谈物联 网时代下一些系统设计的应对措施
来源:    发布时间: 2016-01-29 15:14   925 次浏览   大小:  16px  14px  12px

文│广西壮 族自治区工业设计院 刘振洲

导言 互联网 造就了今天的信息型社会,而物联 网将造就未来的智慧型社会。从互联网走向物联网,就是从信息型社会走向智慧型社会的历程。何谓“物联”?如何深 刻地认识和理解 “物联”?如何应用?本文通 过剖析物联的定义、总结出物联网的“3233” ——即“三个特征、两种属性、 三个环节、三种处理方式”,并就当 前的物联初级阶段提出一些系统设计的应对措施,以加深 对物联应用的认识。

1、物联网的定义

顾名思义,物联就是“物物相联”,就是通 过某种形式的链接把物体进行有目的的、具有实 质性意义的相连。物联的 目的是让人们了解、管理、监控和控制物体,让物体“说话、听话并按需行(自)动”,从而实 现物体的智能化、智慧化。

物联网(The Internet of Things) ,简称IOT,其标准定义尚未统一。目前最常见的定义是:物联网 就是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫 描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何 物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现 对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和 管理的一种网络。

上述定义略嫌繁杂、对信息 采集技术的范围描述偏窄(如生物识别、视频识 别等均属于信息采集技术,均可应用于物联网)、对信息 的双向性描述不足且对控制信息未作明确的叙述、“监控”一词表述含糊(如“视频监控”,此时的“监控”与实际 的物体控制含义不同)。

或许这 样定义更为准确和简洁:物联网 就是通过采用某些信息采集技术进行物体信息及相关控制信息的采集,按约定 的协议实现物体与互联网的相连,从而达 到对物体进行监测、监管和 监控的一种网络。

无论如何定义,物联网 均显示出其虽源于互联网、但其内 涵高于广于互联网,具体表现在“延伸和扩展”及“感知及控制”两方面:

延伸和扩展 在互联网基础上,采用非IT技术延 伸和扩展了网络,用户端从原来的PC延伸和 扩展到了任何物体与物体之间;

感知及控制 从原来的人-人链接扩展为物与物、物与人的泛在链接,进而可 实现了对物甚至是人的感知及控制。

2、物联网的 “三特征”、“两属性”

物联网 是一种综合技术,它聚合了网络、自动化、人工智 能和传感等多种技术,因而具有如下的特征:

特征1 互联网特征:以互联 网为核心和基础,需要联网的“物”须能与 互联网互联互通;

特征2 识别及通信特征:接入物联网的“物”须具备 自动识别与物物通信(M2M)的功能;

特征3 智能化特征:整个网 络系统应具有自动化与智能控制的功能。

广义上说,入网的 物可以是任何物体、包括人和动物。入网的 物具有两大属性:

属性1 物体可流动性:入网的 物体除静态物体外,更多的 是动态或者是动静可变的。流动性 物体的入网使物联网的建立有了更实际的意义,也更富有挑战性。

属性2 物识的唯一性:入网的 物体必须进行可被识别的标识,标识编号是唯一的;

3、物联网的“三环节”——“感知、传输、处理”

3.1、感知 包括两层意思:

一是对 物体信息的探测或是物体信息的采集,即让物体“说话”,说明“我是谁?”、“我在那里?”等等,这就首 先需要对物体进行统一的唯一的标识(如条码、电子标签等),然后再 通过识别设备对物体信息进行接触或非接触式的读取,并将信 息转换为适合网络传输的数据格式,完成对物体的感知。这是一 种基本层面的感知。

二是要 让物体能感知外部的信息,即让物体“听话”,从而使物体懂得“我应该做什么?”、“如何做?”等等。外部的 信息包括人的指令、环境的变化等。这是一 种深层次的感知。

3.2、传输 主要以 互联网为基础进行传输,融合其它有线、无线传输模式。

这里应该注意,虽然物 联网是互联网的延伸,但物联 网并不是物的完全开放、全部互连、全部共 享的互联网平台,现实中 没必要也不可能使全部物品联网、也没必要使专业网、局域网 都连接到互联网。类似物流、交通、电网等 专业网及智能小区等局域网才是物联最佳的应用空间。所以传 输网络应按需配置和组建,形成自 身的局域物联网、专业物联网。

3.3、处理 换言之就是应用,处理环 节就是物联网的应用层。感知了 物体的信息和状态,系统采 取的应对措施就是处理。对物体而言,处理模式有监测、监管、监控等三种。

4、物联网对物的“三种处理方式”

何谓监测、监管、监控?可以结 合智能交通管理来说明:

4.1 监测 实时感 知物体及其状态,不作任 何针对物体的控制措施,这时的 处理仅是作相关的记录,作为事后处理的依据。

智能交 通应用之车辆超速的监测:在车辆 中镶嵌电子标识并安装GPS定位测速仪,即可实 时监测车辆速度并可记录其超速的数据,作为事后处罚的依据。

4.2 监管 实时感 知物体及其状态,不是直 接地而是通过其他方法间接地实现对物体的管控。

智能交 通应用之十字路口车辆通行的监管:在所有 车辆中均镶嵌电子标签,同时在 路口附近各方向路段安装相应的车辆探测器,即可一 方面感知各方向路段车辆的多寡,根据车 辆的多寡合理调节各方向红绿灯开闭时间,从而提 高路口的通行率;另一方 面可感知某些特殊车辆,实现特 殊车辆的优先通行。

4.3 监控 实时感 知物体及其状态,并对物 体进行直接控制。

智能交 通应用之被盗车辆的监控:在车辆 中镶嵌电子标识、GPS定位仪 及某种行驶锁定装置(如关闭油路、电路等),当感知 车辆被盗时即可遥控锁定其行驶。

5、物联网 函待解决的问题

物联网既然要“感知万物”,带来“万难”也就不足为奇了。目前物 联网尚处在比较低端的初级阶段,某些应 用甚至只是一种概念,但诸多 问题就已经凸显出来了。例如下面的几个层面——

安全层面:系统安全、物体安全……互联网沟通的是信息、安全问 题损失的是信息,信息可 备份以避免损失、备份成本低廉;而物联网联的物,大多数 的物是很难备份的,一旦出 现问题就会涉及到生命财产的损失,特别是 对需控制的物体,危险将会更大。当物联 网把互联网与现实连在一起时,也把虚 拟世界存在的危险带到了现实世界。在所有存在的问题中,安全问题最为突出,在应用 中应予于高度重视。

标准层面:关于物 联网的标准现是一片空白,连定义都尚未统一,更谈不 上接口的标准化和数据模型标准化等等……

法律层面:知识产权、个人隐私……

6、物联网 时代下的智能化系统设计应对措施

诸多方 面的问题让物联网蒙上一层阴影,但诱人 的应用前景和巨大的潜在市场令其方兴未艾——配套的 专业产品不断涌现;小区域、专业应 用的小范围物联网正在不断展开……那么,在一方面热潮涌动、层层推进,而另一 方面又是标准缺失、产品不全,在如此 状况下该如何应对呢?首先,我们不 敢奢谈如何去设计建立一个物联网系统,但至少应该:

分析物 联网应用的需求、可能性、当前与 今后的应用范围;

充分考 虑当前局部应用的安全可靠性;

为未来 物联网的应用预先铺设物联基础。

以下就智能建筑、安防系统的建设为例,分析探 讨与物联网相关的几个问题。

6.1、关于智能家居——从家居 的需求分析智能家居,才知道 该联什么不该联什么。

智能家 居至少应包括内外通信、家居安防、综合娱乐、家电控 制四大基本功能(具体描述和分析参见2010.8《智能建筑与城市信息》之《让智能 家居象家电一样普及和简单》一文)。

6.1.1内外通信,最基本的物联平台 家居通 信应包括外部和内部的通信,实现一种“外引(设置网关与外部通信、实现远程互访)内联(设置管理平台,实现内 部各信息终端设备的联络和管理)”的双网型通信结构;

6.1.2 家居安防,最需物联的项 家居安 防是目前需求最为迫切的一项功能,其最基 本的内容应包括可视对讲、探测报警(非法入 侵和火灾燃气探测/紧急手动和自动报警)、视频监控三项功能;

6.1.3 综合娱乐,宜于物联的项 综合娱 乐在每一个家庭里都是使用最为频繁的功能,常见的 家庭娱乐项目包括视频、音频、教育、游戏等,节目来源渠道有广播、有线电视、互联网、数码存储(碟机、硬盘和各种卡)。这些节 目源都可集中整合在智能家居设备中,各使用 点通过内部物联网共享、按需调用;

6.1.4 家电控制,可选物联的项 家电控 制在智能家居和家居物联中最富含表现力,同时也 因为家电品类及生产厂家繁多、物联协 议不一而使其物联最为困难。做一些 有针对性的家电物联容易,但要形 成社会化商品化的广泛应用则还有待将来,因此它 是物联的可选项。

6.2、关于智能小区——从小区 的管理组织模式分析智能小区,才清楚 小区物联的内容、范围和深度。

随便询 问任一个业内人士,他都能 例举一堆关于智能小区的相关内容和系统,如物业管理系统、停车场管理系统、门禁及楼宇对讲系统、小区安防监控系统、ITV系统(向用户提供直播、点播、回看以及资讯、理财、游戏等综合服务)、信息发布系统、电子支付系统、数据交换系统……林林总总,让住户、物管、建设方(开发商)很难弄懂该如何设置。

其实,只要从 小区的管理组织模式去分析,这个“头绪”很快就能理清。这就跟 要作出一个项目自动控制系统的设计、事先必 须了解该项目的工艺流程是同样的道理。

小区的 管理组织模式参见下图。它分为四层,由于小 区管理的综旨是服务,住户位于最高层,服务带 来了权利和义务,智能小 区的建设内容首先应紧紧围绕“权利和义务”来配置;明了智能小区的配置,也就基 本知悉了物联的内容、范围和深度。

小区的管理组织图:



6.3、关于物 联系统结构的安全——从安防系统方案谈起。

下图的 两个安防系统方案,均为基 于网络应用的系统,但其系 统结构有着本质的不同:


基于网 络的应用系统均可根据前端系统的状况划分为“有前端系统的系统”和“无前端系统的系统”两类,这种概念及划分是在2009年 “第九届中国安防论坛”*《视频安 防监控系统的系统设计分析》一文中提出来的。

有前端系统的系统(简称“有前端系统”)其主要 特点是系统中仅有一个与外部连接的接口,并由控 制管理中心对该接口进行控制,这就象 给前端系统设置了一道防护闸门,使前端 系统不易受到外部攻击、保证内部信息的安全,因而系统安全性、可靠性较高;无前端系统的系统(简称“无前端系统”)前端设 备直接入网构成的系统,系统安全性、可靠性低。

物联网应尽量按“有前端系统”的模式来构架。而要这 样做的关键在于:控制管 理中心除须具备专业应用的相关功能外,同时须具有内网管理、外网接入的网络功能——如前述“智能家居”中内外通信采用“外引内联”的双网型通信结构,就是这 类结构的典型案例。

6.4、关于设备的选用

在设备选用上,应坚持“以我为主”、择适选用、方便物联。系统设 计方案以某些技术和设备作为参考前提来进行,但不是 消极被动地依赖设备、生搬硬套,而是根 据系统功能对设备提出相应的要求,设备服从于系统。这就是所谓的“以我为主”而非“以设备为主”。

典型案例——双工对 讲呼叫及报警系统:要求相 关产品厂商把模拟系统设备改造为可直接入网的数字/模拟兼融的系统设备,这样可 省去大量的总平布线,同时形成物联、方便管理,这种设 备所构成的系统已经应用在监狱的监舍对讲呼叫报警系统中;此外,在住宅 小区的楼宇对讲系统也可进行类似的改进,同时要 求按网络的应用特点,扩展和 完善某些应用功能如定向、定范围、全范围 广播或视频传送等。这里的定向、定范围、全范围 广播功能在住宅密度越大的场合愈显重要,因为它 可以在紧急情况下直接对相关住户进行广播通知,如火灾 发生时可通知人员紧急撤离,从而弥 补了原有消防系统的不足(住宅消 防系统一般仅在公共场所设置消防广播和警铃,住户内 人员不一定都听得到)。本文初稿成文于2010年11月上旬,中旬发 生的众皆知晓的上海胶州路火灾惨剧即印证了本文的一些观点。发生火灾不奇怪,但死伤 那么多就太不应该。事后分析,假如配 置了类似上述的直达住户家中的广播系统,及时通 知紧急撤离减少延误,不就能 避免或减少伤亡吗?血的事实证明,选用合 适的可实施物联的设备来构架楼宇对讲系统,除可方便管理、节约布线、优化楼道环境外,最关键 的是使居住环境更加安全。(全文完)

2011.01.01于南宁

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