物联网顶层设计与关键技术
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1.6 物联网在中国

1.6.1 物联网的分类

周洪波在《物联网技术、应用、标准和商业模式》一书中根据部署形态将物联网分为:“公有物联网(Public IoT)——向公众提供服务,私有物联网(Private IoT)——面向单一机构内部提供服务,社区物联网(Community IoT)——面向社区的物联网,混合物联网(Hybrid IoT)——多种物联网共存。”

如图1-13所示为物联网体系架构的归纳和划分。

图1-13 物联网体系架构的归纳和划分

在本书中,物联网被划分为非经营属性的物联网和市场经营属性的物联网,如图1-14所示。该研究得到了IEEE院士Mohsen Guizani的肯定(Wireless Communications IEEE,23,pp.10-16,2016)。截至2019年12月,Research Gate显示作者撰写的论文“A Generic IoT Architecture for Smart Cities”已经被同行阅读和下载了1881次。

图1-14 非经营属性物联网和市场经营属性物联网

非经营属性的物联网包括两类。一类是指政府投资建设的公益性领域和社会经济领域的物联网项目,称为政务物联网。例如,在感知城市所征集的物联网项目中,感知交通、感知安保、感知环保、感知水利、感知工农业经济、感知卫生教育、感知商品安全等都是由政府投资进行信息化建设的物联网应用平台。另一类是指企业与公司面向市场,为提高自身市场的竞争力与服务保障能力,要求在生产、管理、运输、物流、销售等环节进行自主投资的物联网项目,称为工业物联网与商务物联网。例如,中国电信、中国移动面向广大的网络终端用户提供服务,是可经营的商业模式物联网运营的服务平台。而工业物联网主体是企业内部自我应用、封闭的工业集约化生产和数字化管理的网络平台,是不可市场化经营的网络平台。非经营属性物联网项目本质的公益性和社会属性,决定了其不具备商业投资的价值,无法引入我国商业资本进行投资,只能由政府进行公益性投资或企业融资自主投资。

市场经营属性的物联网可以满足物联网应用市场的本质需求,通过构建我国商业模式物联网体系的架构及运营平台,可以集聚多元公共信息服务市场,以及获取忠实的网络服务终端客户,支撑我国的物联网运营形成可市场化、持续独立运营的现代服务业,以及构建相适应的物联网应用信息终端产品制造业。我国物联网体系架构顶层设计是指在现有电信、移动、有线电视三大运营商之外,构建我国科学发展的物联网体系架构运营平台及组建物联网运营商,这也是支撑“智慧城市”建设的核心应用平台。构建商业模式物联网体系架构运营平台,可以带动国内商业资本进入我国物联网应用市场及制造产业,促进我国战略性新兴产业的发展,加快我国经济发展方式转变的步伐。所以,我国商业模式物联网体系架构顶层设计具有调整我国经济结构的巨大作用。具有市场经营属性的物联网项目,可简单地称为商业模式物联网。

1.6.2 物联网在中国创造的机遇

1999年,美国首先提出了物联网这个概念,当时,个人计算机还处在单核Pentium Ⅲ 时代,其计算速度远不如2012年的一部50美元的智能手机。如今,个人计算机已经进入了8核时代。在Device端,纳米级传感器已经得到了应用;在Network端,免费的无线网络几乎无所不在,包括高速的 WiMAX和低速的ZigBee;在Manger端,虚拟化、云计算、面向对象数据库、搜索技术、智能体得到了海量的开发和应用。但需要特别注意的是,美国不缺技术,也不缺资金,但为什么至今美国还没有提出一个完整的、符合美国特色的商业模式物联网体系架构及运营平台的解决方案呢?

其主要原因是物联网应用市场需要整合集聚社会信息资源市场与政府统筹规划的支撑。在拓展集聚社会多元信息服务市场,在优化各网络服务运营商之间的增值利益时,由于美国的社会环境(强势利益集团之间的矛盾)和政治环境,使得美国特色不具备行政优势,无法整合社会信息资源市场,这两大致命因素影响了美国政府决策构建商业模式物联网的发展战略。

物联网体系架构运营平台及物联网运营商,是构建节约、高效、安全、环保及和谐型社会必然要拓展的新兴现代信息服务业。我国拥有巨大的物联网现代信息服务市场,而且具备良好的政治环境、社会环境、市场环境、技术支撑环境及经济运行环境等。因此,组建物联网体系架构运营平台及物联网运营商,在我国有着得天独厚的优势,我国物联网产业的规划与发展,具备赶上世界先进国家水平的能力。

1.6.3 物联网的标准化工作进展

在中国,物联网这个概念已经被政府机构和人们广泛接受,国际电信联盟中国区域负责人认为:“物联网要拥有大规模产业支撑,就必须加快推进物联网标准化建设,物联网的市场是全球性的。”工业和信息化部相关官员认为:“做好以物联网、云计算、基础软件、三网融合等为代表的新一代信息技术标准的制定是一项很重要的工作。”随着物联网市场日益扩大,许多与物联网相关的产业呈现良好的发展前景。然而,当前物联网应用呈现“小、杂、散”的特点,正是产业化必须克服的瓶颈。只有通过技术创新、标准与知识产权协调互动,才能解决上述问题。

通过中国自主知识产权的物联网标准化制定,可以减少物联网对外来商业软件的依赖,从而为系统的安全性提供基础支撑。同时,物联网的标准化可以减少大量的科研和产品研发的重复投资,节约的成本可以达到几十亿元人民币甚至上百亿元人民币。

目前,全球参加物联网标准化工作的组织有很多,如图1-15所示。

图1-15 全球参加物联网标准化工作的组织

下面简单介绍在物联网领域有重大影响力的标准组织。

国际电信联盟(ITU-T)早在2005年就开始了物联网领域的研究,其研究内容主要体现在物联网总体框架、标识和应用3个方面。ITU-T物联网标准涵盖了概念、术语、技术视图、需求、参考模型等基本内容,能够指导和促进全球物联网技术、产业、应用、标准的健康发展。目前 ITU-T 的相关课题组包括:SG13,主要关注NGN角度的物联网相关研究,已经从需求分析阶段进入框架模型的高层层面阶段;SG16,主要关注物联网的业务应用及标识解析;SG17,主要开展物联网安全、身份验证和解析等研究;SG11,主要研究物联网泛在感测网络(USN)和节点标识(NID)的测试架构。

ETSI 采用M2M概念,主要关注物联网总体架构基础研究,是目前在总体架构方面最具影响力的标准组织。ETSI 成立了 M2M TC 小组,研究目标是与NGN和3GPP合作研究端到端的机器对机器的通信。根据M2M业务及运营需求,建立一个端到端的M2M高层体系架构。

移动网络技术的标准组织3GPP/3GPP2也采用 M2M 理念进行基础研究,该组织目前在研究网络层方面占有重要的地位。3GPP从移动网络出发,研究M2M应用对网络的影响,只讨论移动网的M2M通信和定义M2M业务,不对特殊的M2M应用进行具体定义。

IEEE 组织毫无疑问在物联网的感知层研究领域占主导地位。目前基于IEEE 802.15.4 标准的ZigBee技术广泛应用于无线传感网领域。IEEE 802系列标准由IEEE 802 LAN/MAN标准委员会制定。中国也参与了IEEE 802.15.4 系列标准的制定,结合国内情况,由中国起草的 IEEE 802.15.4c 和 IEEE 802.15.4e 分别扩展了适合中国使用的频段和工业级控制部分标准。

中国正在制定一系列的标准,涉及的层面包括物联网总体架构、无线传感网、物联网应用,并且有的标准已在国际标准化组织立项。传感网络标准工作组(WGSN)和中国通信标准化协会(CCSA)就是中国研究物联网的标准组织的代表。WGSN 积极参与 ISO、IEEE等国际标准组织的标准制定工作。CCSA的主要任务是把通信运营企业、研究单位等关心标准的企事业单位组织起来,按照公平、公开、公正的原则对标准进行协调和把关。在物联网方面,CCSA成立了专门研究物联网的泛在网技术工作委员会(TC10)。除此之外,中国RFID 标准工作小组已经有了一定的工作成果。中国成立了“物联网标准联合工作组”,该小组将整合物联网相关资源,推进物联网的标准化进程,使之符合我国国情,为政府部门提供相关的技术和标准化服务支撑。

物联网应用开发要以标准先行,有了标准就有了话语权。在国际网络标准化领域,中国与国际同步,并且已经在部分关键技术和应用上领先,抓紧实施以感知为核心的物联网标准化战略已成为重中之重。

《物联网发展规划》的标准化推进工程部分指出:“以构建物联网标准化体系为目标,依托各领域标准化组织、行业协会和产业联盟,重点支持共性关键技术标准和行业应用标准的研制,完善标准信息服务、认证、检测体系,推动一批具有自主知识产权的标准成为国际标准。”

阿里巴巴正在全面建设物联网产业生态体系,联合物联网智慧城市、智慧工业和智慧生活等产业成员单位,成立了 IoT 合作伙伴计划联盟(IoT Connectivity Alliance,ICA)。2017年10月,ICA正式发布了《物联网技术标准白皮书》《中国智能锁应用与发展白皮书》,2018年6月正式发布了《智能城市生态研究白皮书》。物联网的核心技术包括32位微功耗单片机技术、Lora物联网技术、GPRS/NB-IoT/4G/5G芯片技术、Wi-Fi芯片技术、RFID技术等一系列核心芯片技术。