物联网 第三次信息化产业浪潮

 物联网（The Internet of Things）被预言为继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮，受到各国政府、企业和学术界的重视，美国、欧盟、日本等甚至将其纳入国家和区域信息化战略。面对当前的国际形势，迫切需要着眼于中国国情，早一点谋划未来，制定我国的物联网发展战略，突破大规模产业化瓶颈，深入到国民经济和社会生活的各个方面，切实解决国计民生的重大问题。物联网将带动我国相关领域科技水平的提升，保障经济安全甚至国家安全，推动信息产业新的发展浪潮，培育新的经济增长点，促进经济结构调整和转型升级，增强我国的可持续发展能力和国际竞争力。

  一、掀开物联网的神秘的面纱

    1999年美国麻省理工学院（MIT）首次提出物联网的概念，是指把所有物品通过射频识别（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的网络。国际电信联盟（ITU）在2005年的年度报告中对概念的涵义进行了扩展，该报告中指出，信息与通信技术的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物品的阶段，而万物的连接就形成了物联网。在这份报告所提到的物联网中，除RFID技术外，更多的新技术，例如：传感器、纳米、嵌入式芯片等技术被广泛应用。

    通过对物联网的跟踪研究，我们提出的物联网定义是：对物体具有全面感知能力，对信息具有可靠传送和智能处理能力的连接物体与物体的信息网络。全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的特征。
“全面感知”是指利用射频识别（RFID）、二维码、GPS、摄像头、传感器、传感器网络等感知、捕获、测量的技术手段随时随地对物体进行信息采集和获取；“可靠传送”是指通过各种通信网络与互联网的融合，将物体（Things）接入信息网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享；“智能处理”是指利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。

    近年来，全球主要发达国家和地区纷纷抛出与物联网相关的信息化战略，冀望借助物联网，来寻求金融危机解决之道，刺激经济增长。2008年底IBM向美国政府提出的“智慧地球”战略，2009年6月欧盟的“物联网行动计划”，2009年8月日本的“i-Japan”计划等都是利用各种信息技术来突破互联网的物理限制，以实现无处不在的物联网络。

    以上国家和地区信息化战略的共同点是：融合各种信息技术，突破互联网的限制，将物体接入信息网络，实现“物联网”；在网络泛在的基础上，将信息技术应用到各个领域，从而影响到国民经济和社会生活的方方面面。美国的战略强调传感器及其网络等感知技术的应用，提出建设智慧型基础设施；欧盟的计划具体而务实，强调RFID的广泛应用，注重信息安全；日本的计划强调电子政务和社会信息服务等信息化应用。从这三个战略计划中可以看出：未来信息产业的发展在由信息网络向全面感知和智能应用两个方向拓展、延伸和突破。

    二、中国移动在物联网的实践与创新

    完备的无处不在的移动通信网络是物联网发展的基础条件。中国移动在全国拥有47万个基站，现有网络规模与覆盖范围全球第一。由于认识到物联网巨大的发展潜力，而机器到机器通信（machine to machine,M2M）是现阶段物联网的主要应用形式，经过多年的技术攻关与产品研发，目前中国移动在M2M领域已形成一整套拥有自主知识产权的技术标准、解决方案和相关产品，并已面向政府、行业和家庭开展多样化的物联网应用实践。

    （一）物联网的应用实践
    通过与各行业的广泛合作，中国移动目前M2M终端数已达到300万，年均增长超过80％。在交通领域，北京、上海、辽宁等地的出租车及公交车上已安装了超过110万台无线终端设备，实现对车辆的管理和调度。在电力行业，为广东的南方电网、北京、重庆的电力公司等客户提供服务，实现了104万台无线电表的远程抄表。在江西省电网，对分布在全省范围内的2万台配电变压器的运行状态进行实时监测，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理，一年来降低电损1.2亿千瓦时。在重庆市为1200部电梯部署了带有光电感应传感器的M2M终端，将电梯连接到智能管理系统，当电梯发生故障时，无需乘客报警，电梯管理部门第一时间得到信息，能以最快的速度到达现场处理故障。

    另外，中国移动在智能楼宇、路灯监控、动物溯源、手机钱包、环境监测等方面也开展了广泛的应用。
    从世界范围内看，我国在M2M应用的广度和深度方面都处于领先地位。物联网的提出将会推动机器到机器应用向更深层次、更广范围发展，中国移动将发挥自身优势，不断加大投入来满足各行各业的应用需求。

    （二）物联网的体系架构

    现阶段物联网的应用是零散的，还远未形成规模。为了突破应用规模化的障碍，驱动物联网产业由启动期走向成长期，整个产业链需要对技术及应用形成系统的、一致的认识，迫切需要建立一套标准的、开放的、可扩展的物联网体系架构。

    我们认为物联网可划分为一个由感知层、网络层和应用层组成的三层体系。

    感知层主要包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器以及M2M终端、传感器网络和传感器网关等，在这一层次要解决的重点问题是感知、识别物体，采集、捕获信息。感知层要突破的方向是具备更敏感、更全面的感知能力，解决低功耗、小型化和低成本的问题。

     网络层首先包括各种通信网络与互联网形成的融合网络，这被普遍认为是最成熟的部分，但仍然需要解决大规模M2M应用普及后，新的业务模型对系统容量、Qos的特别要求。除此之外还包括物联网管理中心、信息中心、云计算平台、专家系统等对海量信息进行智能处理的部分。也就是说网络层不但要具备网络运营的能力，还要提升信息运营的能力。网络层是物联网成为普遍服务的基础设施，有待突破的方向是向下与感知层的结合，向上与应用层的结合。

    应用层是将物联网技术与行业专业领域技术相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集。物联网通过应用层最终实现信息技术与行业专业技术的深度融合，对国民经济和社会发展具有广泛影响。应用层的关键问题在于信息的社会化共享，以及信息安全的保障。

    另外，三层协同工作算法的发展也是一个重要方向，能够显著提升物联网应用的智能化水平。

    （三）物联网的技术创新——机器到机器的通信（M2M）

    中国移动在物联网领域的技术创新方向是把移动通信能力向下与感知层结合起来，通过在机器内部嵌入GSM/TD通信模块，以无线通信等为接入手段，为客户提供综合的信息化解决方案，以满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求，即M2M应用。

    M2M是Machine-to-Machine的简称，是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。机器到机器的通信（M2M）与物联网的核心理念和发展思路是完全一致的，只不过物联网的概念、所采用技术、应用场景更加宽泛一些，而M2M聚焦在无线通信网络应用上面，是需求最迫切的部分，具有广阔的可扩展的空间。

    当前中国在M2M终端及应用的开发能力上，基本与国际水平保持一致，在技术体系架构、通信协议的研究及M2M模组的研发上甚至领先国际水平。中国移动目前已经形成一整套拥有自主知识产权的M2M解决方案。通过定义M2M通信语言WMMP（Wireless Machine to Machine Protocol），使得信息的交互更加容易理解，也为产业链中的各方提供了统一的可遵循的标准；通过M2M模组的自主研发，初步解决了终端标准化的问题，为大规模定制M2M终端扫清了障碍，尤其是基于TD的M2M模组开发，更为M2M应用享受3G网络的高带宽提供强有力的支持。目前中国移动与中科院、北邮、工信部电信研究院紧密合作，主持“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项中“传感器网络与移动通信网的结合技术及其M2M业务应用研究与示范验证”课题的研究。

    （四）物联网与TD的结合

    物联网发展是确保TD成功的重大契机。TD-SCDMA是我国拥有自主知识产权的第三代移动通信系统，是宽带无线通信网络，TD的发展需要数据业务的拉动，物联网应用是需求最迫切的增强型数据业务，具有广阔的应用前景，能够充分发挥TD网络优势，有助于促进TD产业链的成熟。

    完善现有网络，发挥TD优势，积极推动无线传感器网络与TD网络融合，构建适于物联网应用的GPRS/TD/WSN（无线传感器网络）融合网络，大力发展适于TD网络承载的物联网业务，提升TD的核心竞争力，给物联网的发展以强有力的支撑，是中国移动的发展思路。

    三、物联网成长之路

    根据物联网技术水平、用户需求和系统成熟度等方面的特点，我们认为我国物联网技术演进路线可分为信息汇聚、协同感知和泛在聚合三个阶段。三个阶段将会渐进式的发展，通过技术的发展来满足不同层次的应用需求。

    （一）信息汇集阶段

    信息汇聚阶段的主要特征是：将分布于多区域的、利用多种感知技术手段所采集的信息进行汇聚，通过移动通信网络将感知信息汇聚到业务应用系统，集中进行信息的处理与共享，并提供信息应用服务。
    有待突破的关键技术包括：传感器设计与实现、短距离无线传输技术、低功耗技术、电磁兼容技术等，以实现相关信息采集、汇聚设备的小型化、低功耗、低成本、国产化和绿色环保。

    （二）协同感知阶段

    协同感知阶段的主要特征是：以事件、任务和目标为驱动进行感知、网络和应用各个层面的协同工作，系统具备分布式、跨层次、自学习的协同处理能力，提供智能、精确的多元化信息服务。

    有待突破的关键技术包括：任务驱动的大规模自治组网技术、上下文感知技术、移动通信网络与无线传感器网络无缝融合技术、海量信息处理技术等。

    （三）泛在聚合阶段

    泛在聚合阶段的主要特征是：泛在的感知服务将海量信息进行聚合，产生出新的有应用价值的信息，即物联网广泛应用于各个领域，实现任何人、任何物体、任何时间、任何地点的互联互通，引发新的应用和服务模式。

    有待突破的基础理论和关键技术包括：信息聚合理论、模糊控制技术、泛在异构网络、人工智能、仿生学传感器、纳米材料、生物芯片等。

    当前我国甚至全球都处于物联网发展的初级阶段，中国即将启动官、产、学、研、用相结合的物联网产业化进程，发展以TD-SCDMA与传感器网络融合的自主知识产权的物联网，让我国在未来信息化产业第三次浪潮中取得世界主导地位成为可能。