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然而,世界末日没那么容易到来,而修建“避难所”也不是物联网技术应用的惟一专利。在日常生活中,物联网的影子更是屡见不鲜:超市的扫码器、公交车上的刷卡机、身份证的识别仪……这只是冰山一角。此外,在城市安监、轨道交通、机场安保、医疗检验、动物溯源、身份识别等领域,物联网又给人们的生活带来了无限的遐想。
推及经济领域,经济危机后,世界各国都将物联网作为拉动经济增长的重要创新举措。去年1月,美国总统奥巴马将“智慧地球”提升为国家战略。2009年底,IBM公司首次抛出“智慧的地球”这一概念时,其战略核心就是“云计算+物联网”的结合。
在中国,物联网也被提到了战略的高度。去年8月,温总理在视察无锡中国物联网产业研究院时,对物联网寄以希望;今年的全国两会上,温总理在政府工作报告中首次提出物联网,明确提出要加快物联网的研发应用,物联网首度被列入五大新兴战略性产业。
研究表明,物联网可能是全球下一个万亿元级规模的新兴产业之一。而赛迪顾问研究也显示:2010年中国物联网产业市场规模将达到2000亿元,至2015年,中国物联网整体市场规模将达到7500亿元,年复合增长率超过30.0%。呈现在面前的是一块巨大的蛋糕。
然而,中国已经进入了物联网时代了吗?在物联网技术标准尚未出台,更多企业仍在小心翼翼地探索,大规模应用主要靠政府采购,产业的投融资渠道尚未打通,而在信息安全、电磁污染、无线频谱资源等问题尚没有完备的解决方案之前,没有比抱歉更合适的答案。
值得欣慰的是,国家发改委、工业和信息化部、科技部等相关部门都在酝酿出台相关产业扶持政策来加速促进中国物联网产业发展。同时,地方政府和产业园区也在相继出台相关的配套政策。而在技术与标准化方面,北邮、中科院、南邮、无锡中国物联网产业研究院以及中国物联网标准化组织有望在物联网标准和关键技术方面取得突破性进展。
诚可见,产业界已经走在物联网技术应用的第一线。上海世博会场馆、上海浦东机场、北京星光影视园、中远集运、国家电网、宅急送……产业界的应用早已山雨欲来:而中国移动、中国电信、海尔等也纷纷摩拳擦掌,向物联网产品的研发发起了冲锋。
此外,当无锡启动中国第一个物联网城市;成都计划用数十亿元打造“天府智能互联新城”:南京以“智慧南京”来实现经济结构转型和城市环境提升;北京市东城区在公共安全、食品安全、楼宇等领域应用示范物联网时……各大城市已吹响进军物联网的集结号。
解构产业链
国际电联对物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
而南京邮电大学校长杨震的理解更为形象。他认为,物联网是互联网的拓展和延伸。而两者的最大区别在于,互联网是虚拟信息之间形成的网络,它需要人去采集物质世界的信息;而物联网则通过射频识别技术、智能嵌入技术等能让物与物之间相互感知,再通过高速数据通信网络,将信息自动传输到互联网上形成一个更大的网络。
清科研究中心研究总监符星华指出,物联网产业链大致可以分三个层面:首先是传感网络,以二维码、RFID(射频识别技术)、传感器、芯片及智能卡为主,实现“物”的识别;其次是传输网络,通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算:三是应用网络,即输入输出控制终端,可基于现有的手机、PC等终端进行。
符星华告诉记者,在信息生成方面,物联网会利用RFID、传感器、二维码、北斗或GPS定位等随时随地获取物体的信息;在信息传递方面,各种电信网络与互联网将进一步融合;在信息的集中处理及应用方面,即通过综合信息平台接收、处理、反馈并应用信息,大量软件企业将从中受益。
清科研究中心数据显示,近年来,在信息生成层面,投融资活动则较为积极。以二维码、RFID(射频识别技术)、传感器、芯片及智能卡等产品研发制造的企业备受投资机构的偏爱。据清科研究中心统计,从2003年至2009年,已有十几家相关公司获得投资。
远望谷和鼎识科技就是其中的典型代表。作为RFID制造商的领跑者,远望谷从2003年到2006三年间先后获得来自深圳创新投、上海仕博和上海联创三轮融资,之后于2007年成功上市。而成立于2005年的深圳鼎识科技识别有限公司以其在识别技术的领先地位也被多家投资机构看好,先后获得上海永宣、德同资本、汉世纪、达晨创投等的风险投资。
产业化挑战
2005年,当国际电信联盟正式提出物联网概念时,它就已经预见到无所不在的物联网通信时代即将来临。然而,它并没有预见到的是,物联网产业发展是如此之慢。可以说,除了少数成功案例外,物联网行业前景并不明朗。
物联网产业化到底出了什么问题?
符星华说,所有市场的起步和发展都需要经过个阶段。由于物联网进入快速发展的条件即需要基于识别或传感装置的应用,例如二维码、RFID(射频识别技术)、传感器、芯片及智能卡等市场的快速发展,同时需要传输网络的大面积覆盖和用户使用,同时相应的应用终端需要大量普及并能够实现交互,因此面临的挑战并不是物联网企业自身的发展问题。
首先,似乎创新过程中遇见的问题总能归结到体制上。在相关人士看来,“三网融合没有突破性的进展,物联网产业链的信息传递环节不畅,势必影响整个物联网产业链的打通。而标准的迟迟未能出台,政府与企业心中都有一本难念的经。”符星华表示,在信息传递方面,各种电信网络、互联网与广电网络的融合尚需国家做进一步的调控。
其次,技术的瓶颈也尚未完全解决。在杨震看来,“我们还没有完全掌握物联网的发展规律和技术体系则是又一障碍。物联网不是简单的虚拟世界,要涉及国家安全等许多问题。比如无线频谱资源够不够用?电磁污染怎么解决?此外,还有信息安全问题。”他说。
除此之外,产业的投融资渠道尚未完全打通,不只是久远新方向这一家企业的烦恼。能否在产业形成的初期就抓住先机,则是鼎识科技的启示。而成熟度较高的智能交通、城市安防、智能电网等主要依靠政府采购,是否说明物联网并没有形成大规模商用的氛围?
新经济之王
对于物联网这一已提出整整10年的老话题,但质
疑声始终不绝于耳。相关人士甚至直言,“真正的物联网企业并不多,不要说成型的企业,现在连像样的创业团队都难找。而即便有些上市公司,其主营业务,也只是物联网产业链中的一个小环节。”
在达晨创投投资总监梁国智看来,很多企业都在打着物联网的概念,而实际项目运营过程中却小心翼翼。“现在,物联网的标准各国都在紧张推进,但国外的标准都是以市场决定的,比如微软的操作系统使用得多,它就能成为标准。而中国不同。”言外之意不言而喻。
梁国智理解政府的担心。“如果政府发现中国目前还没有能够生产核心芯片的公司,中国企业的水平还没达到这个程度的话,物联网则又变成外国人的天下。移动终端就是前车之鉴。手机上最值钱的,也最核心的芯片基本被外国公司垄断,中国企业只是加工外壳,做些软件,顶多做个电路板。这样,大把的钱都被外国人挣去了。”
符星华同意梁国智的观点,“以往在通信电信及互联网领域的经验告诉我们,如果没有关键的核心技术,就不能形成产业核心竞争力,在未来的竞争中就会受制于人。因此,掌握具有自主知识产权的核心技术将成为物联网产业发展的重中之重。”
所有产业的发展都是双向的,既要有政府的支持,也需要有企业的响应。然而,现实的状况是:体制症结的痊愈并非蹴而就,而物联网产业的车轮仍继续前行。要么成为先驱,要么成为先烈,因噎废食不应成为明智企业的选择。
权衡风险与机遇,谁能够抓住新经济的机遇,谁就将成为新经济的王者。然而,本刊的疑问是:在中关村出现的计算机中心,成就了联想;在深圳出现的路由器中心,成就了华为、中兴,现在,在无锡又出现了一个物联网中心,它将成就谁?
物联网产业发展路线图
长城战略咨询预测“中国物联网产业10年3阶段发展路线图,形成三大细分市场”。结合对物联网产业链的分析和中国市场情况的判断,长城战略咨询(GEI)初步预测中国物联网产业未来十年(2010至2020年)将经历应用创新、技术创新、服务创新三个主要发展阶段,形成公共管理和服务、企业应用、个人和家庭应用三大细分市场。
应用创新
未来1~3年
公共管理和服务市场应用带动产业链形成。未来1至3年。中国物联网产业处于产业的形成期。物联网将以政府引导促进、重点应用示范为主导,带动产业链的形成和发展。产业发展初期将在公共管理和服务市场的政府管理、城市管理、公共服务等重点领域,结合应急安防、智能管控、节能降耗、绿色环保、公众服务等具有迫切需求的应用场景,形成一系列的解决方案。随着应用方案的创新、成熟和推广,带动产业链的传感感知、传输通信和运算处理环节的发展。
技术创新
未来3~5年
行业应用标准和关键环节技术标准的形成。在公共管理和服务市场应用示范形成一定效应之后,随着下一代互联网的发展以及移动互联网的初步成熟,企业应用、行业应用将成为物联网产业发展的重点。各类应用解决方案逐渐稳定成熟,产业链分工协作更明确、产业聚集、行业标准初步形成。随着产业规模的逐渐放大,传感感知等关键环节的技术创新进一步活跃。物联网各环节的标准化体系逐步形成。
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2013) 18-0000-01
现在,很多人都在谈论物联网,企业中,学校里都经常能听到物联网一词,那么究竟什么是物联网,物联网究竟是什么,物联网都包含那些范畴,本文将简单的从这几方面探讨下。
一、物联网的概念
物联网概念的简单概括就是,通过各种传感设备或者网络设备,把任何物品都互联网连接起来,物联网可以称作是“物物相连的互联网”。这个概念当中物品的范畴也很广,比如PC机、智能手机,平板电脑可以通过无线网卡接入互联网,也可以是很现实的物体,像家用电器,也可以通过添加网络模块等方法接入互联网,我们用户只能登入到网络当中,那么都可以通过网络与其相连接,达到远程控制的目的。
因此,只需要理解2点,就能够比较好的理解物联网的概念。物联网是互联网的延伸;这个延伸已经到了任何的2个物品当中了。
二、物联网的主要应用
我们刚才讨论的物联网的概念,那么接下来将分析下物联网在当前的主要应用方向。
(一)城市管理的智能控制
物联网主要基于云计算的强大计算能力和利用传感器网络获取的大量数据,通过计算和决策,能够对对象进行智能控制,并且能够分析和反馈。
我们可以应用在智能交通,对公路,公交,停车场等场所监控,可以通过检测设备,在道路交口最繁忙的时候,根据车流量,自行计算调节红绿灯的时间;公交方面,构建智能公交系统,综合网络通信,GPS定位,完成智能调度,电子站牌,快速公交系统等多种智能管理,可以详细掌握当前的公交运行状况,计算等候时间,并能够实时的格局实际情况调整发车间隔;智能化的停车场通过传感器,摄像头的设备对停车状况进行监控,并且通过网络将临近的几个停车场信息综合处理,都可以在当前停车场的地方显示,方便停车场管理,提升提车效率。
智能建筑,智能建筑的理念是节能环保,可持续发展,因此可以在建筑物内应用感应技术,时刻掌握建筑物的管理状况,并且使得建筑物利用GPS系统实时相接,能够将建筑物内的情况反映在电子地图上,比如实时的根据外界光线总动控制建筑物的照明,通过传感器检测环境,在遇到火灾等特殊情况时,可以自动的控制安全通道等,采暖,电子锁,通风系统等等都可以通过智能来控制。
(二)数字化家庭
数字化家庭简单说起来就是将家庭内的所有电子消费产品,通过物联网连接起来,可以很容易的利用一个遥控器或者手机上的应用程序来进行控制,实现电器之间的互通,能够极大的提升居住着的舒适性。
智能家居系统可以根据季节温度的变化,自动调节室内的温度,灯光,窗帘,能够通过手机或者互联网实时对家庭进行远程监控和护理,我们可以在办公室指挥家里的各个电器,比较打开热水器,打开电视的个性化节目,自动煮饭等等。
数字家庭是未来家庭生活的趋势,提高了生活、娱乐、工作的质量。
(三)智能化办公
这一点主要是应用与企事业单位里面,通过对全公司,进行无线网络的覆盖,公司内的所有终端接入无线网络当中,包含台式电脑,笔记本电脑,智能手机,平板电脑等等,或者有一些特殊的单片机类的终端系统,这些设备都处于一个公司内部的大型局域网内,可以快捷的进行信息交互,过程控制等等。
处于不同部门之间的员工可以很快捷的视频会话,收发文件等等。而且我们可以通过对网络施行分权限管理,限制不同等级的终端的访问权限,这一点是非常重要的。比方说,公司为了来宾访客方便的了解公司,可以设立一些查询为主的终端,但是这一部分的终端只能够进行资料的查询,并不能上传或下载文件;同样,不同的部门的员工的权限也不相同,把公司的资料按照权限分类,这样能够提升安全性的级别,比如同一位员工在办公区和休息区接入公司网络,看到的就不能是完全相同的权限。这种权限的设定可以有多种方法,比如通过对每个员工分配登录号的方式对账户进行管理,还有可以对不同的场所进行不同的权限设定,我们在办公室接入网络可以正常工作,但是在会客区或者休息区接入网络后只能享受来宾访客的权限。
智能化办公除了方便本公司的员工的工作,还有一点很重要的应用,是当我们去到其他公司进行商务交流等业务的时候。不再需要携带大量的纸质文件或说明书,我们只需要带着一台能够接入无线网的终端即可,我们可以连入对方公司的网络内部,获取对方资源,还可以把我方的资料通过自己的终端,随时的共享给对方,这样在沟通交流上既可以方便很多。提升办公效率方面非常明显。
这类的网络里,最需要考虑是安全问题,需要对登入者实施监控,防止有人恶意的破坏,可以通过权限级别,认证等方式来加以控制和维护,比如可以应用MAC信息的感知;HTTP.User-Agent识别法,DHCP指纹识别法等等。还可以通过加入网络的场所来进行控制,加以黑白名单辅助管理。
(四)物联网还在医疗,军事,物流,教学,食品管理等很多场景下扮演重要的角色,在此不一一讨论。
三、物联网的认识误区
物联网还处于发展阶段,在发展上还有些误区,有时候会把传感网络与物联网搞混,或者认为在物品上加了个传感器或接入了网络就是物联网了;或者认为物联网就是互联网的延伸,物联网最大的引用是在局域网内实现智能管理。
四、物联网的发展前景
物联网是推动世界高速发展的重要生产力,物联网能够节省资源,提升效率,为全球的经济复苏提供动力。
物联网将来会越来越多的应该在公共基础设施上,将大力发展在实际的生活场景下,将广泛的应用在社会各个领域当中。
据了解,天津钢厂原料场安防系统是在航天信息基于RFID的散装物料称重管理软件的基础上设计、开发的,主要运用两方面的关键技术。
1 基于RFID的散装物料称重管理软件
基于RFID的散装物料称重管理软件可以通过网络实现多个地磅房的无人值守自动称重和集中化管理,各地磅房可以自由选配栏杆机、地感线圈、红外对射、LED屏、语音提示、红绿灯等设备;系统可支持地磅房双向上车称重。此外,本系统中使用的车辆标签是900MHz无源标签,使用玻璃标签设计方案,贴到货车挡风玻璃上之后具有更优的读取性能;并采用防撕设计和高强度3M背胶,实现车辆标签的防更换。
2 RFID中间件
航天信息RFID中间件是为支持RFID应用软件而开发的基础性软件,用于底层读写器管理,为应用软件屏蔽RFID读写器差异并提供数据过滤服务。航天信息RFID中间件产品包括大型应用系统专用RFID中间件平台和轻量级RFID中间件。
该系统采用900MHz频段RFID标签对天津钢厂原料运输车辆进行唯一标识,实现车辆防伪,并在大门、地磅房和卸料场布置读写器,对车辆进厂、过毛、卸料,回皮、出厂等全过程进行监控,实现原料场车辆称重的闭环管理。还对全系统使用18个读写器和36个天线进行统一管理,并实现大规模RFID数据的并发处理、数据过滤,数据防冲突等功能。
目前,天津钢厂原料场安防系统的实施实现了对厂内原料运送车辆的有效管理,杜绝了车辆套牌称重、二次过毛、非法厂外卸料等称重作弊行为;通过系统自动化运行,减少了人为参与,避免内外勾结的作弊行为。
“感知矿山”提升安全管理
煤矿的安全生产关系到人民的生命和财产安全,如何加强煤矿安全生产管理模式,实现管理的现代化、信息化成为煤矿企业关心的问题。基于矿区信息化和智能化的“感知矿山”就是物联网技术成功应用在煤炭行业很好的例证。
“感知矿山”通过全面感知。对矿区的人(人员定位、无线通信)、设备(综合自动化)、环境(安全监控、矿压监控等)全面感知,并通过高速网络实现全面覆盖,同时还具有直观形象的应用。通过3DGIS矿区全息展示,来全面感知矿山。
烽火通信所提供的IMS解决方案主要基于IMS网络架构,在IMS层上可构建开放式的固定移动融合应用平台,支持固定和移动客户端的接入,可面向企业、家庭和个人用户提供包括融合语音在内的丰富的IMS多媒体融合应用业务,为中国移动向全业务网络转型提供了强有力的支持。依托矿井工业以太环网的高速控制网络,通过推进煤矿矿井生产过程控制,促进企业综合信息化,即实现数据采集自动化、业务信息集成化,信息管理网络化,最终实现煤矿管理决策科学化、现代化和智能化。
针对煤矿的实际情况,烽火通信在汝箕沟矿建立了一套完整的感知矿山系统。随着该系统的建设,逐步实现全矿信息化管理,最终全面提升煤矿安全生产和运营管理水平。
纳入集中监控的主要生产环节覆盖生产、安全整个过程,包括主煤流运输,井下供排水、35kV变电所、地面变电所、井下变电所、矿井通风、压风系统、给排水、水处理、主井提升等。需要纳入集中蠊测的主要生产环节有矿井环境监测、火灾束管监测预报、综掘工作面、注氮、注浆等。
矿井综合信息化系统通信网络平台为吉比特工业以太网,分为地面吉比特光纤环网和井下吉比特光纤环网,地面和井下的环网以太网交换机分别挂接在环网上,并为监控分站接入提供10Mbit/s和100Mbit/s的下联接口。经过处理的数据发送给信息中心,信息中心服务器做统一处理或存储。
该方案技术起点高、针对性强。一方面充分利用煤矿现有自动化设备,将不同时期、不同厂商、不同自动化水平的设备综合在一起,实现统一管理;另一方面实现了煤矿综合自动化、综合信息化的目标,达到了国内先进技术水平,将为其他老矿的综合信息化、自动化改造提供示范和借鉴意义。
传感器基础解决检测难题
目前,正处于物联网应用的初期阶段,对物联网产业的理解也各有千秋。西安中星测控有限公司(以下简称西安中星)总经理谷荣祥对物联网产业有着独到的看法,他认为作为一个整体系统的物联网概念,在感知、传输和应用三个层次中,一定是你中有我,我中有你,但无论如何描述物联网都离不开传感器,不管是物理量还是化学量、是开关量还是线性量、是有线的还是无线的,是昂贵的还是廉价的,其目的都只有一个,就是把自然的参量变成可应用的电讯号,因而传感器是物联网的基础。
西安中星测控有限公司作为重点产品为压力传感器/变送器、惯性传感器,环境传感器以及传感器的解决方案及咨询服务,公司压力传感器已广泛应用于军工、船舶,天然气、石油、化工、制冷、工程机械,汽车、节水等近四十个行业。
以导线舞动检测为例,目前国内对导线舞动监测多采用视频图像采集和运动加速度测量两种主要技术方案。前者在野外高温、高湿、严寒、浓雾、沙尘等天气条件下,不仅对视频设备的可靠性、稳定性要求很高,而且拍摄的视频图像的效果也会受到影响,在实际使用中只能作为辅助监测手段,无法定量分析导线运动参数;而采用加速度传感器监测导线舞动情况,虽可定量分析输电导线某一点上下振动和左右摆动的情况,但只能测出导线直线运动的振幅和频率,而对于复杂的圆周运动,则无法准确测量。
为此,西安中星一直致力于MEMS技术的惯性传感器的研究与开发,利用MEMS三轴陀螺仪和三轴加速度计组合测量技术,成功解决了导线舞动椭圆运动轨迹测量的难点问题。
“智慧水利”防洪防灾
我国地质地貌复杂,在相对偏僻的山区,因暴雨、台风等引发的山洪、滑坡、泥石流灾害更为严重。将物联网的泛在感知、可靠传送、智能处理等特点应用到山洪灾害防治领域,带动具备共性的关键技术的创新与实施,能非常有效地解决上述各类难题。
泛在感知:应用物联网感知层的RFID、传感器、摄像控制、定位授时等技术,通过网络层的无线和有限传输技术,将信息定时采集上来,从而解决了覆盖面广、地形复杂的问题。
精准监测:通过感知层的信息感知采集,网络层的数据传输收集,提高了监测效率和频度,解决了监测困难的问题。
可监可控借助物联网应用层提供的业务功能,借助手持终端、系统等设备,可以对工程设施、监测设备等进行远程的控制,也可通过应用服务实现业务的上下级管理和指导。
科学决策应用层根据对感知层、网络层收集数据的处理、分析,以图表、GIS等形式为决策者提供信息和分析结果,同时可以将复杂的水文模型、水利模型、数学模型用计算机模拟实现,快速、便捷地为决策提供数据支持和科学评估。
山洪灾害监测预警系统作为“智慧水利”,尤其是防汛抗旱信息化支持的重要组成部分,大唐电信山洪灾害监测预警系统将大唐自主知识产权的声学驻波数字水位计及无线接力传输系统等专利产品和技术运用其中,挖掘了基于陆气耦合的小流域洪水预报方法及系统等两项专利。
系统以数据采集监测为基础,借助通信网络设施,以山洪灾害监测预警系统软件为核心,以多种信息手段为窗口,主要括水雨情监测,通讯网络、灾害预警平台和信息平台四部分。具有以下特点:信息采集及获取方式多样,提供多种信息的自动采集、手工或简易采集、系统接口接入、手工录入。批量导入等多手段的收集感知:数据汇集平台向下提供标准的信息采集协议,可与包括大唐自主专利产品在内的各种采集设备兼容,向上对数据进行数据容错分析、数据排重、逻辑错误分析、格式化等处理,保证入库数据的完整性,正确性和标准化统一资源数据库基于国家水利标准数据库建立,具有很强的兼容性和扩展性;依托先进的GIS平台,提供综合便捷操作;嵌入小流域径流预报模型,为决策者提供未来24小时内水雨情预报服务提供多选择手段。为水利行业用户寻求更为深远的发展规划。
条码解决方案实现可视化管理
如今,诸如平板电脑、微博等新的联网设备与应用层出不穷。我深深地感受到传统互联网正向物联网演进,真正万物互联互通的物联网时代正在快速到来。
互联计算是物联网的第一步
随着各种移动联网设备不断涌现,人们越来越习惯于使用智能手机、上网本、平板电脑等设备,在近乎无处不在的无线网络中进行联网计算,这将首先带我们进入互联计算时代。而在这个过程中,设备的创新与网络技术的提高正在改变“计算”本身的定义。比如现在你可以使用智能手机随时随地实现许多功能,而以前只能在办公室电脑上才能完成;未来你将可以利用ATM机、车载信息系统甚至所有生产设备,瞬间打造一个移动的、连续的、个性化的互联网空间。到那时,“计算”将变得无处不在,但却无形无象。
同时,各种基于“计算”的应用也在演进。多核、并行化计算、运算加速器、传感器以及嵌入式技术的出现,将帮助人们实现各种通信、数据和服务在随手触及的IO设备之间进行轻松移动。这就是互联计算的魅力!
IDC的最新数据预测,截至2020年,全球将有310亿个互联设备联网工作。届时,人们将体验到连续的、无处不在的互联计算。然而,在科学家眼里,这只是物联网中的很小一部分,他们估计未来地球上将有大约500,000 亿个“物”,每个人身边都将有数以千计的物体通过物联网进行连接。
可以预见,未来的互联网在规模、形态等各方面都将远远超出互联计算的范畴,最终进入万物互通互联的物联网时代。在这个演进的过程中,我们将面临很多困难。数以亿计的设备不仅会产生海量的数据,对 IP地址的需求也将远远超过现有的存量,而这仅仅是诸多可预见的技术难题之一。
因此,我们相信互联计算只是实现物联网的第一步,但却至关重要。
三大技术推进物联网的实现
现在我们可预见的物联网应用已经涵盖交通、医疗、工业自动化等30多个行业,未来它将渗透到人们生产与生活的每一个角落,为IT产业的发展带来巨大的发展机会。
事实上,物联网在某些领域已经得到运用并产生了显著的效益。比如智能电网不仅可以很好地控制大型发电厂发电所需要的大规模计算,还能对个人家庭电耗、采光以及在用电高峰期的电力供应进行非常精准的控制。科学家们正在努力创造并延伸诸如此类计算技术,用于连接地球上的每个人与物,从而使地球上的万物变得更加智慧。我认为有三项技术最为关键:
1. IPv6:手能触及的设备都将拥有IP地址
网络中每台设备的连接都需要一个IP地址,目前我们使用的是IPv4技术。IPv4协议下的网络地址资源大约只有40亿个,目前95%的IP地址已被用尽。如果没有足够多的IP地址为未来的联网设备编号,物联网将成为空谈。作为下一代互联网地址结构,IPv6可提供多达2128个IP地址,诸如家用电器、汽车、生产机器等设备都将拥有自己独有的IP地址,可以实现常年在线。
而对中国这样的新兴国家来说,IPv6将显得更为重要。因为在计算机发展史上,率先创造技术并使用技术的公司通常都会占有长期的优势。在IPv4地址的分配上,北美大约占有近3/4,而人口最多的亚洲只有不到4亿个。这大大限制了当地互联网的应用和发展。因此,中国如想在未来物联网发展中占有领先优势,首先就应该抢得IPv6的技术先机。
当然,在由IPv4向 IPv6迁移的过程中将碰到很多问题。比如如何在不停止现有网络正常运行的前提下,实现由IPv4在向 IPv6的迁移?我认为我们应该利用市场的力量并结合内容创新,驱使人们向IPv6的迁移。
2. 传感器:让设备变得更加聪明
传感器是一种探测、感受、转化外界信号的装置,它能把自然界的模拟信息转化成可由计算机处理的数字信息,已在工业生产、海洋探测、环境保护、医学诊断等各种领域的计算设备中得到广泛的运用。物联网时代的设备将变得更加聪明,能够拥有远远超过我们熟悉的温度、光线、重力、地点等指标的感应能力。
传感器在工作过程中,本身会产生大量的数据,但这些数据并不会自动被作为有意义的信息处理。换言之,如果物联网中的设备仅仅只是互相连接起来,而没有额外的性能、功能的添加,那么把它们连接起来也就变得没有意义了。
因此,科学家们正努力在这些传感设备上实现自我学习、推导的功能,让物联网中的各种设备因为拥有了传感器而变得更具价值。以智能交通为例,在对交通状况进行分析时,我们要让设备能够对通过安装在街道、公路等处的监控摄像头、车载GPS等记录下来的海量信息,自动进行有意义的分析与处理。
3. 云:实现数据的智能存储、调用与管理
在物联网下,所有联网设备都将产生大量数据,只能集中存储在异地的大型数据库中,这正是云计算产生的前提。云计算将确保个人计算体验的连续性,它不仅帮我们存储海量的数据,还为我们汇集了大量的计算潜能,帮助我们进行复杂的运算。
但仅有云端还远远不够,我们必须有响应速度非常快的本地计算形式。它比我们以前所谈的简单的大型数据中心的高性能计算要复杂得多。因为它不光需要具有我在前面谈到的推导、推理这样的计算能力,同时还需要有实时的、对现实物理世界仿真模拟的能力,以实现在无需或极少需要人为干预的情况下,就可指定、发现和安全部署自动化云计算服务和资源。
迈入物联网的棘手问题
以上三项措施将确保物联网的顺利实现,但要让人们更加方便、安全地使用物联网,真正发挥它的价值,我们还需要解决以下几个问题。
首先就是由谁来制造未来大量的可无缝互联的计算设备。应用于物联网的设备大多基于嵌入式技术,更新周期短、专用度也比较高,没有哪家公司能够制造满足所有需求的嵌入式设备。只有通过与硬件、软件、内容提供商、运营商等生态系统中的伙伴开展紧密有序的合作,才能实现计算设备的创新与应用。
互联网通过TCP/IP网络协议将各种不同类型、不同规模、位于不同地理位置的物理网络联接成一个整体,从而构成网上用户共享的信息资源网。随着社会、科技、文化和经济的发展,特别是计算机网络技术和通信技术的大发展,互联网也得到了快速发展。
2物联网
物联网最早于1999年提出,即把所有物体通过射频识别(RFID)等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。物联网是一个动态的全球网络基础设施,它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力,其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口,并与信息网络无缝整合。
3物联网和互联网
物联网和互联网都是建立在分组数据技术基础之上的,它们都采用数据分组网作为它们的承载网;承载网和业务网是相分离的,业务网可以独立于承载网进行设计和独立发展。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网,通过各种有线和无线网络与互联网融合,在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力和执行能力的嵌入式芯片和软件,使之成为“智能物体”,并将物体的信息实时准确地传递出去。实现人和物体、物体与物体之间的沟通和对话。物联网与互联网也是有区别的。
(1)本质上,物联网是互联网在形式上的扩展,它继承了互联网所有的普遍性特征。但是,它不是互联网的翻版,也不是互联网的一个接口,而是互联网的一种较复杂的扩展。
(2)研究的范围不同。互联网由多个计算机网络相互连接而成,形成相互沟通,相互参与的互动平台。物联网就是把人和物、物和物之间进行联系和控制,协同和处理,目的就是提高生产率,使人们的生产变得更加舒适、更加和谐。
(3)体系结构存在差异。互联网体系结构是指导互联网设计的一系列抽象设计原则,内容涉及互联网的构成要素、通信协议、网络功能以及管理运营方式等。物联网体系架构主要包含以下四个层次:感知层。感知层的主要功能是信息感知与采集,实现对物理世界的感知。同时具备局部的互动性,需要一定的存储和计算能力。接入层。接入层由基站节点和接入网关组成,以有线或无线的方式实现无缝、透明、安全的接入。网络层。网络层包括各种通信网络与物联网形成的承载网络,完成物联网接入层与应用层之间的信息通信。应用层。应用层由各种应用服务器组成,主要功能包括对采集数据的汇聚、转换、分析,以及用户层呈现的适配和事件触发等。
(4)对网络的要求不同。用于承载物联网和互联网的分组数据网无论是网络组织形态,还是网络的功能和性能,对网络的要求都是不同的。基于IP架构的互联网络在根本上是一个开放和自由的网络,它的开放性和通达性,对网络性能要求是“:尽力而为”的传送能力和基于优先级的资源管理。物联网对网络的要求就会高得多,目前实际上已经存在若干孤立的物联网系统,这些系统对实时性、安全性、可信性、资源保证性等都有很高的要求。这些要求是目前IP网难以提供的。
4互联网发展趋势
(1)多样化。互联网用户对数据有不同的数据速率要求。比如说短信,只需要较低的数据速率,而高清视频等则需要较高的数据速率。对于未来的网络它必须要能够提供多种解决方案。
(2)多点的搜索方式。网络必须要支持很多的用户进行多点的搜索方式。
(3)绿色化。未来的互联网将用绿色的技术来实现互联网的应用。
(4)支持物联网。目前互联网还不能够对物联网提供很好的支持。因此需要对网络资源进行优化,逐渐完善对物联网提供更好的支持。
中图分类号:TN711 文献标识码:A 文章编号:
1物联网概述
所谓物联网就是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
1999年,美国的Auto-ID首先提出“物联网”这一概念,当时的物联网是建立在物品编码、RFID 技术和互联网的基础上,以美国麻省理工学院Auto—ID中心研究的产品电子代码EPC(Electronic Product Code)为核心,利用射频识别、无线数据通信等技术,基于计算机互联网构造的实物互联网。
2005年11月17日,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)了《ITU互联网报告2005:物联网》,提出了“物联网”的新概念。国际电信联盟(ITU)在《The Internet of Things》报告中对物联网概念进行扩展,提出任何时刻、任何地点、任意物体之间的互联,无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景。
2009年8月7日,国务院总理来到中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心考察并发表重要讲话后,“物联网”这一概念在中国迅速走红。各地相继成立了各种与物联网有关的组织,例如于2009年11月1日成立的中关村物联网产业联盟,]除此之外,2009年9月,无锡市与北京邮电大学就传感网技术研究和产业发展签署合作协议, 2009年9月10日,全国高校首家物联网研究院在南京邮电大学正式成立。
2物联网技术
在物联网中涉及到以下几个方面的公共技术:编码技术、标识技术、解析技术、信息服务、安全技术和中间件。
2.1 编码技术
所谓的编码技术其实就是给每个对象物一串唯一的数字符号,用于区分不同的对象物,例如人的身份证号码。在这里既要对每家生产厂商进行编码,还需要对每个产品进行编码。只有对他们进行了唯一的编码,才能实现对他们的唯一识别。
2.2 标识技术
所谓标识技术就是指用不同的载体来承载这些编码。如果这些编码失去了载体,那么这些编码就不能被读取到,这些编码所代表的信息就不能被获取,要想在整个供应链中实现产品追踪等功能就只能是空中楼阁。我们通常所说的对物品信息的载体主要有一/二维条码、射频识别技术(RFID)等。
2.3 解析技术
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)11-2528-03
Brief Introduction of M2M Security
SONG Yong-guo
(IT Department of Lucent Technologies Qingdao Telecommunications Systems, Ltd. Qingdao 266101, China)
Abstract: With gradual recognition and application of Internet of things, people and items around are being linked, so that goods are becoming part of the network and much convenience are being brought to people. However, while we enjoy the convenience, there exists some limitations on information security. This article elaborates the basic concepts, principles, safety standards, and the specific issues about Internet of things and brings forward the system architecture of security middleware of Internet of things, so as to provide positive suggestions to contribute to the security construction for it.
Key words: internet of things; security; middleware; system architecture
物联网产业的热潮正在席卷全球,它被誉为继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。早在1999年,物联网(The Internet of things)的概念就被提出来,它是指通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。2005年,在突尼斯举行世界峰会上,国际电信联盟(ITU) 给出了物联网的定义 , 物联网主要解决物品到物品 (Thing to Thing, T2T), 人到物品 (Human to Thing, H2T), 人到人 (Human to Human, H2H) 之间的互连。
中国高度重视物联网的发展,2009年8月7日,视察无锡并指示,要迅速在无锡建立中国的“感知中国”中心;同年底,国务院正式批复,在无锡建设国家传感网创新示范区方案;2010年1月4日,无锡物联网产业研究院揭牌成立,这是继中国物联网发展研究中心之后,在国家传感网创新示范区内建设的又一重要战略平台。政府和社会对物联网发展的重视再次成为产业发展创新的强烈指向信号。
物联网用途广泛,遍及智能家居、智能交通、智能消防、环境保护、公共安全、工业监测、个人健康等多个领域。就目前来看,行业应用将成为未来几年物联网产业发展的主要动力。在政府的大力扶持下,物联网产业发展机会巨大,市场前景广阔。然而,和互联网一样,物联网让一切变得更加智能化的同时,也更加危险,特别是当这个网络由别人掌控。这也意味着,在规模化推广之前,安全问题是必须解决的一个重要环节。
为了增强安全性,在物联网的三层基本结构的基础上,增加了密码服务、认证服务等安全机制。传统的网络中,网络层的安全和业务层的安全是相互独立的,而物联网的特殊安全问题很大一部分是由于物联网是在现有移动网络基础上集成了感知网络和应用平台带来的,因此,移动网络中的大部分机制仍然可以适用于物联网并能够提供一定的安全性,如认证机制、加密机制等。但还是需要根据物联网的特征对安全机制进行调整和补充。目前,物联网的发展还是初级阶段,更多的时候只是一个概念。本文将分析物联网安全方面存在的问题,进而提出物联网安全中间件的架构,为物联网安全方面的设计提供参考。
1 物联网的相关问题
1.1 物联网架构
可以将物联网分为四个部分,包括感知层、网络层、应用层和公共技术,如图1所示。
1) 感知层―识别物体,信息采集:感知层包括二维码、RFID读写器、摄像头、GPS、传感器网络等,主要用于采集现实世界中发生的事件和数据。
2) 网络层―信息传递和处理:网络层需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合,实现广泛的互连功能,把感知到的信息安全高效的传递到应用层。
3) 应用层―与行业需求结合,实现广泛智能化:应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。应用服务子层包括工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能交通、智能家居等行业应用。应用层是物联网与行业的深度融合,与行业需求结合,实现智能化。
4) 公共技术―优化服务:公共技术不属于物联网技术的某个特定层面,但是与物联网技术架构的三层都有关系,它包括标识与解析、安全技术、网络管理和服务质量(QoS)管理。
1.2 物联网信息安全
1.2.1 安全尺度
物联网系统的安全主要有八个尺度:读取控制、隐私保护、用户认证、不可抵赖性、数据保密性、通信层安全、数据完整性、随时可用性。其中前4项主要处在物联网架构的应用层,后4项主要位于网络层和感知层。参照以上的八个安全尺度,我们可以发现,现有的安全体系基本上可以满足物联网的应用需要,尤其是在初级和中级发展阶段。
“隐私权”和“可信度”(数据完整性和保密性)问题在物联网系统中尤其受关注。首先个人数据的隐私保护是当今的互联网安全的一个不变的优先度非常高的话题,所以物联网如果想要发展,就必须面临使普通用户如何避免风险这个问题。安全尺度的一个重要基础标准就是如何避免人们在物联网使用过程当中所承受的风险。其次,物联网是一种虚拟网络与现实世界实时交互的新型系统,其无处不在的数据感知、以无线为主的信息传输、智能化的信息处理所组成的整个过程对于数据完整性和保密性有相当高的依赖性。物联网的发展,是基于海量数据的收集,传输和处理的基础上的,因此“可信度”也是物联网安全尺度的重要标准之一。
1.2.2 特有安全问题
由于物联网在多种情况下需要无线传输,无线信号很容易被窃取和干扰,这将直接影响到物联网体系的安全,因此有如下几种特有安全问题。
1) 感知层本地安全问题―由于物联网应用设备多数情况都部署在无人监守的环境下,攻击者很容易接触到设备,并进行破坏,例如在不知情的情况下,读取信息;用机械手段屏蔽信号让终端无法连接;克隆终端设备,冒名顶替;损坏或盗走终端设备。
2) 感知网络传输与信息安全问题―感知节点功能简单,能量有限,无法拥有复杂的安全保护能力,使得信息可能被中途截取。
3) 核心网络传输和信息安全问题―核心网络具有相对完整的保护能力,但是由于物联网中节点数量庞大,大量节点发送数据使网络拥塞,产生拒绝服务攻击。
物联网还可能带来许多个人隐私泄露。在未来的物联网中,每个人包括每件拥有的物品都将随时随地连接在这个网络上,随时随地被感知,在这种环境中如何确保信息的安全性和隐私性,防止个人信息、业务信息丢失或被他人盗用,将是物联网推进过程中需要突破的重大障碍之一,因此研究物联网安全中间件十分必要。
2 物联网安全中间件体系架构
由于物联网特有的安全问题所致,在硬件层面上进行较复杂的安全保护实现起来非常困难,因此在体系中增加安全中间件就是一种较为易实现的安全策略。安全中间件是一类中间件的技术,它采用许多成熟的中间件技术和安全技术来屏蔽安全的复杂性,如算法复杂性,模块间和模块内部的安全,体系结构安全,基于组件的安全机器效率等等,从而使安全技术真正易用,易普及,将物联网真正实用化。安全中间件是实施安全策略,实现安全服务的基础架构。
如果物联网的设计没有健全的安全机制,会降低公众对此信任。因此,在物联网中间件的设计之初就要考虑到安全问题,笔者提出了物联网安全中间件的体系架构,如图2所示。
图2中,在物联网的三层架构中,均增加了安全机制,包括密码服务、认证服务和安全应用。其中,密码服务和认证服务中又包含了各种加密算法和认证方式。省略号表示其他可能有效的安全机制,可以对应加入到该架构中。
通过在架构中增加安全中间件,屏蔽了安全技术的复杂性,向用户提供统一的安全接口标准,满足各种级别的安全应用需求,能与其他中间件一起无缝地整合于物联网应用平台。安全中间件贯穿于物联网的三层架构中,将信息安全与各个层面中的业务功能分离开来,提供单独的安全验证服务,从而使物联网体系中的安全机制变得更加灵活,可以根据情况的变化满足不同的安全需求。同时,安全中间件可以作为物联网体系中的一个单独模块,由专门的有实力的专业企业或者团队来实现,提供标准接口。这样就可以将信息安全与物联网的业务分离,使专注于物联网的企业不用再为专业的信息安全问题考虑解决方案。
物联网是一个广大的市场,在其发展过程中,必然会有无数的团体和个人参加进来。由此使信心安全的复杂程度提高到了一个前所未有的高度。安全中间件针对这个问题,将新鲜全问题分离出来,作为物联网三层架构共有的一个中间件。同时,也将从事物联网的团体和个人从信息安全的困惑中解脱出来。按照公共标准制定的安全中间件,将可以加入到物联网的各层架构中,与物联网体系无缝融合在一起。
2.1 密码服务
密码服务是整个安全中间件的核心,它以应用密码学为基础,能够实现数据的加密、解密、数字签名和认证等。密码服务是上层认证服务的基础,同时提供了统一的密码服务接口,能够满足特定的安全服务需求。密码服务的底层是一个加密库,主要有以下几个模块。
1) 随机数算法模块:采用伪随机数序列设计,支持RC4算法,增强伪随机数的安全,同时,为密钥的产生提供保障。
2) 对称加密算法模块:支持高强度的分组加密算法,且支持各种加密模式,主要用于加密传输的信息,可以使在中途拦截的感知网络传输信息不可用。
3) 公钥模块:提供了DiffieHellman、RSA和ECC三种可选的系统,是安全认证、数字签名和证书服务的基础。RSA既能用于数据加密也能用于数字签名的算法,对冒名顶替可以有效的识别;ECC算法是计算资源有限移动终端的首选。
4) 单向Hash算法模块:带有秘密密钥的单向Hash函数又称消息鉴别码(MAC),用于消息完整性校验,可以防止消息被篡改。
密码服务是保障信息安全的基础。通过提供多种算法模块以供用户选择,并且根据所选择的算法生成相应的密码,以求达到最适合当前实际情况的安全认证手段。由于物联网的应用可以取代人来完成一些复杂、危险和机械的工作,所以物联网机器/感知节点多数部署在无人监控的场景中。密码服务将会避免攻击者可以轻易地接触到这些设备,从而对它们造成破坏,甚至通过本地操作更换机器的软硬件。又因为智能传感终端、RFID电子标签相对于传统TCP/IP网络而言是“”在攻击者的眼皮底下的,再加上传输平台是在一定范围内“暴露”在空中的,“窜扰”在传感网络领域显得非常频繁、并且容易。所以,传感器网络中的假冒攻击是一种主动攻击形式,它极大地威胁着传感器节点间的协同工作。通过密码服务明确使用者的身份信息,确认其角色是否可以接受,将可以识别绝大部分的假冒攻击。
同时,物联网最终将会与现在的互联网一样,深入到世界的每个角落,参与到人们生活得每个细节中。因此,每个人的个人信息,业务信息以及个人物品等等隐私信息都将会连接到物联网上。密码服务从用户方向为物联网的安全性提供了第一层保障。
密码服务是解决数据保密性和通信层安全的基础。传统的网络加密机制是逐跳加密,即信息在发送过程中,虽然在传输过程中是加密的,但是需要不断地在每个经过的节点上解密和加密,即在每个节点上都是明文的。而业务层加密机制则是端到端的,即信息只在发送端和接收端才是明文,而在传输的过程和转发节点上都是密文。密码服务可以为以上的两种加密方式提供算法支持。根据不同的安全策略,提供相应的密码服务。
2.2 认证服务
认证服务主要完成数据认证的一种机制,确保协议双方数据的可靠性。本架构采用的认证方式有以下几种。
1) 开放式认证:允许任何物联网设备访问,只要其符合预先设置的标识过滤规定,在认证过程中和认证后的所有通讯均以明文方式传输,没有任何加密技术来保护。
2) 基于共享密钥的认证:它是以WEP算法为基础的共享密钥认证。物联网通讯设备间共享同一公共密钥,通过私钥来进行认证。
2007年春天。坂村教授再次来到了《微电脑世界》(PC World China)举办的“未来办公技术趋势大会”上,向我们介绍了RFID传感网络在未来办公室的应用,描绘了基于RFID传感网络的未来智能化办公室和办公场景,他所勾勒的未来办公场景同样令人向往。
从日常生活到办公室应用,坂村所带领的日本泛在网络计算技术研究所对于泛在网络(物联网)技术的研究从简单走向复杂,由点走向面,步步深入,循序展开,他们的很多研究成果已经在日本得到了很好的应用,服务于日本社会。
而2010年春天,坂村教授则向《微电脑世界》(PCWorldChina)系统地描绘了他心中的物联网及其价值:
1 物联网服务于社会安全,从食品安全、药品安全、工业安全、建筑安全、交通安全一直到国家安全,从而使社会和人类生活更加健康安全;
2 物联网帮助节能环保,通过优化和管理货物流通流程,提升流通效率。降低流通能耗,通过建筑和城市的智能管理来降低建筑和城市的消耗,同时通过介入环境监控管理,帮助保护环境;
同时作为科室之间的联络人,针对基础业务价值转型的需求,通过联合网络部、DICT中心、其他科室将物联网业务向云管端一体化转型,推动政企业务高质量发展。
本职位也是科室内部工作作风的建设者、号召者,是钉钉子精神的传承者,引导科室内部员工攻坚克难。
2. 对此岗位外部职责认识
本职位代表公司向客户宣传公司基本业务资费政策、风险管理规定,探查行业趋势,把握行业客户需求,在保证不存在信安风险的基础上洽谈业务、发展业务。
同时也是是物联网行业合作伙伴的牵头人,需要做好物联网业务商机共享,引领合作伙伴健康有序的参与到物联网项目建设中,以此来实现“卡+模组+平台+应用”强融合模式。
3. 自身的竞聘优劣势
优势:
目前从事工作与物联网业务紧密相关
自从入职以来一直从事物联网产品、资费、号卡终端资源的业务支撑以及建设省内物联网业务支撑系统,而系统恰恰是业务的载体,是物联网业务售前售中售后的见证者,因此本人对物联网业务发展方向、业务管理要求有清晰的认识。
物联网技术的特点是通过把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能管理。那么,农业物联网在解决农业问题上的优势在哪里呢?
据了解,农业物联网主要依靠RFID(射频识别)、GPS(全球定位系统)、GIS(地理信息系统)、红外传感器等技术和设备对食品全生命周期的生长环境、运输过程、加工条件等进行全方位信息搜集,并对农产品的生产、运输、加工等环节进行全程监控。利用农业物联网,可以对农业生产过程中种子、化肥、土壤、气温、湿度、光度、化学成分、物理成分、空气组成、pH值、各种养分等进行监测,再结合图像、视频等的采集,有利于全面提升农业的科学生产水平。
例如,借助于物联网技术的发展,美国越来越多的生态农业的经营者们开始采用“精确耕种”技术,利用全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、连续数据采集传感器(CDS)、遥感(RS)、变率处理设备(VRT)和决策支持系统(DSS)等现代高新技术,获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素(如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等)实际存在的空间及时间差异性信息,使每平方米的土地都能够得到最准确的分析,并对其进行最佳耕种。
除提高农业生产效率和节约资源外,保障食品安全也是物联网技术的一项重要功能。长期以来,我国农业自动化水平低,对劳动力的需求量高,食品安全保障机制不完善,生产、运输、加工等环节难以有效监控,亟待通过新技术来提高生产效率和提高信息收集和处理水平。国家农业信息化工程技术研究中心相关负责人说,采用物联网技术,可以监控食品在被消费者食用前所经历的诸多环节,一旦发生安全问题,可以回溯确定是哪一个环节出了问题,因而也就更容易追查到责任人,从这一点上说,食品安全问题将更容易解决。
此外,物联网技术也有助于提高农业科研水平。“农业物联网是一个重要的服务系统,它不仅可以推动农业本身、农机、农艺、农技服务的进步,对于农业科学研究也有促进作用。”河北省农村信息化工程技术研究中心主任崔文顺认为,农业物联网不仅仅是农业监测控制系统,它更是人机结合的桥梁。
构建中国农业信息化的大格局
“农业信息化、农业物联网建设的研究成果将使农民获得可观的经济效益,推进农业发展方式的转变,真正让农民受益。”在2013中国农业网站发展论坛暨农业物联网技术与应用峰会上,农业部信息中心主任李昌建谈到我国农业物联网技术的发展前景时表示。
而为了把农业物联网公共性平台建设好,以此为契机构建中国农业信息化的大格局,国家开始加强农业物联网标准的研究与制定,并开始大力探索正确的商业模式,促进农业物联网技术的可持续发展,以达到共建、共享、互联、互通、协作、协同的目的。
2013年5月,农业部表示,为深入贯彻落实党的十精神及《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》要求,要加快推进农业物联网应用发展,促进农业生产方式转变,支撑农业现代化建设,农业部印发了《农业物联网区域试验工程工作方案》。
该工作方案中设立了我国农业物联网初始发展的内容,主要包括:开展农业物联网应用理论研究,探索农业物联网应用主攻方向、重点领域、发展模式及推进路径;开展农业物联网技术研发与系统集成,构建农业物联网应用技术、标准、政策体系;构建农业物联网公共服务平台;建立中央与地方、政府与市场、产学研和多部门协同推进的创新机制和可持续发展的商业模式;适时开展成功经验模式的推广应用。
与此同时,农业部也在2013年启动了农业物联网区域试验工程,组织天津、上海、安徽开展试点试验工作,为全国农业物联网发展积累经验。天津、上海、安徽三省市率先开展试点试验工作。天津是设施农业与水产养殖物联网试验区,上海是农产品质量安全监管试验区,安徽是大田生产物联网试验区。
在天津,农业部、中科院、天津市人民政府在2013年9月就共同推进天津市农业物联网建设签署合作协议。协议明确了由农业部负责农业物联网建设指导,组织专家团队提供技术支撑,及时总结推广天津农业物联网发展经验;中科院负责农业物联网重大技术攻关和全面技术支撑,重点在农业普适化感知、云计算、大数据处理等方面进行关键技术研发、集成及示范,组建专业化团队,开发适合天津本地需求的农业物联网平台。而天津市作为农业物联网区域试验的实施主体,负责已经建成的农业物联网区域试验平台的营运、管理,并以此为依托,组织全市农业物联网发展整体规划设计,组织各项技术研发、试验,为全国农业物联网建设积累经验、示范推广。
在上海,上海市农业委员会和上海市经济和信息化委员会了《市农委等关于上海农业物联网发展的实施意见》,拉开了上海农业物联网区域试验大幕。据了解,到“十二五”末,上海将以实施农业物联网示范工程为载体,建设10个农业物联网示范基地、10家农业物联网的应用示范企业、3个市级以上重点实验室或工程技术中心;力争在农业物联网应用核心技术上有突破,在感知、传输、处理、控制、管理和应用等技术领域取得具有自主知识产权的研究成果;扶持和推动物联网技术在农产品电子商务中的应用,农产品电子商务贸易额实现快速增长。
在安徽,由省农委牵头,省农科院和科技厅共同制订了安徽省农业物联网工程建设方案,并由技术攻关组制订了省农业物联网工程总体技术方案、传感器关键技术研究与系统集成工作方案。在具体实施过程中,安徽省农委制订了小麦“四情”(苗情、墒情、病虫情、灾情)监测指挥系统建设方案、农业种子物联网项目方案。安徽省在各示范县都制定了农业物联网发展工作领导小组,普遍提出建设农业物联网综合服务平台或政府决策指挥中心,在有条件的规模化养殖业、特色农业、高效农业和设施农业,选择3~5个产业开展农业物联网应用试点示范。
在新疆,物联网技术和新疆移动大通信网结合的新科技已在全疆遍地开花。新疆移动发挥移动通信“实时性、个性化、交互性、广泛性”的优势,积极推进“农业移动物联网”应用,开通温室大棚无线监控、自动化滴灌等多种农村信息化应用,帮助实现精准化的农业生产管理。同时,通过农信通服务、多种资费优惠,为农民提供“用得上、用得起、用得好”的通话和信息服务,帮助农民增收致富。据了解,全疆23个农牧团场、5个地州市的农田实现了田间数据自动采集、全自动滴灌控制。新疆移动物联网技术,正以信息化助力新疆“传统农业”向“现代农业”转变。
企业先导进入
自从物联网被正式列为国家七大战略性新兴产业之一以来,农业物联网由于可以实现农业生产、运输、加工等环节中人与人、人与物、物与物之间的感知和监控而获得了发展的良机。随着国家对农业物联网公共性平台的建设的重视,一大批企业发挥各自优势,积极布局农业物联网领域,携手打造具备专业影响力的交流与分享平台。
其中在农业物联网的基础设施领域,扮演着重要角色的网络供应商正在不遗余力地用网络专线对农业物联网的建设提供支持。
如自安徽省涡阳县被确定为省农业物联网工程首批13个试验示范县后,安徽移动涡阳县公司为农业园区引入2条百兆互联网专线,并提供多媒体箱、综合机柜、光纤收发器、交换机等设施设备。安徽移动设计的移动网络专线和专用数据SIM卡,可实时监控大棚室内温度、湿度和工人作业等实地情况,并实现自动洒水、调温等田间作业。与此同时,移动网络专线还可以时时传递、终端备份留存,使得蔬菜种植从育苗、成长到成熟的各阶段信息和视频资料得到保留。
在农业物联网基础平台建设中,由罗克佳华、中国优农协会、太原、朔州、运城等试点城市正式签订的“中国优质农产品信任系统及智慧电子商务基础(云)平台”已经开始运行。据悉,该平台是罗克佳华与世界500强公司Intel(英特尔)、IBM(国际商业机器)、EMC2(易安信)开展技术、资金合作共建的一项平台,该云数据平台的建立,将成为我国北方地区专业为农业等行业物联网应用服务的云数据中心。
借助于此平台,罗克佳华也将进一步加强农业信息化技术研发与应用,利用物联网技术实现农业生产中的自动化控制、监测、预报等功能。在农产品溯源方面,罗克佳华表示可以通过二维码应用,实现在农产品流通过程中对产地、品种、采摘、存储、加工、运输等各类信息的查询,充分提升监管机构的管理效率,保障食品安全。罗克佳华还计划通过实施全程监管、全程溯源,以远距离通信、动态定位、调度管理等技术结合云计算中心实时数据处理与服务能力,构建智慧电子商务基础(云)平台,促进农产品流通。
在设施农业的研究领域,由物联网结合设施农业的研究正逐渐深入。目前,物联网技术平台与建筑结构、配套系统、新能源与工厂化装备已经成为智慧温室的四大组成之一。据了解,智能化监控、自动化管理温室目前在北京已经建成了示范工程。国家科技部863项目《植物工厂化生产低碳设施与装备的研究》以及北京市科委“十二五”重点课题《盆花生产关键技术和装备的研发示范》由北京市农业机械研究所承担,这两项课题的核心即构建智慧温室的核心组成之一的物联网技术平台。
北京京鹏环球科技股份有限公司相关负责人表示,目前物联网技术已应用到智慧温室生产的不同阶段。在温室准备投入生产阶段,通过在温室里布置各类传感器,可实时分析温室内部环境信息,从而更好地选择适宜种植的品种;在生产阶段,从业人员可用物联网技术采集温室内温度、湿度等多类信息,来实现精细管理,例如遮阳网开闭的时间,可根据温室内温度、光照等信息来传感控制,加温系统启动时间,可根据采集的温度信息来调控等;在产品收获后,还可利用物联网采集的信息,把不同阶段植物的表现和环境因子进行分析,反馈到下一轮的生产中,从而实现更精准的管理,获得更优质的产品。
农业物联网终端用户中,多个地区的电子标签已经应用于生产和流通环节。比如上海市200多家蔬菜标准园的6万多亩蔬菜种植基地内,蔬菜就用了这样的“身份”——每一包蔬菜的采收、施肥、用药、灌溉、农药检测等信息都被记录在电子标签中,消费者只需要扫描包装上的二维码,就能了解到蔬菜生产的所有信息。在内蒙古锡林郭勒盟,每一块牛羊肉都有自己的二维码“身份证”,通过层层追溯,可查到牛羊出生、饲养、病疫、屠宰、加工、物流、销售等各个环节的信息。消费者用手机扫描二维码,即可以看到这块牛羊肉从繁育到上餐桌所有环节的信息。
多利农庄是上海最大的有机蔬菜种植基地,中欧国际工商学院也正在与多利农庄联手打造中国首个农业物联网示范基地。多利农庄庄主张同贵表示,公司正通过生产体系和运输体系的信息化管理,实现全程智能化,使消费者可以通过产品的条形码完全了解其生产、来源和运输等相关信息,同时还可减少农产品的消耗,提高农民的收入。
农业物联网产业发展还需加力
随着我国农业由传统生产模式向信息化、智能化方向的发展,国家高度重视物联网技术在农业领域示范与应用。近两年,通过科技支撑计划、中小企业创新资金、科技型企业周转金等多个项目的支持,我国正在努力开展农业领域物联网关键技术的研发、示范与应用。
但是我国的农业物联网产业是一个弱势产业,无论是自动化、智能化,还是远程控制,相比发达国家都存在很大的差距。目前,我国尚未形成一套符合国情的、合理的、具有针对性和开放性的物联网架构体系。另外,由于我国农业一直处于“做贡献”的地位,农业产业化程度低、农产品流通市场化程度低、农业现代化水平低、农村金融不完善、农业科技普及不完善等众多问题也限制了我国农业物联网的发展。
普遍观点认为,在每次大的危机之后,都会催生新的技术。此次适逢席卷全球的金融危机,相关国家试图通过“物联网”走出经济的泥淖。故此,2009年2月,当IBM大中华区首席执行官钱大群在20091BM论坛上公布名为“智慧的地球”的最新策略,立刻得到美国各界的高度关注,甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略,并在世界范围内引起轰动。
一时之间, “智慧的地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处,同样被其认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。关于该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮的话题,不仅为美国关注,更为世界所关注。
国际电信联盟认为,在物联网时代,通过在各种各样的Ij常用品上嵌入一种短距离的移动收发器,人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度,从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接,扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。IBM给出了物联网的近一步解释:IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中,具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,并且被普遍连接,形成物联网。
“物联网”之所以能被称为世界信息产业中继计算机、互联网之后的第三次浪潮,主要得益于业内人士普遍认为其将会带来两大好处:其一提高经济效益,大大节约成本,其二为全球经济的复苏提供技术动力。有研究机构声称,预计10年内物联网就可能大规模普及,这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场,其产业要比互联网大30倍。
物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节,每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。据业内专家表示,单把所有物品都植入识别芯片这一点,现阶段看来还不太现实。目前的物联网概念还很“虚”,停留在初级研究的层面,离实质性的大规模应用还很远,远不如新能源等概念明确。