導言
物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的,但他發(fā)展迅速,已經(jīng)成為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。世界各國的未來信息化發(fā)展戰(zhàn)略,均從不同概念向物聯(lián)網(wǎng)演進。在中國,物聯(lián)網(wǎng)技術已從實驗室階段走向實際應用,國家電網(wǎng)、機場安保、物流等領域已出現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)身影。專家預計,物聯(lián)網(wǎng)技術將用三至五年普及,將會發(fā)展為上萬億規(guī)模的高科技市場。而我國目前在傳感網(wǎng)領域走在世界前列,中國與德國、美國、英國等一起成為國際物聯(lián)網(wǎng)標準制定的主導國。物聯(lián)網(wǎng)是由傳感設備、終端、信息處理中心和用戶組成網(wǎng)絡,本文將簡述物聯(lián)網(wǎng)終端技術及應用。
一、什么是物聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)終端
物聯(lián)網(wǎng)
目前業(yè)界對物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個完全統(tǒng)一的概念,但普遍認可的概念是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)(GPS)、激光掃描器、環(huán)境傳感器、圖像感知器等信息傳感設備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進行信息交換和通訊,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。筆者根據(jù)上述定義,按照網(wǎng)絡內數(shù)據(jù)的流向及處理方式將物聯(lián)網(wǎng)分為三個層次:一是傳感網(wǎng)絡層,即以二維碼、RFID、傳感器為主,實現(xiàn)對“物”或環(huán)境狀態(tài)的識別;二是傳輸網(wǎng)絡層,即通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、通信網(wǎng)或者下一代互聯(lián)網(wǎng)(IPv6),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和計算;三是應用網(wǎng)絡層,即輸入輸出控制終端,包括電腦、手機等終端。
物聯(lián)網(wǎng)終端
物聯(lián)網(wǎng)終端是物聯(lián)網(wǎng)中連接傳感網(wǎng)絡層和傳輸網(wǎng)絡層,實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)及向網(wǎng)絡層發(fā)送數(shù)據(jù)的設備。它擔負著數(shù)據(jù)采集、初步處理、加密、傳輸?shù)榷喾N功能。
二、物聯(lián)網(wǎng)終端的基本原理及作用
原理:
物聯(lián)網(wǎng)終端基本由外圍感知(傳感)接口,中央處理模塊和外部通訊接口三個部分組成,通過外圍感知接口與傳感設備連接,如RFID讀卡器,紅外感應器,環(huán)境傳感器等,將這些傳感設備的數(shù)據(jù)進行讀取并通過中央處理模塊處理后,按照網(wǎng)絡協(xié)議,通過外部通訊接口,如:GPRS模塊、以太網(wǎng)接口、WIFI等方式發(fā)送到以太網(wǎng)的指定中心處理平臺。
作用:
物聯(lián)網(wǎng)終端屬于傳感網(wǎng)絡層和傳輸網(wǎng)絡層的中間設備,也是物聯(lián)網(wǎng)的關鍵設備,通過他的轉換和采集,才能將各種外部感知數(shù)據(jù)匯集和處理,并將數(shù)據(jù)通過各種網(wǎng)絡接口方式傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)中。如果沒有他的存在,傳感數(shù)據(jù)將無法送到指定位置,“物”的聯(lián)網(wǎng)將不復存在。
三、物聯(lián)網(wǎng)終端的分類
1、從行業(yè)應用分
主要包括工業(yè)設備檢測終端,設施農(nóng)業(yè)檢測終端,物流RFID識別終端,電力系統(tǒng)檢測終端,安防視頻監(jiān)測終端等,下面就幾個常用行業(yè)介紹一下終端的主要特點。
工業(yè)設備檢測終端:
該類終端主要安裝在工廠的大型設備上或工礦企業(yè)的大型運動機械上,用來采集位移傳感器、位置傳感器(GPS)、震動傳感器、液位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等數(shù)據(jù),通過終端的有線網(wǎng)絡或無線網(wǎng)絡接口發(fā)送到中心處理平臺進行數(shù)據(jù)的匯總和處理,實現(xiàn)對工廠設備運行狀態(tài)的及時跟蹤和大型機械的狀態(tài)確認,達到安全生產(chǎn)的目的??闺姶鸥蓴_和防暴性是此類終端考慮的重點。
設施農(nóng)業(yè)檢測終端:
該終端一般被安放在設施農(nóng)業(yè)的溫室/大棚中,主要采集空氣溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤水分傳感器、光照傳感器、氣體含量傳感器的數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)打包、壓縮、加密后通過終端的有線網(wǎng)絡或無線網(wǎng)絡接口發(fā)送到中心處理平臺進行數(shù)據(jù)的匯總和處理。這種系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不利于農(nóng)作物生長的環(huán)境因素并在第一時間內通知使用者糾正這些因素,提高作物產(chǎn)量,減少病蟲害發(fā)生的概率。終端的防腐、防潮設計將是此類終端的重點。
物流RFID識別終端:
該類設備分固定式、車載式和手持式,固定式一般安裝在倉庫門口或其他貨物通道,車載式安裝在物流運輸車中,手持式則由使用者手持使用。固定式一般只有識別功能,用于跟蹤貨物的入庫和出庫,車載式和手持式中一般具有GPS定位功能和基本的RFID標簽掃描功能,用來識別貨物的狀態(tài)、位置、性能等參數(shù),通過有線或無線網(wǎng)絡將位置信息和貨物基本信息傳送到中心處理平臺。通過該終端的貨物狀態(tài)識別,將物流管理變得非常順暢和便捷,大大提高了物流的效率。
2、從使用場合分
主要包括以下三種:固定終端,移動終端和手持終端。
固定終端
應用在固定場合,常年固定不動,具有可靠的外部供電和可靠的有線數(shù)據(jù)鏈路,檢測各種固定設備、儀器或環(huán)境的信息,如前面說的設施農(nóng)業(yè)、工業(yè)設備用的終端均屬于此類。
移動終端
應用在終端與被檢測設備一同移動的場合,該類終端因經(jīng)常會發(fā)生運動,所以沒有太可靠的外部電源,需要通過無線數(shù)據(jù)鏈路進行數(shù)據(jù)的傳輸,主要檢測如圖象、位置、運動設備的某些物理狀態(tài)等。該類終端一般要具備良好的抗震、抗電磁干擾能力,此外對供電電源的處理能力也較強,有的具備后備電源。一些車載儀器、車載視頻監(jiān)控、貨車/客車GPS定位等均使用此類終端。
手持終端
該類終端是在移動終端基礎上,進行了改造和升級,他一般小巧、輕便,使用者可以隨身攜帶,有后備電池,一般可以斷電連續(xù)使用8小時以上。有可以連接外部傳感設備的接口,采集的數(shù)據(jù)一般可以通過無線進行及時傳輸,或在積累一定程度后連接有線傳輸。該類終端大部分應用在物流RFID識別、工廠參數(shù)表巡檢、農(nóng)作物病蟲害普查等領域。
3、從傳輸方式分
主要包括以太網(wǎng)終端、WIFI終端、2G終端、3G終端等,有些智能終端具有上述兩種或兩種以上的接口。
以太網(wǎng)終端
該類終端一般應用在數(shù)據(jù)量傳輸較大、以太網(wǎng)條件較好的場合,現(xiàn)場很容易布線并具有連接互聯(lián)網(wǎng)的條件。一般應用在工廠的固定設備檢測、智能樓宇、智能家居等環(huán)境中。
WIFI終端
該類終端一般應用在數(shù)據(jù)量傳輸較大、以太網(wǎng)條件較好,但終端部分布線不容易或不能布線的場合,在終端周圍架設WIFI路由或WIFI網(wǎng)關等設備實現(xiàn)。一般應用在無線城市、智能交通等需要大數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)膱龊匣蚱渌麘弥薪K端周圍不適合布線但需要高數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膱龊稀?br />
2G終端
該類終端應用在小數(shù)據(jù)量移動傳輸?shù)膱龊匣蛐?shù)據(jù)量傳輸?shù)囊巴夤ぷ鲌龊希畿囕dGPS定位、物流RFID手持終端、水庫水質監(jiān)測等。該類終端因具有移動中或野外條件下的聯(lián)網(wǎng)功能,所以為物聯(lián)網(wǎng)的深層次應用提供了更加廣闊的市場。
3G終端
該類終端是在上面終端基礎上的升級,增加了上下行的通訊速度,以滿足移動圖像監(jiān)控,下發(fā)視頻等應用場合,如:警車巡警圖像的回傳、動態(tài)實時交通信息的監(jiān)控等,在一些大數(shù)據(jù)量的傳感應用,如震動量的采集或電力信號實施監(jiān)測中也可以用到該類終端。
4、從使用擴展性分
主要包括單一功能終端和通用智能終端兩種。
單一功能終端
該類終端一般外部接口較少,設計簡單,僅滿足單一應用或單一應用的部分擴展,除了這種應用外,在不經(jīng)過硬件修改的情況下無法應用在其他場合中。目前市場上此類終端較多,如汽車監(jiān)控用的圖像傳輸服務終端、電力監(jiān)測用的終端、物流用的RFID終端,這些終端的功能單一,僅適用在特定場合,不能隨應用變化進行功能改造和擴充等。因功能單一,所以該類終端的成本較低,也比較好標準化。
通用智能終端
該類終端因考慮到行業(yè)應用的通用性,所以外部接口較多,設計復雜,能滿足兩種或更多場合的應用。它可以通過內部軟件的設置、修改應用參數(shù),或通過硬件模塊的拆卸來滿足不同的應用需求。該類模塊一般涵蓋了大部分應用對接口的需求,并具有網(wǎng)絡連接的有線、無線多種接口方式,還擴展了如藍牙、WIFI、Zigbee等接口,甚至預留一定的輸出接口用于物聯(lián)網(wǎng)應用中對“物”的控制等。該類終端開發(fā)難度大,成本高,未標準化,目前市面很少。
5、從傳輸通路分
主要包括數(shù)據(jù)透傳終端和非數(shù)據(jù)透傳終端。
數(shù)據(jù)透傳終端
該類終端將輸入口與應用軟件之間建立起數(shù)據(jù)傳輸通路,使數(shù)據(jù)可以通過模塊的輸入口輸入,通過軟件原封不動的輸出,表現(xiàn)給外界的方式相當于一個透明的通道,因此叫數(shù)據(jù)透傳終端。目前,該類終端在物聯(lián)網(wǎng)集成項目中得到大量采用。優(yōu)點是很容易構建出符合應用的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),缺點是功能單一。在一些多路數(shù)據(jù)或多類型數(shù)據(jù)傳輸時,需要使用多個采集模塊進行數(shù)據(jù)的合并處理后,才可通過該終端傳輸。否則,每一路數(shù)據(jù)都需要一個數(shù)據(jù)透傳終端,這樣會加大使用成本和系統(tǒng)的復雜程度。目前市面上的大部分通用終端都是數(shù)據(jù)透傳終端。
非數(shù)據(jù)透傳終端
該類終端一般將外部多接口的采集數(shù)據(jù)通過終端內的處理器合并后傳輸,因此具有多路同時傳輸優(yōu)點,同時減少了終端數(shù)量。缺點是只能根據(jù)終端的外圍接口選擇應用,如果滿足所有應用,該終端的外圍接口種類就需要很多,在不太復雜的應用中會造成很多接口資源的浪費,因此接口的可插拔設計是此類終端的共同特點,前文提到的通用智能終端就屬于此類終端。數(shù)據(jù)傳輸應用協(xié)議在終端內已集成,作為多功能應用,通常需要提供二次開發(fā)接口。目前市面上該類終端較少。
除上面所述,還有很多種終端分類方法,在此就不一一贅述。
四、物聯(lián)網(wǎng)終端的推廣及效益分析
1、終端推廣的最大障礙——終端的標準化:
目前物聯(lián)網(wǎng)技術在中國的蓬勃發(fā)展,使我們看到了未來廣闊的市場,據(jù)專家估計,未來3~5年內隨著我國物聯(lián)網(wǎng)技術的推廣和普及,終將形成一個萬億級規(guī)模的大市場?,F(xiàn)今,制約物聯(lián)網(wǎng)技術大規(guī)模推廣的主要原因則是終端的不兼容問題,不同廠商的設備和軟件無法在同一個平臺上使用,設備間的協(xié)議沒有統(tǒng)一的標準。因此,在物聯(lián)網(wǎng)的普及和終端的大規(guī)模推廣前必須解決標準化問題,具體表現(xiàn)為以下幾個方面:
硬件接口標準化:
物聯(lián)網(wǎng)的傳感設備由不同廠商提供,如果每家的接口規(guī)則或通訊規(guī)則都不同,便會導致終端接口設計的不同,而終端不可能為每個廠商都預留接口,所以需要傳感設備廠商和終端廠商一同制定標準的物聯(lián)網(wǎng)傳感器與終端間的接口規(guī)范和通訊規(guī)范,以滿足不同廠商設備間的硬件互通、互連需求。
數(shù)據(jù)協(xié)議標準化:
數(shù)據(jù)協(xié)議指終端與平臺層的數(shù)據(jù)流交互協(xié)議,該數(shù)據(jù)流可以分為業(yè)務數(shù)據(jù)流和管理數(shù)據(jù)流。中國移動與愛立信合作制定的WMMP協(xié)議就是一個很好的管理協(xié)議,它的推廣和普及必將帶動數(shù)據(jù)協(xié)議的標準化進程,方便新研發(fā)終端的網(wǎng)絡接入及管理。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要國家相關部門主導,相關行業(yè)聯(lián)合制定出類似WMMP更完善的通用協(xié)議,以滿足各種應用和不同廠家終端的互聯(lián)問題,擴大未來物聯(lián)網(wǎng)的推廣。
2、終端的推廣參考及效益分析
目前,物聯(lián)網(wǎng)終端的規(guī)模推廣主要局限在國家重點工程的安保、物流領域,“感知中國”中心和一些示范區(qū)工程上,沒有在其它領域大規(guī)模使用的主要原因:其一是物聯(lián)網(wǎng)的概念及其帶來的效益還不完全為人所知,其二是在一些行業(yè)或企業(yè)應用中,推廣方和使用方還很難找到各自的盈利點和盈利模式,這其中的一個重要原因就是系統(tǒng)的高成本和運行的高費用,而且有些系統(tǒng)實際使用時也并未達到預期的目標,使得使用方失去熱情。因此,深入剖析行業(yè)應用和降低系統(tǒng)成本——尤其是運行成本將是物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模推廣的必由之路。而降低成本的基本條件是:降低終端成本、傳感器成本和部署成本,這些都需要大批量的生產(chǎn)和使用才可以實現(xiàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)各種技術的成熟和終端的標準化,物聯(lián)網(wǎng)中各環(huán)節(jié)的成本會大大降低,同時,隨著行業(yè)應用面的不斷拓展,更深層次需求的不斷發(fā)掘,物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)將很快成為利潤豐厚的“大蛋糕”。
結尾:無論有多大困難,物聯(lián)網(wǎng)仍在悄然滲透到你我之間,物聯(lián)網(wǎng)終端會漸漸的成為我們周圍司空見慣的設備。根據(jù)專家估算,到物聯(lián)網(wǎng)時代,終端聯(lián)網(wǎng)量與個人PC機聯(lián)網(wǎng)量之比會達到或超過30:1,終端的大量使用將帶動電子及相關產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。讓我們共同期待著“物聯(lián)網(wǎng)時代”早些到來!
5、從傳輸通路分
主要包括數(shù)據(jù)透傳終端和非數(shù)據(jù)透傳終端。
數(shù)據(jù)透傳終端
該類終端將輸入口與應用軟件之間建立起數(shù)據(jù)傳輸通路,使數(shù)據(jù)可以通過模塊的輸入口輸入,通過軟件原封不動的輸出,表現(xiàn)給外界的方式相當于一個透明的通道,因此叫數(shù)據(jù)透傳終端。目前,該類終端在物聯(lián)網(wǎng)集成項目中得到大量采用。優(yōu)點是很容易構建出符合應用的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),缺點是功能單一。在一些多路數(shù)據(jù)或多類型數(shù)據(jù)傳輸時,需要使用多個采集模塊進行數(shù)據(jù)的合并處理后,才可通過該終端傳輸。否則,每一路數(shù)據(jù)都需要一個數(shù)據(jù)透傳終端,這樣會加大使用成本和系統(tǒng)的復雜程度。目前市面上的大部分通用終端都是數(shù)據(jù)透傳終端。
非數(shù)據(jù)透傳終端
該類終端一般將外部多接口的采集數(shù)據(jù)通過終端內的處理器合并后傳輸,因此具有多路同時傳輸優(yōu)點,同時減少了終端數(shù)量。缺點是只能根據(jù)終端的外圍接口選擇應用,如果滿足所有應用,該終端的外圍接口種類就需要很多,在不太復雜的應用中會造成很多接口資源的浪費,因此接口的可插拔設計是此類終端的共同特點,前文提到的通用智能終端就屬于此類終端。數(shù)據(jù)傳輸應用協(xié)議在終端內已集成,作為多功能應用,通常需要提供二次開發(fā)接口。目前市面上該類終端較少。
除上面所述,還有很多種終端分類方法,在此就不一一贅述。
五、物聯(lián)網(wǎng)終端的推廣及效益分析
1、終端推廣的最大障礙——終端的標準化:
目前物聯(lián)網(wǎng)技術在中國的蓬勃發(fā)展,使我們看到了未來廣闊的市場,據(jù)專家估計,未來3~5年內隨著我國物聯(lián)網(wǎng)技術的推廣和普及,終將形成一個萬億級規(guī)模的大市場?,F(xiàn)今,制約物聯(lián)網(wǎng)技術大規(guī)模推廣的主要原因則是終端的不兼容問題,不同廠商的設備和軟件無法在同一個平臺上使用,設備間的協(xié)議沒有統(tǒng)一的標準。因此,在物聯(lián)網(wǎng)的普及和終端的大規(guī)模推廣前必須解決標準化問題,具體表現(xiàn)為以下幾個方面:
硬件接口標準化:
物聯(lián)網(wǎng)的傳感設備由不同廠商提供,如果每家的接口規(guī)則或通訊規(guī)則都不同,便會導致終端接口設計的不同,而終端不可能為每個廠商都預留接口,所以需要傳感設備廠商和終端廠商一同制定標準的物聯(lián)網(wǎng)傳感器與終端間的接口規(guī)范和通訊規(guī)范,以滿足不同廠商設備間的硬件互通、互連需求。
數(shù)據(jù)協(xié)議標準化:
數(shù)據(jù)協(xié)議指終端與平臺層的數(shù)據(jù)流交互協(xié)議,該數(shù)據(jù)流可以分為業(yè)務數(shù)據(jù)流和管理數(shù)據(jù)流。中國移動與愛立信合作制定的WMMP協(xié)議就是一個很好的管理協(xié)議,它的推廣和普及必將帶動數(shù)據(jù)協(xié)議的標準化進程,方便新研發(fā)終端的網(wǎng)絡接入及管理。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要國家相關部門主導,相關行業(yè)聯(lián)合制定出類似WMMP更完善的通用協(xié)議,以滿足各種應用和不同廠家終端的互聯(lián)問題,擴大未來物聯(lián)網(wǎng)的推廣。
2、終端的推廣參考及效益分析
目前,物聯(lián)網(wǎng)終端的規(guī)模推廣主要局限在國家重點工程的安保、物流領域,“感知中國”中心和一些示范區(qū)工程上,沒有在其它領域大規(guī)模使用的主要原因:其一是物聯(lián)網(wǎng)的概念及其帶來的效益還不完全為人所知,其二是在一些行業(yè)或企業(yè)應用中,推廣方和使用方還很難找到各自的盈利點和盈利模式,這其中的一個重要原因就是系統(tǒng)的高成本和運行的高費用,而且有些系統(tǒng)實際使用時也并未達到預期的目標,使得使用方失去熱情。因此,深入剖析行業(yè)應用和降低系統(tǒng)成本——尤其是運行成本將是物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模推廣的必由之路。而降低成本的基本條件是:降低終端成本、傳感器成本和部署成本,這些都需要大批量的生產(chǎn)和使用才可以實現(xiàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)各種技術的成熟和終端的標準化,物聯(lián)網(wǎng)中各環(huán)節(jié)的成本會大大降低,同時,隨著行業(yè)應用面的不斷拓展,更深層次需求的不斷發(fā)掘,物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)將很快成為利潤豐厚的“大蛋糕”。
結尾
無論有多大困難,物聯(lián)網(wǎng)仍在悄然滲透到你我之間,物聯(lián)網(wǎng)終端會漸漸的成為我們周圍司空見慣的設備。根據(jù)專家估算,到物聯(lián)網(wǎng)時代,終端聯(lián)網(wǎng)量與個人PC機聯(lián)網(wǎng)量之比會達到或超過30:1,終端的大量使用將帶動電子及相關產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。讓我們共同期待著“物聯(lián)網(wǎng)時代”早些到來!