单位文秘网 2021-10-24 08:13:37 点击: 次
1 引言
2008年全球金融危机爆发,各国都在寻找新的经济增长点,美国总统奥巴马选定新能源和物联网作为本国经济发展重点,温家宝总理2009年8月在无锡视察时则提出“感知中国”,并将其写入今年政府工作报告。现物联网(Internet of Things)已被正式列入国家五大新兴战略性产业,也成为业界和学术界的研究热点。
物联网独有特点决定了现有移动通信网络是其最好的承载网络,如能实现物联网和现有移动通信网络的融合,无疑可以大大降低物联网建设成本,加速其应用进程。本文就物联网和移动通信网络的融合作探讨。
2 方兴未艾的物联网
2.1物联网的基本概念
物联网的概念由MIT Auto-ID中心Ashton教授于1999年在研究RFI D时首先提出,2005年国际电信联盟(ITU)发布的同名报告对其进行了扩充,2008年全球金融危机爆发后,多个国家都提出了自己的物联网发展规划。
业界对物联网尚无统一定义,欧美多称为Inte rnet of Things,日本、韩国称为泛在网,我国称为物联网。从字面简单理解,物联网是指物物相联的互联网,是互联网在现实实物世界的延伸。不妨将物联网定义为:是指采用一定的感知手段对实物世界物品的相关信息进行感知,并利用相应的信息网络传输技术将物品互联成网,实现信息的相互和远距离传输,最终实现实物系统一定程度的自我智能管理、以及人们对物品和过程的智能化感知、定位、监控和管理的一种互联网络。
2.2物联网的基本组成结构
根据上述定义。可以认为物联网的逻辑组成结构如图1。
物联网的组成结构由低到高可分为三个部分:
(1)信息感知和控制
物联网最底层是信息感知和物品控制部分,直接接触各种物品,实际由各种不同的传感器和相应的控制器组成。信息感知部分的功能主要是感知物品的相关信息,并将所感知的信息按照规定格式以有线或无线的形式将信息发送到信息传输网络;控制部分的主要功能是从信息传输网络接受控制信息,以使物品达到人们需要的状态。
(2)信息传输网络
信息传输网络部分处于物联网中间层,其物理组成可以是各种信息传输网络,如局域无线网络,计算机互联网、公用移动通信网络等。信息传输网络部分主要负责将各信息感知和控制节点互联成网,以实现信息的传输管理和信息安全管理,同时为上层信息的应用提供相应的信息资源。
(3)信息应用
该部分处于物联网最高层,由各种应用程序及系统组成,提供对联网物体的定位、监控以及管理功能。由于物联网采集的信息海量,因此必须采用数据挖掘、云计算等技术实现数据信息的管理和应用。信息的应用部分构成了人们和物联网的相互接口,相关人员正是通过该部分查看相关物品信息,对其进行定位或监控。
2.3物联网主要特点
(1)节点数量巨大,地域覆盖广泛
如前述,物联网是将人们需要的物品互联成网,联网目的在于方便对物体的使用和管理,连接对象不仅包括人,也包括物,而现实世界中物品的数量无疑远大于人的数量,分布之广泛也非人所能比。因此,相对于Internet计算机网络,物联网的节点数量巨大、地域覆盖广泛。面对海量的节点数量和分布广泛的地域,采用布设线缆的方式将物联网节点进行互联,无论从成本还是工程量考虑,都是不现实的,因此采用能够近距离或远距离传输信息的无线网络将是物联网的主要联网形式。
(2)对安全性和可靠性要求极高
物联网主要是为了实现对相关物品的远程监控和管理,连接的物品大都具有私有特性,因此相对于计算机互联网的开放性和信息共享,信息专有性和封闭性是其主要特征。专有性必然要求物联网必须具有极高安全性,包括两个方面:一是信息传输安全,即信息在传输过程不会被非法窃取;二是用户接入安全,即只有特定合法用户才能接触到特定物品信息,才能实现对特定物品的控制。否则,必然引起联网物品信息和控制的混乱,进而威胁到联网系统相关的个人、家庭、单位甚至城市、国家的安全。同时,由于物联网连接的大都是行业、城市或者家庭的专有物品网络,用户要求能够及时获取物品的状态信息并能随时实现对物品的控制,这就要求物联网的信息传输必须高度可靠,以保证相关物品系统的安全可靠运行。而只有这一点有保证,物联网业务才能够得到广泛市场应用。
(3)应是可管理、可运营的网络
信息的专有性和极高的安全性、可靠性要求,决定了物联网必须是可以良好管理的网络,以保证信息传输和用户接入的安全可靠。而要实现良好管理,就必须要有专业运营商对物联网进行运营管理,因此,物联网必须是可运营的网络。当然,物联网运营并不意味着要组建全新的运营商,亦可由现有电信运营商负责运营,因为它们对大型公共信息网络已经积累了相对丰富的运营经验。
3 物联网和移动通信网络的融合
3.1物联网和移动通信网络融合的必要性
如前述,由于信息节点数量巨大、地域覆盖广泛,且部分联网的信息节点又具有一定的移动性,无论从建设成本还是从实现技术考虑,无线通信都将是物联网信息传输的主要方式。而物联网的可运营、管理的要求,也需要由专业网络运营商进行运营和管理。
目前,移动通信网络已经覆盖世界大部分国家,网络的数据能力也在不断加强,如现在多数经济发展较快国家已经建成了具有较强数据通信能力的第三代移动通信网络,正在研究并初步试用的第四代移动通信网络将具备更强的数据通信能力,将移动通信网络加以改造后,完全可以作为物联网的承载网络;同时移动通信网络运营商在大规模信息传输网络的方面积累了较为丰富的运营管理经验,非常适合运营物联网。因此,有必要实现物联网和移动通信网络的全面融合,以加快物联网的建设、推动物联网普及应用。
3.2物联网和移动通信网络融合的基本途径
物联网和移动通信网络融合的基本途径是将物联网承载在移动通信网络上,具体是:将物联网的信息感知和控制节点看作移动通信网络的通信终端,将移动通信网络的信息传输网络同时作为物联网的信息传输网络,将物联网的信息应用作为移动通信网络的增值业务,从而将物联网叠加在移动通信网络上,实现物联网和移动通信网络的有机融合。
图2,红色字表示物联网的组成部分,黑色字表示移动通信网络的组成部分。
3.3物联网和移动通信网络融合的具体方式
传统移动通信网络主要是为语音通信设计的,现在的数据通信工程也是在传统的语音通信网络基础上改造而来的,如要实现物联网和移动通信网络的融合,移动通信网络还需要作进一步改造。主要包括:
(1)移动通信终端改造
物联网和移动通信网络融合后,移动通信网络的接入终端应该同时作为物联网的感知和控制节点使用,为此融合后的网络终端必须兼具传统的通信功能和对物品的信息感知和控制功能,这可以通过两种途径实现:一是为传统的通信终端增加信息感知和物品控制能力,使其可以同时作为物联网的信息感知节点使用;二是对传统的传感器和控制器增加移动通信能力,使其可以同时作为移动通信终端功能。
(2)移动通信网络的改造
由于传统的移动通信网络主要是为语音通信设计的,必须增加物联网的信息传输和管理功能,以实现物联网和移动通信网的融合。移动通信网络需要的改造工作包括:由于融合物联网后信息节点数量的急剧增加,必须研究采用新的终端编号识别方式,以增加能够区分管理的终端数量;物联网信息节点和传统的通信终端具有不同的信息发送特点,应研究相应的方法区分物联网信息节点和传统的通信终端,进行分类管理,以提高不同信息传输和管理的效率;应研究采用新的数据传输管理、用户认证管理以及网络安全管理方法,以网络的安全性和可靠性,满足物联网信息传输要求。
(3)面相物联网应用的增值业务开发
物联网中的信息主要是用来实现物品的定位、远程监控和远程控制,这和传统的移动通信网络的信息使用方式有着极大不同。因此,为了实现物联网和移动通信网络的融合,传统的移动通信网络必须能够提供物联网的信息应用能力,这可以通过在移动通信网络中增加相应接口,以将已有的物联网应用纳入到融合后的移动通信网络中;也可利用移动通信网络的增值业务平台开发面向物联网应用的新增值业务,以实现移动通信网络和物联网的融合。
4 结语
各国都在大力推进物联网研究和建设,现代移动通信系统能够实现地域无缝覆盖、接入方便,其数据通信能力更在不断增强。因此,将物联网承载在现代移动通信网络上,实现物联网和移动通信网络的有机融合,可以极大地节省物联网建设成本,促进应用快速实现。
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