¿Cuál es la arquitectura técnica del Internet de las cosas?
La estructura general del Internet de las cosas se puede dividir en dos partes: sistema de identificación por radiofrecuencia y sistema de red de información. El sistema de identificación por radiofrecuencia consta principalmente de etiquetas y lectores, que se comunican a través de la interfaz aérea RFID. Después de que el lector obtiene la identificación del producto, carga la identificación del producto en el middleware del sistema de red de información a través de Internet u otros métodos de comunicación, y luego obtiene el nombre del objeto del producto a través del análisis ONS y luego obtiene varios tipos de información del producto. a través de diversas interfaces del servicio de información de EPC. El funcionamiento de todo el sistema de información dependerá del sistema de red Internet, utilizando protocolos de comunicación y lenguajes de descripción desarrollados en base a Internet. Por tanto, podemos decir que el Internet de las Cosas es la suma de servicios de información sobre diversos productos físicos basados en Internet. Desde una perspectiva de aplicación, tres niveles de Internet de las cosas merecen atención, es decir, Internet de las cosas consta de tres partes: primero, una red de sensores basada en códigos QR, RFID y sensores para realizar la identificación de "cosas". La segunda es la red de transmisión, que realiza la transmisión y el cálculo de datos a través de las redes de comunicación, radio y televisión existentes de Internet. El tercero es la red de aplicaciones, que es el terminal de control de entrada y salida.
El sistema EPC es un sistema muy avanzado, completo y complejo. Su objetivo final es establecer un estándar de identificación abierto global para cada artículo. Consta principalmente de tres partes: sistema EPC, sistema RFID y sistema de red de información.
(1)Estándar de codificación EPC
La codificación EPC es una parte importante del sistema EPC. Codifica entidades e información relacionada con entidades y establece un lenguaje de intercambio de información universal mediante codificación unificada y estandarizada.
(2)Etiqueta EPC
La etiqueta EPC es una etiqueta de radiofrecuencia cargada con el código electrónico del producto. Normalmente, las etiquetas EPC se instalan en los objetos identificados y almacenan información sobre los objetos identificados. El lector puede leer/escribir información en la memoria de la etiqueta sin contacto.
3.2 Características del sistema EPC
(1) Arquitectura abierta
El sistema EPC adopta el sistema público de Internet más grande del mundo. Esto evita la complejidad del sistema, reduce en gran medida el costo del sistema y también favorece el valor agregado del sistema. La ley de Metcalfe muestra que el gran valor de la red es que el sistema orientado al usuario debe ser un sistema de estructura abierta, que es mucho más valioso que las estructuras múltiples complejas.
(2) Plataforma independiente y alta interactividad
El objeto reconocido por el sistema EPC es una gama muy amplia de objetos de entidad. Por lo tanto, es imposible tener una tecnología que pueda serlo. aplicado a todos los objetos identificados. Al mismo tiempo, los estándares de tecnología de identificación por radiofrecuencia en diferentes regiones y países también son diferentes. Por lo tanto, una arquitectura abierta debe ser independiente de la plataforma y altamente interoperable. La red del sistema EPC está construida sobre el sistema de red de Internet y puede funcionar con todos los componentes posibles de la red de Internet.
(3) Sistema de desarrollo flexible y sostenible
El sistema EPC es un sistema de desarrollo flexible, abierto y sostenible que se puede actualizar sin reemplazar el sistema original. Todo el funcionamiento de la red EPC se basa en la intervención de sistemas RFID y sistemas de aplicación de red, lo que permite difundir eficazmente la información del producto. Los lectores instalados en diferentes entornos de la cadena de demanda pueden leer los datos del producto almacenados en las etiquetas. Por lo tanto, los datos de la cadena de suministro se pueden verificar, actualizar o intercambiar a través de la red de manera oportuna.
3.3 Estándar de codificación EPC
El código EPC es un estándar de codificación de nueva generación compatible con el código EAN/UPC.
En el sistema EPC, el código EPC se combina con el GTIN actual, por lo que EPC no reemplaza el estándar de código de barras actual, sino que pasa gradualmente del estándar de código de barras actual al estándar EPC, o EPC y EAN. Los sistemas UCC existirán en las futuras cadenas de suministro. La asignación de segmentos de código en el EPC la gestiona el EAN. UCC de China, código GTIN de EAN. El sistema UCC está distribuido y gestionado uniformemente por el Centro de codificación de artículos de China. De manera similar, ANCC está a punto de lanzar servicios EPC para satisfacer las necesidades de las empresas nacionales que utilizan EPC.
El código EPC es un conjunto de números, que consta de un número de versión más otros tres datos (administrador de nombre de dominio, clasificación de objetos y número de serie en orden). El número de versión identifica el número de versión del EPC, de modo que los segmentos de código posteriores del EPC tienen diferentes longitudes. La gestión del nombre de dominio describe información sobre el fabricante relacionado con el EPC;
Capítulo 4 Aplicación de Internet de las cosas en el hogar
Con el desarrollo de los tiempos, China ha entrado gradualmente en una sociedad que envejece. En el futuro, nuestra sociedad se enfrentará a una pareja joven que, además de cuidar de sus propios hijos, también deberá cuidar de 2 a 6 parejas de personas mayores. Este es un problema difícil para toda la sociedad. Obviamente, no es realista que todas las familias contraten a una niñera; este problema sólo puede resolverse por medios tecnológicos; Al mejorar la calidad de la vida familiar, facilitar el intercambio de información entre la familia y el mundo exterior y utilizar nodos sensores para detectar lo que sucede en el hogar, se sienta una base social para la realización del Internet de las cosas en el hogar.
El concepto de Internet de las cosas es muy popular, lo que también permite a las personas ver la tendencia de desarrollo futuro de la sociedad. Sin embargo, la mayor parte del Internet de las cosas aún se encuentra en la etapa conceptual y su verdadera aplicación a gran escala llevará algún tiempo. Los hogares con áreas relativamente pequeñas y necesidades claras tienen más probabilidades de dar prioridad a las aplicaciones de IoT. Esta no es sólo una necesidad práctica de las familias modernas (cuidar a los ancianos y a los niños), sino también la creciente seguridad en el hogar de las personas.
4.1 Campos de aplicación del Internet de las cosas en el hogar
En el frío invierno, los sistemas de calefacción mantienen calientes los hogares de las ciudades del norte, pero cuando la mayoría de la gente sale de casa para ir a trabajar durante el día, los vacíos Habitaciones todavía cálidas como la primavera. Necesitamos un sistema inteligente de control de calefacción. En campos como la seguridad de la producción, la higiene alimentaria, el control de ingeniería, la gestión urbana, todos los aspectos de la vida diaria de las personas e incluso las actividades de entretenimiento de las personas, es necesario establecer un sistema inteligente que pueda comunicarse con los objetos en cualquier momento. A través de etiquetas electrónicas (RFID), sensores, códigos QR, etc. instalados en diversos objetos. , están conectados a redes inalámbricas a través de interfaces, dotando así a los objetos de inteligencia y realizando la comunicación y el diálogo entre personas y cosas, y cosas y cosas. Al instalar sensores en los medidores de energía eléctrica, el departamento de suministro de energía puede comprender el consumo de electricidad de los usuarios en cualquier momento, lograr una gestión integrada eficiente, como inspección de electricidad, monitoreo de la calidad de la energía, gestión de carga, gestión de pérdidas de línea y gestión del lado de la demanda, y reducir la electricidad. pérdidas durante un año. Cuando el ascensor está equipado con sensores, los pasajeros no necesitan llamar a la policía. El departamento de gestión del ascensor utilizará la red para obtener información lo antes posible y acudir al lugar para solucionar el problema lo antes posible.
4.2 Proceso de Desarrollo
El concepto de Internet de las Cosas fue propuesto en 1999. Durante 10 años, países de todo el mundo están intensificando la investigación. El desarrollo de Internet de las cosas se puede dividir en cuatro etapas: la primera etapa es la conexión en red de mainframes y hosts, la segunda etapa es la conexión de computadoras de escritorio y portátiles a Internet, la tercera etapa es la interconexión de algunos dispositivos móviles como como los teléfonos móviles, y la cuarta etapa es el auge de la Internet integrada. Más equipos de aplicaciones estrechamente relacionados con la vida diaria de las personas, incluidas lavadoras, refrigeradores, televisores, hornos microondas, etc., se unirán a las filas de la interconexión, formando eventualmente una "Internet de las cosas" globalmente unificada.
Para Internet, la década de 1980 fue la época dorada. Durante este período, una figura famosa: ¿Bob? Bob Kahn, conocido como el padre de Internet (hay varios otros que reciben el mismo nombre). Si bien realizó destacadas contribuciones a Internet, también sentó la piedra angular de otro proyecto, la Red Distribuida de Sensores (DSN), que comenzó en la década de 1980. El sensor de aquel entonces era mucho más grande que el que tengo y tuvo que ser arrastrado por un camión. Estos sensores de gran tamaño están organizados en nodos y conectados entre sí mediante microondas, formando una red de sensores.
El tamaño del enorme sensor no podía satisfacer las expectativas de la gente sobre su funcionalidad, por lo que los investigadores comenzaron a pensar si podrían hacerlo cada vez más pequeño. Por lo tanto, en la década de 1990 surgió un concepto interesante, "SmartDust", propuesto por KrisPister, profesor de la Universidad de California en Berkeley.
Este concepto cree que la informática y la comunicación pueden integrarse en un sensor ultrapequeño de aproximadamente 1 a 2 milímetros cuadrados para detectar parámetros del entorno circundante. Su componente principal es un sistema microelectromecánico (MEMS); este concepto causó gran sensación en su momento), y en este sistema se pueden integrar muchos sensores relacionados con la mecánica.
En ese momento, KrisPister y otros tuvieron una ilusión: colgar un chip sensor en un diente de león y la señal se detectaría dondequiera que volara el diente de león, y luego la señal se transmitiría de regreso. Aunque esto era sólo una hipótesis, algunos científicos se lanzaron con confianza y produjeron los datos requeridos. Por ejemplo, un experto en aerodinámica ha calculado el peso adecuado del chip, etc. En 2001, el laboratorio de la Universidad de California en Berkeley produjo el prototipo de este chip ideal, que es más pequeño que un grano de arroz y puede describirse como "delgado como un cabello, tan delgado como el ala de una cigarra". Me dieron uno y lo envolví con cuidado. Es una pena que no pueda encontrarlo recientemente. Si todavía hay energía en el chip, tal vez pueda localizarlo a través de la red.
Durante este período, tres universidades e instituciones de investigación tomaron la delantera en el campo de los sensores. Una es la Universidad de California, Berkeley (representada por Kris Pister, quien propuso la teoría del "polvo inteligente"), y las otras dos son la Universidad de California, Los Ángeles (que propuso la "tecnología micro inalámbrica") y el alto XeroxPARC. centro de investigación. El equipo de Xerox PARC está dirigido en gran medida por mí. Nos dedicamos al procesamiento de información de sensores y "SmartMatter", con la esperanza de incorporar sistemas informáticos y microelectromecánicos al mundo físico, que también está estrechamente relacionado con el "polvo inteligente".
Desde principios de este siglo, la gente ha prestado cada vez más atención a la investigación sobre la detección. Muchas escuelas e instituciones de I+D de grandes empresas han comenzado a realizar investigaciones similares y han surgido muchas empresas emergentes. La conexión de sensores a una "red" o "sistema" se convierte en una red de sensores. Además de las redes de sensores, también se han propuesto conceptos similares, como "CyberPhysicalSystem" e "Internet of Things" (IOT, por sus siglas en inglés). En términos relativos, el concepto de IOT está más cerca de la vida cotidiana en sus inicios, ya que la tecnología común RFID (identificación por radiofrecuencia) forma parte de él.
En cuanto a la historia de las redes de sensores y del Internet de las Cosas, deberían cumplirse 30 años desde el nacimiento de las redes de sensores. Pero las redes de microsensores sólo deberían tardar entre 15 y 20 años: las redes de microsensores comenzaron en la década de 1990, cuando la gente propuso el concepto de "sistemas de micromotores" e intentó integrar todos los sensores, el procesamiento informático y las comunicaciones en un solo chip. , es decir, "polvo inteligente".
De hecho, la historia de los sensores se puede resumir en ocho palabras: de pequeño a grande, de punto a superficie. Estas ocho palabras pueden parecer simples, pero son difíciles de implementar: si el sensor realmente "vuela al mundo ordinario", debe "reducirse" en términos de tamaño, costo, consumo de energía, etc. antes de que realmente pueda ingresar al mundo físico. mundo.
Sin embargo, la restauración del modelado no es la única condición para que la detección entre en vida. También requiere la cooperación de la tecnología de Internet para lograr una conexión a Internet punto a superficie. En lo que respecta a las direcciones IP, el Internet de las cosas debería adoptar IPv6 (IPv4 definitivamente no es suficiente), que tiene 128 direcciones IP binarias, lo que equivale a darle una dirección IP a cada grano de arena del mundo. Sólo cuando todos los objetos tengan su propia IP se podrá realizar realmente el Internet de las cosas. En resumen, la realización de Internet de las cosas requiere que estos dos aspectos se complementen: uno es utilizar tecnología de microfabricación para mejorar la integración; el otro es utilizar tecnología IP para proporcionar un sitio web suficientemente rico.
4.3 Problemas enfrentados
Hay muchos problemas en el mercado nacional de hogares inteligentes. 1. El umbral de entrada es alto, normalmente una inversión única de 10.000 a 20.000 yuanes, lo que limita en gran medida las necesidades de compra de las personas con ingresos medios bajos. 2. Las funciones son llamativas, muchas de ellas son control remoto de sonido y luz, y la demanda no guarda proporción con la inversión. 3. Copiar muchas cosas industriales directamente en el hogar carece de humanización y no puede satisfacer plenamente las necesidades de la vida hogareña. 4. Muchas empresas de hogares inteligentes carecen de tecnologías básicas y las unen para formar una promoción sistemática, lo que genera mayores costos corporativos y menor competitividad.
La aplicación de la tecnología RFID de frecuencia ultraalta en China aún está en sus inicios. Las aplicaciones de algunos proyectos son solo proyectos piloto y aún no se han utilizado ni aplicado ampliamente en la cadena de suministro. Por ejemplo, solo se puede usar en un almacén determinado o solo en la línea de producción.
Cabe decir que todos estos proyectos piloto son aplicaciones de circuito cerrado y que aún no han aparecido en China casos de aplicación de cadenas en la cadena de suministro.
El potencial de desarrollo del Internet de las Cosas es ilimitado, pero su realización no es sólo una cuestión técnica. El proceso de construcción de Internet de las cosas involucrará muchas cuestiones como planificación, gestión, coordinación y cooperación, estándares y protección de seguridad. Es necesario formular y mejorar una serie de políticas y especificaciones de apoyo correspondientes.
La primera es la cuestión de las normas técnicas. Un estándar es una regla de comunicación relacionada con la comunicación entre elementos de IoT. Diferentes países tienen diferentes estándares, por lo que es necesario fortalecer la cooperación entre países para encontrar un estándar universalmente aceptado.
En segundo lugar, cuestiones de seguridad. Los objetos en Internet de las cosas están más estrechamente conectados, y los objetos y las personas también están conectados, lo que hace que los equipos de recopilación e intercambio de información se utilicen ampliamente y la fuga de datos se haya convertido en un problema cada vez más grave. Cómo proteger una gran cantidad de datos y la privacidad de los usuarios se ha convertido en un problema urgente a resolver.
En tercer lugar, la cuestión del acuerdo. El Internet de las cosas es una extensión de Internet y se basa en TCP/IP en la capa central. Pero a nivel de acceso, existen varios tipos de protocolos, como CPRS, SMS, sensores, TD-SCDMA, cable, etc. El Internet de las cosas necesita una base de protocolo unificada.
Cuarto, problema terminal. Además de sus propias funciones, los terminales IoT también tienen funciones como sensores y acceso a la red. Diferentes industrias tienen diferentes requisitos. Cómo satisfacer las diversas necesidades de los productos terminales es un gran desafío al que se enfrentan los operadores.
Quinto, abordar el tema. Es necesario abordar cada elemento del Internet de las cosas, por lo que necesita una dirección. El Internet de las cosas requiere más direcciones IP, los recursos de IPv4 están a punto de agotarse y se necesita IPv6 para respaldarlos. La transición de IPv4 a IPv6 es un proceso largo, por lo que una vez que Internet de las cosas utilice direcciones IPv6, inevitablemente surgirán problemas de compatibilidad con IPv4.
Sexto, la cuestión de los costes. En la actualidad, el coste de los chips y otros componentes necesarios para el Internet de las cosas es relativamente alto. Si todos los artículos tuvieran integrados chips de identificación, naturalmente costaría mucho dinero. Aún es necesario considerar cómo resolver eficazmente este problema.
En séptimo lugar, la cuestión de la escala. La escala es un indicador importante del desempeño del operador. El precio de los terminales, la diversidad de productos y la profundidad y amplitud de las aplicaciones industriales afectarán la escala de usuarios. Cómo lograr escala es un tema a discutir.
Octavo, modelo de negocio. El modelo de negocio de Internet de las cosas en aplicaciones comerciales no está muy claro y merece un debate más profundo.
Noveno, cuestiones de la cadena industrial. Las tecnologías e industrias ascendentes, como el control automático, la detección de información y la identificación por radiofrecuencia necesarias para la Internet de las cosas, han madurado o están básicamente maduras, y las aplicaciones posteriores también existen en una sola forma. El desarrollo de Internet de las cosas requiere esfuerzos de colaboración de la cadena industrial para lograr vínculos entre las industrias ascendentes y descendentes y vínculos interdisciplinarios, impulsando así toda la cadena industrial y promoviendo el desarrollo de Internet de las cosas.
Para establecer un Internet de las cosas eficaz, hay dos dificultades principales que deben resolverse: en primer lugar, la escala; sólo con la escala la inteligencia de los bienes puede desempeñar un papel; en segundo lugar, la movilidad, ya que los bienes no suelen ser estacionarios; , pero está en estado de movimiento, por lo que es necesario mantener la mercancía en movimiento, incluso a alta velocidad, y monitorear y rastrear la mercancía en cualquier momento.
Para hacer realidad el Internet de las cosas, primero debemos incorporar etiquetas electrónicas y otros medios de almacenamiento en todos los artículos, y también instalar muchos dispositivos de lectura y enormes sistemas de procesamiento de información, lo que inevitablemente generará una gran cantidad de capital. inversión. Por tanto, el desarrollo del Internet de las Cosas será limitado sin reducir el coste para su uso universal. Todos los hechos demuestran que la eficiencia técnica del Internet de las cosas en esta etapa no se ha traducido en economías de escala, y ninguna de las aplicaciones del llamado Internet de las cosas ha logrado un gran éxito comercial. Por ejemplo, los sistemas de lectura de medidores inteligentes pueden transmitir lecturas de medidores al centro de datos del sistema de energía a través de sistemas inalámbricos comerciales (como mensajes cortos GSM). Sin embargo, el sistema de energía aún no ha utilizado esta tecnología a gran escala porque no es costosa. eficaz y eficiente.
La clave del Internet de las cosas está en los campos de la RFID, los sensores, el software integrado y la informática de transmisión de datos, incluida la "computación en la nube" y la expansión y optimización de las redes inalámbricas. Es necesario resolver algunos problemas para la popularización del Internet de las cosas. Sólo mediante la aplicación de la tecnología de "computación en la nube" será posible la gestión dinámica en tiempo real de cientos de millones de productos básicos. A juzgar por el nivel actual de desarrollo industrial nacional, la industria de sensores se encuentra en un nivel bajo y los fabricantes extranjeros monopolizan los productos de alta gama.