物联网产业链三驾马车

正如上一期“千面物联网”所述,每个人对物联网的理解不完全一样,在这个产业链上每个环节的企业一般都从自己的立场去诠释物联网,在这种背景下,物联网产业链究竟该怎样划分呢?

DCM全景缩影

对于一个完整的物联网系统的构成或产业链的划分,目前业界比较统一的观点基本都认为应该包括三个层面: 末端设备或子系统,通信连接系统,以及管理和应用系统。笔者把它归结为DCM(图1),即Device―设备,Connect―连接,和Manage―管理。

中国移动也把物联网概括为三层: 感知层、网络层和应用层。用大众化的术语来说: 第一个层面是全面感知,就是让“物”会“说话”,成为“智能物件”,将其进行识别或数据采集; 第二个是可靠传递,就是通过现有的五花八门的有线和无线通信网络将信息进行可靠传输; 第三个是智能处理,对采集上来的数据进行处理和展示。 此外,业界也有多于三层的描述,但实际内容和三层划分并无本质区别。

虽然业界意见在DCM三层划分方面基本统一,但对每一个层面所包含的内容的解读还是存在很大差异的,这又回到了“三大人群”的不同出发点:例如,在网络层面,中国移动就主要只关注2G、3G或4G的GSM/CDMA无线网络; 而中国电信以往的M2M业务则主要关注固定网络,电信重组后,他们有了3G无线网络,因此又开始关注固定网络和无线网络组合的方式; 传感网和RFID人群则主要关注无线网状网(Wireless Mesh Network),包括Zigbee、 Insteon、 z-Wave等10多种基于短距离RF技术的无线网络技术。两化融合企业主要关注现场总线(Field Bus)技术,包括CanBus、ModBus、ProfiBus、LonWorks、BacNet等。

这种现象对物联网产业的长久发展是不利的,网络之间的兼容性和标准化至关重要,需要各行业通力合作,标准化组织应该站到一个全局的高度,统筹协调和规范。尤其是当物联网从运行于“内网”和“公网”的“物连网”发展到真正运行于互联网上的“物联网”的时候,兼容性和标准化成为关键问题。这方面中国政府产业监管部门有独特优势,可以整合力量占据制高点,WAPI和闪联就是例子。

底层: Devices(设备或资产)

用非技术的术语来说,物联网要连接和服务的对象是末端设备(Devices)和各种资产(Assets)。 这包括静止或移动的资产,各种基于微处理器做成的应用系统、各种智能卡和RFID卡等等,数量在万亿以上(图2)。

DCM之“D”(末端设备),也就是三层划分中的感知层的传感节点,在传感网络术语中有一个新词,称为Mote(微尘或智能尘埃)。每个Mote含有一个微型处理器(通常是低功耗MCU)、无线通信芯片、各种传感器、足够的内存和硬件能力,能够以较低的功耗执行监视与控制任务。

由于监控物理环境的重要性从来没有像今天这么突出,物联网才受到极大的关注,有人提出M2M这个概念还不够广泛, 因为M2M中的Machine不能代表所有的“物”(Things),应该用T2T这个词。 其实,没有MCU的“物体”是不能连网的,只有MCU-enable的物才能成为“智能物件”变成物联网的一部分。例如一个水质监测传感器需要被装上GPRS通信模块, 才能“开口说话”; 但有的“Devices”本身就具有“开口说话”功能,如智能卡、RFID卡和手机等。

中层: Connect(连接与通信)

物联网通信层是连接智能设备和控制系统的桥梁,用通俗的话说无外乎两大类: “天上飞的”无线(Wireless)通信和“地上走的”有线(Wireline)通信。

有线通信

有线通信技术可分为相对短距离的现场总线(Field Bus)和中长距离的可支持IP的网络(包括PSTN、ADSL和HFC数字电视Cable等)。 当然按宽带网和窄带网划分是更常用的分类方法。基于IP的中长距离网络大家都比较熟悉,这里不再赘述。

现场总线(一般属于窄带网)作为有线通信技术的重要技术类别,主流的标准有10多种,是为满足节能、减排、工业信息化、市政、楼宇等领域的需要而产生的,已经在一些领域得到广泛应用,体现在RTU、DTU、PLC、DCS等控制器以及传动装置(Actuator)或通信模块中,是物联网应用的主要通信手段之一。笔者认为,在目前已经存在而且应用比较成熟的“物物相连”的世界里, 基于现场总线技术的系统总体规模可能是最大的,然而它却是目前业界在谈论物联网话题时最少提到的领域。

无线通信

和有线通信技术类似,无线通信技术主要也可分为短距离接入技术的无线网状网、RFID和Wi-Fi/WiMAX等,中长距离的GSM和CMDA(2G/3G/4G),以及卫星通信技术等几大类。如上所述,近距离无线网状网是传感网业务的主要基础,许多发展潜力巨大的技术(如前期专栏提到的盲人隐形眼镜)还处在研究阶段,产业化还有待开发。

目前移动运营商是扛M2M(物联网)大旗的主力,在欧美市场,提供M2M网络连接服务的基于GPRS/CDMA的移动运营商主要可以划分为以下三类: 传统的移动网络运营商MNO (Mobile Network Operators),移动虚拟网络运营商MVNO(Mobile Virtual Network Operators)和主要针对M2M市场的M2M移动运营商MMO(M2M Mobile Operators)。相对于传统的移动网络运营商来说,MVNO和MMO是比较新的角色。它们聚集了众多跨越不同的技术领域和国家的传统移动网络运营商合作伙伴的网络连接。在欧美,由于M2M(物联网)产业的兴起,出现了AerisNet、JapserWireless、ViaNet等一批MMO。在亚洲,移动营运市场相对垄断,M2M业务由MNO直接做(如中国三大营运商、NTT DoCoMo和SK电信公司都依靠其子公司或指定合作伙伴来做)。

All-IP融合

在物联网应用中,用无线网状网和现场总线网络做最后一公里接入、用GPRS/CDMA网络和IP网等广域网络做长距离主干传输的组合方式是一种常用的组合。多年前业界就常说一个词“三网合一”,在物联网时代,“合”变得益发重要,而且不是要求简单的“组合”,而是“融合”(Convergence),不但网路层要融合,应用层也要融合(两化融合)。

全IP融合不但要求有线和无线通信的融合(如小灵通、大灵通),长距离和短距离接入的融合等物理对接上(通过路由器,网关等)的融合,还要求网络协议本身的融合,让无线网状网、现场总线、GPRS/CMDA等网络都直接支持IP传输协议,实现无缝连接。笔者认为,如果网络传输层实现了全IP融合,网络间的不兼容问题就迎刃而解了,可能也就不需要花大力气去研究物联网通信层的标准化问题,重新再去建立一大批“物联网标准”。另外,IPv6标准的提出,使世界上每一粒沙子理论上都可以分到一个IP地址,在很大程度上已经预测到了“物联网”的发展,并为其做好了准备。

M2M产业链全景

上层: Manage

(管理和应用软件)

管理和应用软件是物联网产业链条中的关键因素,是其核心和灵魂。物联网软件可包含: M2M中间件和(嵌入式)Edgeware(也可以统称软件网关)、实时数据库、运行环境和集成框架、通用的基础构件库,以及行业化的应用套件等。通用基础功能包括: 远程监测、自动报警、控制、诊断和维护、系统联动、数据挖掘、报表与决策支持、节能分析、资产跟踪与维护、与ERP/CRM/OA/MES/SCM系统的总体大集成等等。