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中科院研究生院赵壮:传感器网络的进展

行业上下游中国仪表网2008年12月21日 11:02人气:457

12月18日-19日,第二届CNGI工程技术论坛暨移动互联网国际峰会在北京召开,会上,工信部副部长奚国华、中国移动副总裁沙跃家、中国工程院副院长邬贺铨、以及各大设备厂商、终端制造商、内容服务提供商等出席了会议并做了主题演讲。 

  会上,中科院研究生院赵壮做了主题演讲,其演讲的主题是“传感器网络的进展”,以下为其演讲实录:

  赵壮:刚才赵立君先生已经介绍了中国移动的M2M业务,实际上中国移动的M2M业务和我们中科院这边一直推动的传感器网络是异曲同工,某种意义上我们传感器网络也希望为M2M业务提供重要的信息源。

  我下面汇报一下我们关于传感器网络的一些进展情况。分三个部分的内容,首先传感器网络的定义,传感器网络我们理解连接的是现实的物理世界,有大量、多种类、传感节点组成的自治网络,实现对物理世界的协同感知,是上世界末信息领域兴起的多学科交叉重大前沿热点。我们可以做一个比较,传统的雷达卫星是进行宏观远程侦查,移动通信网络是人人互联的,传感网实现的是物物互联,也可以进行人和物之间的互联,互联网是虚拟的信息空间,我们传感网是现实的物理世界。

  在这张图里面可以看到,传感器网络可以应用于人类社会的方方面面,它与传统的通信网络任何时间、任何人、任何地点进行连通。我们理解传感器网络是自治组网,协同感知,这是传感器网的核心,我们是自治组网,不是自组网,和传统的说法有点差异。我们认为传感器网络所连接的是物物,物是非智能的,非智能的,那么它的组网是要求自治组网,而不是自组网,我们认为传感器网络是以感知为目的,这种感知目的需要协同感知。我们曾经和很多专家也交流过,不同的学科,比如说传奇网络,应该是一个网络,实际上在我这个地方,我们认为某种意义上应该是一个分布式、传感信息系统,它应该是由我们通信网络,加上我们协同感知组成的。但是它的通信网络又不能简单的把传统的比如说互联网、移动网络的技术照搬,协同感知也有它的特点,因为传感网的特殊性,有它的特点。我们打个比方,移动通信网络我们假设是拿交通系统对比的话,它是连接人与人之间的客流,比如说对于交通系统,我们光纤就相当于高速公路,宽带接入就相当于快速匝道口,移动通信如果比作客流的话,这些客流是人,人是智能的,他知道自己要做什么。对于我们传感器网络连接的是物流,也同样要用我们的通信网络的这些基础设施。它连接的是物流,但是物是非智能的,正因为是非智能的,就带来了种种我们需要研究的点,不能简单的套用通信网络,也不能简单的信息处理和协同感知,这里面是有差异性的。

  传感器网络是一个全新的领域,将成为今后竞争的制高点,我们也会为M2M业务提供重要的信息源。传感网应该是物物、物人的互联,应该是智能组网。所以这个系统应该是智能的自治系统,另外一点就是说,传感器网络目的是为了感知,就需要有处理协同量的功能,网络是基础设施,是工具,我们目的是为了协同感知,再有一点就是,无人职守,实际上是一个受限系统,在部分的行业,某些应用领域确实是受限的,能源、计算、通信、存储都会带来很大的问题,有可能是能源不受限其他受限。正是因为这些特点带来的传感网的这种不同,我们认为传感器网络不仅仅是传感器加网络,有人认为传感器网络没有什么可研究的,不管是有线网络还是无线网络连接起来就可以了。还有一种观点就说传感器网络太难了,我们刚才前面提到了协同的要求,这种协同的要求,雷达里面几个点的协同都非常困难,你怎么做到?实际上在中科院也经过七八年的努力,已经在这个方面做了很多深入的工作,在部分行业领域取得了一些成功。我们这个地方主要还是讲了移动通信,ITU-T对未来业务的定义,无所不在的网络将原本不如果电信范畴的技术纳入以无孔不入的庞大传感器网络为基础,构建起一个范畴更大的网络体系,泛在网络社会,对于这样一个泛在网络社会,其很重要的特点就是物物通信,要感知这些物理世界,感知物理世界是一个很重要的特点。

  这是ITU对于传感器网络的图,大家看到,中间层就是我们的NGN、NGI,我们的传感网底层的基础设施,通过我们的接入网络连入到NGN、NGI,上层是通过传感网形成了各种各样的应用,应用于我们人类社会的方方面面,包括我们的生活、工作还有一些军事,各种各样的应用。实际上现在不管ITU,我们也正在参加国际标准相应标准组织,大家都认同这样的框架。

  下面介绍一下传感器网络的需求与前景,我们认为主要分为两大部分,一部分是民用,另外一部分是军事,某种意义上应该是军事先启动的,在美国这些发达国家,也是军事先启动,我们这边实际上也是这样,在民用的领域,99年美国的移动计算和网络国际会议上就说,无线传感器网络是下一个世纪面临的重大发展机遇,大家如果还记得的话,过去我们十多年前,当时就在说,网络就是计算机,计算机就是网络,也一直这样提。在2002年,当时IT时代正在转变,有这样一个提法。到现在也有很多的,像美国《福布斯》杂志也说,未来传感器网络应该比现在的英特网大得多,因为它连接的是物物通信。军事方面更是,传感器网络与传统的卫星、雷达有很大的差异,它会改变未来的战争模式、样式,在美军各种各样的计划里面都列入到传感器网络,无论从民用、军用,传感器网络都是一个非常重要的发展方向。

  在这个领域里面,因为是一个新的领域,是从军用开始牵引应用。我们刚才提到了U社会,我们现在的社会应该是E社会,E社会和未来U社会很大的区别就是增加了anything。我们还有一个理解就是信息技术关键可以分三个部分,信息处理、信息传输和信息获取。在信息处理里面,80年代的时候,计算机所指的就是PC机,在80年代出现了英特尔、IBM、微软等这些大型的企业,这是信息处理的一次浪潮,中国是后期介入的,产生了联想这样的企业,也产生了国内中关村这样的园区。另外就是信息传输,代表的就是互联网和移动网,在这个领域里面,在第二次浪潮里面产生了诺基亚、思科、中兴、华为这样的企业,还有我们中国分享人口红利,产生了中国移动这样的巨型运营商。在这个领域,我们中国是中期介入,产生了像深圳那样的园区,实际上中兴、华为在整个通信里面,在整个世界上的影响已经非常大了。除了信息处理、信息传输以后还有一个信息获取,我们认为在目前这样一个阶段,实际上计算与传输相对来说都已经发展了很长时间,它逐步在向天花板走了,现在已经从应用驱动变成了技术驱动。都面临着内容缺失的问题,内容缺失靠什么来解决?我认为是通过信息获取来解决。信息获取这一块,传感网是一个主要的手段,我们认为信息获取在中国科学院里面具有优势,实际上我们和国际内是同步的,应该是第三次信息技术的浪潮,应该能产生像中兴、华为这样的传感网产业的巨头。实际上现在中科院已经在和中兴、华为、诺基亚,最近还有思科已经在合作,这些巨头他们已经开始关注,实际上在电信运营商里面有中国移动,我看到的报道像法国电信、国外的运营商也开始在关注这方面的工作。运营商方面我们认为不应该是传统的通信管道,应该是综合信息服务提供商,包含了信息处理、传输、获取三种手段这样综合的信息服务提供商。国内园区在什么地方不知道,我们希望是在国内某一个园区对世界产生重大的影响。

  我们对国内的中小行业做了需求调研,比如说电力安全,综合交流都是几百亿、上千亿的规模,这是一个简单的统计,当然我们自己认为,这还是一个比较保守的数字。传感器网络应该未来是无处不在,夸张一点说应该是传感器的全球。传感器网络应该渗透到各个行业,生活的各个方面,其市场价值应该是难以估量的,我们认为未来的传感器网络比现在的英特网大得多。不光是这些应用,有一个例子,我们有一个学生他是在职的学生,本来是在石油行业,采油监测的,了解了传感器之后,他把传感器网络和他们的监测结合以后,连学位也不要了,自己去创业了,现在也没有找到这个人,不知道他做得多大了,就是传感器网络未来的发展空间会非常大。

  下面汇报一下中科院研究情况,中科院99年开始提出无线传感网的创新试点,启动传感网的网络研究,与国际上具有同发优势,成立了微系统中心,集成了中科院研究生院,我们采用的模式是需求牵引,正式大规模启动传感网的研究。里面不光包括系统级、通信网络、信息处理、传感器各种各样的学科,30多个国家的研究所。在上海联合10多家单位,包括用户成立传感网的上海联盟,比如说在公共安全、城轨反恐进行大规模的行业应用。实际上现在传感器网络在我们传统的认识中就是几万、几十万、百万量级的系统,现在中科院在我们一些大型的应用已经到了六七千万的量级了,就是整个大型的传感网系统是六七千万的量级。我们在重大专项、优先主题、前沿领域三个层面都接入了传感网相关内容的主题。标准化也是非常重要的领域,SOIEC现在已经成立了传感网的研究所,ITU已经明确表示和SOIEC合作,推动传感器网络的发展。

  在标准的领域,中科院微系统所是国内标准的秘书处单位,实际上我们现在也在主导着国际标准的制定,在SOIEC传感网的体系架构,这个标准体系架构,还有一些关键的技术,比如说信息处理体系架构的方面,我们所提出的提案被国际上已经完全接受,在11月份瑞士的会议上,科学院的代表向上一级部门进行了汇报。在这里我们提出核心的东西,已经被国际上所接受。运营商方面我们在与中国移动紧密合作,推进传感网的泛在化,走向大规模的运营。

  我觉得中科院在传感网方面,目前的状态是同发优势、同等水平,我们为什么到这样的水平呢?是这样的原因,因为在国际上国际国内的研究实际上99年就开始了,他们是以学院派为主,先从四大受限到大规模的仿真,小规模的应用示范为特色,这些因为都可能是小规模的示范,从这样一条路走过来,目前也正在转向需求牵引,中科院是以国防、公共安全、需求牵引集中力量办大事的系统,国防和公共安全牵引,再到关键技术公关,研究出一个体系框架应用推广,然后到标准化,到现在和运营商一些大的企业,像诺基亚企业合作,走企业运营产业化这条路。这边的主线是以网络为特色,这边的主线是以协同感知、感知世界为主线,我们现在所做的工作,像重大专项国内标准、国际标准运营商都在逐步的合作,或深或浅的逐步渗透。在创新点上,我们提出了传感网的体系架构,标准的一些体系架构,比如说公共基础平台,加上应用的特点,协同处理方面的架构,都已经采纳了国内标准,已经主导了国际标准,拥有核心自主知识产权。

  下面介绍一下典型的传感网的应用,我们传感网方面,这是在浦东机场的传感网,这是一个传感网典型的高级形式,传感器网络不仅仅是传感器加网络,我们有中级形式有高级形式,高级形式一个是感知是为特色的,在浦东机场的周边30多公里,把各种各样的传感器连起来,去感知各种震动、声响、主要气象,因为实际上在真正使用的时候,气象条件影响非常大,还有一些阻隔气象各种各样的传感器去连成这样一个网络,像这样一个大型项目现在目前已经到了千万的量级了,现在已经做了两期的示范,到明年四五月份工程实施完成,而且不光是浦东机场,实际上在传统的领域里面,以色列是比较领先的,他们通常用单一类型的传感器进行防护,现在传感网的发展有多种多样的传感器形成一个系统,更好的解决问题。其实在很早以前,像白云机场就用过这样的系统,一大了刮风下雨就不准确,现在利用新的传感器技术就可以解决这个问题。目前上海浦东工程已经明确了,正在实施中,虹桥机场设计已经完成,正在进行中。像大连、西安正在接洽当中,都表示对这种系统非常感兴趣。这种传感器网络,它的应用前景是非常广阔的,不光是这个领域,还有一些要地、边海防都可以用到,甚至可以达到上千亿的规模。

  我们实际上现在还在做一个工作,就是世博的防入侵系统,在2010年的世博会里面,世博园区里面每天有40到70万人次在里面活动,这个环境是异常复杂的,另外这个园区周边就是人行道,就是马路,这种城市复杂环境下的立体传感网的应用,而且还要防止低空飞行物的入侵,这个我们正在做相关的关键技术公关。我们也在做一些城市交通方面的业务,我们以磁敏传感器为切入点,它具有感知和传输功能,这个传感器已经在上海、安徽等省市进行测试验证,目前已经到小批量的生产过程中,在进行示范了。我们会以这样的传感器节点为牵引,在ITS里面形成人、车、路合一的大的传感器体系。

  这是和上海移动在做智能停车场的管理系统,通过传感器网络实现智能停车场的停车位监测、诱导,和我们移动网络结合,加上一些新的技术,实现车位的查询、预订、支付一体的服务。这是我们做的多媒体传感网,它已经在上海建了大概十几个基站了,带车载、舰船上也已经使用了,目前正在测试机载的项目。像六国峰会,特奥会,奥运火炬传递也使用了。

  前面介绍了一些行业应用,下面我们介绍一下希望从行业应用最终能推广到公众应用,行业应用我认为应该几千亿的市场,就是M2M这样的行业应用,但是如果推广到公众应用,像中国移动这样的运营商介入以后应该是上万亿的市场。我们也是和中国移动讨论过这样的业务产业链和商业模式,这应该和我们ICP的模式差不多,但是里面有一个特殊的地方,就是相关部门因为在物物通信里面涉及到交通、环保一系列的部门,他们在里面会起到相当大的作用。他们所下属的这些事业单位,会有它的这些利益诉求,在这个里面他们是需要重点考虑的一点。

  我们也和中国移动在探索传感网怎么样走向泛在与运营,提出了三个阶段,实际上和赵所长前面从M2M的角度是不谋而合的,就是融合阶段一,实际上移动网络是作为一种管道接入,融合阶段二,运营商逐步掌握传感器网络设计、部署、建设、维护、运营、支撑的能力。到了第三阶段,泛在网阶段也是这样的方式。我们自己认为,和M2M的有机集合,应该处于融合阶段一和融合阶段二,比较超前的应用会在融合阶段二。

  下面简单介绍一下传感器网络,我们有一个构想,希望移动终端成为无线传感器网络很重要的组成部分,因为按照节点移动性来说,可以分为固定传感器网络和移动传感器网络,在固定传感器网络架构下,都可以使得这一区域常常成为整个网络的性能瓶颈,在移动传感器网络,节点随机会有移动行为,从而均衡化网络负载的分布,消除固定传感器网络带来的网络瓶颈问题,也克服了传感器网络的特点自定位的问题。我们自己认为,未来传感器网络应该是和移动网络成为一个有机组成部分,都成为泛在网络的一部分。而且移动终端实际上本身就是传感器节点,比方说播放的功能,语音的功能,我们正在和诺基亚做相关的合作。

  我们认为传感器网络是通信网络的神经末梢,传感器网络可以产生海量数据,是未来移动通信网络承载信息的主要来源之一,对于我们移动运营网络来说,人人通信和语音通信,我们的短信通信逐渐会走向饱和,以人为中心的信息发布共享,P2P这样的业务会成为新的增长点,因为它面临着法律问题、道德问题,一系列的问题,有它的局限性。物物通信和以个人为中心的新的通信模式,P2P这样的通信模式一道会支撑移动通信网络进一步的发展。传感器网络侧重于物物通信,物物通信尚处于成长期,存在巨大的发展空间。移动终端为纽带,将移动通信网络和传感器网络结合起来,对于提高传感器网络的性能和降低成本都是具有非常重要的价值的,双方都有好处。传感器网络现在处于产业化的前期,其发展将必然改变人们的生活方式,改变战争的样式,对于人类社会的方方面面产生巨大的影响。我们甚至认为,未来随着若干年的发展,也许十年、二十年,我们可能会演变成一个传感星球,就是传感器无处不在,谢谢大家。

                                                                                       
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