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物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

作者:本站采編
來源:物聯(lián)之家
日期:2016-08-22 10:28:07
摘要:物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things, 簡稱IoT)一詞也有人稱作 IoE(Internet of Everything),最早在 1999 年由麻省理工學院自動化識別系統(tǒng)中心(MIT Auto ID Center)創(chuàng)辦人之一 Kevin Ashton 介紹相關概念時提到:物聯(lián)網(wǎng)有改變世界的潛能,就像互聯(lián)網(wǎng)一樣,甚至更深遠。

  一、定義

  物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things, 簡稱IoT)一詞也有人稱作 IoE(Internet of Everything),最早在 1999 年由麻省理工學院自動化識別系統(tǒng)中心(MIT Auto ID Center)創(chuàng)辦人之一 Kevin Ashton 介紹相關概念時提到:物聯(lián)網(wǎng)有改變世界的潛能,就像互聯(lián)網(wǎng)一樣,甚至更深遠。

  二、發(fā)展

  1997年,負責P&G〈Procter & Gamble〉保養(yǎng)品營銷的Kevin Ashton在幾次的巡視中,注意到英國零售商在榛果油唇膏總是缺貨,他嘗試找尋方法解決,并嘗試引入無線識別系統(tǒng)〈RFID〉管理P&G供應鏈,雖然當時RFID單價成本頗高,但他知道在量產(chǎn)之后,可以有效壓低成本,也就是說只要P&G大量購入就可以搭到成本攤平,最后也成功改善供應鏈相關問題。一年之后,Ashton出任麻省理工學院自動化識別系統(tǒng)中心的執(zhí)行官〈Executive Director〉,并在來年提出物聯(lián)網(wǎng)一詞;至今僅經(jīng)過十多年,物聯(lián)網(wǎng)算是起步不久,同時面臨許多挑戰(zhàn)的應用。

  三、架構

  物聯(lián)網(wǎng)中,資料由底層的感測節(jié)點收集,并交給感測匯聚節(jié)點以提供上層運算設備,或是進一步傳送至云端網(wǎng)絡作為分享、儲存或再運算使用,整個系統(tǒng)架構可能有許多種形式,不僅限于圖一所示?! ?/p>


  圖一、感測網(wǎng)絡階層圖

  不過常見物聯(lián)網(wǎng)架構為歐洲電信標準組織 (European Telecommunications Standards Institute, ESTI) 所整理之三層式體系結構,如圖二所示。其中包含最底層感知層、中間層、網(wǎng)絡層以及最上層“應用層”。感知層為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎,其中包含各種感測與通訊能力的設備,借助感知和監(jiān)測環(huán)境信息,如聲音、溫度、濕度、亮度、速度等等,并使相關信息能傳達至網(wǎng)絡層;而網(wǎng)絡層扮演搜集所有節(jié)點裝置,包含各種有線與無線網(wǎng)絡技術,必要時整合異質網(wǎng)絡,將信息匯流到物聯(lián)網(wǎng)專屬的運算中心進行處理;應用層以客戶需求分析感知數(shù)據(jù),用來提供各領域各種應用?! ?/p>


  圖二、物聯(lián)網(wǎng)ESTI三層式體系結構

  (一)感知層

  此層多以傳感器為基礎,一般的傳感器為物理設備,能夠探測外界的信號,其原理為通過感應組件監(jiān)測到可被測量的化學變量、物理變量等等信息,然后經(jīng)由轉換組件將相關信號變?yōu)殡娮佑嵦?,也就是將一種能量轉換為另一種能量的形式。

  常見傳感器類型有聲音傳感器、車用傳感器、化學物品傳感器、電磁傳感器、流體傳感器、粒子傳感器、導航傳感器、電子羅盤、加速度傳感器、光感測組件、壓力傳感器、力學傳感器、密度傳感器、溫度傳感器等等。

  可以看見傳感器多為特定敏感組件,根據(jù)目的選擇適合的傳感器,則我們可以針對場景偵測、儲存收集到感興趣的許多信息,再透過網(wǎng)絡層傳播至用戶或供應用系統(tǒng)運算使用。

  (二)網(wǎng)絡層

  為了彼此分享信息,必須使各組件能夠存取因特網(wǎng),物聯(lián)網(wǎng)中的通訊技術是構筑在大家所熟悉的網(wǎng)絡為基礎,且由于環(huán)境關系,多是以各種無線網(wǎng)絡進行通訊,如短距離無線技術(范圍約數(shù)公尺至數(shù)百公尺)的藍牙Bluetooth、無線射頻識別系統(tǒng)RFID、近場通訊NFC、超寬帶UWB、WiFi、ZigBee或是紅外線傳輸?shù)鹊?長距離無線技術(范圍以公里等級起跳)的3G、WiMax、LTE等等。

  由以上無線技術可知,各感測組件有多種通訊方式可供彼此共享信息,雖然,各無線通信的協(xié)議不盡相同,但只要以異質無線網(wǎng)絡網(wǎng)關設計整合,則可讓各不同網(wǎng)絡協(xié)議進行溝通,藉此連通感知層與應用層。

  (三)應用層

  依據(jù)西班牙傳感器科技公司所列世界前50項傳感器應用,其中包括:

  1、智慧城市

  (1)智能停車:監(jiān)測可服務的停車位

  (2)建筑結構狀態(tài):監(jiān)測建筑、橋墩、紀念碑的結構狀態(tài)

  (3)都市噪音地圖:實時監(jiān)測都會鬧區(qū)噪音

  (4)智能手機監(jiān)測:檢測手機通訊接口為Wifi還是藍牙

  (5)電磁場強度:檢測基地臺或Wifi路由器的強弱

  (6)交通堵塞:監(jiān)測車輛與行人狀況進行優(yōu)化

  (7)智能照明:根據(jù)天候狀況自動調整照明情況

  (8)廢棄物管理:監(jiān)測垃圾桶狀況,優(yōu)化垃圾車回收路線

  (9)智能道路:根據(jù)氣候與路況,提供高速公路警報與改道信息

  2、智慧環(huán)境

  (1)森林火災:監(jiān)測燃燒氣體與火災情形,以確定警示區(qū)域

  (2)空氣污染:控制工廠二氧化碳、汽車廢氣或農(nóng)場有毒氣體排放

  (3)積雪程度:實時監(jiān)測雪道狀況,通知相關人員預防雪崩

  (4)山崩:監(jiān)控土壤水分、震動和地表密度,預防地表的危險情況發(fā)生

  (5)地震提前偵測:根據(jù)地震分布區(qū)域進行控制

  3、智慧水力

  (1)自然水監(jiān)測:監(jiān)控城市自來水質量狀況

  (2)河川污染:監(jiān)測河流里是否有工廠廢水

  (3)泳池狀態(tài):遠程監(jiān)控游泳池水質狀況

  (4)海洋污染:監(jiān)測海水是否遭污染

  (5)管線泄漏:監(jiān)測是否漏液與管線壓力變化

  (6)洪水狀態(tài):監(jiān)測河流、水庫的水流變化

  4、智能電表

  (1)智能電網(wǎng):監(jiān)控與管理能源消耗

  (2)儲罐監(jiān)控:監(jiān)測儲水罐水壓或油氣罐的油氣狀況

  (3)太陽能設備部署:監(jiān)測太陽能板安裝效果

  (4)倉儲計算:測量供貨壓力狀況

  5、安全與應變

  (1)邊界出入控制:控制受限區(qū)域,防止未經(jīng)授權的用戶訪問

  (2)濕度控制:監(jiān)測重要建筑場地的漏水情況,避免斷裂和腐蝕發(fā)生

  (3)輻射程度:分布式監(jiān)測核電廠周圍的輻射狀況,實時發(fā)出泄漏警報

  (4)易燃物和有害氣體:監(jiān)測工廠或礦山周圍的危險氣體程度

  6、零售通路

  (1)供應鏈控制:監(jiān)測供應鏈的生產(chǎn)狀況,提供產(chǎn)品追蹤的能力

  (2)電子付費NFC:提供各種營業(yè)場所的付費服務

  (3)智能購物:根據(jù)顧客的習慣、愛好等等個人狀況,提供購買建議

  (4)智能倉儲管理:控制商品在貨架與倉庫的變動,自動化管理進貨

  7、物流

  (1)貨運狀態(tài):監(jiān)測貨品是否遇到震動、拍打、開封或冷藏等等

  (2)貨物定位:從庫房、港口大面積貨物中尋找貨物

  (3)危險物品偵測:當易燃易爆物品接近則發(fā)出警報

  (4)航線追蹤:對特殊物品,像是藥品、珠寶或危險物品進行航線管理

  8、工業(yè)控制

  (1)M2M應用:設備的自動診斷與資產(chǎn)管理

  (2)室內空氣質量:監(jiān)測化工廠的氣體水平,保障工人和物品安全

  (3)溫度監(jiān)控:控制敏感商品的工業(yè)或醫(yī)藥用冰箱的溫度

  (4)臭氧偵測:監(jiān)測肉類加工過程中排放的臭氧狀況

  (5)室內定位:以主動式Zigbee或被動式RFID/NFC來定位資產(chǎn)

  (6)車輛自動診斷:通過CanBus搜集信息,給司機發(fā)送警報或建議

  9、智慧農(nóng)業(yè)

  (1)葡萄酒質量改進:監(jiān)測葡萄園土壤水分和樹干直徑,控制葡萄健康

  (2)溫室監(jiān)控:控制溫室內氣候,最大化作物的產(chǎn)出和質量

  (3)高爾夫球場:對干燥地域進行澆灌,以節(jié)省用水

  (4)氣象網(wǎng)絡:研究地區(qū)的天氣,預報各種氣象的變化情形

  (5)混合肥料:控制堆肥的濕度和溫度,避免真菌和微生物污染

  10、智慧畜牧

  (1)水質栽培:控制水中植物的狀況,提高收獲

  (2)家畜監(jiān)測:監(jiān)控牧場里家畜的生長情形,以確保存活率和健康

  (3)動物追蹤:定位開放牧場或大范圍放牧的動物

  (4)有毒氣體監(jiān)測:監(jiān)測牧場通風情形,預防糞便堆積產(chǎn)生有害氣體

  11、智能家居

  (1)水電使用:監(jiān)控家庭的水電使用狀況,以獲取建議節(jié)省開銷

  (2)遠程控制:遠程遙控開關,避免事故或節(jié)省能源

  (3)入侵檢測系統(tǒng):監(jiān)測是否有強行入侵的狀況

  (4)重要物品監(jiān)測:監(jiān)測博物館和美術館的情形

  12、電子化照護

  (1)老年人照護:幫助獨自居住的老年人或殘障人士

  (2)醫(yī)藥冰箱:控制需冷凍保存的疫苗、藥品的存放情形

  (3)運動員照護:進行運動中心生命特征監(jiān)控

  (4)病患監(jiān)控:監(jiān)測病人或養(yǎng)老院的狀況

  (5)紫外線監(jiān)控:監(jiān)測太陽紫外線,避免長期暴露在外面

  另外根據(jù)Progress(為一間國際性軟件公司, NASDAQ: PRGS)于2015發(fā)布一份針對美國、英國、法國、德國、瑞典、荷蘭等國作了678項調查,并分析結果,目前物聯(lián)網(wǎng)市場主流為智能家庭(約占19%),其次為穿戴設備(約占13%),接著為自動化汽車設備(約占11%),以及運動照護(約占11%)。

  而同時回顧過去三至五年的時間,健康照護為其主流(約占14%),其次為智慧城市(約占13%)以及自動化汽車設備(約占12%),此三者為目前主流項目?! ?/p>


  圖三、 物聯(lián)網(wǎng)應用趨勢圖

  四、挑戰(zhàn)

  IBM于2015年提出五項物聯(lián)網(wǎng)所面臨的困境,只有提出相關解決方案,才可能讓大眾盡享物聯(lián)網(wǎng)帶來的安全與便利,其中包含:

  (一)連網(wǎng)成本過高

  由于目前物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模還未達市場預期,各種云端與大型服務器的基礎設施和維護成本高昂,除硬件設施外,再加上中間提供軟件廠商的服務費用,造成物聯(lián)網(wǎng)連網(wǎng)費用十分高昂。

  (二)互聯(lián)網(wǎng)的信賴度低

  此處所說的網(wǎng)絡信賴度,即是指網(wǎng)絡安全性與隱私問題,“當生活周圍的對象跟設備鏈接成一個大型的智能網(wǎng)絡,它們的數(shù)據(jù)提供生活上的便利,卻也可能成為個人隱私外泄的媒介,這些外泄的對象感測數(shù)據(jù)很可能成為網(wǎng)絡犯罪的重要工具。”

  如果個人資料,如家用水電的使用紀錄外泄、監(jiān)視器遭遠程侵入,外人便可以輕易地知道一切的生活習性,也無所謂的居家安全可言;另一方面,國家單位的數(shù)據(jù)庫若被有心人士為了樂趣或成就感盜取,也是國家安全的隱憂;但若要使相關設備加入安全機制,一般傳感器因為硬件限制,很難負擔相關的加密程序;如何實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)安全,降低風險讓使用者信服,是物聯(lián)網(wǎng)的重要課題之一。

  (三)無法應對未來

  消費者通常在短時間內即會汰換手機,然而物聯(lián)網(wǎng)基礎設施的壽命可能長達數(shù)年,因此,后續(xù)的軟件更新與修正成本將對企業(yè)財務造成巨大的壓力。

  (四)缺乏功能價值

  現(xiàn)今有許多物聯(lián)網(wǎng)解決方案,但大部分僅強調聯(lián)機,缺乏具有意義的價值,無法給用戶獲得更好的使用經(jīng)驗。

  (五)不完整的商業(yè)模式

  現(xiàn)金物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式大多為販賣用戶數(shù)據(jù)或廣告,實際營收將屬于相關整合業(yè)者,在不明朗的商業(yè)模式下,市場是否能夠反應大量應用程序成本,可能會過度樂觀。

  五、結論

  現(xiàn)今許多信息皆可以通過微信、微博之類的社交平臺分享信息,當物聯(lián)網(wǎng)進入現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng),則信息將不再只是由人們輸入相關信息分享,而是由智能型對象對環(huán)境變化反應與識別,再通過網(wǎng)絡自動將信息傳遞給用戶或應用程序,我們可以看見物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展可能帶來的便利性,我們可以實時了解可掌握的所有物品信息,也簡化處理事情的程序,為我們提升一定的生活質量,產(chǎn)生新的生活方式。

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