第14章 标准化和相关技术-《物联网技术基础教程》

第14章标准化和相关技术 学习任务 射频识别 RFID 标准化工作 无线传感器网络 WSN 标准化工作 设备对设备 M2M 标准化工作 Clicktoaddtitleinhere 1 2 3 本章主要涉及 14 1物联网标准化的意义 从物联网架构的角度来看 未来物联网的标准将在其中发挥着极其重要的作用 首先 通过标准 可以方便参与其中的各种物品 个人 公司 企业 团体以及机构方便的实现标准技术 使用物联网的应用 享受物联网的建设成果和便利条件 而且可以在各个国家 地区和国际组织之间起到不可替代的协调作用 14 1物联网标准化的意义 其次 通过标准 可以促进未来的物联网解决方案市场的竞争性 增进各种技术解决方案之间的互操作能力 同时避免和限制垄断的形成 保证基于物联网开放基础平台的解决方案提供商可以不受限制地 平等地向他们的用户提供各种各样丰富精彩的应用与服务 从而保障任何个人以及组织可以享受这样一个富含竞争力的市场所带来的各种实惠 14 1物联网标准化的意义 同时 通过标准 可以允许参与物联网的个人和组织 在他们进行信息共享与数据交换时 高效的完成所需的工作 最大限度的减少和避免所交换信息的意义产生歧义的可能性 最后 随着全球 全局信息生成和信息收集基础设施的逐步建立 国际质量和诚信体系标准将变得至关重要 我们要保证这些标准可以在全球范围内顺利地部署到位 14 2国际标准化组织 涉及物联网的相关标准分别由不同的国际标准化组织和各国标准化组织制定 目前国际标准由ISO 国际标准化组织 和IEC 国际电工委员会 负责制定 中国国家标准由中国工业与信息化部与国家标准化管理委员会负责制定 14 2国际标准化组织 而相关行业标准则由国际 国家的行业组织制定 例如国际物品编码协会 EAN 与美国统一代码委员会 UCC 制定的用于物体识别的EPC标准 此外 还有涉及道德 伦理 健康 数据安全 隐私等的规范等等 14 2国际标准化组织 物联网国际标准化组织 14 2国际标准化组织 物联网标准化关键是需要 面向公众应用标准统一 如移动支付业务等 面向行业和企业的标准 需要共性标准 行业个性标准 共性标准 体系架构 业务需求 分类及特征 标识 编号寻址 RFID 智能物体标识 通信标识等网络 网络的优化接口 各层及层间开放接口频谱 统筹协调 干扰协调 14 3射频识别技术 RFID 的标准化工作 1 标准的作用RFID标准化的主要目的在于通过制定 发布和实施标准 解决编码 通信 空中接口和数据共享等问题 最大程度的促进RFID技术及相关系统的应用 标准采用过早 有可能会制约技术的发展和进步 采用过晚 可能会限制技术的应用范围 14 3射频识别技术 RFID 的标准化工作 2 RFID标准涉及的主要内容 技术 接口和通信技术 如空中接口 防碰撞方法 中间件技术 通信协议 一致性 数据结构 编码格式及内存分配 电池辅助及与传感器的融合 应用 如不停车收费系统 身份识别 动物识别 物流 追踪 门禁等 应用往往涉及有关行业的规范 14 3 1RFID的ISOIEC标准 3 ISO IEC 国际标准化组织和国际电工委员会 制定的RFID标准概况 技术标准 ISO10536 ISO14443 ISO18000系列标准等 即 ISO10536 密耦合CICC非接触式IC卡标准 紧靠 ISO14443 近耦合PICC非接触式IC卡标准 10cmISO15693 疏耦合VICC非接触式IC卡标准约50cmISO18000系列标准 基于物品管理RFID的空中接口参数 14 3 1RFID的ISOIEC标准 数据结构标准 ISO15424 ISO15418 ISO15434等 即 ISO15424 数据载体 特征标识符ISO15424 EAN UCC应用标识符及ASCMH10数据表示符ISO15424 大容量ADC媒体用的传送语法ISO15424 物品管理的唯一标识号ISO15424 数据协议 应用接口ISO15424 数据编码规则与逻辑存储功能协议ISO15424 射频标签 应答器 的唯一标识 14 3 1RFID的ISOIEC标准 性能标准 ISO18046 ISO18047 ISO10373 6等 即 ISO18046 RFID设备性能测试方法ISO18047 有源和无源的RFID设备一致性测试方法ISO10373 6 按ISO14443标准对非接触式IC卡进行参数的方法 14 3 1RFID的ISOIEC标准 应用标准 ISO10374 ISO18185 ISO11784等 即 ISO10374 货运集装箱识别标准ISO18185 货运集装箱密封标准ISO11784 动物RFID的代码结构ISO11785 动物RFID的技术准则ISO14223 动物追踪的直接识别数据获取标准ISO17363和17364 一系列物流容器 如货盘 货箱 纸盒等 识别的规范 14 3 1RFID的ISO标准 14 3 2GS1的EPC标准 1 GS1的由来 美国统一代码委员会 UCC 1970年美国超级市场委员会制定出通用产品代码 即UPC码 UniversalProductCode 1973年 UCC UniformCodeCouncil 成立 随后北美国家26万家系统成员加入 成员主要集中于食品零售业 1976年UPC商品条码系统在美国加拿大超级市场成功应用 14 3 2GS1的EPC标准 欧洲物品编码协会 EAN 1976年开发出和UCC系统兼容的欧洲物品编码系统 即EAN码 EuropeanArticleNumberingSystem 1977年成立欧洲物品编码协会 EuropeanArticleNumberingAssociation EAN EAN开发和维护包括标识体系 符号体系 以及电子数据交换标准在内的全球跨行业的标识和通信的标准 EAN UCC系统 14 3 2GS1的EPC标准 EANInternational2002年11月 美国统一代码委员会和加拿大电子商务委员会加入EAN EANInternational成立 这是一个划时代的里程碑 结束30年多年的分治 竞争 EAN UCC系统的发展 实现无缝的有效的全球标准的共同目标 2005年2月 EANInternational改名为GS1 14 3 2GS1的EPC标准 GS1 Globestandard1 GS1系统是以全球统一的物品编码体系为中心集条码 射频等自动数据采集 电子数据交换等技术系统于一体的服务于物流供应链的开放的标准体系 采用这套系统 可以实现信息流和实物流快速 准确的无缝链接 GS1拥有一套全球跨行业的产品 运输单元 资产 位置和服务的标识标准体系和信息交换标准体系 使产品在全世界都能够被扫描和识读 14 3 2GS1的EPC标准 2 EPCglobalEPCglobal是一个中立的 非赢利性标准化组织 由EAN和UCC两大标准化组织联合成立 EPCglobal的主要职责是在全球范围内对各个行业建立和维护EPC网络 保证供应链各环节中信息的自动 实时识别采用全球统一标准 通过发展和管理EPC网络标准来提高供应链上贸易单元信息的透明度与可视性 以此来提高全球供应链的运作效率 14 3 2GS1的EPC标准 EPCglobal网络EPCglobal网络是实现自动即时识别和供应链信息共享的网络平台 通过EPCglobal网络 提高供应链上贸易单元信息的透明度与可视性 以此各机构组织将会更有效运行 通过整合现有信息系统和技术 EPCglobal网络将提供对全球供应链上贸易单元即时准确自动的识别和跟踪 14 3 2GS1的EPC标准 Auto ID实验室 由Auto ID中心发展而成 总部设在美国麻省理工大学 与其他五所学术研究处于世界领先的大学通力合作研究和开发EPCglobal网络及其应用 这方面的研究得到100多家国际大公司的通力支持 企业和用户是EPCglobal网络的最终受益者 14 3 2GS1的EPC标准 EPC编码体系EPC编码体系是新一代的与GTIN兼容的编码标准 它是全球统一标识系统的延伸和拓展 是全球统一标识系统的重要组成部分 是EPC系统的核心与关键 EPC代码是由标头 厂商识别代码 对象分类代码 序列号等数据字段组成的一组数字 14 3 2GS1的EPC标准 当前 出于成本等因素的考虑 参与EPC测试所使用的编码标准采用的是64位数据结构 未来将采用96位的编码结构 EPC编码体系 13 4无线传感器网络的标准化工作 到目前为止 WSN通讯协议的国际标准化工作正在进行中 目前还难以统一到一个真正意义上的技术标准 其现状是 其中有的标准已正式颁布实施 有的还在讨论批准过程中 有的还尚处于研发阶段 6LoWPAN 无线HART ISA100和ZigBee等无线传感器网络标准或规范均是基于IEEE802 15 4 2006低速率无线个域网标准 13 4无线传感器网络的标准化工作 1 6LoWPAN6LoWPAN是 IPv6overLowpowerWirelessPersonalAreaNetworks 低功率无线个域网上的IPv6 的缩写 属IETF 因特网工程任务组 中的一个工作组 负责制订基于IEEE802 15 4标准个域网上IPv6传输的通讯技术标准 现已发布了RFC4944基础性的技术规范 13 4无线传感器网络的标准化工作 2 无线HART无线HART WirelessHART 标准是HART通讯协议的扩展 专为如过程监视和控制等工业环境应用所设计 IEC6259 Ed 1 0 是国际电工委员会于2010年4月批准发布的完全国际化的无线HART标准 是过程自动化领域的第一个无线传感器网络国际标准 13 4无线传感器网络的标准化工作 该网络使用运行在2 4GHz频段上的无线电IEEE802 15 4标准 采用直接序列扩频 DSSS 通信安全与可靠的信道跳频 时分多址 TDMA 同步 网络上设备间延控通信 Latency controlledCommunications 等技术 13 4无线传感器网络的标准化工作 WirelessHARTMesh扩展网 13 4无线传感器网络的标准化工作 3 ISA100ISA100是正处于发展过程中的相对较新的标准组织 其采用了6LoWPAN技术 主要提供工业自动化与控制应用领域的 重点在现场级 Level0 的无线系统标准 具体而言 ISA100委员会主要致力于制订在无线技术应用环境 无线设备及系统的技术和生存周期 无线技术应用等方面的无线制造和控制系统类标准 推荐导则 技术报告和相关信息等 13 4无线传感器网络的标准化工作 4 ZigBeeZigBee是ZigBee联盟所定义的 并在2004年12月获得批准的 基于IEEE802 15 4标准频率2 4GHz的Mesh网络互联通讯协议 ZigBee标准化组织主要致力于制订诸如嵌入传感 医疗数据收集 电视遥控类用户装置 家庭自动化等方面应用的IEEE无线标准联网规范 并受到许多大的工业联合体的支持 13 4无线传感器网络的标准化工作 5 IEEE1451系列标准IEEE1451系列标准是由IEEE仪器和测量协会的传感器技术委员会发起的 是专为智能传感器接口 其主要特点是具有数据处理的智能化 而制订的标准 其IEEE1451 5 2007标准即为智能传感器无线通讯协议和传感器电子数据表 TEDS 格式的相关标准 13 4无线传感器网络的标准化工作 6 EnOceanEnOcean是楼宇自动化领域的一种无线通讯系统 并未获得相应国际标准化组织的批准认可 但受到西门子等公司的大力支持 其技术是基于机械激发等能量捕获原理 其传感器不用电池 具有免维护功能 数据包仅为14字节 传输速率120kbit s 设备传输频率868 3MHz 无线传输距离可达300米 13 4无线传感器网络的标准化工作 无线传感器网络的国际标准化尚未结束 用户在具体选择何种WSN标准时一定要在慎重考虑其应用领域 市场支持程度 安全性和可靠性等因素后 经综合评估后再选定适合自身的WSN技术类型和供应商 14 5设备对设备 M2M 标准化工作 M2M是 机器对机器通信 MachinetoMachine 或者 人对机器通信 MantoMachine 的简称 主要是指通过 通信网络 传递信息从而实现机器对机器或人对机器的数据交换 也就是通过通信网络实现机器之间的互联 互通 移动通信网络由于其网络的特殊性 终端侧不需要人工布线 可以提供移动性支撑 有利于节约成本 并可以满足在危险环境下的通信需求 使得以移动通信网络作为承载的M2M服务得到了业界的广泛关注 14 5设备对设备 M2M 标准化工作 国际上各大标准化组织中M2M相关研究和标准制定工作也在不断推进 几大主要标准化组织按照各自的工作职能范围 从不同角度开展了针对性研究 ETSI从典型物联网业务用例 例如智能医疗 电子商务 自动化城市 智能抄表和智能电网的相关研究入手 完成对物联网业务需求的分析 支持物联网业务的概要层体系结构设计以及相关数据模型 接口和过程的定义 14 5设备对设备 M2M 标准化工作 3GPP 3GPP2以移动通信技术为工作核心 重点研究3G LTE CDMA网络针对物联网业务提供而需要实施的网络优化相关技术 研究涉及业务需求 核心网和无线网优化 安全等领域 CCSA早在2009年完成了M2M的业务研究报告 与M2M相关的其他研究工作已经展开 14 5设备对设备 M2M 标准化工作 M2M相关标准化组织和工业组织 14 6未来的物联网标准化工作 不论是未来的物联网标准研发 还是今天的标准化工作都必须要遵循两个根本准则 那就是 确实可行准则和广泛可行准则 确实可行是指我们研发的标准在技术上是正确的 在方案上是可行的 在叙述上是清楚的 要尽量减少标准技术产生错误和歧义的可能性 14 6未来的物联网标准化工作 广泛可行则是指标准要能够支持很大范围甚至是全球的应用 要可以解决很多行业的一般性需求 要能够使得具备一定条件的公司 组织以及个人可以实现标准中的方案 并且这些方案和技术要是尽可能廉价甚至免费的 同时标准还应顾及环境 社会乃至一般公民的各种需要 这样的标准才是具有生命力的 14 6未来的物联网标准化工作 首先 未来的物联网中将有很多的技术和应用是基于语义的 那么就要求物联网的标准制定者尽可能研发出未来物联网环境下的标准化语义数据模型和语义数据本体 确定通用的接口和协议准则 并在抽象的层面上定义它们 14 6未来的物联网标准化工作 这样 我们就可以将这些语义模型 语义本体 通用标准和协议以及各种物联网应用和实例与各种技术 如 XML技术 ASN 1技术 webservices技术 相绑定形成未来物联网环境下完整的可以跨平台 跨语言的技术体系 14 6未来的物联网标准化工作 其次 物联网的标准化还将包括大量的通信标准制定工作 像物品间的双向通信 物品与物品的信息交换 物品与环境的信息交换 物品与其它数据对等体的信息交换都需要未来物联网的标准化支持 14 6未来的物联网标准化工作 最后 未来物联网的标准化工作还将基于今天的标准化工作 还要尊重现在正在实施的很多标准 随着物联网的发展 我们要经常检查所制定的标准和方案是否符合这些监管原则和约束条件 同时要调查这些监管原则和约束条件是否满足物联网对于容量和可扩展性的要求 并在必要时采用像增加分配可能