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北京邮电大学王卫东:物联网的发展趋势

[日期:2016-07-06] 来源:通信世界网  作者:耿鹏飞 [字体: ]

  通信世界网消息(CWW) 2016年7月6日,“eSIM技术与创新峰会-破局与布局”在北京新世纪日航酒店举行,通信世界网对本次会议进行全程直播。北京邮电大学电子工程学院副院长教授、博士生导师王卫东发表了以“物联网的发展趋势”为主题的演讲。

  以下是王卫东演讲实录:

  很高兴有机会给大家介绍一下我们的考虑,但是我们的考虑可能不全面,这次也是跟大家学习和交流。我谈一下物联网的发展趋势,更多是近些年,尤其是这一两年行业的一些关注,尤其是在接入和传输层面的。

  物联网的起源,其实我们现在回头来看的话,更多的是 IBM 当时的一次游说的活动,IBM当时做这个工作的考虑,我想是要贩卖它的非常强大的服务能力,也就是我们现在物联网里面看的它的应用的服务能力。但是这件事情得到了奥巴马的支持,奥巴马的行动又得到的温家宝总理的响应,所以说两个ICT大国的举动就带动了物联网的发展。而且在欧洲、日本也得到的广泛的响应,所以物联网已经成为国家和地区的发展战略。

  那么物联网首先是要用感知技术和智能装置,对物理世界进行初步的认识、感知,然后再用我们强大的通信网络,把信息连接起来大,最后我们得到这些信息以后要对它进行挖掘和计算,对物理世界实行实时的控制、管理,最后达到科学的决策。

  那么物联网的发展从这几年来看有这么几个阶段:

  第一,思想萌芽阶段。在我们国家来说,我们当时对它的认识就是一个传感网,尤其是无线传感网的认识,当时立了很多课题,课题以后人们就发现除了这些技术的认识以外。

  那么马上很快就进入到第二个阶段,就是技术探索解答,物联网怎么用,用在哪,所以当时在一些典型的行业进行了应用,比如说滇池水质的监测、太湖的监测,一些重点关注行业。在这个阶段它的好处就是说,我们通过这个阶段分散在各个行业的应用,使大家对物联网有了一个全新的认识。

  但是现在我们又进入了第三个阶段,技术的完善阶段。我们发现通过这段以后,物联网不是光连起来这么简单,它首先要对这些信息触底,这是我们见到的,所以在里面要包含云计算和大数据技术包括虚拟现实技术,但是人们又发现一个很重要的问题,我们过去承载物联网的底层技术是存在问题的,但是都知道一做什么应用就马上想起WIFI、蓝牙,但是我们现在回过头来发现这些技术是存在问题的、存在瑕疵的,为什么?是因为他们提升的时间太早了,离我们物联网的思想相距甚远。

  最后一个阶段,在我们现在这个时间来观看的话,可能10年左右,我们要构筑一个泛在的物联网,体现的两个含义,也就是接入和联系的手段上是泛在的,产生的影响是泛在的。

  所以我们说有4个阶段。我们现在更关注的是把各种获得的感知信息进行融合,然后介入到网络,再实现泛在的服务。网络架构也是一个关键问题,刚才和刘总在谈这个问题,刘

  总说他要建一个物联网的杂志,我说恭喜你,您选的方向永远不会愁片源,因为物联网是我们现在见到的最大规模的网络体系。

  大家可以看到这是物联网体系,我们都很熟悉的架构,有三层,底层是感知层,中间是网络层,上面是应用层。感知层实际是我们的无线传感网、有线传感网所在的地方,这个地方重要的作用是要获取物理信息,我们最初的物理信息是有形的,比如说温度、湿度、PM2.5,但是事实上随着我们的发展我们发现,我们在感知层,在应用层、在其他层还能发现新的感知信息,也就是说感知层也在扩展。

  第二层,网络层。就是我们熟悉的电信网络为代表的层面,主要是由国家的基础建设设施,还有一些专用网络体系构筑而成,这里面包括我们所说的互联网、移动网络还有专用的工具数据网络,甚至包括交通部门有它的光缆体系,专用网络体系。

  到了上面的应用层,它还有两个层面的含义:前项的数据获取计算,还有一个是它计算以后要反馈回网络层、反馈回感知层、反馈用户,实现我们最终的控制。

  大家看了这个图就知道物联网是多少复杂的体系,现在中国学校搞了很多物联网专业,我可以说培养出来的这些人都会很痛苦,因为大家可以看到,即使在感知层就有很多的网络体系,我这里列的主要是以无线网络体系为代表,温湿度传感器上面的就是WIFI、蓝牙等等这些有些同志甚至不知道什么意思。

  到了上面你可以看到,网络层有移动网络、有专用网络,这里面还有广电网络等等在这里面体现。到了应用层,信息上来以后,这个体系也有自己的网络体系,同志们说这个网络是不是跟前面的网络是一样的,对不起不一样,举一个例子,房山那年721大水,这个时候我们可以通过前端的感知发现水文信息上来了,再通过电信网络体系传到我们的应急指挥部了,但是这个时候我经过决策以后,我要向下发布的时候,用的网络体系就不是这个网络体系,有可能用的是人的体系,比如说呼喊、敲锣打鼓,可以是广播、电视、无线本地环路网,也可以是移动通信网,但是我们也知道到了那个时候可能不好使了。

  所以说我们现在可以看到,它实际上有不同的网络体系,我们也可以看到物联网能把我们现在涵盖的网络体系都能包容进去,这也就是说现在中国有那么多的物联网专业学校,我可以说没有一个学校能培养出合格的物联网人才,是因为这个体系太大。

  大家可以看到我们最终要实现3C,我是搞通信的,我很愿意做中间这块,但是它只是其中的一小部分,我们要进行电脑计算,最后我们要实现控制。这个控制大家往往理解是控制设备,实际上我们得到了信息以后不是光控制设备,还要控制人,这是我们更重要的目的,也就是我们科学决策以后要干什么,所以说大家可以看到,原来物联网不是一个单向的而是

  一个闭环网络。而且从网络的体系架构来说不是一个层次很明细的网,是一个复杂的网络体系。

  那么物联网经过这些年的探索,中国人是从来不把理论放在神圣的殿堂里,是要拿出来用的。在用的过程中我们发现了很多的问题。

  首先,我们发现有安全的问题,大家一想可能是数据缺乏安全有效的手段,这个硬件存在攻击漏洞,这个是毫无疑问存在的。互联网是现在大家最依赖也是最不靠谱的一个网络,这里必然存在很多问题,也是我们现在物联网同行大家特别头疼的问题。

  虽然大家在补功课,但是从我的专业角度来说大家还有一个忽视的,缺乏专用可靠的频谱资源,我们现在在感知层面用的这些网络技术,绝大部分用的是2.4GISM频段,也就是科学医疗频段,工业科学医疗免费频段,免费意味着质量的低廉,大家都用WIFI,不是WIFI好,而是WIFI便宜甚至不收钱假如说明天一样收钱,你马上就不用了。它都用的是ISM,这样会带来一个安全问题,假如我们以后真的实现的智慧医疗,这是个心脏病人,他现在已经发作了,他急需得到那边的信息告诉别人我已经发作了,或者是得到这边的指导,可是因为他用的是免费频段,旁边有一个电磁炉一工作信息传不出去了,那这个病人的下场就是死,所以说有安全的问题。

  第二,传输的问题。

  既然网络体系这么复杂,那么我们很难建立一个统一的标准体系,我们可以在电信网建立标准体系,但是要在物联网这个范畴上考虑确实是很困难。还有就是我刚才说的像WIFI这些技术不是为了物联网专门设计的。所以说很难满足我们现在的需求。获取的种类少,这个种类少有两个方面的问题:

  一、我们中国ICD技术很发达,但是我们的传感器技术是很弱的,美国、日本都掐我们的脖子,我们无法获得高质量的、高端的传感器。

  二、即使有了这些传感器都分布在各个行业里面,每个行业都有10种、5种传感器信息资源,但是我不公开、不共享,那么最终我起的作用也很小。

  第三、应用。

  从目前来看以移动终端为主的应用需求特别强烈,也特别直接,很快一个技术,一个APP下载就能见到钱,但是这种应用是一种低质、快速的应用。我们相对后面在产业行业上的应用就比较弱,数据的挖掘深度不够,这个就不用多说了还没有充分的进行应用,现在民生服务应用还是比较好的,但是工业应用与普及是很弱的。GDP主要的产值还是要通过工业来提高,物联网既要服务于民生,也要服务于产业。

  这些问题产生以后,我们各个同行也做了大量的工作,物联网从过去的广度、深度上都有了很大的发展。

  首先,过去的物联的应用还是局限于在某个行业,尤其是在我们地面上的一些考虑,但是现在不一样了,现在我们向多层的立体感知发展。比如说我们在地震、山洪、森林复杂区域,我们希望对它补强,对于像国土外的利益,我们走到非洲,走到一带一路,走到马六甲海峡的时候我们如何去对盲感知区的覆盖,尤其我们现在在南海和美国针锋相对的斗争,我们也要布一个以军为主,以民为辅的感知网络,就是海底传感网。

  现在就会构成地面感知段,这个是传统的RFID,无线传感网、传感器等等形成的,还有空间感知段,空间感知段会把各种卫星资源、空机资源都利用起来。现在海底感知段我们要做的是显标,水下探测器、自制机器人、ROV等等。那么在感知网络我刚才说了,前面讲的WIFI这些都是短距离的感知传输技术,但是这些技术都有一个缺点,它不是为我们现在物联网的需求来量身定制的,比如说WIFI,他并不强调去建立网络而是强调接入,哪有电信的基础设施,在哪会建设WIFI,这是一个问题,由于免费所以它在接入协议上非常简单,保证能力非常弱,所以大家用WIFI的时候,刚去咖啡馆里一个人用得很嗨,10个人进去、20个人进去以后发现服务感受非常差。

  zigbee它的支持协议是来自于802.15.4,这个协议它问题在于什么?它的数据保障非常弱,比如说它的特点就和我们IP技术最早的,就是分组传输技术最早的一样,打出去不管,我发出去一个包,完全靠它自生自灭,要没遇到人,就收到了,撞到了拿回来重传,重传也是要费电的。再有它的网络拓扑结构是mash的,比如说它有触头,有全功能的节点等等,但是这里有一个问题,它遇到一个很现实的问题,当它有触头的时候,大家都把信息发过来了,但是触头能力又没有增强,和其他节点差不多,结果这个触头先累死了,没电了。你没电了我再选一个,结果它的特点就是一个个把节点累死,对于达到整个网络的瘫痪。

  所以说它存在着问题,尽管他说一个ZigBee的节点能用两年三年,实际上到网络体系里面用没有那么长时间,这是一个问题。还有它的数据上保障,我们在一个真结构上,在电信传输的真结构上,一定会加入信道编码,因为我们无线信道很差,进行信道编码来对抗衰弱和远距离的衰减,但是ZigBee没有,所以它是一个廉价的、低成本的技术。

  所以说覆盖范围有限,尤其他们都用的是2.4G免费的频段,针对这个问题,现在人们发现我们要来考虑问题了。我用移动蜂窝网来做行不行,发现不行,移动蜂窝网毕竟是为了我们电信传输服务的,所以说它在面对的数以百万计或者是千万计、或者是亿计的传感节点的时候会力不从心。

  那么现在电信也逐渐发现物联网是一个很重要的环节,不能把这个阵地失去了,所以说在布局他们就推出了NBIOT,当然它推出NBIOT这个问题是受sixfox、××的影响,它敏锐的意识到如果用非授权段频率是不行的。而且要对数据增强,要对协议进行改造。

  所以说在这两个的鼓舞下,电信领域说我们更有钱,更有技术实力,更有需求带做这个事儿,就推出窄带,NBIOT,但是这种窄带IOT明显体现出来了我们3GPP浓厚的技术特点:

  第一,我要有频段,大家在争取这个频段。

  第二,我要进行QUS的保障,在这个保障上,我一定会改变它的主网结构,我也用中继,但是我的处理和ZigBee是不一样的。

  第三,我对抗衰弱,我要加入信道编码。

  所以说通过多种组合以后,这个NBIOT明显体现出了对ZigBee的压倒优势,但是是不是NBIOT就成为未来的唯一选择呢?我觉得不是,因为只要有这种需求存在,因为物联网它的需求是庞杂的,NBIOT也只能是对某些传输是有效的,对于其他来说是困难的。所以说一定会有其他的技术进行补充。

  另外就是说在传输上,我们5G的应用似乎比我们预想的速度还要快,5G现在无疑会让传输的频率速度会更快,这样的话对于物联网的支撑作用会更强大。

  最后一个是应用,这个我只能说一些泛泛的,应用领域现在是民生服务在向工业领域头越来越快,因为大家受到了鼓舞,工业领域尤其要引入工程的话,会提升生产效率和规范流程。那么民生服务随着更多的传感信息的获取,我们会得到更多高校的服务。

  第二,传感信息的力度方式,我们过去很简单,可能我今天想知道气象信息,我把PM2.5信息拿过来就行了,最多加个温度,但是未来的服务很可能是几十种传感信息的获取,而且这种获取不是像简单的本地处理往上传,传到后台再处理,很有可能在前端我们就进行人工智能的处理(结合行业的)。

  还有一个是我们在高层感知,比如说我获取了图象信息,图象信息中有一个人,如果这个人快速的移动我就能对他进行一次挖掘,我们认为这儿出现了一个紧急的事情,如果我们对紧急的事情再进一步挖掘,我们发现这个人的手上有一支枪,我们会再进一步挖掘,会成为更高层次的信息。

  所以说对于动态数据,我们会出现协同感知,进行高精度的多次挖掘,这种挖掘无疑需要多种传感器信息的配合。

  下一个呈现与交互,VR与AR不是光单纯的一个展示,实际是各种信息重新建模,重新认知的过程,这种认知会对我们未来的物联网的应用是有极高的价值。

  第三安全大家还是要重视,我们现在专门加了信息安全的工作,因为如果一个信息没有安全的话,我们宁愿不要,对于军事来说,如果我得到这个信息美国人也知道的话,我宁可一开始就不要这个信息,如果我得到了,我还不知道美国人知道了,那么灾难更是可怕的,所以说目前安全的信息,比没有信息更可怕。

  我的冻结是说,未来的标准体系的工作归有很多需要去做,很复杂,数据的感知精度、挖掘层次,人们会不断的增强,5G的技术的引入,对我们物联网的推广和应用会带来极了大的推动作用,信息安全可以得到大家充分的重视。

  我的演讲就这么多,谢谢大家

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