(wú)線通信技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

3.1.1 短距離無(wú)線通信技術(shù)

鑒于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線連通方式有部署靈活、移動(dòng)性、滲透性強(qiáng)等特點(diǎn),近年來(lái),世界眾多站在技術(shù)前沿的國(guó)家和企業(yè)在制訂標(biāo)準(zhǔn)、研究新技術(shù)和應(yīng)用解決方案方面紛紛予以關(guān)注,以期掌握市場(chǎng)主動(dòng)。國(guó)家近期也通過(guò)一系列措施支持和鼓勵(lì)中短距離無(wú)線通信、與無(wú)線傳感技術(shù)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

短距離無(wú)線通信尤其適合物聯(lián)網(wǎng)的感知延伸層的組網(wǎng)和應(yīng)用,尤其以無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN) 為主的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)為主要內(nèi)容。目前,主流的微功率短距離的無(wú)線通信技術(shù)如WLAN、UWB、RFID[6]、Bluetooth、Zigbee、60 GHz 毫米波的WPAN 等,其中大部分技術(shù)的工作頻率都集中在了2.3~2.4 GHz 頻段上。2.4 GHz 頻段無(wú)線系統(tǒng)主要有Bluetooth、Wi-Fi、Wireless USB、Zigbee 以及無(wú)繩電話和微波爐等系統(tǒng)與設(shè)備。如此密集的系統(tǒng)分布,必然造成該頻段的資源緊缺,頻譜日益擁擠,電磁兼容問(wèn)題日益凸現(xiàn)。

藍(lán)牙(Bluetooth) 技術(shù)[7-8] 是一種適用于短距離無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規(guī)范。目前,藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了艱難的醞釀階段,進(jìn)入了全面起飛階段。藍(lán)牙越來(lái)越多地嵌入到中高檔產(chǎn)品中,如PDA、移動(dòng)電話、無(wú)繩電話、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、MP3 播放機(jī)、數(shù)字相機(jī)和便攜式上網(wǎng)設(shè)備等,并從移動(dòng)信息電器逐步拓展到汽車(chē)、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等新的領(lǐng)域。

Wi-Fi[9-10] 是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備( 如PDA、手機(jī)) 等終端以無(wú)線方式互相連接的技術(shù)。其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用IEEE802.11b 標(biāo)準(zhǔn)。

Wi-Fi 可以幫助用戶(hù)訪問(wèn)電子郵件、Web 和流式媒體。它為用戶(hù)提供了無(wú)線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)。同時(shí),它也是在家里、辦公室或在旅途中上網(wǎng)的快速、便捷的途徑。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,Wi-Fi 將作為無(wú)線和有線相連接、短距離與長(zhǎng)距離通信相銜接的橋梁,發(fā)揮更大的作用。

Zigbee[11] 使用IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)作為媒體訪問(wèn)控制(MAC) 和物理(PHY) 層規(guī)范,并在此基礎(chǔ)上定義了應(yīng)用層(APL)、網(wǎng)絡(luò)層以及用戶(hù)應(yīng)用框架。

Zigbee 之所以能在自動(dòng)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,是由于它自身具備的多種優(yōu)點(diǎn),包括低功耗、低成本、低速率、近距離、短時(shí)延、高容量、高安全、免執(zhí)照頻段。

總之,除了底層的傳感器技術(shù)、海量的IPv4/IPv6地址資源、自動(dòng)控制、智能嵌入等配套技術(shù)之外,實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)所不在的、大規(guī)模的物與物聯(lián)網(wǎng),更為重要的是在傳輸層實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)作的通信協(xié)議基礎(chǔ),而這其中,各種無(wú)線電通信技術(shù),將起到特別關(guān)鍵作用。

WPAN、WLAN、NGBWA 等無(wú)線通信技術(shù),以及基于這些無(wú)線技術(shù)相結(jié)合的融合應(yīng)用將是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中,最為重要的組成部分。

3.1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[12-13]將以其網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、自組織性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化強(qiáng)、以數(shù)據(jù)為中心等優(yōu)勢(shì)成為物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的主要部分。

ITU架構(gòu)中泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)和泛在傳感器接入網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中可能采用無(wú)線傳輸技術(shù)的部分,也是物聯(lián)網(wǎng)頻譜需求的主要來(lái)源。

傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)骨干網(wǎng)絡(luò)以傳統(tǒng)的公共移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)為代表,泛在傳感器接入網(wǎng)絡(luò)則以短距離無(wú)線傳輸技術(shù)為代表。

物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)行業(yè)( 如智能家居、智能安全、動(dòng)物溯源、智能醫(yī)院、智能交通、智能物流等)領(lǐng)域應(yīng)用中,末端設(shè)備和設(shè)施,包括具備“ 內(nèi)在智能”的( 如傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等) 和“ 外在使能”的( 如貼上RFID 的各種資產(chǎn)、攜帶無(wú)線終端的個(gè)人與車(chē)輛甚至“智能塵埃”等)物理界實(shí)體,都需要通過(guò)各種傳感器設(shè)備、無(wú)線、有線的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,以實(shí)現(xiàn)其“智能化物件或動(dòng)物”的特質(zhì),這其中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求最為強(qiáng)烈。

目前,我們?cè)跓o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面研發(fā)的技術(shù)包括:

•無(wú)線傳感網(wǎng)接入技術(shù),內(nèi)容包括基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多網(wǎng)絡(luò)融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和多種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的比較。

•無(wú)線傳感網(wǎng)路由技術(shù),內(nèi)容包括無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)。

•無(wú)線傳感網(wǎng)拓?fù)淇刂萍夹g(shù),內(nèi)容包括無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制技術(shù)和典型的拓?fù)淇刂品椒ā?/p>

•無(wú)線傳感網(wǎng)中數(shù)據(jù)聚合與管理,內(nèi)容包括無(wú)線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)聚合技術(shù),無(wú)線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)管理技術(shù)以及無(wú)線傳感網(wǎng)安全技術(shù)。

3.2 無(wú)線頻譜資源應(yīng)用與管理策略

我們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過(guò)程中對(duì)無(wú)線資源特別是無(wú)線頻譜資源的需求做了分析。

在末梢網(wǎng)絡(luò)中,以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的頻譜需求為例,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所能提供的無(wú)線通信帶寬是十分有限的,特別是在2.4 GHz 的通信頻段上,聚集了藍(lán)牙、Wi-Fi、ZigBee 等無(wú)線網(wǎng)絡(luò),使得該頻段的信道變得十分擁擠。

從全局的觀點(diǎn)考慮,根據(jù)ITU-RM.2078 等國(guó)際報(bào)告[14],4G還需要352~1 152 MHz 的頻率,這些頻譜都是按照4G 的用戶(hù)流量模型為人與人的通信而設(shè)計(jì)的,并不包括物聯(lián)網(wǎng)的頻譜需求,因此解決物聯(lián)網(wǎng)的頻譜需求的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4G。

無(wú)線頻譜資源緊張可能成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的“瓶頸”問(wèn)題。同時(shí),我們發(fā)現(xiàn),可以通過(guò)有效的資源管理機(jī)制實(shí)現(xiàn)頻譜的合理和高效再利用,從而解決頻譜資源緊張問(wèn)題,使資源的供需達(dá)到平衡。

無(wú)線資源管理可以從國(guó)家政策和規(guī)劃角度得到很好的再配置,我們也對(duì)該方面提出了相關(guān)的建議。例如對(duì)物聯(lián)網(wǎng)頻譜的合理規(guī)劃與管理、物聯(lián)網(wǎng)頻率劃分調(diào)整及頻率保護(hù)政策、參照國(guó)際慣例對(duì)物聯(lián)網(wǎng)頻譜進(jìn)行規(guī)劃、建立物聯(lián)網(wǎng)的流量模型及常見(jiàn)應(yīng)用模型、為典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用制訂頻譜標(biāo)準(zhǔn)、借鑒頻譜拍賣(mài)機(jī)制適當(dāng)實(shí)施頻譜開(kāi)放計(jì)劃等等。

目前,我們主要從技術(shù)方面提出了適合于物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線資源管理的各種措施,包括:從空時(shí)頻能復(fù)用角度,開(kāi)發(fā)頻譜池、頻譜聚合、智能天線、軟件無(wú)線電、多點(diǎn)協(xié)作等技術(shù);在授權(quán)頻段開(kāi)發(fā)D2D 直通技術(shù),在非授權(quán)頻段,開(kāi)發(fā)多種短距離通信技術(shù)共存技術(shù)等;從系統(tǒng)級(jí)角度開(kāi)發(fā)頻譜分析、頻譜決策、頻譜監(jiān)視、頻譜搬移和頻譜共享等頻譜管理技術(shù);從頻譜二次利用角度開(kāi)發(fā)可見(jiàn)光通信、太赫茲通信、白色空間通信以及開(kāi)發(fā)2.5 GHz、3.3~3.4 GHz、3.5 GHz、5 GHz、5.15~5.725 GHz 等新頻段業(yè)務(wù);此外,在無(wú)線資源管理方面,著重開(kāi)發(fā)無(wú)線技術(shù)的電磁兼容和電磁干擾技術(shù),為無(wú)線資源的有效復(fù)用、多種技術(shù)和系統(tǒng)的高效共存提供保障。

3.3 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合與協(xié)同技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

•不同的無(wú)線頻段特性導(dǎo)致的頻譜資源使用的異構(gòu)性。

•不同的組網(wǎng)接入技術(shù)所使用的空中接口設(shè)計(jì)及相關(guān)協(xié)議在實(shí)現(xiàn)方式上的差異性和不可兼容性。

•業(yè)務(wù)的多樣化。

•終端的多樣化。

不同運(yùn)營(yíng)商針對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)所實(shí)施的相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)管理策略不同。

以上幾個(gè)方面交叉聯(lián)系,相互影響構(gòu)成了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性。這種異構(gòu)性對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、可靠性和高效性帶來(lái)了挑戰(zhàn),同時(shí)給移動(dòng)性管理、聯(lián)合無(wú)線資源管理、服務(wù)質(zhì)量保證等帶來(lái)了很大的問(wèn)題。

網(wǎng)絡(luò)融合的主要策略可以理解為各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間,在基礎(chǔ)性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的公共通信平臺(tái)之上,實(shí)現(xiàn)共性的融合與個(gè)性的協(xié)同。

所謂“ 融合”是在技術(shù)創(chuàng)新和概念創(chuàng)新的基礎(chǔ)上對(duì)不同系統(tǒng)間共性的整合,具體是指各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)與作為公共通信平臺(tái)的移動(dòng)通信網(wǎng)或者下一代網(wǎng)絡(luò)的融合,從而構(gòu)成一張無(wú)所不在的大網(wǎng)。

所謂“ 協(xié)同”則是在技術(shù)創(chuàng)新和概念創(chuàng)新的基礎(chǔ)上對(duì)不同系統(tǒng)間個(gè)性的整合,具體是指大網(wǎng)中的各個(gè)接入子網(wǎng)通過(guò)彼此之間的協(xié)同,實(shí)現(xiàn)共存、競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作的關(guān)系以滿(mǎn)足用于的業(yè)務(wù)和應(yīng)用需求。

不同通信網(wǎng)絡(luò)的融合是為了更好地服務(wù)于異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同。

協(xié)同技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)互通及無(wú)線服務(wù)的泛在化、高速化和便捷化的必然選擇,也是未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)頻譜資源共享亟待解決的問(wèn)題。

具體來(lái)說(shuō),異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的實(shí)現(xiàn)分為兩個(gè)階段:一是連通階段,二是融合階段。

連通階段指各種網(wǎng)絡(luò)如傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID 網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等都能互聯(lián)互通,感知信息和業(yè)務(wù)信息傳送到網(wǎng)絡(luò)另一端的應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行處理以支持應(yīng)用服務(wù)。

融合階段是指在網(wǎng)絡(luò)連通層面的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上,分布式部署若干信息處理的功能單元,根據(jù)應(yīng)用需求而在網(wǎng)絡(luò)中對(duì)傳遞的信息進(jìn)行收集、融合和處理,從而使基于感知的智能服務(wù)實(shí)現(xiàn)得更為精確。從該階段開(kāi)始,網(wǎng)絡(luò)將從提供信息交互功能擴(kuò)展到提供智能信息處理功能乃至支撐服務(wù),并且傳統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向可管、可控、可信的集中智慧參與的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)。因此,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合不是對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的革命與顛覆,而是對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)分階段的演進(jìn)、有效地規(guī)劃異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的研究與應(yīng)用。

3.4 海量信息處理技術(shù)與云計(jì)算

在物聯(lián)網(wǎng)中,從末梢網(wǎng)絡(luò)采集了大量的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理才能實(shí)現(xiàn)各種不同的應(yīng)用需求。于是,海量信息智能處理與云計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。根據(jù)泛在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)信息的特點(diǎn),可以采用諸如數(shù)據(jù)時(shí)間對(duì)準(zhǔn)技術(shù)、集中式數(shù)據(jù)融合算法及分布式數(shù)據(jù)融合算法等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,采用分類(lèi)、估值、預(yù)言、相關(guān)性分組或關(guān)聯(lián)規(guī)則、聚集、描述和可視化、復(fù)雜數(shù)據(jù)類(lèi)型(Text、Web、圖形圖像、視頻、音頻等)挖掘等進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。

目前,我們針對(duì)海量信息處理和云計(jì)算方面,建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),涵蓋網(wǎng)絡(luò)信息處理等領(lǐng)域的應(yīng)用,圍繞機(jī)器翻譯、語(yǔ)言信息處理、海量信息存儲(chǔ)與搜索、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容技術(shù)、語(yǔ)義計(jì)算、Web 挖掘與服務(wù)、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信及安全等若干領(lǐng)域的理論技術(shù)與應(yīng)用開(kāi)展研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

如今,物聯(lián)網(wǎng)正越來(lái)越多地運(yùn)用到人們的生活中。全中國(guó)的力量都被發(fā)動(dòng)起來(lái)迎接物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái),作為科研力量之一的學(xué)校和科研團(tuán)隊(duì)一直努力在物聯(lián)網(wǎng)研究方面做出有價(jià)值的工作,目前,我們研發(fā)了智慧校園系統(tǒng)、校園環(huán)境控制系統(tǒng)、云計(jì)算開(kāi)發(fā)平臺(tái),將各種信息與服務(wù)孤

島融合成為一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái),統(tǒng)一了門(mén)戶(hù),統(tǒng)一了用戶(hù)的身份,實(shí)現(xiàn)了全校資源、服務(wù)和用戶(hù)的融合共享;采用云計(jì)算和新一代信息技術(shù)使校園服務(wù)逐步實(shí)現(xiàn)智慧化。將人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、服務(wù)社會(huì)融為一體。需要融合、需要?jiǎng)?chuàng)新、需要共享,這是物聯(lián)網(wǎng)的方向。還有一個(gè)是面向服務(wù)、面向應(yīng)用,而云計(jì)算就是基礎(chǔ)。相信,我們會(huì)繼續(xù)為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代做出更多有意義的成果。

在后互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用策略中應(yīng)當(dāng)高度重視泛在無(wú)線通信技術(shù)的研發(fā),并加快推進(jìn)與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的深度融合,以新興信息服務(wù)業(yè)為龍頭優(yōu)先發(fā)展基于網(wǎng)絡(luò)的新興智慧服務(wù)產(chǎn)業(yè),以社會(huì)發(fā)展的服務(wù)需求為導(dǎo)向發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)不僅需要技術(shù)革命,它更是牽涉到新興經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域各個(gè)行業(yè)、各個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,需要多種力量的整合。這就需要國(guó)家的新興經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)政策和立法上要走在前面,要制訂出適合新興產(chǎn)業(yè)革命和發(fā)展的政策與法規(guī),保證新興經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新興產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展,必須要有政府的政策支持,必須要有專(zhuān)門(mén)人員和專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)來(lái)研究和協(xié)調(diào),這樣物聯(lián)網(wǎng)才能真正帶動(dòng)新興經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而大有作為。

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