物联网技术全矩阵图景分析

2017-12-26 09:57 编辑视点   来源:中国工控网

导读对物联网行业应用的设计、搭建、运营。开发者和运营者在应用层,选取所需的资源和功能(包括信息技术和行业技术),通过对下层服务的调用,构建自己的行业应用。在物联网技术层级的体系中,应用层之下的五层,都可以理解为应用层的“硬件”;“软件”则是应用开发者自己编写的应用逻辑。  

物联网技术矩阵的“六层、两域”结构

参照物联网技术的自然组成结构,以及信息产业格局和物联网商业视角的分层架构,物联网的技术矩阵可分成六个层次。从下至上为:元素层、器件层、终端和节点层、(信息)资源汇聚层、平台服务层、应用层。

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技术矩阵分成两个“域”:“边缘域”、“云端域”,两“域”的边界主要体现在终端和节点层、资源汇聚层、应用层。

 

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物联网的六层技术

1、元素层

信息科学中的自然现象和效应,是各种基础信息科学的集合,是构建器件层的基础(物联网最基本的技术元素)。包括电学、电磁感应、微波原理、电路理论等等。

2、器件层

信息产业中的基本元器件,主要是各类电子元器件、电路模组和功能板件,包括芯片、电路板卡、电源、存储器、信号输出输入设备,传感器和执行器。在这一层,“软件”除了包括电路设计外,还包括嵌入式开发的程序,在电子器件出厂前,其内部的“软件”就基本固定了。

3、终端和节点层

主要包括两类物理实体:

A、物联网的终端,包括非智能终端(也称“哑终端”,一般没有数据处理的能力,只能通过网络上报传感数据,或接受操控数据)、智能终端设备(例如工业机器人)、用户智能终端(手机、笔记本)。

B、专用的信息处理节点:网络设备、计算设备、存储设备。虽然这些节点都具备网络接口、计算和存储器件,但是它们通常都提供某一种专用的信息能力。就比如:运营商IP承载网中的路由器(网络)、云计算中的刀片服务器(计算)。

除了哑终端以外,其他设备都具有通用或专用的计算能力。

该层的“软件”,主要为各种终端程序,包括嵌入式程序、操作系统、中间件、通用或定制的应用软件等。

4、资源汇聚层

各类信息资源在此层中汇聚。主要包括三种核心的信息处理的资源和能力:网络(无线网络覆盖、IP骨干网络、互联网及运营商网络的互联)、计算(云计算、大数据、机器学习)和存储(云存储、数据库)。

该层的“软件”,除了终端中运行的各种程序以外,还包括各类信息互通的协议标准、流程规范、服务接口等等。在这一层,信息化能力已经具有了语义化的特征,具备了一定的开放性,并持续朝着更加开放、灵活、模块化的方向发展。

举例:在电信运营商系统外部,虚拟运营商可以和多个国家地区的运营商签署商业合同,在各国运营商网络之上搭建自有网络,汇聚各国的运营商资源后形成一张覆盖全球的网络,成为“国际电信运营商”。当然,那些没有资金构建全球覆盖网络的专业网络服务公司,可以租用虚拟运营商的资源,为一些专用应用构建全球互通的SDN网络。

这种可以在“网络”上不断叠加“网络”的方式,正体现了信息技术的语义化特性。

5、平台服务层

在该层,不仅信息技术被语义化地定义,其它行业技术和实体也实现了语义化(例如工业领域中的“数字化映射”---“数字化双胞胎”)。

为了承载各行业领域的数字化转型,物联网所包含的各类信息技术自身就必须做到语义化。在物联网技术领域之外,各行业的资源和能力,也在此处被模块化封装,通过标准化的信息接口向外界提供服务,应用的开发和运营者可以随取随用。

同时,该层也提供软件开发、运营的工具,便于各类行业系统对技术和设施的使用、组合、评测、维护。在平台服务层,形成了物联网应用的词典(词汇集),各类物联网的资源(设施)是“名词”、各种信息处理功能是“动词”,开发人员将可以将主要精力放置在构建“语句”和“段落”(应用的逻辑功能)上,并最终书写出完整篇章(应用系统、商业体系)。

在这一层中,“软件”包括了物联网服务平台的架构、中间件、接口标准、信息服务规范等等,也融合了各行业中的一些基础性的技术服务(比如平台可以提供气象预测的服务)。

虽然,物联网的平台服务层使得“对物联网技术和各专业技术的设计和组合”更为便捷,但底层技术对应用的开发者并不是完全“透明”的,开发者在构建应用逻辑、运用数据资源和工具的时候,需要厘清底层关键物联网技术的适用范围、成本、特性等等。

只有深入理解物联网“词汇”运用的“语境”,才能编织出一篇“严谨而优美”的“好文章”(物联网应用)。

在这一层,各行业的一些已经模块化的技术,能够通过信息产业的(程序化)封装,向外界提供开放式的服务,以形成各行业在物联网中的公共性语言(词汇)。

不过,这种语言并不是服务于“人”的语言,而是“物”与“物”,即设备、系统之间用以信息交流的语言工具。只要掌握了某种物联网应用的“语言”,那么任何设备都可以理解该应用数据的涵义,使用此应用的物联网服务,操作远端设备并获得反馈。

6、应用层

物联网行业应用的设计、搭建、运营。开发者和运营者在应用层,选取所需的资源和功能(包括信息技术和行业技术),通过对下层服务的调用,构建自己的行业应用。在物联网技术层级的体系中,应用层之下的五层,都可以理解为应用层的“硬件”;“软件”则是应用开发者自己编写的应用逻辑。

如果应用软件承载于SAAS(软件即服务)之上,系统底层设备由云计算服务商提供,那么在应用中可能就看不到任何物理实体的“硬件”,取而代之的,是下层模块化、标准化的信息服务和行业功能。

应用层和平台服务层,也可以理解为物联网的“创新层”,一个由应用开发者自由发挥、“八仙过海”的层次,在这里,各行业的技术融合复用,实现“组合进化”并引发产业的升级。

物联网的两个域

信息流“接入”和“汇聚”的两种需求,将物联网的技术自然地分成了“边缘”和“云端”两个“域”:有无数设备需要联网,接近物理实体现场的“边缘域”;远离现实物件,但信息集中汇聚的“云端域”。在应用层面,不同的功能需求进一步促进了两域的分隔。

“边缘域”的应用和功能是更倾向于需要实时性的反馈操作,而“云端域”的应用则是更倾向于抽象化的预测分析、海量数据检索等等。

在终端和节点层、资源汇聚层中,两个域所包含的硬件和软件是有差别的。例如,边缘网络中有各类终端配备传感器---用以感知物理世界;但云端网络中的设备则只有标准的信号输出输入接口。

边缘网络会部署各种类型的网络协议,包括了有线网络和无线网络、“对等网络协议”和“非对等网络”(备注:“TCP/IP”是一种对等网络协议,而RFID技术在无线侧则不是对等网络协议);而“云端域”只有对等网络协议,例如IPv4、IPv6。

标签:  物联网[25]    传感数据[1]
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