1.3 物联网应用框架模型

1.3.1 物联网应用特点

目前，虽然对物联网还没有一个统一的标准定义，但从物联网本质上看，物联网是互联网技术和应用发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，是将各种信息感知技术、下一代信息网络技术、人工智能与自动化技术的聚合与集成应用，可使人与物、物与物之间通过互联网建立智能化的联系和对话，创造一个智慧的网络空间，并作用于行为控制与管理决策。物联网在技术与应用层面具有以下特点。

1.经济发展跨越化

物联网可助推经济发展方式的转变。经历了2008年全球金融危机的冲击，越来越多的人认识到了转变发展方式、调整经济结构的重要性。国民经济必须从劳动密集型向知识密集型转变，从资源浪费型向环境友好型转变。新技术产业革命是解决经济危机的最佳手段。例如，以物联网为代表的信息技术革命，曾让美国经济走出衰退，进入了新的历史阶段。目前，人们都看好以物联网为代表的新兴产业，相信它会成为新的经济增长点。在这样的背景条件下，物联网技术有望成为引领经济跨越化发展的重要动力。

2.感知识别普适化

作为物联网的末梢，自动识别和传感网技术近年来飞速发展，应用广泛。仔细观察就不难发现，人们的衣食住行都折射出感知识别技术的发展，无所不在的感知与识别技术已将物理世界信息化，使传统意义上分离的物理世界和信息世界实现了高度融合。

3.异构设备互联化

尽管软件平台和硬件平台千差万别，各种异构设备，即不同型号和类别的RFID标签、传感器、手机和笔记本电脑等，利用卫星通信模块和标准通信协议，构建成自组织网络；但在此基础上，运行不同协议的异构网络之间却通过“网关”互联互通，实现了网络之间信息的共享和融合。

4.联网终端规模化

物联网时代的一个重要特征是“物品触网”，即每一件物品均具有通信功能，成为网络终端。据预测，未来5～10年内，联网终端的规模有望突破百亿件大关。

5.管理调控智能化

物联网可将大规模数据高效、可靠地组织起来，为上层行业应用提供智能的支撑平台。数据存储、组织以及检索成为行业应用的重要基础设施。与此同时，各种决策手段（包括运筹学理论、机器学习、数据挖掘、专家系统及优化算法等）广泛应用于各行各业。

6.应用服务链条化

链条化是物联网应用的重要特点。以工业生产为例，物联网技术覆盖从原材料引进、生产调度、节能减排、仓储物流，到产品销售、售后服务等各个环节，成为提高企业整体信息化程度的有效途径。与此同时，物联网技术在一个行业的应用也将带动与该行业相关的上下游产业，最终服务于整个产业链。

1.3.2 物联网应用模式

目前的物联网项目规模一般都还比较小，也没有完全实现信息的开放和共享。在市场方面，物联网的应用项目还都是局部的，商业化、产业化的物联网应用需要市场的推动。物联网应用的四大关键领域是：① RFID领域，② 传感网领域，③ m2M领域，④ 两化融合领域（工业化与信息化），如图1.6所示。目前，物联网应用主要分为基于RFID、基于WSN以及基于M2M的三类模式。

1.基于RFID的物联网应用模式

电子标签可能是三类技术体系中，能够把“物”改变成为智能物件的最灵活的一种技术体系。它的主要应用是把移动的和非移动的资产贴上标签，以便实现各种跟踪和管理。按瑞士ETH Fleisch教授的划分，RFID是穿孔卡、键盘和条码等应用技术的延伸。虽然它比条码等技术的自动化程度高，但它们都属于提高“输入”效率的技术，也都应该属于物联网应用技术的范畴。Auto-ID中心的EPC Global体系针对的是所有可电子化的编码方式，而不只是针对RFID。RFID只是编码的一种载体，EPC Global提出了Auto-ID系统的五大技术组成，它们分别是EPC（电子产品码）标签、RFID标签阅读器、ALE中间件（实现信息的过滤和采集）、EPCIS信息服务系统，以及信息发现服务（包括ONS和PML）。

ONS（Object Name Service，对象命名服务）主要处理电子产品码与对应的EPCIS信息服务器地址的查询和映射，类似于互联网中已经很成熟的域名解析服务（DNS）。在设计ONS规范时，EPC Global组织要求必须结合现有的互联网基础设施和相关规范进行，于是ONS基本上是按DNS原理实现的，甚至采用了DNS现有的基础设施。现今全球的ONS服务也是由EPC Global委托世界最大的DNS营运商VeriSign进行营运的。

EPC（产品电子码）识别的只是“标签”，所有关于产品有用的信息都用一种新型的标准的PML语言——实体标识语言（Physical Markup Language）来描述，PML的作用类似于互联网中的基本语言HTM。有了ONS和PML，以RFID为主的EPC系统才真正从Network of Things走向了Internet of Things（物联网）。基于ONS和PML，企业对RFID技术的应用将由企业内部的闭环应用过渡到供应链的开环应用上，实现真正的“物联网”。ONS和PML作为物联网框架下的关键技术，有着广泛的应用前景。

2.基于WSN的物联网应用模式

当人们谈论传感网络时，一般主要是指无线传感网络（Wireless Sensor Networks，WSN），此外还有视觉传感网（Visual Sensor Network，VSN）和人体传感网（Body Sensor Network，BSN）等其他传感网，这里主要讨论WSN。WSN由分布在自由空间里的一组“自治的”无线传感器组成，共同协作完成对特定周边环境状况，包括温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、振动、污染颗粒等的监控。WSN中的一个结点（或叫Mote）一般由1个无线收发器、1个微控制器和1个电源组成，所构成的网络为自治重构（Ad-Hoc或Self-Configuring）网络，包括无线网状网络（Mesh Networks）和移动自重构网络（MANET）等。

目前，WSN是计算机和通信专业学者一个非常活跃的研究领域。十多年前，IBM（苏黎世研究中心）、微软等大企业就开始投入巨资研究传感网，但商业收益甚微，因此大企业已经基本不再对纯WSN研究进行投入，纯WSN的研究主要集中在大学和研究机构。哈佛大学Welsh教授认为，目前企业和研究机构对WSN的关注点完全不一样，企业能赚钱的WSN技术对研究人员来说太简单，算不上成果，而研究机构做的东西离实用差距又太远。波士顿市的基于哈佛WSN先进技术的CitySense计划（“感知波士顿”）是一个失败的例子，而美国Oklahoma市采用的更简单、成熟技术的MicroCAST计划却获得了成功。

目前，关于WSN的研究大多还只专注于网络底层（包括非IP协议的ZigBee、TinyOS和基于IP的6LoWPAN等），以及电源的持久性等问题。另外，WSN的研究者们太热衷于无线技术，忽略了感知层用有线现场总线和传输层用长距离无线通信的组合。从实用和商业推广的角度看，这一组合早已达到了稳定和大规模应用的水平。到目前为止，WSN研究最成功的成果，可能要数加州大学伯克利分校Culler教授研究小组提出的Mote概念和他们研制成功的Mote结点产品。该研究小组的相关成员2003年在硅谷成立了一个名为MoteIV的公司，销售Mote产品和推广WSN应用，后来因经营状况不好而改名为Sentilla，也不再以WSN业务为主。按照目前的发展，本书认为WSN离真正的“物联网”还有一定距离，对类似EPC Global中的ONS和PML等物联网层面的问题研究还远远不够。

3.基于M2M的物联网应用模式

M2M理念及其技术架构覆盖的范围应该是最为广泛的，其中不仅包含了EPC Global和WSN的部分内容，也覆盖了有线和无线两种通信方式。同时，M2M还覆盖和拓展了工业信息化（两化融合）中传统的SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统。SCADA系统在工业、建筑、能源和设施管理等领域和现在的M2M系统一样，行使设备数据收集和远程监控监测的工作。所以，从表面上看，M2M和SCADA似乎是一样的。然而由于M2M是一种基于互联网等的新技术，以很多标准化的东西（如XML，Web Services/SOA等）作为基础，所以它和传统的SCADA是有区别的，许多SCADA系统基本上还是基于陈旧的C/S架构。

M2M有两种业务模式：MVNO（移动虚拟网络运营商）业务模式和MVNE（移动虚拟网络提供商）业务模式。MVNO业务模式在中国还未形成（或政策不允许），但在美国却早已存在。例如，JasperWireless、Aeris等公司一直在做基于SaaS营运的M2M业务MVNO，也就是MMO（M2M Mobile Operator）。M2M/智慧地球最近的发展催生了许多新的机遇，以前不直接做M2M业务的美国各大营运商，如Verizon、AT&T等，最近纷纷成立了M2M业务部门，直接开展M2M业务。例如，AT&T和Amazon合作，直接支撑其Kindle电子阅读器的无线接入服务。结果迫使一些原来的MVNO成了MVNE，JasperWireless就是其中的一个例子，AT&T采用的就是JasperWireless平台。在我国，三大电信营运商从一开始就直接做M2M业务，因此没有MVNO生存的机会。同方软件专业做M2M软件已有多年，凭借多年在M2M业务中积累的优势成为中国移动通信公司M2M营运平台的MVNE。