物聯網產業鏈DCM三駕馬車
1. DCM: 物聯網產業鏈全景縮影
正如上一期“千面物聯網”所述,每個人對物聯網的理解不完全一樣,在這個產業鏈上每個環節的企業一般都從自己的立場去詮釋物聯網。不過,對于一個完整的物聯網系統的構成或產業鏈的劃分,目前業界確有比較統一的觀點,基本都認為應該包括三個層面:末端設備或子系統,通訊連接系統,以及管理和應用系統。筆者把它歸結為DCM(左下圖),即Device—設備,Connect—連接,和Manage—管理(DCM于2005年提出,也是同方股份的物聯網/M2M產業發展戰略理念)。
中國移動也把物聯網概括為三層:感知層,網絡層,和應用層。用大眾化的術語來說,第一個層面就是全面感知,就是讓“物”會“說話”,成為“智能物件”,將其進行識別或數據采集。第二個是可靠傳遞,就是通過現有的五花八門的有線和無線通信網絡將信息進行可靠傳輸。第三個是智能處理,對采集上來的數據進行處理和展示。 此外業界也有多于三層(有下圖)的描述,但實際內容和三層劃分并無本質區別。
雖然在DCM三層劃分方面業界意見基本統一,但對每一個層面所包含內容的解讀還是存在很大的差異,這又回到了“三大人群”出發點的不同。例如,在網絡層面,中國移動就主要只關注2G、3G、或4G的GSM/CDMA無線網絡。 而中國電信以往的M2M業務則主要關注固定網絡,電信重組后他們有了3G無線網絡后則開始關注固定網絡和無線網絡組合的方式。 傳感網和RFID人群則主要關注無線網狀網(Wireless Mesh Network),包括Zigbee, Insteon, z-Wave等10多種基于短距離RF技術的無線網絡技術。兩化融合企業主要關注現場總線(Field Bus)技術,包括CanBus、ModBus、ProfiBus、LonWorks、BacNet等。
這種現象對物聯網產業的長久發展是不利的,網絡之間的兼容性和標準化至關重要,需要各行業通力合作,標準化組織需要站到一個全局的高度,統籌協調和規范。尤其是當物聯網發展到從運行于“內網”和“公網”的“物連網”走向真正運行于互聯網上的“物聯網”(如下圖)的時候,兼容性和標準化成為關鍵。 相對于西方發達國家的相對自由競爭,往往以掌握“事實標準”和話語權的產業龍頭說話的狀況,這方面中國政府產業監管部門有獨特優勢,可以整合力量占據制高點,WAPI和閃聯就是例子。
2. 物聯網之Devices(設備或資產)
用非技術的術語來說,物聯網要連接和服務的對象是末端設備(Devices)和各種資產(Assets)。 這包括靜止或移動的資產,各種基于[FS:PAGE]微處理器做成的應用系統、各種智能卡和RFID卡等等,數量在萬億以上(如下圖)。
DCM之“D”(末端設備),也就是三層劃分中的感知層的傳感節點,在傳感網絡術語中有一個新詞,稱為Mote(微塵或智能塵埃,如下圖)。每個Mote含有一個微型處理器(通常是低功耗MCU)、無線通訊芯片、各種傳感器、足夠的內存和硬件能力,能夠以較低的功耗執行監視與控制任務。
由于監控物理環境的重要性從來沒有像今天這么突出,物聯網才受到極大的關注,有人提出M2M這個概念還不夠廣泛, 因為M2M中的Machine還不能代表所有的“物”(Things),應該用T2T這個詞(如上圖)。 其實,沒有MCU的“物體”是不能連網的,只有MCU-enable的物才能成為“智能物件”成為物聯網的一部分。例如一個水質監測傳感器需要被裝上GPRS通訊模塊, 才能使之“開口說話”。但讓也有的“Devices”本身就具有“開口說話”功能,如智能卡,RFID卡,和手機等等。
3. 物聯網之Connect(連接與通訊)
物聯網通信層是連接智能設備和控制系統的橋梁,用通俗的話說無外乎兩大類:“天上飛的”無線(Wireless)通訊和“地上走的”有線(Wireline)通訊。
3.1有線通信
有線通信技術可分為相對短距離的現場總線(Field Bus)和中長距離的可支持IP的網絡(包括PSTN, ADSL和HFC數字電視Cable等)。 當然按寬帶網和窄帶網劃分是更常用的分類方法。基于IP的中長距離網絡大家都比較熟悉,這里不再贅述。
現場總線(一般屬于窄帶網)作為有線通信技術的重要技術類別,主流的標準有10多種,是為滿足節能、減排、工業信息化、市政、樓宇等領域的需要而產生的,已經在這些領域(體現在RTU、DTU、PLC、DCS等控制器,傳動裝置(Actuator),或通訊模塊中)得到廣泛應用,是“兩化融合”物聯網應用的主要通訊手段之一。筆者認為,在目前已經存在而且應用比較成熟的“物物相連”的世界里, 基于現場總線技術的系統的總體規模可能是最大的,然而它卻是目前業界在談論物聯網話題時最少提到的領域。
3.2無線通信
和有線通訊技術類似,無線通訊技術主要也可分為短距離(包括近距離(NFC),一般是窄帶)接入技術的無線網狀網、RFID、和WIFI/WiMAX等和中長距離的GSM和CMDA(2G/3G/4G)、和衛星通訊技術等兩大類。如上所述,近距離無線網狀網是傳感網業務的主要基礎,許多發展潛力巨大的技術(如前期專欄提到的盲人隱形眼鏡)還處在研究階段,產業化還有待發展。
目前移動營運商是扛M2M(物聯網)大旗[FS:PAGE]的主力,在歐美市場,提供M2M網絡連接服務的基于GPRS/CDMA的移動營運商主要可以劃分為以下三類:傳統的移動網絡運營商MNO (Mobile Network Operators),移動虛擬網絡運營商MVNO(Mobile Virtual Network Operators),和主要針對M2M市場的M2M移動運營商MMO(M2M Mobile Operators)。相對于傳統的移動網絡運營商來說,MVNO和MMO是比較新的角色。他們聚集了眾多跨越不同的技術領域和國家的傳統移動網絡運營商合作伙伴的網絡連接。在歐美,由于M2M(物聯網)產業的興起,出現了AerisNet,JapserWireless,ViaNet等一批MMO。在亞洲,移動營運市場相對壟斷,M2M業務由MNO直接做(如中國三大營運商、NTT DoCoMo、和SK電信公司都依靠其子公司或指定合作伙伴來做)。
3.3 All-IP融合
在物聯網應用中,用無線網狀網和現場總線網絡做最后一公里接入,用GPRS/CDMA網絡和IP網等廣域網絡做長距離主干傳輸的組合方式是一種常用的組合。多年前業界就常說一個詞“三網合一”,在物聯網時代,“合”變得益發重要,而且不是要求簡單的“組合”,而是“融合”(Convergence),不但網路層要融合,應用層也要融合(兩化融合)。
全IP融合不但要求有線和無線通訊的融合(如小靈通、大靈通),長距離和短距離接入的融合等物理對接上(通過路由器,網關等)的融合,還要求網絡協議本身的融合,讓無線網狀網、現場總線、GPRS/CMDA等網絡都直接支持IP傳輸協議,實現無縫連接。筆者認為,如果網絡傳輸層實現了全IP融合,網絡間的不兼容問題就迎刃而解了,可能也就不需要花大力氣去研究物聯網通訊層的標準化問題,重新再去建立一大批“物聯網標準”。另外,IPv6標準的提出,使世界上每一粒沙子理論上都可以分到一個IP地址,在很大程度上已經預測到了“物聯網”的發展,并為其做好了準備。
4. 物聯網之Manage(管理和應用軟件)
管理和應用軟件是物聯網產業鏈條中的關鍵因素,是其核心和靈魂。 物聯網軟件可包含:M2M中間件和(嵌入式)Edgeware(也可以統稱軟件網關),實時數據庫,運行環境和集成框架,通用的基礎構件庫,以及行業化的應用套件等。通用基礎功能包括:遠程監測、自動報警、控制、診斷和維護、系統聯動、數據挖掘、報表與決策支持、節能分析、資產跟蹤與維護、與ERP/CRM/OA/MES/SCM系統的總體大集成等等。下圖(引自BITX)展示了M2M /物聯網系統生態鏈。
從“兩化融合”產業ERP/MES/PCS軟件分層的角度來看(右上圖),物聯網軟件大約處[FS:PAGE]于與MES類似的中間位置,在PCS/DCS/SCADA之上和ERP/MRP/OA/SCM/CRM之下。這只是一個粗略的定位,廣義來說,物聯網軟件是沒有界限的,它甚至可以是一個基于互聯網的SaaS或搜索系統,目前已經有企業開始定義一些新的物聯網軟件范疇,如DRM(Device Relation Management)系統(類似CRM的定義),IDM(Intelligent Device Management)等。
從上圖(中)所示的市場優勢坐標圖中,我們不難發現,包括IBM,BEA(Oracle)在內的軟件和中間件公司,都早已參與了物聯網業務,并取得了一些優勢地位。國內的包括同方軟件在內的企業,也看準了物聯網軟件這個領域,幾年前就開始產品的開發并取得了一定市場優勢。
然而,和中國市場所有業務領域長期“重硬輕軟”的狀況一樣,在物聯網浪潮到來的今天,相對而言,物聯網軟件產業受重視程度并不高。往往人們一談物聯網,就是傳感器,電子標簽,通訊模組等。各級領導視察的時候,企業如果拿不出幾個“硬東西”擺在展廳,就好像沒實力。這種現象也需要引起各界人士高度關注,在物聯網產業發展的政策制定上平衡布局。
5. 小結
在本期專欄中,筆者概述了物聯網產業鏈的三層DCM劃分理念及產業鏈各層所涵蓋的技術和業務內容。在下一期專欄里,筆者將描繪“千面物聯網”的應用全景藍圖!
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