北京郵電大學王衛(wèi)東:物聯(lián)網的發(fā)展趨勢
2016年7月6日,“eSIM技術與創(chuàng)新峰會-破局與布局”在北京新世紀日航酒店舉行,通信世界網對本次會議進行全程直播。北京郵電大學電子工程學院副院長教授、博士生導師王衛(wèi)東發(fā)表了以“物聯(lián)網的發(fā)展趨勢”為主題的演講。
以下是王衛(wèi)東演講實錄:
很高興有機會給大家介紹一下我們的考慮,但是我們的考慮可能不全面,這次也是跟大家學習和交流。我談一下物聯(lián)網的發(fā)展趨勢,更多是近些年,尤其是這一兩年行業(yè)的一些關注,尤其是在接入和傳輸層面的。
物聯(lián)網的起源,其實我們現(xiàn)在回頭來看的話,更多的是 IBM 當時的一次游說的活動,IBM當時做這個工作的考慮,我想是要販賣它的非常強大的服務能力,也就是我們現(xiàn)在物聯(lián)網里面看的它的應用的服務能力。但是這件事情得到了奧巴馬的支持,奧巴馬的行動又得到的溫家寶總理的響應,所以說兩個ICT大國的舉動就帶動了物聯(lián)網的發(fā)展。而且在歐洲、日本也得到的廣泛的響應,所以物聯(lián)網已經成為國家和地區(qū)的發(fā)展戰(zhàn)略。
那么物聯(lián)網首先是要用感知技術和智能裝置,對物理世界進行初步的認識、感知,然后再用我們強大的通信網絡,把信息連接起來大,最后我們得到這些信息以后要對它進行挖掘和計算,對物理世界實行實時的控制、管理,最后達到科學的決策。
那么物聯(lián)網的發(fā)展從這幾年來看有這么幾個階段:
第一,思想萌芽階段。在我們國家來說,我們當時對它的認識就是一個傳感網,尤其是無線傳感網的認識,當時立了很多課題,課題以后人們就發(fā)現(xiàn)除了這些技術的認識以外。
那么馬上很快就進入到第二個階段,就是技術探索解答,物聯(lián)網怎么用,用在哪,所以當時在一些典型的行業(yè)進行了應用,比如說滇池水質的監(jiān)測、太湖的監(jiān)測,一些重點關注行業(yè)。在這個階段它的好處就是說,我們通過這個階段分散在各個行業(yè)的應用,使大家對物聯(lián)網有了一個全新的認識。
但是現(xiàn)在我們又進入了第三個階段,技術的完善階段。我們發(fā)現(xiàn)通過這段以后,物聯(lián)網不是光連起來這么簡單,它首先要對這些信息觸底,這是我們見到的,所以在里面要包含云計算和大數(shù)據(jù)技術包括虛擬現(xiàn)實技術,但是人們又發(fā)現(xiàn)一個很重要的問題,我們過去承載物聯(lián)網的底層技術是存在問題的,但是都知道一做什么應用就馬上想起WIFI、藍牙,但是我們現(xiàn)在回過頭來發(fā)現(xiàn)這些技術是存在問題的、存在瑕疵的,為什么?是因為他們提升的時間太早了,離我們物聯(lián)網的思想相距甚遠。
最后一個階段,在我們現(xiàn)在這個時間來觀看的話,可能10年左右,我們要構筑一個泛在的物聯(lián)網,體現(xiàn)的兩個含義,也就是接入和聯(lián)系的手段上是泛在的,產生的影響是泛在的。
所以我們說有4個階段。我們現(xiàn)在更關注的是把各種獲得的感知信息進行融合,然后介入到網絡,再實現(xiàn)泛在的服務。網絡架構也是一個關鍵問題,剛才和劉總在談這個問題,劉
總說他要建一個物聯(lián)網的雜志,我說恭喜你,您選的方向永遠不會愁片源,因為物聯(lián)網是我們現(xiàn)在見到的最大規(guī)模的網絡體系。
大家可以看到這是物聯(lián)網體系,我們都很熟悉的架構,有三層,底層是感知層,中間是網絡層,上面是應用層。感知層實際是我們的無線傳感網、有線傳感網所在的地方,這個地方重要的作用是要獲取物理信息,我們最初的物理信息是有形的,比如說溫度、濕度、PM2.5,但是事實上隨著我們的發(fā)展我們發(fā)現(xiàn),我們在感知層,在應用層、在其他層還能發(fā)現(xiàn)新的感知信息,也就是說感知層也在擴展。
第二層,網絡層。就是我們熟悉的電信網絡為代表的層面,主要是由國家的基礎建設設施,還有一些專用網絡體系構筑而成,這里面包括我們所說的互聯(lián)網、移動網絡還有專用的工具數(shù)據(jù)網絡,甚至包括交通部門有它的光纜體系,專用網絡體系。
到了上面的應用層,它還有兩個層面的含義:前項的數(shù)據(jù)獲取計算,還有一個是它計算以后要反饋回網絡層、反饋回感知層、反饋用戶,實現(xiàn)我們最終的控制。
大家看了這個圖就知道物聯(lián)網是多少復雜的體系,現(xiàn)在中國學校搞了很多物聯(lián)網專業(yè),我可以說培養(yǎng)出來的這些人都會很痛苦,因為大家可以看到,即使在感知層就有很多的網絡體系,我這里列的主要是以無線網絡體系為代表,溫濕度傳感器上面的就是WIFI、藍牙等等這些有些同志甚至不知道什么意思。
到了上面你可以看到,網絡層有移動網絡、有專用網絡,這里面還有廣電網絡等等在這里面體現(xiàn)。到了應用層,信息上來以后,這個體系也有自己的網絡體系,同志們說這個網絡是不是跟前面的網絡是一樣的,對不起不一樣,舉一個例子,房山那年721大水,這個時候我們可以通過前端的感知發(fā)現(xiàn)水文信息上來了,再通過電信網絡體系傳到我們的應急指揮部了,但是這個時候我經過決策以后,我要向下發(fā)布的時候,用的網絡體系就不是這個網絡體系,有可能用的是人的體系,比如說呼喊、敲鑼打鼓,可以是廣播、電視、無線本地環(huán)路網,也可以是移動通信網,但是我們也知道到了那個時候可能不好使了。
所以說我們現(xiàn)在可以看到,它實際上有不同的網絡體系,我們也可以看到物聯(lián)網能把我們現(xiàn)在涵蓋的網絡體系都能包容進去,這也就是說現(xiàn)在中國有那么多的物聯(lián)網專業(yè)學校,我可以說沒有一個學校能培養(yǎng)出合格的物聯(lián)網人才,是因為這個體系太大。
大家可以看到我們最終要實現(xiàn)3C,我是搞通信的,我很愿意做中間這塊,但是它只是其中的一小部分,我們要進行電腦計算,最后我們要實現(xiàn)控制。這個控制大家往往理解是控制設備,實際上我們得到了信息以后不是光控制設備,還要控制人,這是我們更重要的目的,也就是我們科學決策以后要干什么,所以說大家可以看到,原來物聯(lián)網不是一個單向的而是
一個閉環(huán)網絡。而且從網絡的體系架構來說不是一個層次很明細的網,是一個復雜的網絡體系。
那么物聯(lián)網經過這些年的探索,中國人是從來不把理論放在神圣的殿堂里,是要拿出來用的。在用的過程中我們發(fā)現(xiàn)了很多的問題。
首先,我們發(fā)現(xiàn)有安全的問題,大家一想可能是數(shù)據(jù)缺乏安全有效的手段,這個硬件存在攻擊漏洞,這個是毫無疑問存在的。互聯(lián)網是現(xiàn)在大家最依賴也是最不靠譜的一個網絡,這里必然存在很多問題,也是我們現(xiàn)在物聯(lián)網同行大家特別頭疼的問題。
雖然大家在補功課,但是從我的專業(yè)角度來說大家還有一個忽視的,缺乏專用可靠的頻譜資源,我們現(xiàn)在在感知層面用的這些網絡技術,絕大部分用的是2.4GISM頻段,也就是科學醫(yī)療頻段,工業(yè)科學醫(yī)療免費頻段,免費意味著質量的低廉,大家都用WIFI,不是WIFI好,而是WIFI便宜甚至不收錢假如說明天一樣收錢,你馬上就不用了。它都用的是ISM,這樣會帶來一個安全問題,假如我們以后真的實現(xiàn)的智慧醫(yī)療,這是個心臟病人,他現(xiàn)在已經發(fā)作了,他急需得到那邊的信息告訴別人我已經發(fā)作了,或者是得到這邊的指導,可是因為他用的是免費頻段,旁邊有一個電磁爐一工作信息傳不出去了,那這個病人的下場就是死,所以說有安全的問題。
第二,傳輸?shù)膯栴}。
既然網絡體系這么復雜,那么我們很難建立一個統(tǒng)一的標準體系,我們可以在電信網建立標準體系,但是要在物聯(lián)網這個范疇上考慮確實是很困難。還有就是我剛才說的像WIFI這些技術不是為了物聯(lián)網專門設計的。所以說很難滿足我們現(xiàn)在的需求。獲取的種類少,這個種類少有兩個方面的問題:
一、我們中國ICD技術很發(fā)達,但是我們的傳感器技術是很弱的,美國、日本都掐我們的脖子,我們無法獲得高質量的、高端的傳感器。
二、即使有了這些傳感器都分布在各個行業(yè)里面,每個行業(yè)都有10種、5種傳感器信息資源,但是我不公開、不共享,那么最終我起的作用也很小。
第三、應用。
從目前來看以移動終端為主的應用需求特別強烈,也特別直接,很快一個技術,一個APP下載就能見到錢,但是這種應用是一種低質、快速的應用。我們相對后面在產業(yè)行業(yè)上的應用就比較弱,數(shù)據(jù)的挖掘深度不夠,這個就不用多說了還沒有充分的進行應用,現(xiàn)在民生服務應用還是比較好的,但是工業(yè)應用與普及是很弱的。GDP主要的產值還是要通過工業(yè)來提高,物聯(lián)網既要服務于民生,也要服務于產業(yè)。
這些問題產生以后,我們各個同行也做了大量的工作,物聯(lián)網從過去的廣度、深度上都有了很大的發(fā)展。
首先,過去的物聯(lián)的應用還是局限于在某個行業(yè),尤其是在我們地面上的一些考慮,但是現(xiàn)在不一樣了,現(xiàn)在我們向多層的立體感知發(fā)展。比如說我們在地震、山洪、森林復雜區(qū)域,我們希望對它補強,對于像國土外的利益,我們走到非洲,走到一帶一路,走到馬六甲海峽的時候我們如何去對盲感知區(qū)的覆蓋,尤其我們現(xiàn)在在南海和美國針鋒相對的斗爭,我們也要布一個以軍為主,以民為輔的感知網絡,就是海底傳感網。
現(xiàn)在就會構成地面感知段,這個是傳統(tǒng)的RFID,無線傳感網、傳感器等等形成的,還有空間感知段,空間感知段會把各種衛(wèi)星資源、空機資源都利用起來?,F(xiàn)在海底感知段我們要做的是顯標,水下探測器、自制機器人、ROV等等。那么在感知網絡我剛才說了,前面講的WIFI這些都是短距離的感知傳輸技術,但是這些技術都有一個缺點,它不是為我們現(xiàn)在物聯(lián)網的需求來量身定制的,比如說WIFI,他并不強調去建立網絡而是強調接入,哪有電信的基礎設施,在哪會建設WIFI,這是一個問題,由于免費所以它在接入協(xié)議上非常簡單,保證能力非常弱,所以大家用WIFI的時候,剛去咖啡館里一個人用得很嗨,10個人進去、20個人進去以后發(fā)現(xiàn)服務感受非常差。
zigbee它的支持協(xié)議是來自于802.15.4,這個協(xié)議它問題在于什么?它的數(shù)據(jù)保障非常弱,比如說它的特點就和我們IP技術最早的,就是分組傳輸技術最早的一樣,打出去不管,我發(fā)出去一個包,完全靠它自生自滅,要沒遇到人,就收到了,撞到了拿回來重傳,重傳也是要費電的。再有它的網絡拓撲結構是mash的,比如說它有觸頭,有全功能的節(jié)點等等,但是這里有一個問題,它遇到一個很現(xiàn)實的問題,當它有觸頭的時候,大家都把信息發(fā)過來了,但是觸頭能力又沒有增強,和其他節(jié)點差不多,結果這個觸頭先累死了,沒電了。你沒電了我再選一個,結果它的特點就是一個個把節(jié)點累死,對于達到整個網絡的癱瘓。
所以說它存在著問題,盡管他說一個ZigBee的節(jié)點能用兩年三年,實際上到網絡體系里面用沒有那么長時間,這是一個問題。還有它的數(shù)據(jù)上保障,我們在一個真結構上,在電信傳輸?shù)恼娼Y構上,一定會加入信道編碼,因為我們無線信道很差,進行信道編碼來對抗衰弱和遠距離的衰減,但是ZigBee沒有,所以它是一個廉價的、低成本的技術。
所以說覆蓋范圍有限,尤其他們都用的是2.4G免費的頻段,針對這個問題,現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)我們要來考慮問題了。我用移動蜂窩網來做行不行,發(fā)現(xiàn)不行,移動蜂窩網畢竟是為了我們電信傳輸服務的,所以說它在面對的數(shù)以百萬計或者是千萬計、或者是億計的傳感節(jié)點的時候會力不從心。
那么現(xiàn)在電信也逐漸發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網是一個很重要的環(huán)節(jié),不能把這個陣地失去了,所以說在布局他們就推出了NBIOT,當然它推出NBIOT這個問題是受sixfox、××的影響,它敏銳的意識到如果用非授權段頻率是不行的。而且要對數(shù)據(jù)增強,要對協(xié)議進行改造。
所以說在這兩個的鼓舞下,電信領域說我們更有錢,更有技術實力,更有需求帶做這個事兒,就推出窄帶,NBIOT,但是這種窄帶IOT明顯體現(xiàn)出來了我們3GPP濃厚的技術特點:
第一,我要有頻段,大家在爭取這個頻段。
第二,我要進行QUS的保障,在這個保障上,我一定會改變它的主網結構,我也用中繼,但是我的處理和ZigBee是不一樣的。
第三,我對抗衰弱,我要加入信道編碼。
所以說通過多種組合以后,這個NBIOT明顯體現(xiàn)出了對ZigBee的壓倒優(yōu)勢,但是是不是NBIOT就成為未來的唯一選擇呢?我覺得不是,因為只要有這種需求存在,因為物聯(lián)網它的需求是龐雜的,NBIOT也只能是對某些傳輸是有效的,對于其他來說是困難的。所以說一定會有其他的技術進行補充。
另外就是說在傳輸上,我們5G的應用似乎比我們預想的速度還要快,5G現(xiàn)在無疑會讓傳輸?shù)念l率速度會更快,這樣的話對于物聯(lián)網的支撐作用會更強大。
最后一個是應用,這個我只能說一些泛泛的,應用領域現(xiàn)在是民生服務在向工業(yè)領域頭越來越快,因為大家受到了鼓舞,工業(yè)領域尤其要引入工程的話,會提升生產效率和規(guī)范流程。那么民生服務隨著更多的傳感信息的獲取,我們會得到更多高校的服務。
第二,傳感信息的力度方式,我們過去很簡單,可能我今天想知道氣象信息,我把PM2.5信息拿過來就行了,最多加個溫度,但是未來的服務很可能是幾十種傳感信息的獲取,而且這種獲取不是像簡單的本地處理往上傳,傳到后臺再處理,很有可能在前端我們就進行人工智能的處理(結合行業(yè)的)。
還有一個是我們在高層感知,比如說我獲取了圖象信息,圖象信息中有一個人,如果這個人快速的移動我就能對他進行一次挖掘,我們認為這兒出現(xiàn)了一個緊急的事情,如果我們對緊急的事情再進一步挖掘,我們發(fā)現(xiàn)這個人的手上有一支槍,我們會再進一步挖掘,會成為更高層次的信息。
所以說對于動態(tài)數(shù)據(jù),我們會出現(xiàn)協(xié)同感知,進行高精度的多次挖掘,這種挖掘無疑需要多種傳感器信息的配合。
下一個呈現(xiàn)與交互,VR與AR不是光單純的一個展示,實際是各種信息重新建模,重新認知的過程,這種認知會對我們未來的物聯(lián)網的應用是有極高的價值。
第三安全大家還是要重視,我們現(xiàn)在專門加了信息安全的工作,因為如果一個信息沒有安全的話,我們寧愿不要,對于軍事來說,如果我得到這個信息美國人也知道的話,我寧可一開始就不要這個信息,如果我得到了,我還不知道美國人知道了,那么災難更是可怕的,所以說目前安全的信息,比沒有信息更可怕。
我的凍結是說,未來的標準體系的工作歸有很多需要去做,很復雜,數(shù)據(jù)的感知精度、挖掘層次,人們會不斷的增強,5G的技術的引入,對我們物聯(lián)網的推廣和應用會帶來極了大的推動作用,信息安全可以得到大家充分的重視。
我的演講就這么多,謝謝大家
提交
光亞論壇·2024 智能產業(yè)聚合高峰論壇舉辦!
新訊受邀參加華為Redcap產業(yè)峰會,并榮獲RedCap生態(tài)合作獎!
2024年斯凱孚創(chuàng)新峰會暨新產品發(fā)布會召開,以創(chuàng)新產品矩陣重構旋轉
禹衡光學亮相北京機床展,以創(chuàng)新助力行業(yè)發(fā)展新篇章
從SCIMC架構到HyperRing技術,機器人控制技術的革新