1 物联网的内涵和体系架构

物 联 网 的 应 用 及 前 景 班级：建筑学 2007 级 3 班 姓名：高连超 学号：0715010314 物联网的应用及前景 物联网概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和 IT 基础设施分开，一方面是机场、公路、建筑物，另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。 而在物联网时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上， 基础设施更像是一块新的地球。故也有业内人士认为物联网与智能电网均是智慧地球的有 机构成部分。 不过，也有观点认为，物联网迅速普及的可能性有多大，尚难以轻言判定。毕竟 RFID 早已为市场所熟知，但新大陆等拥有 RFID 业务的相关上市公司定期报告显示出业绩的高成 长性尚未显现出来，所以，对物联网的普及速度存在着较大的分歧。但可以肯定的是，在 国家大力推动工业化与信息化两化融合的大背景下，物联网会是工业乃至更多行业信息化 过程中，一个比较现实的突破口。而且，RFID 技术在多个领域多个行业所进行的一些闭环 应用。在这些先行的成功案例中，物品的信息已经被自动采集并上网，管理效率大幅提升， 有些物联网的梦想已经部分的实现了。所以，物联网的雏形就象互联网早期的形态局域网 一样，虽然发挥的作用有限，但昭示着的远大前景已经不容质疑。 1 物联网的内涵和体系架构 物联网泛指“物物相联之网” ，指利用二维码标签、射频识别标签（RFID） 、各类传感 器/敏感器件等技术和设备，通过互联网、电信网实现物与物、物与人之间的信息交互，支 持智能的信息化应用，实现信息基础设施与物理基础设施的全面融合，最终形成全社会统 一的智能基础设施。需要指出，按照 ITU-T 对于泛在网(含物联网)的定义，泛在网/物联网 是指人和人/设备接入服务和通信的能力，即物联网不是网，或者说不是一个物理上独立存 在的完整网络，而是一种架构在现有或下一代公网或专网基础上的联网（networking）应 用和通信能力，强调的是应用层面的智能应用。 在网络范畴方面，物联网可以理解为现有网络向泛在边缘的拓展，即“公网/专网+传 感网” 。在可以预见的未来，物联网主要涉及与电信网的通信接口，业务应用处理控制平台 等, 并不涉及独立建网或大网改造问题，当然，为了适配某些高价值物联网应用，有可能 需要对网络本身进行一些优化和适配，仅此而已。 按照目前业界的共识，物联网的体系架构可以分为 3 层：最底层是感知层，主要包括 各类传感器/敏感器件以及物与物（M2M）通信终端、传感网网关、二维码、射频识别标 签等；中间层是网络层或联网层，各种物联网应用借助无线、有线手段接入网络，在网络 互联支持下提供信息的传递、共享和服务的支撑；最上层是应用层，属于业务支撑及运营 管理层，主要涉及感知信息的传递控制、存储、关联、分析，支持分布式扁平化的信息处 理框架，如网格、分布式计算和云计算等。 那么，物联网与 ITU-T 正在定义规范的泛在网是什么关系？从通信对象看，物联网强 调物与物、 物与人的通信，而泛在网还进一步包括人与人的通信，因而内涵更加广泛。从另一个角度 看，物联网实质上是泛在网要融合协同的一种网络工作模式，是泛在网络及信息化在行业 应用角度的一个重要体现，也可以看作是泛在网的一类具体表现形态。因而，日常谈话和 写作时，笼统地写成物联网/泛在网或者简单地称为物联网即可。 2 物联网的战略意义 物联网的提出体现了大融合理念，突破了将物理基础设施和信息基础设施分开的传统 思维，具有超前的先进理念和很大的战略意义。在实践上也期望其能够解决交通、电力、 教育和医疗等行业上的一些难题，以交通为例，全球每 2 s 就有一个人因交通事故受伤， 每 50 s 就有一个人死于车祸，中国每年因交通事故死亡的人数达 8 万左右，交通事故死亡 率达到 27.3%，远高于美国的 1.3%；全球因交通拥塞造成的直接经济损失达 5 180 亿美元， 美国一个国家就占 870 亿美元。这些问题的解决或缓解只有依靠现实物理基础设施和虚拟 信息基础设施的结合才有可能，而物联网提供了这种希望。 从通信的角度看，现有通信主要是人与人之间的通信（H2H） ，目前全球已经有 60 多 亿用户，即 60 多亿通信连接，离全球总人口数已经相差不远，发展空间有限，不会无限增 长。而物联网涉及的通信对象不仅是人，更多的是“物” ，仅就目前涉及的物联网行业应用 而言，就至少有交通、教育、医疗、物流、能源、环保、制造、安全等；就涉及的个人电 子设备而言，至少可能有电子书阅读器、音乐播放器、DVD 播放器、游戏机、数码相机、 家用电器等。如果这些所谓的“物”都纳入物联网通信应用范畴，其潜在可能涉及的通信 连接数可达数百亿之多，远高于现有人与人之间的通信连接数，这就为通信领域的扩展和 企业转型提供了巨大的想象空间。 需要注意，尽管这类 M2M 的潜在连接数巨大，但实际连接数还很小，2010 年全球 M2M 连接数仅为 8140 万，但是增速较快，可达 46%。我国 M2M 连接数不到 1 000 万，但 是增速很快，高达 100%，但是离人们所期望的数百亿连接数还相差很远。 考虑到物联网的潜在巨大通信连接数目和极具吸引力的大融合理念，有人将物联网称 之为万维网和移动互联网之后的互联网变革的第 3 阶段，还有人将其称之为大型机、 PC 机、 互联网之后的计算模式变革的第 4 阶段。简言之，我们处于一个新时代的黎明，以物联网 为代表的新型产业革命为大家开启了巨大的想象空间，各国政府和产业界都对其未来 发展寄予很大的希望。但是需要指出的是，这种战略上的巨大市场潜力要真正转化为现实 的有份量的市场收入，还需要经过几十年长期不懈的努力和脚踏实地的工作才有可能，绝 不能有不切实际，急功近利的幻想和冲动 3 物联网的市场空间辨析 物联网的市场空间究竟有多大？通信连接数的巨大扩展能否带来业务收入同步的巨大 扩展？物联网能否成为电信业之后下一个万亿级的服务市场？市场空间是决定物联网战略 地位的重要根据，也是目前引发物联网热的重要原因。首先先引证几个咨询公司的预测， 如 Alexander Resources 预测 2010 年全球物联网中的 M2M 市场达到 2 700 亿美元，法国 IDATE 预测是 2 200 亿欧元。一个最雷人的，也是业界最常引用的重要依据是来自美国 ITG 公司在 10 年前组织的 Forrester 与哈佛大学的 Berkman 中心研讨会的一个预测材料，该材 料预测全球在 2010 年的物联网花费接近 3 万亿美元，超过全球电信业的市场，提出可能出 现电信业之后下一个万亿级服务市场的预测，该报告甚至预测到 2020 年全球物联网市场将 是电信市场的 30 倍，可能达到 60 万亿美元以上的巨大市场。 显然，这样一个极其巨大的市场空间对于当前面临全球经济低迷的各国政府无疑是一 剂难得的强心剂，具有无比的诱惑力，从而催发了各国政府的巨大想象空间，纷纷出台扶 植政策。然而，且不说面临这样一个日新月异的多变世界，怎么能将 10 年前的预测作为今 天决策的依据？其对于 2010 年的近 3 万亿美元的预测，比其他咨询公司的预测至少大 10 倍，比实际的 1 000 亿美元的物联网市场空间大 30 倍，其预测误差之大不仅完全不靠谱， 而且近乎儿戏般的荒唐。已，不到其中的 1%，绝对谈不上是一个巨大的服务市场，更谈不 上万亿级的市场空间。以中国为例，2010 年几大运营商在传感网和 RFID 上的服务收入约 3 亿元，是其业务收入的 0.03%，即便算上全球眼等视频监视系统的收入，也只有 30 多亿 元，只比其业务收入的 0.3%多一点。如果进一步考虑投入产出比问题，那结果可能更不容 乐观。 从潜在的通信连接数看，2010 年全球大约为 8 140 万，同比增长 46%，中国近 1 000 万，同比增长 100%。假如未来 10 年全球能始终保持现有的发展速度，则 10 年后全球通信 连接数也不过数十亿量级，离数百亿的预测值还有不小的差距。再退一步讲，即便能达到 这一潜在目标值，这数百亿的物与物连接究竟能产生多大的收益，也是一个值得探讨的问 题。依据目前状况判断，大多数这类业务的平均月收入 ARPU）远远低于人与人的通信收入，特别是手机通信的收入，要产生能与之相比的收入， 需要的连接数将是一个天文数字。 可见无论从哪个角度看，所谓的下一个万亿级服务市场纯粹是空中馅饼，可望不可及， 起码在可以想象的下一个 10 年绝无可能成为能与电信业匹敌的服务市场。 4 物联网特征 4.1 物联网行业的特征和运营商定位 从大的方面来看，物联网行业有 3 个最重要的特征。第一个特征是国家和政府驱动 , 而非直接的市场驱动，面对世界经济的低迷，从国家的经济发展引擎、信息化、节能环保 等战略考虑，很多国家都给予物联网高度重视和政策支持；第二个特征是产业链复杂而分 散，不存在单一责任主体，主要是薄利小众市场，专业性强、专业门槛高、集中度低、规 模性差；第三个特征是标准化严重滞后，物联网不存在统一的标准体系，涉及的行业、国 内外标准组织多以及标准多（仅 RFID 器件就有 30 个国际组织出了 250 个标准） ，专业性、 专有性太强，公众性和公用性较弱，标准化程度低，必要性弱。 在这样一个行业大背景下，运营商的定位应该是什么?这是需要认真思考的。首先， 在现有整个物联网市场，占绝对主导的是传感器市场，全球有大约 2 万种花样繁多的传感 器以及数不清的制造厂家。在我国，仅压力传感器一种器件就有 30 多个厂家。可见在这一 产业链中，不存在单一责任主体，是一大群互不搭嘎的传感器厂家在各自专业领域中发挥 着主导作用。而运营商服务市场在整个物联网市场中仅是个零头，在可以预见的未来，也 不会大到哪儿去，运营商无法按传统电信模式主导物联网这一产业链。运营商的优势在于 提供传感网的远程互联互通，只是中间角色而已。当然，运营商作为中间角色，可以联系 上下游，共同推进产业链的成熟和发展。 下面以在物联网领域走得较快的德国 T-mobile 为例，探讨运营商的定位问题。首先， T-mobile 认为，M2M 将成为未来网络的主要连接形式：至少是手机连接数的 4 倍。其次， 物联网的发展不应要求网络架构有变动，主要是利用现有网络的空闲容量，无需新投资， 否则按照现有物联网的收入水平就不值得做。再有，物联网是一个薄利业务，在可预见的 未来，即便其连接数高于手机连接数的 4 倍，其收入绝对量依然只是手机收入的很小一部 分。最后，考虑到以上情况，物联网适于批发业务模式，即运营商只需要向合作方提供大 量 SIM 卡 ，无需直接去发展个别用户、激活连接、提供计费和客服。(责任编辑：admin) 综上所述，运营商在物联网产业链中的角色定位，首先是物联网智能通信管道的提供者。 运营商的优势在网络，缺乏直接面向物联网最终用户运营的基础和优势，要着重提供基于 网关的智能管道，顶多将来可能需要现网向泛在边缘扩展，当然还要积极探索有别于传统 业务的盈利模式。其次，运营商应该作为物联网能力平台的提供者和运营者,物联网能力平 台主要实现物与物互联中数据的聚合、挖掘分析、共享和开放的功能。通过平台的构建， 可以使运营商不仅限于物联网信道提供者的角色，而且具备物联网业务的服务提供能力， 同时也降低了进入门槛，有助于发挥中小企业的积极性。第三，运营商也应该是物联网重 点行业应用的集成者。面对大量千差万别的小众薄利市场，不可能也不值得全面介入。要 根据市场需求，结合自身资源和效益等要素，聚焦若干重点行业，更多地发挥中小企业的 积极性。 4.2 物联网的流量分类特征 物联网业务种类极其广泛，其流量特征差异很大，有些尚待开发的业务的流量特征还 处于完全未知的状态。就物联网目前最主要的 M2M 业务而言，可以大体上归纳为大流量 业务和小流量业务两大类。 大流量业务又可以细分为两类，第一类是长期在线的大流量业务，其终端长期保持激 活，实时性要求较高，数据量较大，如以全球眼业务为代表的视频监控业务；第二类物联 网是当前各国政府都寄予很大希望的未来增长领域，因而采取各种激励和扶植政策。我国 政府也高度重视这一领域的发展，已经将其列入国家重点支持的新兴产业，地方政府也纷 纷出台产业专项规划，布局“十二五”期间物联网的发展。在过去的一年多时间里，学术 界、产业界、地方政府和传媒对物联网的期望和热度一浪高过一浪，然而，迄今为止，并 没有发生什么，3 大运营商的物联网收入扣除视频监控业务后仅剩约 3 亿元，离人们巨大 的期望值相差十万八千里，这究竟是怎么一回事？看来有必要对于物联网的内涵、特征、 市场、定位、策略和挑战等一系列基本问题作一次认真的梳理，有助于物联网下一步更加 理性和务实的发展。 下面以在物联网领域走得较快的德国 T-mobile 为例，探讨运营商的定位问题。首先， T-mobile 认为，M2M 将成为未来网络的主要连接形式：至少是手机连接数的 4 倍。其次， 物联网的发展不应要求网络架构有变动，主要是利用现有网络的空闲容 量，无需新投资，否则按照现有物联网的收入水平就不值得做。再有，物联网是一个薄利 业务，在可预见的未来，即便其连接数高于手机连接数的 4 倍，其收入绝对量依然只是手 机收入的很小一部分。最后，考虑到以上情况，物联网适于批发业务模式，即运营商只需 要向合作方提供大量 SIM 卡，无需直接去发展个别用户、激活连接、提供计费和客服。 综上所述，运营商在物联网产业链中的角色定位，首先是物联网智能通信管道的提供 者。运营商的优势在网络，缺乏直接面向物联网最终用户运营的基础和优势，要着重提供 基于网关的智能管道，顶多将来可能需要现网向泛在边缘扩展，当然还要积极探索有别于 传统业务的盈利模式。其次，运营商应该作为物联网能力平台的提供者和运营者,物联网能 力平台主要实现物与物互联中数据的聚合、挖掘分析、共享和开放的功能。通过平台的构 建，可以使运营商不仅限于物联网信道提供者的角色，而且具备物联网业务的服务提供能 力，同时也降低了进入门槛，有助于发挥中小企业的积极性。第三，运营商也应该是物联 网重点行业应用的集成者。面对大量千差万别的小众薄利市场，不可能也不值得全面介入。 要根据市场需求，结合自身资源和效益等要素，聚焦若干重点行业，更多地发挥中小企业 的积极性。 4.2 物联网的流量分类特征 物联网业务种类极其广泛，其流量特征差异很大，有些尚待开发的业务的流量特征还 处于完全未知的状态。就物联网目前最主要的 M2M 业务而言，可以大体上归纳为大流量 业务和小流量业务两大类。 大流量业务又可以细分为两类，第一类是长期在线的大流量业务，其终端长期保持激 活，实时性要求较高，数据量较大，如以全球眼业务为代表的视频监控业务；第二类是突 发大流量业务，其终端长期保持 PPP 连接，根据需要下发大数据量，突发性高，实时性低， 如车载广告。 小流量业务又可以细分为 3 类：第一类是长期在线的高频次小流量业务，终端长期保 持 PPP 连接并频繁发送小量数据，实时性较高，主要是反向流量，如电量监控业务；第二 类是长期在线的低频次小流量业务，其终端长期保持 PPP 连接并低频次地向网络发送数据， 主要也是反向流量，如水电煤气等抄表业务；第三类是非长期在线的小流量业务，其终端 在需要时才向网络发起连接，数据量较小，实时性较高，如无线 POS 机业务等。( 可见，不同物联网业务的流量几乎没有共同之处 ，对于网络的要求自然也千差万别，除非是一些高价值应用，否则无法为其定制。 4.3 物联网对网络的影响 面对物联网千差万别的流量特征，网络该怎么办?这是电信行业最关心的大事。 从近期看，物联网是一个薄利小众市场，主要流量也是以上行小流量为主。对于电信 运营商而言，目前的物联网业务收入是实际电信业务收入的零头，即便在可以预见的未来， 也不大可能有突破。因而无论从哪一个角度看，电信运营商都不会为了对付这样的长尾业 务而对网络大动干戈，主要是利用网络（包括现有的固定网、移动网、卫星网等资源）空 闲容量，或者仅做些必要的适配和优化支持一些高价值的特殊物联网应用即可。可见，在 可以预见的未来，现有网络基本架构不应该有变动，对于某些高价值的特殊物联网应用， 可以通过网络优化和适配等手段来应对，当然前提是投入产出较好，值得做。 从长远看，物联网业务的多样性决定了网络要求的多样性，随着业务的大规模发展和 收入的持续增长，网络需要作进一步的优化和适配，乃至可能需要考虑为高价值物联网应 用建立独立的、薄薄的业务承载层。首先，现有网络需要向泛在周边扩展，以便为物联网 终端提供随时随地接入的通信能力；其次，物联网需要有海量终端标识，对于起码在数百 亿量级的 M2M 连接，用于公网时不少情况需要 IPv6 地址的支持，至少需要网关的支持； 再有，物联网需要有业务感知能力，因而网管范围需要扩展到物联网节点；还有，对于某 些实时性或有低延时的业务，需要 QoS 机制保障网络性能，因而网络性能要求并不低；另 外，物联网需要有海量存储与计算能力，因而可以利用云计算大幅度提升数据的存储、计 算、处理乃至辅助决策能力；最后，物联网涉及到网络安全、信息安全和隐私性，也需要 有妥善合理的处理方案，不能偏颇。 4.4 物联网的核心技术 物联网融合了物理基础设施和信息基础设施两个世界，涉及的行业很多，相关的技术 更多。美国国家智能委员会将物联网的核心技术总结为两大类，即核心使能技术和协同性 技术。前者包括 M2M 接口和通信协议、微控制器、无线通信技术、RFID 技术、节能技术、 传感器技术、传动装置技术、定位技术和软件技术；后者包括地理标签技术、生物统计技 术、机器视觉技术、机器人技术、扩大的现实世界技术、镜像世界技术、生命记录和个人 黑盒技术、可触知的用户 接口技术和清洁技术。可见，这样广泛的技术领域为技术和业务创新提供了十分巨大的舞 台和空间，很有可能在某些领域获得突破，直接或间接带动产业链的发展。 5 运营商的物联网发展策略 综上所述，可以很自然地得出运营商的物联网发展策略，可以分为业务发展策略和网 络发展策略。 首先是物联网的业务发展策略。其总体思路应该是：行业为主，重点切入，有效投入， 规模效应。具体有 3 类业务形态，第一是通道型业务，是基础，重在提供基于网关的智能 管道；其次是能力型业务，重在可规模推广的共性能力建设；第三是行业应用型业务，需 要针对具体情况，选择少数基础较好、应用较迫切、回收有保障、门槛不太高的领域，如 政务监管、交通物流、教育、电能信息采集、银行业无线 POS 应用等。就商业模式而言， 近期运营商的运营应该从直接面向最终客户的传统电信模式转向以面向 M2M 服务提供商 和提供批发业务为主的模式，避免直接面向最终用户。因而除了极少数领域外，主要靠与 M2M 服务提供商的合作开展业务。 运营商的网络发展策略在近期收入很小的前提下也比较容易确定，即主要是利用现有 的固定、移动、卫星等空闲网络资源，网络架构基本不变，对于某些特殊高价值物联网应 用，可以通过网络优化和适配等手段满足其需要。长远看，需要结合 FTTH、IPv6、LTE 等 下一代网络技术的演进路径，加强地址、码号、频谱、安全、QoS 等问题的系统性研究， 随着物联网市场的扩大和收入的增加，再来考虑某些特殊高价值应用的网络需要，从而可 以根据投入产出的原则决定网络改造的范围、力度和深度。 6 物联网的挑战与未来 6.1 挑战 物联网尽管拥有广泛的潜在应用前景，但作为一个新兴市场应用，也面临着来自各方 面的挑战，主要有 4 方面。 （1）技术挑战。首先，目前缺乏在统一框架内融合虚拟网络世界和现实物理世界的理 论、技术架构和标准体系。其次，不掌握核心芯片和传感器技术，导致传感器成本居高不 下，80% 以