物聯(lián)網(wǎng) 第三次信息化產(chǎn)業(yè)浪潮

 物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things）被預(yù)言為繼互聯(lián)網(wǎng)之后全球信息產(chǎn)業(yè)的又一次科技與經(jīng)濟浪潮，受到各國政府、企業(yè)和學(xué)術(shù)界的重視，美國、歐盟、日本等甚至將其納入國家和區(qū)域信息化戰(zhàn)略。面對當(dāng)前的國際形勢，迫切需要著眼于中國國情，早一點謀劃未來，制定我國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，突破大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化瓶頸，深入到國民經(jīng)濟和社會生活的各個方面，切實解決國計民生的重大問題。物聯(lián)網(wǎng)將帶動我國相關(guān)領(lǐng)域科技水平的提升，保障經(jīng)濟安全甚至國家安全，推動信息產(chǎn)業(yè)新的發(fā)展浪潮，培育新的經(jīng)濟增長點，促進經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級，增強我國的可持續(xù)發(fā)展能力和國際競爭力。

  一、掀開物聯(lián)網(wǎng)的神秘的面紗

    1999年美國麻省理工學(xué)院（MIT）首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念，是指把所有物品通過射頻識別（RFID）等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理的網(wǎng)絡(luò)。國際電信聯(lián)盟（ITU）在2005年的年度報告中對概念的涵義進行了擴展，該報告中指出，信息與通信技術(shù)的目標(biāo)已經(jīng)從任何時間、任何地點連接任何人，發(fā)展到連接任何物品的階段，而萬物的連接就形成了物聯(lián)網(wǎng)。在這份報告所提到的物聯(lián)網(wǎng)中，除RFID技術(shù)外，更多的新技術(shù)，例如：傳感器、納米、嵌入式芯片等技術(shù)被廣泛應(yīng)用。

    通過對物聯(lián)網(wǎng)的跟蹤研究，我們提出的物聯(lián)網(wǎng)定義是：對物體具有全面感知能力，對信息具有可靠傳送和智能處理能力的連接物體與物體的信息網(wǎng)絡(luò)。全面感知、可靠傳送、智能處理是物聯(lián)網(wǎng)的特征。
“全面感知”是指利用射頻識別（RFID）、二維碼、GPS、攝像頭、傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)等感知、捕獲、測量的技術(shù)手段隨時隨地對物體進行信息采集和獲??；“可靠傳送”是指通過各種通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體（Things）接入信息網(wǎng)絡(luò)，隨時隨地進行可靠的信息交互和共享；“智能處理”是指利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù)，對海量的跨地域、跨行業(yè)、跨部門的數(shù)據(jù)和信息進行分析處理，提升對物理世界、經(jīng)濟社會各種活動和變化的洞察力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。

    近年來，全球主要發(fā)達國家和地區(qū)紛紛拋出與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的信息化戰(zhàn)略，冀望借助物聯(lián)網(wǎng)，來尋求金融危機解決之道，刺激經(jīng)濟增長。2008年底IBM向美國政府提出的“智慧地球”戰(zhàn)略，2009年6月歐盟的“物聯(lián)網(wǎng)行動計劃”，2009年8月日本的“i-Japan”計劃等都是利用各種信息技術(shù)來突破互聯(lián)網(wǎng)的物理限制，以實現(xiàn)無處不在的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

    以上國家和地區(qū)信息化戰(zhàn)略的共同點是：融合各種信息技術(shù)，突破互聯(lián)網(wǎng)的限制，將物體接入信息網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”；在網(wǎng)絡(luò)泛在的基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)應(yīng)用到各個領(lǐng)域，從而影響到國民經(jīng)濟和社會生活的方方面面。美國的戰(zhàn)略強調(diào)傳感器及其網(wǎng)絡(luò)等感知技術(shù)的應(yīng)用，提出建設(shè)智慧型基礎(chǔ)設(shè)施；歐盟的計劃具體而務(wù)實，強調(diào)RFID的廣泛應(yīng)用，注重信息安全；日本的計劃強調(diào)電子政務(wù)和社會信息服務(wù)等信息化應(yīng)用。從這三個戰(zhàn)略計劃中可以看出：未來信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在由信息網(wǎng)絡(luò)向全面感知和智能應(yīng)用兩個方向拓展、延伸和突破。

    二、中國移動在物聯(lián)網(wǎng)的實踐與創(chuàng)新

    完備的無處不在的移動通信網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)條件。中國移動在全國擁有47萬個基站，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與覆蓋范圍全球第一。由于認(rèn)識到物聯(lián)網(wǎng)巨大的發(fā)展?jié)摿?，而機器到機器通信（machine to machine,M2M）是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用形式，經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)與產(chǎn)品研發(fā)，目前中國移動在M2M領(lǐng)域已形成一整套擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、解決方案和相關(guān)產(chǎn)品，并已面向政府、行業(yè)和家庭開展多樣化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實踐。

    （一）物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實踐
    通過與各行業(yè)的廣泛合作，中國移動目前M2M終端數(shù)已達到300萬，年均增長超過80％。在交通領(lǐng)域，北京、上海、遼寧等地的出租車及公交車上已安裝了超過110萬臺無線終端設(shè)備，實現(xiàn)對車輛的管理和調(diào)度。在電力行業(yè)，為廣東的南方電網(wǎng)、北京、重慶的電力公司等客戶提供服務(wù)，實現(xiàn)了104萬臺無線電表的遠(yuǎn)程抄表。在江西省電網(wǎng)，對分布在全省范圍內(nèi)的2萬臺配電變壓器的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)用電檢查、電能質(zhì)量監(jiān)測、負(fù)荷管理、線損管理、需求側(cè)管理等高效一體化管理，一年來降低電損1.2億千瓦時。在重慶市為1200部電梯部署了帶有光電感應(yīng)傳感器的M2M終端，將電梯連接到智能管理系統(tǒng)，當(dāng)電梯發(fā)生故障時，無需乘客報警，電梯管理部門第一時間得到信息，能以最快的速度到達現(xiàn)場處理故障。

    另外，中國移動在智能樓宇、路燈監(jiān)控、動物溯源、手機錢包、環(huán)境監(jiān)測等方面也開展了廣泛的應(yīng)用。
    從世界范圍內(nèi)看，我國在M2M應(yīng)用的廣度和深度方面都處于領(lǐng)先地位。物聯(lián)網(wǎng)的提出將會推動機器到機器應(yīng)用向更深層次、更廣范圍發(fā)展，中國移動將發(fā)揮自身優(yōu)勢，不斷加大投入來滿足各行各業(yè)的應(yīng)用需求。

    （二）物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)

    現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用是零散的，還遠(yuǎn)未形成規(guī)模。為了突破應(yīng)用規(guī)?；恼系K，驅(qū)動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)由啟動期走向成長期，整個產(chǎn)業(yè)鏈需要對技術(shù)及應(yīng)用形成系統(tǒng)的、一致的認(rèn)識，迫切需要建立一套標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、可擴展的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。

    我們認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)可劃分為一個由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成的三層體系。

    感知層主要包括二維碼標(biāo)簽和識讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器以及M2M終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)關(guān)等，在這一層次要解決的重點問題是感知、識別物體，采集、捕獲信息。感知層要突破的方向是具備更敏感、更全面的感知能力，解決低功耗、小型化和低成本的問題。

     網(wǎng)絡(luò)層首先包括各種通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)形成的融合網(wǎng)絡(luò)，這被普遍認(rèn)為是最成熟的部分，但仍然需要解決大規(guī)模M2M應(yīng)用普及后，新的業(yè)務(wù)模型對系統(tǒng)容量、Qos的特別要求。除此之外還包括物聯(lián)網(wǎng)管理中心、信息中心、云計算平臺、專家系統(tǒng)等對海量信息進行智能處理的部分。也就是說網(wǎng)絡(luò)層不但要具備網(wǎng)絡(luò)運營的能力，還要提升信息運營的能力。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)成為普遍服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，有待突破的方向是向下與感知層的結(jié)合，向上與應(yīng)用層的結(jié)合。

    應(yīng)用層是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解決方案集。物聯(lián)網(wǎng)通過應(yīng)用層最終實現(xiàn)信息技術(shù)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有廣泛影響。應(yīng)用層的關(guān)鍵問題在于信息的社會化共享，以及信息安全的保障。

    另外，三層協(xié)同工作算法的發(fā)展也是一個重要方向，能夠顯著提升物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的智能化水平。

    （三）物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)創(chuàng)新——機器到機器的通信（M2M）

    中國移動在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新方向是把移動通信能力向下與感知層結(jié)合起來，通過在機器內(nèi)部嵌入GSM/TD通信模塊，以無線通信等為接入手段，為客戶提供綜合的信息化解決方案，以滿足客戶對監(jiān)控、指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)采集和測量等方面的信息化需求，即M2M應(yīng)用。

    M2M是Machine-to-Machine的簡稱，是一種以機器終端智能交互為核心的、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用與服務(wù)。機器到機器的通信（M2M）與物聯(lián)網(wǎng)的核心理念和發(fā)展思路是完全一致的，只不過物聯(lián)網(wǎng)的概念、所采用技術(shù)、應(yīng)用場景更加寬泛一些，而M2M聚焦在無線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上面，是需求最迫切的部分，具有廣闊的可擴展的空間。

    當(dāng)前中國在M2M終端及應(yīng)用的開發(fā)能力上，基本與國際水平保持一致，在技術(shù)體系架構(gòu)、通信協(xié)議的研究及M2M模組的研發(fā)上甚至領(lǐng)先國際水平。中國移動目前已經(jīng)形成一整套擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的M2M解決方案。通過定義M2M通信語言WMMP（Wireless Machine to Machine Protocol），使得信息的交互更加容易理解，也為產(chǎn)業(yè)鏈中的各方提供了統(tǒng)一的可遵循的標(biāo)準(zhǔn)；通過M2M模組的自主研發(fā)，初步解決了終端標(biāo)準(zhǔn)化的問題，為大規(guī)模定制M2M終端掃清了障礙，尤其是基于TD的M2M模組開發(fā)，更為M2M應(yīng)用享受3G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬提供強有力的支持。目前中國移動與中科院、北郵、工信部電信研究院緊密合作，主持“新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)”國家科技重大專項中“傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動通信網(wǎng)的結(jié)合技術(shù)及其M2M業(yè)務(wù)應(yīng)用研究與示范驗證”課題的研究。

    （四）物聯(lián)網(wǎng)與TD的結(jié)合

    物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展是確保TD成功的重大契機。TD-SCDMA是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代移動通信系統(tǒng)，是寬帶無線通信網(wǎng)絡(luò)，TD的發(fā)展需要數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的拉動，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是需求最迫切的增強型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠充分發(fā)揮TD網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，有助于促進TD產(chǎn)業(yè)鏈的成熟。

    完善現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮TD優(yōu)勢，積極推動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與TD網(wǎng)絡(luò)融合，構(gòu)建適于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的GPRS/TD/WSN（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）融合網(wǎng)絡(luò)，大力發(fā)展適于TD網(wǎng)絡(luò)承載的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，提升TD的核心競爭力，給物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以強有力的支撐，是中國移動的發(fā)展思路。

    三、物聯(lián)網(wǎng)成長之路

    根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平、用戶需求和系統(tǒng)成熟度等方面的特點，我們認(rèn)為我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進路線可分為信息匯聚、協(xié)同感知和泛在聚合三個階段。三個階段將會漸進式的發(fā)展，通過技術(shù)的發(fā)展來滿足不同層次的應(yīng)用需求。

    （一）信息匯集階段

    信息匯聚階段的主要特征是：將分布于多區(qū)域的、利用多種感知技術(shù)手段所采集的信息進行匯聚，通過移動通信網(wǎng)絡(luò)將感知信息匯聚到業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，集中進行信息的處理與共享，并提供信息應(yīng)用服務(wù)。
    有待突破的關(guān)鍵技術(shù)包括：傳感器設(shè)計與實現(xiàn)、短距離無線傳輸技術(shù)、低功耗技術(shù)、電磁兼容技術(shù)等，以實現(xiàn)相關(guān)信息采集、匯聚設(shè)備的小型化、低功耗、低成本、國產(chǎn)化和綠色環(huán)保。

    （二）協(xié)同感知階段

    協(xié)同感知階段的主要特征是：以事件、任務(wù)和目標(biāo)為驅(qū)動進行感知、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用各個層面的協(xié)同工作，系統(tǒng)具備分布式、跨層次、自學(xué)習(xí)的協(xié)同處理能力，提供智能、精確的多元化信息服務(wù)。

    有待突破的關(guān)鍵技術(shù)包括：任務(wù)驅(qū)動的大規(guī)模自治組網(wǎng)技術(shù)、上下文感知技術(shù)、移動通信網(wǎng)絡(luò)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無縫融合技術(shù)、海量信息處理技術(shù)等。

    （三）泛在聚合階段

    泛在聚合階段的主要特征是：泛在的感知服務(wù)將海量信息進行聚合，產(chǎn)生出新的有應(yīng)用價值的信息，即物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，實現(xiàn)任何人、任何物體、任何時間、任何地點的互聯(lián)互通，引發(fā)新的應(yīng)用和服務(wù)模式。

    有待突破的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)包括：信息聚合理論、模糊控制技術(shù)、泛在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、仿生學(xué)傳感器、納米材料、生物芯片等。

    當(dāng)前我國甚至全球都處于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的初級階段，中國即將啟動官、產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化進程，發(fā)展以TD-SCDMA與傳感器網(wǎng)絡(luò)融合的自主知識產(chǎn)權(quán)的物聯(lián)網(wǎng)，讓我國在未來信息化產(chǎn)業(yè)第三次浪潮中取得世界主導(dǎo)地位成為可能。