1.6 物联网应用发展及挑战

1.6.1 物联网应用

物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、农业管理、老人护理、个人健康等多个领域。在国家大力推动工业化与信息化两化融合的大背景下，物联网将是工业乃至更多行业信息化过程中一个比较现实的突破口。一旦物联网大规模普及，无数的物品需要加装更加小巧智能的传感器，用于动物、植物、机器等物品的传感器与电子标签及配套的接口装置数量将大大超过目前的手机数量。按照目前对物联网的需求，在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签。专家预计，2011年，内嵌芯片、传感器、无线射频的“智能物件”将超过1万亿个，物联网将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，这将大大推进信息技术元件的生产，给市场带来巨大商机。物联网目前已经在行业信息化、家庭保健、城市安防等方面有实际应用。图1.10展示了未来物联网的应用场景。

1．交通领域

通过使用不同的传感器和RFID 可以对交通工具进行感知和定位，及时了解车辆的运行状态和路线；方便地实现车辆通行费的支付；显著提高交通管理效率，减少道路拥堵。上海移动的车务通在2010年世博会期间全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅。上海浦东国际机场防入侵系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。

2．医疗领域

通过在病人身上放置不同的传感器，对人的健康参数进行监控，及时获知病人的生理特征，提前进行疾病的诊断和预防，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体；通过RFID标识与病人绑定，及时了解病人的病历以及各种检查结果。

3．农业应用

通过使用不同的传感器对农业情况进行探测，帮助进行精确管理。在牲畜溯源方面，给放养牲畜中的每一只羊都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。

4．零售行业

比如沃尔玛等大的零售企业要求他们采购的所有商品上都贴上 RFID标签，以替代传统的条形码，促进了物流的信息化。

5．电力管理

江西省电网对分布在全省范围内的2万台配电变压器安装传感装置，对运行状态进行实时监测，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求管理等高效一体化管理，一年来降低电损1.2亿千瓦时。

6．数字家庭

数字家庭以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的互联方式进行通信及数据交换，实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”的一种服务。数字家庭提供信息、通信、娱乐和生活等功能。

从现有的一些应用系统来看，普遍属于封闭式的专用系统，在每个应用系统中配置的RFID等标识设备，缺乏统一的编码标准和用于解码的读写器，因此从应用范围来看，要么属于局域内的小规模专用应用，要么属于广域内具备一定规模的专业应用。对于电信运营商而言，参与度较低，一般作为传输通道提供者提供网络数据传递功能。

1.6.2 物联网应用发展

1．提高物流企业的信息获取能力

物联网结合了 EPC技术和互联网技术，可以对单个物品信息实现自动、快速、并行、实时、非接触式处理，通过网络实现信息共享，提高物流企业的信息获取能力，从而达到对供应链实现高效管理的效果。物流企业利用这一平台来拓展信息增值服务，主要体现在通过获取准确、全面和及时的信息来为客户提供独一无二的服务，因此必须提高物流企业的信息获取能力，而物联网的出现，正是迎合了物流企业这一方面的需求。

1）准确获取信息的能力

电子标签可用于对物品进行唯一标识，通过它可以对具体的任何一个物品进行监控，并利用网络数据库技术将该物品的任何细节信息进行共享，给供应链各环节使用。通过物联网，物流企业可以对物品的物流信息进行准确无误的跟踪，准确掌握物品的市场供求变化情况、周转流动情况。

2）全面获取信息的能力

由于物流企业在供应链中的特殊位置而对信息资源的掌握相对集中，物品在供应链中流动的全过程，物流企业参与了所有的配送、仓储、包装加工等环节，这是能够全面获取物流信息的基础。而物联网的出现，对物品流通的所有过程进行监控，并且这种监控是建立在每一个物品的基础上的，从而使全面获取物流信息成为可能。

3）及时获取信息的能力

随着产品生命周期的缩短，企业需要密切关注市场的变化情况，及时掌握产品的供求信息，而传统的物流管理模式对企业的帮助有限。通过物联网，物流企业可以突破传统信息传播模式的障碍，克服信息传播途中的延误，及时迅速地将物流信息传递到网络数据库中，以供决策。

2．完善物流信息增值服务

1）物流信息增值服务

近些年来，客户对第三方物流服务（尤其是信息服务）的要求越来越高，诸如运输、仓储、配送等无差别的基础物流服务和基于成本的竞争，使得客户企业对第三方物流服务的满意度较低，它们迫切需要一种有别于公共物流服务的，能提高个性化程度的物流信息增值服务来提高自身的核心竞争力。另一方面，随着物流市场的进一步细分，第三方物流企业向专业化的经营趋势发展，对信息资源的掌握相对集中，现代物流技术的发展，计算机网络和无线通信技术的应用，特别是物联网的提出，为物流企业实现信息增值服务提供了坚实的基础。

物流信息增值服务基于传统的基础物流服务，但又有别于传统物流服务，它是建立在传统的基础物流服务之上并用来促进基础物流服务进一步发展的一种现代物流管理手段。物流企业通过分析、提炼来自运输、仓储、配送等基础物流服务所获得的物流信息，得出企业级、行业级和供应链级等不同级别的分析结果，满足用户的需求，最终实现社会资源的优化配置。以 EPC 为核心技术的物联网，集合了编码技术、网格技术、射频技术等，突破了以往获取信息模式的瓶颈，在标准化、自动化、网络化等方面进行了创新，从而使物流公司能够准确、全面和及时地获取物流信息，并在此基础上根据不同的信息级别来分别提供企业级、行业级和供应链级的信息增值服务。

2）企业级信息增值服务

由于信息传递不流畅，一些重要的商业信息甚至在企业内部也无法互相交换，难于形成对决策有用的信息，白白浪费大量的信息资源。尽管企业也可以依赖其他商业调查机构来获取商业数据，但是存在周期长、速度慢、耗费大的缺点，阻碍了信息的有效利用。这时企业迫切需要一个既与自身业务有紧密联系的，又脱离企业内部框架的组织来提供一种服务，利用这种服务既可以实现企业内部的信息交流，又可以实现市场信息的反馈，即扩大企业核心业务的外延，并且这种外延是通过与其他企业的紧密合作而形成的。

通过利用物联网，物流企业可以提供企业级信息增值服务，其焦点是集中在对企业产品上，通过对产品的产销规模、销售渠道、运输距离和成本等等信息进行集中和分析，实现对产品的销售情况、库存情况（包括了途中和销售商货架上的产品）、配送情况等信息的收集，使企业可以跟踪到产品的一切市场信息，从而为企业的生产计划、库存计划、销售计划等过程提供决策支持。企业级信息增值服务是基于微观层面的，主要依靠物联网能够对任何一个单个物品进行跟踪的特点对企业产品在生命周期内所有过程进行监控，服务于企业的常规作业层工作。

3）行业级信息增值服务

不同业态的企业、不同区域的企业、不同层次的企业，它们对信息的需求层次也不一样，并且由于同行竞争的关系，同行业的企业信息交流往往举步维艰，博弈下的竞争经常导致两败俱伤。因此，任何一个企业都有必要尽可能了解本行业的市场信息，去研究行业内部竞争格局、外部发展态势。尽管行业内部企业之间的信息存在着商业秘密的问题，但是一些不涉及到具体的经营决策过程，不涉及到具体的产品成本之类的行业数据，既是企业愿意提供，又是企业决策需要的。如果能够对这些分散、凌乱和琐碎的数据进行整合，发掘数据背后隐藏的市场信息，并为企业决策提供支持的一种服务，将是企业所迫切需要的。

物流企业以其第三方的特殊身份，利用其与行业内部企业千丝万缕的业务联系，能够提供这种行业级信息增值服务。行业级信息增值服务主要聚焦于行业市场上，在企业级信息的基础上，通过对市场需求变化、供求变化等信息的集中，分析产品的市场结构、产品的系列化结构、消费层次、市场进退等市场变化情况，为企业提供详尽的行业动态信息。行业级信息增值服务是基于中观和宏观层面的，主要依靠物联网的网络化优点来对物品流通网络的全面跟踪，并结合企业级信息实现对产品市场全方位控制，服务于企业的管理和战略决策工作。

4）供应链级信息增值服务

利用物联网，物流企业可以对供应链级信息进行整合，冲破供应链管理的信息瓶颈，提供供应链级信息增值服务。供应链级信息增值服务是建立在企业级和行业级信息增值服务的基础上的，对整个供应链中各个环节的企业进行监控，从企业的订单处理过程到生产过程，再经配送过程、代理过程、销售商库存过程，最后到销售过程都进行信息跟踪，从而整理出对供应链管理有用的信息，并为供应链管理服务。

不管在信息覆盖层面上，还是在信息综合程度上，供应链级信息增值服务都是要求最高的，也是附加值最大的一种信息增值服务。这种服务是以产品销售环节为出发点，通过对市场销售情况的信息反馈，将信息通过物联网的方式层层传递，使供应链各个环节根据市场变化情况及时调整计划，最终达到供应链整体资源的最优化配置。在这个过程中，针对供应链中不同环节对信息需求层次不一样的优点，供应链级信息会有所体现，在反映供应链整体情况的条件下，突出各个环节的个性化特征。供应链级信息增值服务是基于企业级和行业信息服务基础上的，主要依靠物联网的网络特性和个性化的配套软件系统来实现物品流通过程中各个市场要素的全方位监控，提供既满足企业所需的信息服务，又满足整个供应链资源优化配置的信息服务。

综上所述，物联网的出现改变了信息收集的手段，也改变了信息传播的方式，使物流企业在提供物流服务时可以准确、全面和及时地把握物流信息变化情况，为提供个性化物流服务奠定了基础。信息增值服务是个性化物流服务极其重要的一个环节，而不同层次信息增值服务又是个性化物流服务的具体体现，也是提高物流企业核心竞争力的重要措施。

1.6.3 物联网应用发展模式

物联网应用发展面临互联网发展初期相似的问题，如何解决内容应用丰富和商业运营模式的问题，互联网虽然到目前为止尚无一个固定的发展模式，但通过开放的内容和形式、采用传统电视广告模式，以及投资者着眼于长线发展等方式逐步解决了整个互联网发展瓶颈。物联网是通信网络的应用延伸，是信息网络上的一种增值应用，其有别于语音电话、短信等基本的通信需求，因此物联网发展初期面临着广泛开展需求挖掘及投资消费引导的工作。

在目前技术背景、政府高度重视的大环境下，需要产业链各方深度挖掘物联网的优势和价值。首先，对于消费者来说，物联网可以提供以下方面的功能优势：

（1）自动化，降低生产成本和提高效率，提升企业综合竞争能力；

（2）信息实时性，借助通信网络，及时地获取远端的信息；

（3）提高便利性，如RFID电子支付交易业务；

（4）有利于安全生产，及时发现和消除安全隐患，便于实现安全监控监管；

（5）提升社会的信息化程度，等等。

总体来说，物联网将在提升信息传送效率、改善民生、提高生产率、降低企业管理成本等方面发挥重要的作用。从实际价值和购买能力来看，企业将有望成为物联网应用的第一批用户，其应用也将是物联网发展初期的主要应用。从企业点点滴滴应用开始，逐步延伸扩大，推进产业链成熟和应用的成熟。其次，物联网应用极其广泛，从日常的家庭个人应用，到用于工业自动化应用。目前，比较典型的应用包括水电行业无线远程自动抄表系统、数字城市系统、智能交通系统、危险源和家居监控系统、产品质量监管系统等，如表1.3所示。

当前有一些应用取得了较好的示范效果。例如：国内电表抄送应用；雀巢公司在2004年在英法建立冰淇淋销售机；加拿大cStar无现金自动贩卖机；London Waste公司应用Orange公司的Fleet link系统为其在伦敦提供废物回收处理服务汽车进行跟踪定位服务。智能停车场系统能够及时、准确地提供车位使用情况及停车收费等应用，北京奥运会期间实行的奥运路线交通流信息实时监测系统；家庭安防应用通过感应设备和图像系统相结合，实现对家居安全的远程监控；水电表抄送通过远程电子抄表，减少抄表时间间隔，对企业用电情况能够及时掌握；危险区域/危险源监控用于一些危险的工业环境（如井矿、核电厂等），工作人员可以通过它来实施安全监测，以有效遏制和减少恶性事故的发生。

1.6.4 协同推进物联网业务发展

物联网产业链中包括设备提供商（前端终端设备、网络设备、计算机系统设备等）、应用开发商、方案提供商、网络提供商，以及最终用户，如图1.11所示。

初期，业务的推动以终端设备提供商为主，终端设备提供商通过获取行业客户需求，寻求应用开发商根据需求进行业务开发，网络提供商（电信运营商）提供网络服务，方案提供商提供整体解决方案各给业务使用方或业务应用方。这种终端设备厂商推动型的模式，虽然能够适时根据客户需求，满足客户对终端设备多样化的需求，但由于市场零星，缺乏规模化发展的条件，市场比较混乱，业务功能比较单一，特别是对系统的可靠性、安全性要求较高的行业应用，该模式下很难得到整体质量保障。随着产业规模的进一步扩大，面临产业规划和统筹发展的问题，包括技术规划、业务发展规划等。因此，在政府引导和鼓励的环境下，利用一定的产业扶持政策，将形成国家统筹指导，需求方主导，科研、设备制造、网络服务等产业链多方通力合作的局面。目前网络服务提供商已在推动发展中发挥了主动的作用，从中国电信成立物联网应用和推广中心、中国移动物联网研究院等动向就可见一斑，特别是在大型网络性、通用性、可规模化的应用方面发挥关键的作用。但目前物联网大发展除了技术成熟度外，还面临规模和成本的问题，传感器网络需要使用数量庞大的微型传感器，按照某个市场调查公司预测，预计2020年，物联网传感器节点与人口比例为30:1，即一个人平均将拥有30个节点，这样成本因素将成为制约其初期发展的重要因素。

如果采购成本太高，发展应用面临巨大的压力，而采购成本压得太低，研发、制造业又失去利润和动力，不利于长远发展。因此在推动规模化的情况下，需从近期利益和长远发展中寻求平衡点。虽然物联网概念下的泛在网络尚需时日，但近期来看企业有利于提升生产力和竞争力发展的实际需求将有望得到实现。物联网与其说是一个网络，不如说是一个业务集合体，是由多种类型各异、应用千姿百态的业务网络组成一个互联网络。目前物联网的发展正处起步阶段，仍然面临技术完备性不足、产品成熟度低、成本偏高等诸多制约因素，但目前良好的外部环境，将有利于这些问题的解决。物联网的发展是一个持续长效的工程，点点滴滴的业务推动必将构建出远大宏伟的“泛在网络”。

1.6.5 物联网应用面临的挑战

物联网研究和开发既是机遇，更是挑战。如果能够面对挑战，从深层次解决物联网中的关键理论问题和技术难点，并且能够将物联网研究和开发的成果应用于实际，则就可以在物联网研究和开发中获得发展的机遇。否则，物联网研究和开发只会浪费时间和资源，又一次错过了在科学和技术领域发展的机遇。物联网研究和开发面临的挑战集中在基础研究、技术开发、示范系统构建与部署等三个方面。

1．基础研究方面的挑战

美国加州大学伯克利分校Edward A. Lee教授在分析了当今计算和联网方式与物理处理过程之后，提出了两者的差异：物理系统中的部件在安全性和可靠性方面的需求与通用计算部件存在质的差异；物理部件与面向对象的软件部件也存在质的差异，计算和联网技术采用的基于方法调用和线程的标准抽象体系在物理系统中无法工作。由此，Lee教授提出这样的疑问：今天的计算和联网技术是否能够为开发 CPS系统提供足够的基础？其研究结论是：必须再造计算和网络的抽象体系，以便统一物理系统的动态性和计算的离散性。如何再造计算和网络的抽象体系，这是物联网基础研究的核心内容，包括如何在编程语言中增加时序，如何重新定义操作系统和编程语言的接口，如何重新思考硬件与软件的划分，如何在互联网中增加时序，如何计算系统的可预测性和可靠性等。

2．技术开发方面的挑战

物联网是嵌入式系统、联网和控制系统的集成，它由计算系统、包含传感器和执行器的嵌入式系统等异构系统组成，首先需要解决物理系统与计算系统协同处理的问题。在物联网环境下，事件检测和动作决策操作涉及到时间和空间，这些操作必须准确、实时，以保证物联网操作中时间和空间的正确性。因此，还需要分析事件的时间和空间特性，设计面向物联网的、具有时间和空间条件限制的分层物联网事件模型。

物联网的可依赖性模型也是进行物联网开发的一个挑战。采用传统的方法，分别评价、建模和仿真组成物联网的物理装置和网络部件，这样无法构造整个物联网系统的可依赖模型。必须建立物理装置和网络系统的相互依赖模型，其中包括构建定性的物联网交互依赖模型，构建量化的物联网交互依赖模型，按照物联网中的物理装置和网络部件属性描述物联网的可依赖性，验证这种可依赖性模型的正确性。

物联网技术开发中，如何构建面向中间件也是一个技术难题。中间件可以减少50%的软件开发时间和成本，由于CPS资源的限制、服务质量要求、可靠性要求等，通用的中间件无法满足 CPS应用开发的需求。重新开发一个面向CPS的中间件似乎难度较大，现代软件技术的一个基本原则是软件重用，因此可以考虑采用面向应用领域的定制方法改造中间件。但是，改造一种结构复杂的、功能繁琐的通用中间件的成本，是否一定小于构建一个结构简单的、功能简捷的专用中间件？这是需要研究的问题。与此同时，物联网技术开发中还面临安全、实时的数据服务技术挑战，物联网系统的正确性验证技术、嵌入式万维网服务开发技术、隐私保护技术以及安全控制技术等的挑战，这些技术是决定物联网技术能否得到广泛应用的关键技术。

3．示范系统建设的挑战

建设和部署物联网示范系统，在社会层面和技术层面都面临较大的挑战。物联网系统的典型示范系统，如楼宇内部的照明、电表、街道路灯系统等，都会涉及到较为复杂的基本建设工程和公共设施工程。其次，消耗最多能源的、具有最大节能潜力的物品通常都是巨大的、昂贵的装置，改造这些装置面临很大的困难。另外，建设和部署物联网面临的较为直接的挑战是，如何让人们愿意使用并且可以维护物联网？这里不仅存在技术本身的问题，还存在如何进行培训、教育和普及物联网知识和技术的问题。

构建和部署物联网示范系统的技术层面的挑战，包括通信基础设施、隐私保护和互操作性问题。物联网需要普适联网，对于公共设施的物联网需要在城市范围建立全覆盖的无线联网基础设施，而这种设施是无法在短时间内建立的。如何经济、有效地构建满足物联网需要的联网基础设施？这在技术上也是一个挑战。无论是公共设施的物联网，还是企业专用的物联网，都需要提供严格的数据保护机制；否则，无论是公众，还是企业都不会接受物联网，不会使用物联网的相关应用。从用户角度看，物联网应该是以用户为核心的网络，完全可以按照用户的意愿进行控制和操作。如何让用户信任物联网？这在技术上还是一个很大的挑战。

物联网提供的普适服务依赖于互操作性，它不仅依赖于网络运营商提供的标准服务质量，还依赖于跨域的命名、安全性、移动性、多播、定位、路由和管理，也包括对于提供公共设施的公平补偿。如何形成完整的物联网技术标准并且实现这些标准？这是一项十分具有挑战性的工作。