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物联网的技术体系与产业链介绍

2020-02-20 来源:物联网与金融支付 作者:刘风军

  本文为物联网与金融支付,其中一章节,如需查看全文,请点击:《物联网与金融支付》全文

  1、物联网技术体系概述

  之前的文章中,从物联网应用的角度简单介绍了物联网活动的组成要素,即物联网服务提供商、物联网应用运营商、通信服务提供商、支付服务提供商和消费主体这五个部分。现在,我们从技术实现体系层面对物联网进行分析,主要包括四个层次:即感知控制层、网络通信层、平台服务层,以及应用服务层。很多人一说起物联网技术,就认为只是传感器技术。其实物联网绝不仅仅只是传感器,真正的物联网企业级应用需要在这四个层次上做有效整合,形成物联网智能管理系统,从而真正发挥支持行业业务的作用。

  1.感知控制层

  通过从传感器、计量器等器件获取环境、资产或者运营状态信息,在进行适当的处理之后,通过传感器传输网关将数据传递出去;同时通过传感器接收网关接收控制指令信息,在本地传递给控制器件达到控制资产、设备及运营的目的。所采用的设备包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、各类终端和传感器网络等。主要技术涉及感知及控制器件的管理,短距离无线通信、传输与接收网关,本地数据及信号处理等。在物联网的应用过程中,感知控制层通常是由RFID、NFC等设备来感知和处理的。

  2.网络通信层

  负责将感知控制层获取的信息进行传递和处理,是物联网的神经中枢。它通过公网或者专网以无线或者有线的通信方式将信息、数据与指令在感知控制层与平台及应用层之间传递。其中特别需要对安全及传输服务质量进行管理,以避免数据的丢失、乱序、延时等问题。

  所涉及的设备与技术包括各类有线或无线的通信网络、从微距到超长的网络连接与互联网融合、各类海量感知数据的存储、筛选、分析、查询与处理。在物联网的应用过程中,网络通信层主要由通信服务提供商来实现和完成。

  3.平台服务层

  通过感知层及网络层获得数据后,对数据进行必要的路由和处理(包括数据过滤、丢失数据定位、冗余数据剔除、数据融合)。数据处理的逻辑根据设备和应用的不同而不同,其产生的高质量以及融合的数据会传送给数据分析模块做进一步的数据挖掘处理。 分析模块首先把数据与物理环境与设备和应用关联起来,根据当前数据和历史数据,评估和预测系统当前的状态以及风险因素。根据预警规则,分析模块把具有一定风险等级的分析结果通过业务流程及应用整合传送给控制与通知系统。如果需要对系统做优化,则可以运用仿真及优化方案,并提供决策支持。从而实现在实时感知基础上支持业务的即时优化与控制。值得一提的是,云计算平台正在成为物联网从网络层到应用层的重要支撑。在物联网应用的过程中,通常由物联网运营商提供这个平台,这样中小型物联网服务提供商将相关应用部署到该平台中,可以降低这些企业的运营成本。但是大型的物联网服务提供商往往会建立自己的服务平台,以保证其应用的安全性。

  4.应用与服务层

  根据企业业务的需要,可以在平台服务层之上建立相关的物联网应用。例如:城市交通情况的分析与预测、城市资产状态监控与分析、环境状态监控、分析与预警(例如:风力、雨量、滑坡);健康状况监测与医疗方案建议等。这些应用会以业务流程的方式整合感知控制层,网络通信层以及平台服务层的服务及能力,从而实现及时感知、及时分析、及时响应的物联网智能管理业务模式,进而提升运营效率、推动业务模式创新并且降低运营与管理成本。在物联网的技术体系中,物联网服务提供商根据业务的实际需求在相关层面实现物联网应用与相关的服务,参见表1.

表1 物联网技术体系的四个层次及其对应的业务功能

物联网技术体系的四个层次及其对应的业务功能

  这里举一个基于物联网手机付费系统的应用场景,刷卡设备和内置手机的RFID是感知层设备,所涉及的网络包括无线网识别和互联网的传输,通过平台层的实时处理,而应用层主要完成后台鉴别认证和银行网络划账,从而达到电子金融支付的目的。

  一般来说, 物联网系统应用的基本流程至少包括以下四个环节:

  (1)对物体属性进行标志。属性包括静态属性和动态属性两类。静态属性可以直接存储在标签中,动态属性需要先由传感器实时探测。

  (2)识别设备完成对物体属性的读取,并将信息转换为适合网络传输的数据格式。

  (3)将物体的信息通过网络传输到信息处理中心(处理中心可能是分布式的,如个人计算机或者手机,也可能是集中式的),由处理中心完成物体通信的相关计算。

  (4)将完成处理的数据应用在指定的目标场景或者传输到需要的应用环境中。

  正如前面例子中提到的手机作为支付终端的情况,此时的手机显然已经能够称得上是智能手机或者移动钱包了。它在默认的状态下一直处于“永远在线”,一刻不停地从网上获取信息并进行移动支付的前述各项操作。在国外,已经有独立的公司来运作移动付费的业务,如Twitter的联合创始人Jack Dorsey创建的Square公司。

  通过分析物联网技术体系的四个层次,下面列举一些与物联网相关的主要关键技术组成,参见表2.

表2 物联网的主要关键技术

物联网的主要关键技术

  这些技术专题中部分专用术语简介如下:

  1)RFID技术

  RFID (Radio Frequency ldentification,射频识别)技术,是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣的环境中。

  RFID技术可以识别告诉运动物体并可同时识别多个标签。RFID按照能源的供给方式可以分为无源RFID (被动式标签)、有源RFID (主动式标签)和半有源RFID (半被动式标签)三种。无源RFID读写的距离近,但是价格低廉;有源RFID可以提供更远的读写距离,但是需要电池持续供电,因此成本较无源RFID更高一些, 适用于远距离读写的应用场合。半有源RFID内的电池仅对标签内要求供电维持数据的电路供电,或提供辅助供电支持。一套完整的RFID系统主要由三部分组成:阅读器(Reader)、电子标签(Tag)、应用程序。其工作原理:是阅读器发射特定频率的无线电波能量给电子标签,用于驱动电子标签电路将内部的数据送出/接收,此时阅读器按序接收/发送数据,并交由应用程序做相应的处理。

  2)NFC技术

  NFC (Near Field Communication,近距离无线通信)技术,是一种短距离的高频无线通信技术, 允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输,在10厘米内交换数据。NFC在使用中不需要电源,并且一次只和一台机器连接,拥有较高的保密性与安全性,因此NFC有利于信用卡交易时避免被盗用,受到了手机生产商、金融机构的青睐。

  3)WSN

  WSN (Wireless Sensor Network,无线传感器网络),是一种由部署在监测区域内大量的廉价微型无线传感器结点组成,通过无线通信方式形成的一个多条的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送给观察者。应用程序通过处理由各传感器返回的数据来监测相关区域的变化。

  4)三网融合技术

  三网融合技术,是指电信网、Internet和有 线电视网三者融合发展,互联互通,为客户同时提供语音、数据和广播电视等多重服务。

  5)IPv6协议

  IPv6 (Internet Protocol Version 6,互联网通信协议第6版),是继IPv4的下一代互联网协议版本。由于IPv4的地址空间已于2011年2月3日全部分配完毕,因此我们必须使用具有更大地址空间的IPv6协议。从理论上来说,地球上的每一颗沙子 都能分配到一个IP地址,使得M2M成为可能。

  6)M2M技术

  M2M (Machine To Machine)技术,其实是一种理念, 可以让机器、设备的应用处理过程与后台的信息系统共享信息,并与操作者共享信息。M2M的核心内容就是网络一切 (Network Everything),就是让所有的设备都具备通信和联网能力,使得网络化所有的设备成为可能。而M2M的通信需要建立一个统一规范的通信接口和标准化的传输内容。

  2、物联网的产业链

  物联网的产业链结构主要包括芯片设备提供商、应用设备提供商、通信网络提供商、系统集成商、软件与应用开发商、运营与服务提供商六个环节,最后与各类终端用户关联,形成丰富多彩的物联网应用场景。

  1.芯片与处理设备提供商

  属于感知与控制层,位于物联网产业链上游。主要提供包括RFID芯片设计、二维码码制,以及图像、动画、 语音等多媒体识别芯片设计等硬件和驱动软件等产品及服务。

  2.应用设备提供商

  属于感知控制层、网络通信层相关层面,主要提供与数据存储、传输和处理相关的产品及服务,包括电子标签、读写设施、IP存储器、有线或无线的智能卡等。

  3.通信网络提供商

  属于网络通信层。包括天网和地网、固定网和移动网、宽带网和窄带网,以及电信级和广电级等各类传输承载网络服务的提供商。

  对应于物联网活动的组成要素(见第1.2.2小节),将上述这三个提供商统-归纳为通信服务提供商,作为物联网的通信服务提供商存在于产业链的上游。

  4.软件与应用开发商

  属于平台服务层,包括与物联网系统应用相关的软件提供商、中间件软件开发与模块提供商,以及提供针对专业领域和特定行业的软件产品、解决方案的服务商。

  5.系统集成商

  属于平台服务层、应用与服务层相关层面。一般面向指定领域、行业、企业或特定服务对象--将系统级和应用级的硬件、软件、网络按照应用目标的需求进行集成的企业。它们既能够提供整体解决方案,也能够对方案进行具体的实施和应用系统的集成。

  上述两个产业链中的环节,即软件与应用开发商、系统集成商,作为物联网服务的提供商, 为消费主体提供针对特定环境下的不同物联网应用。

  6.运营与服务提供商

  属于应用与服务层。直接为终端客户的应用进行服务,这些服务包括直接服务或间接服务,即第三方服务甚至第四方服务。例如在金融服务领域的安全数字认证、远程计费和不同平台之间的自动划账等。

  通常,物联网应用运营商作为产业链中运营与服务提供商的一个重要环节,提供了计费、服务应用等统一管理服务。

  此外,物联网产业链中涉及的所有资金流通,都由支付服务提供商参与,通过多种灵活的方式实现资金的流通。