内容提要
互联网是20世纪的重大科技发明,其发展和普及引发了前所未有的信息革命和产业革命,已经成为经济发展的重要引擎、社会运行的重要基础设施和国际竞争的重要领域,深刻影响着世界政治、经济、文化的发展。近十年来,在技术创新和应用需求的双重驱动下,无线移动技术迅速发展,成为众多行业的支撑,并成为新的经济增长点。网络呈现高速化、宽带化、异构化、泛在化趋势,无所不在的网络通信和技术革新促成新一代互联网——物联网的形成与发展。
继计算机、互联网和移动通信之后,业界普遍认为物联网将引领信息产业革命的又一次新浪潮,成为未来社会经济发展和进步、科技创新的新动力,也关系到未来国家基础设施的安全利用。物联网融合了半导体、传感器、计算机、通信网络等多种技术,成为电子信息产业发展的新制高点[1][2]。美国权威资讯机构FORRESTER预测[3],到2020年,世界上物物互联的业务跟人与人通信的业务相比,将达到30:1,因此,“物联网”被称为下一个万亿元级的高新技术产业,其市场前景相当广阔。当前,世界不少发达国家加大这方面投入,研究开发新技术,力图占据领先位置。我国也已将这项技术发展列入国家中长期科技发展规划。
本章介绍物联网的主要关键技术,以及融合物联网的下一代互联网体系结构及存在的主要问题。
9.1 物联网简介
9.1.1 物联网的起源
1998年,美国麻省理工学院(MIT)创造性地提出了“产品电子代码(EPC, Electronic Product Code)”系统[4][5],把所有物品通过射频识别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。1999年,MIT自动识别中心(Auto-ID)[6]提出,要在计算机互联网的基础上,利用射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)、无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)、数据通信等技术,构造一个覆盖世界上万事万物的“物联网”。在这个网络中,物品(商品)能够彼此进行“交流”,而无须人的干预[7]。2005年11月17日,在突尼斯举行的信息社会世界峰会WSIS(World Summit on the Information Society)上,国际电信联盟ITU(International Telecommunications Union)发布了《ITU互联网报告2005:物联网》[8],正式提出了物联网的概念。报告指出,无所不在的“物联网”通信时代即将来临,世界上所有的物体,从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行数据交换。射频识别技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入[9]这四项技术将得到更加广泛的应用。
欧洲智能系统集成技术平台(The European Technology Platform on Smart Systems Integration, EPoSS)在2008年5月27日发布了《Internet of Things in 2020》[10]报告,该报告分析预测了未来物联网的发展,认为RFID和相关的识别技术是未来物联网的基石,建议更加重视RFID的应用及物体的智能化。
欧盟物联网研究项目族(Cluster of European Research Projects on The Internet of Things, CERP-IoT)在2009年9月15日发布的研究报告[11]认为:物联网是未来Internet的一个组成部分,可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性,使用智能接口,实现与信息网络的无缝整合。
9.1.2 射频识别技术
射频识别技术(RFID)是一种无线通信技术,可通过无线电信号识别特定目标并读/写相关数据,而无须识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触,俗称“电子标签”。射频识别技术自20世纪90年代开始兴起,从信息传递的基本原理来说,RFID在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递),在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。1948年Harry Stockman发表的“利用反射功率的通信(Communication by Means ofReflected Power)”[12]奠定了射频识别技术的理论基础。
RFID技术的基本工作原理并不复杂:标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签);解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。
是一套完整的RFID系统,由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三部分组成,其工作原理是阅读器发射特定频率的无线电波能量给应答器,用以驱动应答器电路将内部的数据送出,此时阅读器便依序接收解读数据,送给应用程序做相应的处理。
根据RFID卡片阅读器及电子标签之间的通信及能量感应方式的不同,可以分成感应耦合(Inductive Coupling)及后向散射耦合(Backscatter Coupling)两种,一般低频RFID大都采用第一种方式,而较高频的RFID大多采用第二种方式。
根据使用的结构和技术不同,阅读器可以是读或读/写装置,是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换,同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中,可进一步通过以太网或无线局域网等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体,目前应答器大多由耦合元件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。
RFID标签依据是否内置电源,可以分为被动式标签、半被动式(也称为半主动式)标签、主动式标签三种类型。
1.被动式标签
被动式标签没有内部供电电源。其内部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动,这些电磁波是由RFID阅读器发出的。当标签接收到足够强度的信号时,可以向阅读器发出数据。这些数据不仅包括ID号(全球唯一标识ID),还可以包括预先存在于标签内EEPROM中的数据。
由于被动式标签具有价格低、体积小、无需电源的优点。目前市场上的RFID标签主要是被动式的。
2.半被动式标签
一般而言,被动式标签的天线有两个任务:①接收阅读器所发出的电磁波,藉以驱动标签IC;②标签回传信号时,需要靠天线的阻抗作切换,才能产生0与1的变化。问题是,若要有最好的回传效率,天线阻抗必须设计在“开路与短路”,这样又会使信号完全反射,无法被标签IC接收,半主被式标签就是为了解决这样的问题而提出的。半被动式类似于被动式,不过它多了一个小型电池,电力恰好可以驱动标签IC,使得IC处于工作状态。这样做的好处在于,天线可以不用负责接收电磁波的任务,充分作为回传信号之用。比起被动式,半主动式有更快的反应速度、更好的效率。
3.主动式标签
与被动式和半被动式标签不同的是,主动式标签本身具有内部电源供应器,用以供应内部IC所需电源以产生对外的信号。一般来说,主动式标签拥有较长的读取距离和较大的记忆体容量,可以用来储存阅读器所传送来的一些附加信息。
RFID标签的广泛应用引起了人们对物联网研究的热潮[13]。虽然由于标准、成本、相关法规、技术成熟度等诸多因素的阻碍,仅基于RFID技术实现理想中的物联网还远远不够,但RFID技术在物流、仓库管理、物品防伪、快速出入、动植物管理等诸多领域的应用已经如火如荼,展现出“革命性”技术的实力和魅力[14]。因此,随着数字信息技术在各行业的广泛深入,RFID将逐步在零售、医疗等行业及政府部门拓展开来,各厂商的标准化问题也会得到相应解决,其潜在的商用价值也将逐渐发挥出来。
9.1.3 智慧地球
“智慧地球”的概念是美国IBM公司在2008年提出的。2008年11月初,IBM董事长兼CEO彭明盛发表了《智慧的地球:下一代领导人议程》(A Smarter Planet:The Next Leadership Agenda)[15]。奥巴马就任美国总统后,2009年1月28日与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”,会议上,彭明盛再次提出“智慧的地球”这一概念,建议新政府在未来几年内,每年在宽带网络、智慧医疗和智慧电网等新一代的智慧型基础设施方面投入300亿美元,这样每年可以产生100万个就业岗位,同时还将帮助美国建立21世纪的长期竞争优势,并阐明其短期和长期效益。物联网就是这些所谓智慧型基础设施中的一个概念。奥巴马对此给予了积极的回应:“经济刺激资金将会投入到宽带网络等新兴技术中去,毫无疑问,这就是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式。”
IBM提出“构建一个更有智慧的地球”,是因为IBM认识到互联互通的科技将改变世界的运行方式。这一系统和流程将能够实现:实体商品的开发、制造、运输和销售;服务的交付;从人、金钱到石油、水和电子等万事万物的运动;数十亿人的工作、自我管理和生活。
IBM认为建设智慧的地球需要三个步骤:①各种创新的感应科技开始被嵌入各种物体和设施中,从而使得物质世界极大程度地实现数据化;②随着网络的高度发达,人、数据和各种事物都将以不同的方式连入网络;③先进的技术和超级计算机可以对这些堆积如山的数据进行整理、加工和分析,将生硬的数据转化成实实在在的洞察,并帮助人们做出正确的行动决策。同时,IBM提出将在六大领域建立智慧行动方案,分别是:智慧的电力、智慧的医疗、智慧的城市、智慧的交通、智慧的供应链和智慧的银行。
作为新一轮IT技术革命,智慧的地球对于人类文明的影响之深远,可能将远远超过互联网。预期其中投资于新一代智慧型基础设施的建设项目,能够有力地刺激经济复苏,而且能为美国奠定长期繁荣的基础。这一前景,毫无疑问引起了奥巴马团队的兴趣。尤其是美国正遭受着金融危机,美国公民正在期望改变,奥巴马更加希望利用“智慧的地球”让美国迅速走出金融危机阴影,重现经济的繁荣和发展。“智慧的地球”已经上升为美国的国家战略。
IBM的“智慧的地球”,实际上就是要将新一代的IT技术充分运用到各行各业之中,把感应器嵌入和装备到全球各个角落的电网、铁路、桥梁、隧道、公路等各种物体中,并且将它们普遍连接,形成“物联网”。再通过以“互联网”为核心的架构将“物联网”整合起来,从而使人类能以更加精细和动态的方式管理生产和生活,实现全球“智慧”状态,形成“互联网+物联网=智慧的地球”。
9.1.4 感知中国
2009年8月7日,温家宝总理考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时,提出“感知中国”的战略构想,表示中国要抓住机遇,加快推进物联网技术。2009年11月3日,温总理发表了题为《让科技引领中国可持续发展》[16]的重要讲话,在这次讲话中,物联网被列入国家五大新兴战略性产业(新能源、新材料、生物科学、信息网络和空间海洋开发)之一。要求“着力突破传感网、物联网关键技术,早部署后IP时代相关技术研发,使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机。”2009年11月13日,国务院正式批准同意支持无锡建设国家传感网创新示范区(国家传感信息中心)。
自温总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一,写入“政府工作报告”,物联网在中国受到了全社会极大的关注,其受关注程度是在美国、欧盟及其他各国不可比拟的。
2011年11月28日,由工业和信息化部发布的《物联网“十二五”发展规划》[17]明确指出:物联网是战略性新兴产业的重要组成部分,对加快转变经济发展方式具有重要推动作用。并就物联网的发展现状和面临形势、指导思想及发展原则和目标、主要任务、重点工程、保障措施五个方面进行了详尽的阐述,指明了物联网发展的路线方针。
由中国电子学会主办、中国电子学会物联网专家委员会承办的2012(第三届)中国物联网大会于2012年4月25日在北京召开[18]。中国物联网大会作为一年一次的行业盛典,承载和发挥了政、产、学、研、用多方互动交流平台的作用。大会7大分论坛分别以物联网国际交流合作、全国高等院校物联网专业建设研讨会、智慧城市高峰论坛、物联网技术与产业发展高峰论坛、中国物联网产业投融资对接与项目落地座谈会、安全生产物联网工作组成立仪式暨安全生产物联网技术发展及应用论坛与物联网信息安全专题论坛为主题,涵盖了物联网人才培养、技术与标准、商业模式、融资对接等热门话题。
2012年5月31日,“宽带通信及物联网高层论坛”在北京国家会议中心举行[19]。会议主要围绕宽带通信、物联网、云计算等产业链应用,以融合创新发展的角度展开了深入探讨。通过此次论坛的研讨,使大家意识到我国处于重要的战略机遇期,以构建下一代信息网络为契机,带动物联网、云计算等新兴科技和产业革命,抢占新时期的经济、科技制高点,推动下一代信息网络产业化的发展进程。
9.2 下一代互联网与物联网的关系
物联网的英文名称为“The Internet of Things”,由该名称可见,物联网就是“物物相连的互联网”[7]。其内涵包括:①物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础之上延伸和扩展的一种网络;②其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。物联网的核心基础还是互联网,物联网通过对具体事物进行标识、感知、信息传递和智能处理,实现物物相连。它主要由数据采集、传输网络和海量信息处理中心组成,引领和改变着未来的生活方式。
2010年3月5日,温总理在十一届人大三次会议上所作的政府工作报告中给出了物联网的定义:物联网是指通过信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络[20]。物联网概念。业内人士表示,这是“物联网”首次被写进政府工作报告,这也意味着物联网的发展进入了国家层面的视野,已经被提升到国家战略。人们通常将2010年定位为我国物联网元年。
9.2.1 IPv6——IoT与NGN的核心
全球范围内的世界互联网协议版本6(IPv6)于6月6日正式启动。在非营利组织国际互联网协会(Internet Society, ISOC)发起下,包括互联网服务供应商(如AT&T、康卡斯特、时代华纳有线)、网络设备制造商(如思科、D-Link)、Web服务提供商(如Facebook、谷歌、微软和雅虎等)等世界上诸多公司,都将开启对IPv6的永久支持。
同一天,由CNGI专家委员会主办的“下一代互联网发展建设峰会”在京召开。这一举措进一步宣传了国务院常务会议精神和《关于下一代互联网“十二五”发展建设的意见》提出的规划措施,号召我国互联网产业界各方积极行动起来,加快推动下一代互联网的规模化商用。
CNGI专家委主任、中国工程院院士邬贺铨在会上作了题为“CNGI与宽带中国”的演讲,他介绍了当前宽带互联网的发展和机遇,指出:“互联网已经发展到以宽带化、移动化、泛在化为表征的下一代互联网时代,引发互联网的新一轮变革,能顺应互联网发展和转型的企业成功地占有市场的主导权,反应迟钝的企业将失去竞争力。互联网技术处在泛在的前夕,技术走向尚未明晰,以IPv6起步已成事实,云计算、两化融合、三网融合、宽带中国战略、移动互联网、智慧城市、物联网,为我国互联网技术的发展提供了新的机遇,当前应抓住宽带中国的战略实施、移动互联网的发展,特别是移动终端和IPv6的普及,推动向IPv6的过渡。”
邬院士强调:“今天是IPv6日,去年的IPv6日,许多公司在测试24小时后撤出,IPv6在全球仅有一天的表演;今年,包括谷歌、Facebook、Bing及一些设备和内容的提供商,将不纯粹提供大众对IPv6的感知,而是永久性的使用。”他说:“这次IPv6决不退回。CNGI作为中国下一代互联网示范工程,在中国互联网发展过程中应该起到引领的作用。”
同期,以中国互联网络信息中心(CNNIC)为召集单位的中国IP地址分配联盟2012高峰会议在广东珠海成功举办。在此次会议上,由CNNIC发起的IPv6开放交换和应用验证中心正式宣布成立。该中心的成立旨在提供免费的IPv6试验性接入、应用验证环境及IPv6技术咨询与培训服务,以期大力推动中国的下一代互联网演进进程。
根据CNNIC发布的《第29次中国互联网络发展状况统计报告》数据显示,截至2011年12月底,中国网民规模达到5.13亿,全年新增网民5580万,互联网普及率达到38.3%。庞大的网民数量使本来就捉襟见肘的IPv4地址资源变得更加紧缺。据统计,现行版本的IPv4协议只能提供约40亿个地址,而这已经无法满足互联网的需求。IPv6互联网协议能够提供近乎无限的地址数:2的128次方个,基本上可以达到为地球表面每平方米分配1000个地址。“给地球上每一粒沙子都分配一个IP地址”,IPv6带来的海量地址将真正把互联网从人人交互、人机交互,推向未来的物物交互阶段,这意味着困扰物联网行业规模发展的地址瓶颈逐渐突破。
随着IPv6的正式启动,下一代互联网向IPv6迁移已势在必行,以IP地址为基础的物联网产业有望率先驶上发展快车道。在我国,下一代互联网发展路线图已上升至国家层面,包括中国移动、中国电信和中国联通三大运营商、设备制造商、互联网公司及行业应用商等在内的产业链各方均加速布局IPv6。
2011年12月,国务院召开常务会议,研究部署加快下一代互联网产业发展。今年3月,发改委、工信部等七大部委联合制定了《关于下一代互联网“十二五”发展建设的意见》,明确提出了基于IPv6的下一代互联网发展路线图和时间表。5月初,国务院常务会议再次研究加快部署下一代互联网,重点工作是研发下一代互联网关键芯片、设备、软件和系统,推动产业化。
9.2.2 未来新型物联网应用离不开IPv6
除了人机互联外,物联网时代最大的特点就是能够实现机器与机器的互联,而互联网协议IP地址是网络设备连入网络的唯一标识。工信部电信研究院报告显示,未来5年我国将需要海量IP地址,其中物联网预计需求量为100亿。与IPv4相比,IPv6具有更大的地址空间,能够连接几乎无限数量的设备。IPv6的大规模商用将首先破除地址匮乏这一困扰物联网规模化应用的最大瓶颈。届时,除了计算机外,家用电器、汽车、窗帘等都将成为网络世界的一部分。同时,IPv6的地址容量为IP和物联网终端实现一一对应提供了技术上的可能,提高了物联网的安全性、终端的多样性和移动性。
物联网所特有的诸多技术使其广泛渗透于社会中的各行各业:智能家居、智能医疗、智能监控等高科技应用,不但改变了企业的工作效率、管理机制及人们的生活方式、行为模式,其更深层的意义是改变了人们的思维方式,对推动社会变革进步起着不可估量的作用。在安防领域,视频监控、周界防入侵等应用已取得良好效果;在电力行业,远程抄表、输变电监测等应用正在逐步拓展;在交通领域,路网监测、车辆管理和调度等应用正在发挥积极作用;在物流领域,物品仓储、运输、监测应用广泛推广;在医疗领域,个人健康监护、远程医疗等应用日趋成熟。除此之外,物联网在环境监测、市政设施监控、楼宇节能、食品药品溯源等方面也开展了广泛的应用。所有这些应用都是以下一代IPv6网络为核心架构的,未来的新型物联网应用离不开IPv6。下面列举一些常见的应用场景。
1.智能家居
把智能电器连接到Internet上,首先就涉及要给这些电器分配地址的问题。IPv6的特点之一就是地址容量大,所以IPv6技术能够很好地解决IP地址资源有限的问题,它可以给每个连网的家用电器都分配一个IP地址,进而可以通过网络与这些家电进行交互,用户可以通过个人计算机、手机等设备对连接在网络中的空调、电饭煲、微波炉、冰箱、电视、音响和照明设备等家用电器进行远距离遥控。例如下班前,用计算机或手机给家中的电饭煲或微波炉下一个指令,回家之后,就可以享用热气腾腾的饭菜了。IPv6无状态地址自动配置的特点,可以支持将新增终端迅速连接到网络上,真正实现了即插即用的功能。
但是,智能家居物联网还有很多不完善的地方。
(1)目前的智能家居产业应用还处于起步阶段,智能家居物联网体系还没有一个统一的标准,因此,研究智能家居物联网的总体体系架构以形成标准,可以促进智能家居物联网的大规模发展。
(2)并不是所有的无线移动通信技术都能直接用在家居网络中,因为不恰当的网络配置可能会给家庭带来较强的辐射,这将严重影响人们的身心健康。因此,研究低功耗无线传感器设备,用它来实现多种家居设备和监测各类家居安全数据,可以大幅度降低家居内的辐射污染。
(3)智能家居中众多电子设备的多协议接入,会造成电子设备的相互干扰,在当前接入协议不统一的情况下,研究室内无线新频段的开发和利用,以及无线网络的抗干扰技术,有着非常实用的意义和价值。
确保所有用户、家居设备和传感器节点产生的信息,以及与用户相关的信息能够得到足够的保护,确保归属网络与服务网络提供的资源与服务得到足够保护,以防滥用或盗用,这是安全体系架构需要达到的目标。为达到这一目标,在全面分析智能家居物联网的安全威胁与安全需求的基础上,提出一种智能家居物联网总体安全体系架构是很有必要的。其中密钥管理和身份认证机制、智能家居物联网安全域划分方法和安全隔离等技术颇为关键。
所示为一种智能家居物联网体系架构示意图。智能家居物联网从基础的感知、执行部件到应用服务平台共分为四个模块:应用终端模块、网关模块、开放平台模块及应用服务模块。
各模块功能及关系如下。
应用终端模块:包括各类家电设备、水电气三表、传感器终端设备、门禁对讲设备等。这些设备和终端分布在家庭和小区中的各个位置,通过传感器节点将数据汇集传输给智能家居物联网网关。应用终端模块支持多种短距离通信方式,包括串口、433M、ZigBee、蓝牙、WiFi、6LoWPAN等主流智能家居通信方式。
网关模块:智能家居物联网网关融合多类家庭传感节点、终端和家电设备,同时将各类信息通过有线、无线等多种方式传送到物联网开放平台模块,实现了异构网络的融合。与此同时,网关模块采用了安全体系架构,全面提升网关模块的安全性。
开放平台模块:平台模块是运营支撑管理平台,融合了运营支撑平台和信息服务平台。运营商可以借助运营支撑平台为用户提供智能家居物联网相关的运营服务。信息服务平台提供标准的信息和数据管理,从而在此基础上实现各自应用服务,并为第三方的应用提供标准的信息接口。
服务模块:提供多种业务功能,为用户提供各种安防服务、医疗服务、影音服务、支付服务等。用户可便捷地通过智能手机、计算机、电视等家庭终端设备使用服务,实现对家居生活的管控。另外,其他服务提供商也可以借助运营支撑管理平台的开放性优势,为智能家居无线物联网添加更多的、内容丰富的应用服务。
2.智能医疗
物联网技术在医疗领域具有巨大的应用潜力,能够实现医疗信息数字化、服务沟通人性化、公共卫生安全智能化的需求,解决医疗平台支撑薄弱、医患信息沟通不畅等安全隐患。患者在家中可利用各种移动终端通过集中控制中心(如家庭网关)与远程的医务人员取得联系,其通信方式可以是卫星雷达、移动基站或互联网;远程的医务工作者可利用各种形式的客户端进行望闻问切,对病患者做出诊断并治疗。借助植入病人体内的智能诊断设备,有助于疾病的早期诊断,增强康复效果;应用了生物降解材料的智能设备,能够检测体内温度和湿度,防止皮肤过敏、皮疹等问题;远程医疗监护设备,使危重病人在家即可接受远程会诊和持续监护服务,避免昂贵路费,减少患者进院次数;医疗报警系统可以帮助患者或老年人在发生意外时发出紧急求助信号,也可防止病人私自出走等不可控事件的发生。物联网技术的出现,满足了人民群众关注自身健康的需要,推动了医疗卫生信息化产业的发展。
近年来,基于物联网技术并以人体体征信息搜集为目的的无线体域网应运而生,其重要特点在于感知层有大量基于无线体域网IEEE 802.15.6的传感器和接入设备。IEEE标准化委员会在2007年11月正式成立了IEEE 802.15.6工作组,其任务是开发一个低功率、功耗小、对人体无害的无线体域网(Wireless Body Area Networks, WBAN)标准,能够支持工作在人体体内、体表及体外的低功率设备间的通信,其用途主要包括个人医疗及卫生保健、休闲娱乐等。该标准的物理层由多种无线方式构成,包括利用400MHz~2.4GHz频带频率的窄带宽通信、利用脉冲式UWB的超宽带通信和以人体为信号传输介质的人体通信。
新标准预期可广泛应用在人体穿戴式传感器、植入装置及健身医疗设备中;高频宽的版本可支持视网膜植入装置的数据传输,低频宽的版本则可运用于追踪义肢上的压力数据或连接测量心律等数据的传感器。
无线体域网是一种新兴的网络形态,其各方面的研究目前均处于起步阶段,和传统的无线传感器网络相比,其还有许多问题需要研究。例如,无线体域网体系架构如何秉承基于IPv6技术的物联网路由体系架构设计思想,采用轻量级IPv6协议栈;超短距离组网、微发射功率与低能耗的传感器节点设计;人体生命体征信息隐私保护;健康信息采集终端及多通道体域网网关等设备的研制;面向移动用户的环境感知自适应连接等关键技术。
上述技术的研究将为面向数字医院的医疗物联网提供前端平台,同时在家庭保健、社区医疗、远程医疗及医疗信息化等物联网主要应用场景中发挥重要作用。无线体域网会整合目前心电、血压等多种体征监控信息,信息采集和汇总到管理平台中供医护人员使用。并且,支持基于平板电脑的多种健康管理相关功能,进而实现“健康数字化”。
3.智能电网
智能电网是以现在使用的物理电网为基础,结合目前先进的传感技术、计算机技术、通信技术、信息技术、控制技术而形成的新型电网。智能电网将改进目前物理电网能源浪费、不便管理等缺点。
建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础,没有这样的通信系统,任何智能电网的特征都无法实现,因为智能电网的数据获取、保护和控制需要这样的通信系统的支持,因此建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。同时,通信系统要和电网一样深入到千家万户,这样就形成了两张紧密联系的网络电网和通信网络,只有这样才能实现智能电网的目标和主要特征。IPv6地址量大、端到端的高效数据传输、安全性高等特点可以很好地支持智能电网的建设。
智能电网通过终端传感器进行大量信息采集,并通过以IPv6为核心的下一代通信网络,形成实时、高速、双向的信息流,进而保证各类系统正常运行,支撑各类业务正常运转。依靠物联网中数量庞大的终端传感器等采集设备,可以从输配电侧到用电侧的各类设备上采集所需数据信息;同时这些数据通过物联网和其上层的互联网技术进行传递和交换,为从输配电侧应用到用电侧应用提供数据支持。可见,物联网在智能电网中起到重要的神经中枢的作用,下至具体的设备对象,上至功能复杂的应用系统。
从基于物联网,有着为数众多的智能电网应用,包括在数字化运营调控方面的用电信息采集、电能优化分配自动化等,在精益化资产管理方面的设备状态监测和设备运行预警等,在企业资源管理方面的如供应商管理库存(VMI)感知、智能化信息运维监控等,所有这些应用都是以IPv6为基础通信协议的。
9.2.3 小结
物联网的发展离不开泛在化的下一代互联网和IPv6技术的保驾护航。原因是:①下一代互联网是物联网产业化规模发展的网络基础,物以网聚是形成开放产业生态体系的关键,且物联网需要对接的大量资源都已经存在于互联网之上;②随着国际互联网名称与地址分配机构(The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers, ICANN)宣告IPv4地址已经枯竭(ICANN于2011年2月3日发布公告称,最后所剩的5组IPv4地址被分配给了全球5大区域互联网注册管理机构,IPv4地址已经枯竭),规模化地引入物联网设备还需要IPv6地址体系的支持。IPv6将促进物联网向着更便捷、更安全的方向发展。对于物联网而言,无论是远程通信,还是近距离通信,IPv6都是其必然的选择。