《電子技術(shù)應(yīng)用》
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從物聯(lián)網(wǎng)走向物網(wǎng)融合新時(shí)代

2019-04-14

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  隨著寬帶、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化、智能化的推進(jìn),建筑物、市政公共設(shè)施、交通工具等所有固定或移動(dòng)的物品,越來越多地呈現(xiàn)出現(xiàn)實(shí)世界的“物體”與數(shù)字世界的“網(wǎng)絡(luò)”融為一體的趨勢(shì)。

  在廣義上,物網(wǎng)融合是指物體既作為聯(lián)系的信息終端,又作為網(wǎng)絡(luò)的接口,同時(shí)能夠承擔(dān)一定的操作執(zhí)行指令。他有3種展現(xiàn)形式:?jiǎn)喂さ母兄W(wǎng)絡(luò),即認(rèn)證感應(yīng)、物品標(biāo)簽信息讀取,如FRID、電子標(biāo)簽、金屬感應(yīng)線;單工的執(zhí)行網(wǎng)絡(luò),該設(shè)備在數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)之前的模擬網(wǎng)絡(luò)比較多見,設(shè)備僅進(jìn)行執(zhí)行工作;雙工的信息交互網(wǎng)絡(luò),通常采用WLAN、藍(lán)牙、ZigBee、LoRa、NB-IoT等,實(shí)現(xiàn)信息直接互傳。

  從狹義上來講,物網(wǎng)融合主要指雙工的信息交互網(wǎng)絡(luò),物品與物品之間不僅能夠直接進(jìn)行本地信息交互,也可通過廣域網(wǎng)交互,同時(shí)物品與物品之間形成網(wǎng)絡(luò)的代理型信息傳輸通道。

  把握物網(wǎng)融合的趨勢(shì),不僅可以提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋深度和廣度,還可以加速轉(zhuǎn)變生產(chǎn)、生活方式,提升社會(huì)效率,具體體現(xiàn)為通信網(wǎng)絡(luò)與物理世界的融合、互聯(lián)網(wǎng)與物理世界的融合、物聯(lián)網(wǎng)與物理世界的融合。

  物網(wǎng)融合已逐漸布局在智能家居與智慧基礎(chǔ)設(shè)施裝備等領(lǐng)域,此外建筑、家電設(shè)備、電氣裝備、公共設(shè)施的所有有源和無源器件,除具有網(wǎng)絡(luò)接口更應(yīng)該具有天線功能,如門窗、電梯、桌椅、燈具、空調(diào)、移動(dòng)終端設(shè)備都可以隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)。

  物網(wǎng)融合與物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別與聯(lián)系

  物聯(lián)網(wǎng)與物網(wǎng)融合在字里皆能體現(xiàn)“物”和“網(wǎng)”,通過互聯(lián)網(wǎng)渠道實(shí)現(xiàn)人與人、物與人、物和物間的通信,透過現(xiàn)象看本質(zhì),兩者還存在著不同之處。

  物聯(lián)網(wǎng)顧名思義,是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。一是物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng),也是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展,物聯(lián)網(wǎng)信息需要通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行互通;二是其用戶端從人與人之間的行為程序、流程、管理延伸,擴(kuò)展到物品與物品之間的信息交換和通信,也就是物物相連。

  本文提出的物網(wǎng)融合是物聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)版,物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)物品的連接,將“網(wǎng)”作為“物”的附加,而在未來5~10年間的發(fā)展趨勢(shì)是物與網(wǎng)將融為一體?!拔铩奔仁蔷W(wǎng)絡(luò)的終端(地址標(biāo)識(shí),物聯(lián)網(wǎng)范疇),也是提供連接的通道(移動(dòng)通信天線、寬帶接口,移動(dòng)通信范疇)。數(shù)字世界依存于物理世界,物理世界通過數(shù)字世界變得更有效率。

  物網(wǎng)融合的五大展現(xiàn)形態(tài)

  網(wǎng)絡(luò)與建筑物的融合

  以樓宇的網(wǎng)絡(luò)覆蓋為例,當(dāng)前將實(shí)施智能化、室內(nèi)分布和微站的一體化規(guī)劃設(shè)計(jì),“一次進(jìn)場(chǎng),一次施工,同步建設(shè),共享使用”降低了整個(gè)方案的投資成本,總體節(jié)省建設(shè)成本20%以上,實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在未來建筑設(shè)計(jì)中,除“建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖、電”,還應(yīng)考慮“網(wǎng)”,實(shí)現(xiàn)“建筑、結(jié)構(gòu)、水、暖、網(wǎng)、電”五大專業(yè)維度。此外,在網(wǎng)的設(shè)計(jì)中要具備有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋,而不只是單純預(yù)留埋管,因?yàn)殡S著建筑工業(yè)化的發(fā)展,建筑構(gòu)配件預(yù)制化,傳統(tǒng)的預(yù)埋管形式已無法滿足需求,而變成了每個(gè)物品自身應(yīng)具備的網(wǎng)絡(luò)功能,建筑構(gòu)配件自身具有網(wǎng)絡(luò)載體??梢姽馔ㄐ抛罡咚俾士梢赃_(dá)到10Gbit/s。

  帶寬受到基站與基站的間距、建筑物的密度兩大因素制約。隨著5G的商業(yè)化,無線接入站點(diǎn)的間距越來越小,未來所有建筑部件皆需要與網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實(shí)施“同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步驗(yàn)收”。當(dāng)前是通過建筑施工完工后的綜合布線的形式解決,但隨著工業(yè)化建筑、裝配式建筑、節(jié)約投資極大地降低了投資成本,以建筑領(lǐng)域物網(wǎng)融合為例,在建筑設(shè)計(jì)的過程中,將智能化與室內(nèi)分布和微站同步建設(shè),在某次實(shí)驗(yàn)中一是可節(jié)省室內(nèi)分布投資20100元,每平方米造價(jià)可節(jié)省0.718元,比傳統(tǒng)方式降低20.7%,室內(nèi)分布總投資8.9萬元;二是可節(jié)省微站投資42000元,比傳統(tǒng)方式降低22.6%,微站總投資14.4萬元。

  在智慧管線建設(shè)中,管線位置、埋深、類型等錯(cuò)綜復(fù)雜,城市地下管線存在“九龍治水”現(xiàn)象。城市建設(shè)的快速發(fā)展也呈現(xiàn)出各種隱患,管線迫切需要具備網(wǎng)絡(luò)定位、環(huán)境感知、流量控制功能,而隨著綜合管廊的推廣應(yīng)用,管線的網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平將大大提高,GIS定位+BIM應(yīng)用使地下管線3D可視化,管廊內(nèi)同步覆蓋網(wǎng)絡(luò)信號(hào)可隨時(shí)感知管廊內(nèi)的環(huán)境,遠(yuǎn)程控制線路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和收集數(shù)據(jù),可以說未來城市的地下管線管理方向就是“管、網(wǎng)融合”,其本質(zhì)是物網(wǎng)融合。

  網(wǎng)絡(luò)與交通設(shè)施的融合

  工業(yè)化時(shí)代,燈桿僅作為交通照明使用。如今數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代,中國(guó)部分城市正在推動(dòng)智慧燈桿建設(shè),在基礎(chǔ)設(shè)施上考慮“物網(wǎng)合一”,燈桿承載了無線基站、Wi-Fi熱點(diǎn)、各類傳感器等功能,如安防功能,通過攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,可以有效地查看交通實(shí)況、火災(zāi)情況,加強(qiáng)公共設(shè)施保護(hù)防盜;Wi-Fi功能,為市民提供上網(wǎng)服務(wù)和公交車定位服務(wù);傳感器可以采集實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù),把溫度、濕度等實(shí)時(shí)的氣象數(shù)據(jù)播放在廣告屏上,方便市民出行。 在未來,智慧燈桿可以加裝基站,如4G、5G手機(jī)通信基站,使其具備互聯(lián)互通、全面感知、智能協(xié)同的功能,而且可以與車聯(lián)網(wǎng)互通。專家預(yù)估未來三年全球智慧路燈市場(chǎng)規(guī)模將超過500億元,由于城鎮(zhèn)化及智慧城市的建設(shè)發(fā)展,預(yù)計(jì)中國(guó)市場(chǎng)智慧路燈規(guī)模將超過200億元。

  以無人駕駛為終極目標(biāo)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展要經(jīng)歷“路網(wǎng)合一、車聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛”三步走,同時(shí)也是汽車與網(wǎng)絡(luò)融合的過程。智能化道路是道路沿線的網(wǎng)絡(luò)覆蓋,實(shí)現(xiàn)道路與網(wǎng)絡(luò)合二為一,使每個(gè)交通工具都能在路面上隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò),城市道路可以通過路燈桿檢測(cè)到各種交通工具的流量、速度和行人行為,這是無人駕駛的前提。車聯(lián)網(wǎng)使汽車成為終端的一部分,汽車之間組成本地“霧計(jì)算”集群,使汽車可以與附近的車輛進(jìn)行通信,以保持合理差距,提供車速、變道通知。無人駕駛最重要的不是汽車本身的智能化,而是汽車之間的信息交互網(wǎng)絡(luò),包括本地交互和遠(yuǎn)程交互,具備以上兩個(gè)條件,無人駕駛才能稱得上是安全、可靠的。

  城市中的公共停車位加裝感應(yīng)功能,使停車位呈現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)空間上的“有”“無”符號(hào),并能夠和數(shù)據(jù)結(jié)合形成停車管理新模式,城市的設(shè)施表面看是物品,本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)世界上的一個(gè)終端、數(shù)據(jù)世界中的一個(gè)符號(hào)。

  網(wǎng)絡(luò)與家居環(huán)境的融合

  艾瑞咨詢《中國(guó)智能家居行業(yè)研究報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)智能家居市場(chǎng)規(guī)模到2020年將達(dá)到5819.3億元。當(dāng)前家庭中的廚房電器、取暖設(shè)備、采光設(shè)備、衛(wèi)生設(shè)施、客廳家電都可以實(shí)現(xiàn)與通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通,不再是傳統(tǒng)意義上的家居用品。智能冰箱、智能空調(diào)、智能洗衣機(jī)、智能影音數(shù)碼(智能電視、智能音箱)等占比超過40%,在電氣化、數(shù)字化技術(shù)基礎(chǔ)上向網(wǎng)絡(luò)化、大數(shù)據(jù)又邁進(jìn)了一步,而且隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,呈現(xiàn)出人機(jī)交互、智能語音的趨勢(shì),成為物網(wǎng)融合的先鋒。

  網(wǎng)絡(luò)與工廠車間的融合

  世界工業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了近300年的蒸汽機(jī)時(shí)代、電氣化時(shí)代、模擬電路時(shí)代、數(shù)字化時(shí)代,如今工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深入人心,數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)與車間、流水線、數(shù)控機(jī)器實(shí)現(xiàn)了緊耦合,特別是在工業(yè)機(jī)器人廣泛使用的汽車制造、白色家電制造行業(yè),整體流水線就是“網(wǎng)絡(luò)+機(jī)器臂”,很少再需要人工干預(yù)。而實(shí)現(xiàn)無人車間需要“物網(wǎng)合一”,要先通過傳感器進(jìn)行感知并進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳,然后經(jīng)過機(jī)器網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制。流水線實(shí)體與網(wǎng)絡(luò)同步建設(shè),數(shù)字化制造技術(shù)將OT和IT融合。值得一提的是數(shù)字孿生工廠,該工廠將變成一個(gè)巨型的3D打印機(jī),使數(shù)字孿生的設(shè)計(jì)變成實(shí)物。

  網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)交通工具的融合

  車聯(lián)網(wǎng)將重新定義汽車,成為無人駕駛的基礎(chǔ)設(shè)施,因?yàn)闆]有車聯(lián)網(wǎng)的無人駕駛無法規(guī)?;茝V,只有當(dāng)車輛與網(wǎng)絡(luò)融為一體,車輛成為一個(gè)信息收、發(fā)網(wǎng)絡(luò)的終端,才便于將距離幾十公里的同時(shí)行駛的車輛通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)推薦式路線、靈活調(diào)度,達(dá)到交通效率最優(yōu)模式。在此基礎(chǔ)上,通過人工智能技術(shù)將機(jī)器視覺通過激光、雷達(dá)、攝像頭等實(shí)現(xiàn)車輛對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、分析、判斷、執(zhí)行,所有其他的移動(dòng)交通工具的生產(chǎn)都可以參照該模式,包括客車、公交車、貨車、無人快遞車、無人駕駛道路清掃車等,通過不同種類的車輛進(jìn)行交互,實(shí)現(xiàn)交通工具之間的本地邊緣計(jì)算式的靈活調(diào)度、安全行駛。

  特斯拉2016年發(fā)生的事故便是典型案例,由于后方車輛將前方的拖掛貨車上的圖案識(shí)別為藍(lán)天白云和路牌,而徑直撞了上去。顯然,如果前方貨車實(shí)現(xiàn)了車聯(lián)網(wǎng),兩輛車就會(huì)自動(dòng)在幾分鐘之前捕捉到對(duì)方位置,在相聚幾百米之前進(jìn)行信息交互、變道避讓。

  未來無人駕駛汽車的安全,第一層是車身毫米波雷達(dá)、機(jī)器視覺系統(tǒng),自動(dòng)避讓、主動(dòng)剎車系統(tǒng),進(jìn)行近距離安全防護(hù);第二層是車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)車與車信息交互的安全保護(hù),實(shí)現(xiàn)中短距離的安全防護(hù);第三層無人駕駛技術(shù)對(duì)周圍環(huán)境數(shù)據(jù)分析后的快速判斷系統(tǒng)和在緊急情況下提醒駕駛員接管,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的安全防護(hù)。無人駕駛普及的前提是車網(wǎng)融合。

  物網(wǎng)融合的社會(huì)價(jià)值與愿景

  物網(wǎng)融合推動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)網(wǎng)運(yùn)分離

  隨著我國(guó)數(shù)字化、“互聯(lián)網(wǎng)+”、城市光網(wǎng)、農(nóng)村寬帶覆蓋等深入推進(jìn),電信產(chǎn)業(yè)基站數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越做越大,但是建設(shè)和維護(hù)成本也在不斷攀升,網(wǎng)絡(luò)重復(fù)建設(shè)成本問題依然嚴(yán)重,同時(shí)伴隨提速降費(fèi)政策的深入,雖然業(yè)務(wù)的總量在增加,但是在現(xiàn)有模式下利潤(rùn)增長(zhǎng)空間已非常有限。

  物網(wǎng)融合的推進(jìn)、CO機(jī)房DC化也將會(huì)使5G乃至6G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中“數(shù)據(jù)中心端”“最后一公里”兩端全部交給社會(huì),而多家運(yùn)營(yíng)商重復(fù)建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)也許未來將徹底整合成一張網(wǎng),各類基站、小區(qū)接入等變成建筑開發(fā)商的配套能力。實(shí)施三同步由電信基礎(chǔ)設(shè)施公司進(jìn)行對(duì)接驗(yàn)收,推行農(nóng)村普遍通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基金,實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)、普遍服務(wù)、公共產(chǎn)品化,類似電網(wǎng)、城市自來水管網(wǎng)。網(wǎng)運(yùn)分離促使電信運(yùn)營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、虛擬運(yùn)營(yíng)商、國(guó)外電信運(yùn)營(yíng)商各類市場(chǎng)主體一起競(jìng)爭(zhēng),真正變成業(yè)務(wù)創(chuàng)新運(yùn)營(yíng)平臺(tái)(國(guó)家發(fā)電信業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)牌照),專注于面向各行各業(yè)用戶、大眾消費(fèi)者提供各類電信創(chuàng)新服務(wù),促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)、生活深度數(shù)字化、信息化,而電信基礎(chǔ)設(shè)施公司變成類似“機(jī)場(chǎng)”為這些企業(yè)提供“通道服務(wù)”,最后實(shí)現(xiàn)云計(jì)算,就像“自來水”一樣按照流量收取這些電信業(yè)務(wù)創(chuàng)新公司的服務(wù)費(fèi),而客戶向這些提供服務(wù)的電信創(chuàng)新服務(wù)公司繳費(fèi)。

  物網(wǎng)融合助力打造中國(guó)特色的數(shù)字智能社會(huì)

  數(shù)字經(jīng)濟(jì)的下一步演進(jìn)方向是智能經(jīng)濟(jì),物網(wǎng)融合是數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的成熟形態(tài),它必然是人工智能的基礎(chǔ);網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)不僅體現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)速率、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等網(wǎng)絡(luò)自身指標(biāo)的提升,還要利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提高生產(chǎn)效率與生活效率,改善生活方式。

  當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)業(yè)大潮、共享經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新遇到了很多波折,在這些波折的背后是違背經(jīng)濟(jì)規(guī)律的超前部署,如共享經(jīng)濟(jì),如果物網(wǎng)已融合,變成了基礎(chǔ)設(shè)施,而不是惡性競(jìng)爭(zhēng),則給社會(huì)帶來的價(jià)值更大。如今,我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的建設(shè)已經(jīng)滲透到各行各業(yè),移動(dòng)支付已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位,物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、BIM建筑、CIM城市、行業(yè)智慧化建設(shè)也在逐步推進(jìn),形成了中國(guó)特色的數(shù)字智能經(jīng)濟(jì)模式,為我國(guó)取得了在數(shù)字智能社會(huì)的產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力、商業(yè)模式核心競(jìng)爭(zhēng)力、產(chǎn)業(yè)鏈的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

  物網(wǎng)融合助力人工智能社會(huì)早日到來

  眾所周知,隨著人口老齡化、社會(huì)生產(chǎn)生活成本的攀升,國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)的前提是生產(chǎn)效率的不斷提升,而傳統(tǒng)“人工+機(jī)器”的工業(yè)制造模式已經(jīng)讓生產(chǎn)力接近天花板。在物網(wǎng)融合模式下,可以逐步減少人的全部體力勞動(dòng)乃至簡(jiǎn)單腦力勞動(dòng),改變傳統(tǒng)企業(yè)的成本結(jié)構(gòu)、社會(huì)運(yùn)行成本結(jié)構(gòu),使生產(chǎn)效率產(chǎn)生增長(zhǎng)拐點(diǎn)。同時(shí),人工智能帶來社會(huì)生產(chǎn)效率的指數(shù)式增長(zhǎng)可以將“按需索取”的共產(chǎn)主義理想變?yōu)榭赡埽说慕】怠⒅R(shí)、素質(zhì)會(huì)在擺脫繁重重復(fù)的簡(jiǎn)單勞動(dòng)中徹底解放出來,形成人控制機(jī)器的全新生產(chǎn)關(guān)系。


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