“泛在网”即广泛存在的
网络,它以无所不在、无所不包、无所不能为基本特征,以实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地
通信为目标。随着经济发展和社会信息化水平的日益提高,构建“泛在网络社会”,带动信息产业的整体发展,已经成为一些发达国家和城市追求的
目标。
简介
在日渐发达的通信技术、信息技术、
射频识别技术等新技术的不断催生下,一种能够实现人与人、人与机器、人与物甚至物与物之间直接沟通的
泛在网络架构——— U网络正日渐清晰,并逐步走进了人们的日常生活之中。在由ICT融合技术组成的U网络中,发展的焦点已经转向了具体的服务而不再是“唯技术论”。泛在网络的建设目标也锁定为用户提供更好的应用和服务体验。
近年来,在
物联网、
互联网、
电信网、
传感网等网络技术的共同发展下,实现社会化的泛在网也逐渐形成。而基于环境感知、内容感知的能力,泛在网为个人和社会提供了泛在的、无所不含的信息服务和应用。如今,随着手机支付、汽车网、医疗监控等一批移动通信新应用的不断涌现,有望促成
移动通信网向智能网络的成功转型。与此同时,为了适应泛在网兴起的需求,移动通信网也必须迎来一系列的变革。
现状
20世纪末,全球众多国家和地区推出了旨在通过ICT技术提高国力的电子兴国战略,如
日本的E-Japan战略,
韩国的e-Korea战略,
欧洲的E-Europe战略等。2004年,日本在两期E-Japan战略目标均提前完成的基础上,政府提出了下一步“u-Japan”战略,成为最早采用“泛在(Ubiquitous)”一词描述信息化战略并构建无所不在的信息社会的国家。
“泛在网络(Ubiquitous Network)”日益受到更多国家和相关国际组织的重视,韩国紧随日本确立了u-Korea总体政策规划,并于2006年在IT-839计划中引入“泛在的网络”概念,将IT-839计划修订为u-IT839计划,增加了RFID、USN新的“泛在”内容。欧盟也启动了“环境感知智能(Ambient Intelligence)”项目ARTEMIS(AdvancedResearch and Technologyfor Embedded Intelligence and Systems,嵌入式智能系统先进研发项目与技术)。
特点
U网络来源于拉丁语的Ubiquitous,是指无所不在的网络,又称
泛在网络。最早提出U战略的日韩给出的定义是:无所不在的网络社会将是由
智能网络、最先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的
技术社会形态。根据这样的构想,U网络将以“无所不在”、“无所不包”、“无所不能”为基本特征,帮助人类实现“4A”化通信,即在任何时间(anytime)、任何地点(any-where)、任何人(anyone)、任何物(anything)都能顺畅地通信。“4A”化通信能力仅是
U社会的基础,更重要的是建立U网络之上的各种应用。
与传统网络的关系
传感网、
物联网和泛在网是三个不同的概念。传感器网可以看成是传感模块+组网模块共同构成的一个网络。传感器仅仅感知到信号,并不强调对物体的标识。例如可以让
温度传感器感知到森林区域的温度,但并不一定需要标识哪根树木。物联网的概念相对比传感器网大一些。这主要是人感知物、标识物的手段,除了有传感器网,还可以有
二维码/一维码/
RFID等。如用二维码/RFID标识桌椅,但二维码/RFID并不在传感器网络的范畴。从泛在的内涵来看,首先关注的是人与周边的和 谐交互,各种感知设备与无线网络不过是手段。最终的泛在网形态上,既有互联网的部分,也有物联网的部分,同时还有 一部分属于智能系统(推理、情境建模、上下文处理、业务触发)范畴。由于涵盖了物与人的关系,因此泛在网似乎更大一些,从某种意义上说,物联网与泛在网概念最为接近,如图《传感网、物联网、泛在网的具体区别》所示。
存在意义
“泛在网”即广泛存在的网络,它以无所不在、无所不包、无所不能为基本特征,以实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信为目标。随着经济发展和社会信息化水平的日益提高,构建“泛在网络社会”,带动信息产业的整体发展,已经成为一些发达国家和城市追求的目标。
核心技术
泛在网络涉及的关键技术:体系架构及组网技术、无线泛在网络环境下用户上下文(环境)感知性、异构无线接入网络共存与协同、异构网络的移动性管理、先进的数据管理技术(包括NID管理、Profile管理、内容管理等)、跨域跨层优化技术。同时,也提出了具体的标准化建议。泛在网络标准体系研究主要包括以下内容:泛在网络的技术特点,应用对象;泛在网络系统构架;系统中各功能模块和组件;各模块之间的接口;数据标志(采集、处理、传输、存储、查询等过程);应用服务标准;信息安全,个人隐私保护等。
总的来说,泛在网络所涉及的技术体系有三大类,包括智能终端系统、基础网络技术以及应用技术。
智能终端系统
使用
智能终端,则网络的复杂程度将会降低,这能够提高网络的健壮性、互操作性和扩展性。通过使用智能终端,网络的投资成本将会降低,因为它使用更加简单的网络架构,基于网络的可靠性,以及在网络和终端之间共享网络功能。通过使用智能终端,网络的运营成本也将会降低,因为业务推出具有灵活性,网络维护工作减少了,以及升级机制简单了。
基础网络技术
泛在网络是基于现有的
网络基础设施,增加新的网络基础设施构成的。融合是现有网络基础设施的未来发展趋势,即具备融合固定和移动业务(FMC)能力和融合电信、互联网、广电网业务的能力。未来的网络需要超强的智能性,既要具备感知环境、内容、语言、文化的能力。泛在网络要满足各种层次的信息化应用,要求基础网络具有不同安全等级和不同服务质量的网络能力。泛在网络最重要的一个特征是无缝的移动性,移动宽带网络是最重要的网络基础设施。新型光通信、分组交换、互联网管控、网络测量和仿真、多技术混合组网都将是泛在网络的关键技术。
应用层技术
泛在网络的应用层主要指为各种具体应用提供公共服务支撑环境。应用平台层的主要技术特征是开放性和规范性,应用平台设计的主要技术领域包括软件中间件、资源描述与组织、各种标识的管理、信息安全保证、网络计算、数据分析与挖掘等。
应用发展
泛在网络的应用已经在许多产业领域提升了服务水平,如政府管理、金融服务、后勤;环境保护、家庭网络、医疗保健、办公大楼等的自动化和智能化服务等。基于泛在网络提供的应用和服务可以无限扩展,无处不在。近期的热点应用领域是食品/药品安全、市政监控、生产监控、家庭电信融合、汽车通信和娱乐服务等。
1、泛在网络在汽车制造中的应用。在汽车制造业的主要应用时实现汽车制造生产过程的信息化。例如,在日本的裕隆汽车企业,在涂装环节中艺耐高温、抗油污的RFID标签取代传统条码,便于生产流水线有效地控制涂料的处理时间。此外,在汽车装配环节中应用RFID技术,提升车辆组装效率,降低库存数量。
2、泛在网络在食品安全控制方面的应用。食品安全的关键是食品原料的可溯源,美国、英国、加拿大、澳大利亚、日本、韩国等国家都相继对食品的可追溯性做出法律规定。溯源的具体手段是要对食品原料的生长、加工、储藏及零售等供应链环节的管理对象进行标识,并相互链接。一旦食品出现安全问题,可以通过这些标识及信息进行追溯,直至食品的源头,准确地缩小食品安全问题的范围,查处出现问题的环节。
相关挑战
全IP构架可充当转换媒介
从技术层面来看,一方面移动通信网必须过渡为IP化的网络,另一方面还必须对IP网络技术加以创新和发展才能满足IP化所需。
泛在网的普及,把个人通信、广播、娱乐、业务应用等都融合在了一张网内,从而给个人用户带来了更加丰富的业务体验。因此,在众多业务同时运行时,为了实现用户号码惟一、计费系统惟一,以及灵活方便选择各种接入技术的目标,网络建设人员必须寻找一种可以作为各种网络基础的技术来充当转换媒介。
思路是,如果所有网络都是基于全IP架构的,那么用户就可以在不同网络之间实现随心所欲的转换了。因此,移动通信网首先需要过渡到全IP网,然后与现有的计算机网络逐步融合,最后才能成为整个泛在网的网络层。但这样一来,IP网络技术能否承载所有业务的问题也就随之出现了,例如,现有IP网络出现链接中断时,重建链接的响应时间是秒级的,这显然难以与电信业务微秒级的
中断响应时间要求相比拟。在中断响应时间这一点上,即使是时下较为先进的IPv6技术也不能满足需求。再比如,用户可以根据移动位置任意更改
无线接入网,这就需要频繁地进行改变网络归属和管理域,而在IP技术中用户和地址相捆绑的方式是无法实现有效的
移动性管理的。这是因为现有的IP网络技术在建立之初没有考虑到以后会接续到所有网络,并承载所有业务。为此,移动通信网和其他无线接入技术均需要在协议和架构、用户鉴权、业务承载、网络安全等方面进行泛IP化的改进,比如简化分层、重新定义数据包大小,再加入人们耳熟能详的新标识技术、多路径传输、节点缓存以及光交换等新技术。
提高手持终端的系统能力
除过渡为IP化外,移动通信系统还需要进行其他变革才能满足未来移动用户的新需求。面对有可能出现大量低移动性、少量数据传送、时时在线、群组管理等特征的机器用户,移动通信网需要引入灵活多变的寻呼、注册等网络操作流程,以适应大量单一终端的资源分配机制,降低终端功耗和复杂度。例如,对低移动性的用户延长移动性管理周期,对每月定时发送数据的终端限制全时接入,对非即时业务根据网络负荷控制其传输速率,对于固定在本地的终端保留注册,对于时时在线的小流量业务提供更灵活的计费策略,对仅由终端发起的业务去掉寻呼或位置更新等。
未来会出现更多行业用户。为了支撑对各种业务和信息的智能调用,降低应用开发者的使用门槛,移动通信网在提供给用户开发接口时,应采用标准化的方法对业务和信息进行描述,如采用面向SOA的理念、Web语义等。当未来用户在使用一些在线游戏、实时视频等业务时,更多的带宽需求将给LTE带来发展的动力。
此外,移动通信终端的发展也需要满足用户的多样化需求。例如,
个人通信终端可能随时接入到各种网络中,这就需要手持终端增加异质异构网络接入的支持以及协同能力;泛在网的机器终端可能长时间曝露在室外的严酷自然环境中,这就需要更多的降低能耗技术、多样化能源技术,以及电池技术等。
我国“U”计划应该尽早实施
在最先提出U
网络计划的日韩,两个国家都在努力推进信息技术研究,努力确立各自在信息技术领域的领先地位,通过“U”计划,两国的信息网络不但得到了完善,而且在一些尖端的信息技术方面也得到了很好的推动。
相比日韩两国,我国更需要一个“U-China”计划。从中国将来的经济、社会的发展趋势来看,建立U-China(无处不在的网络中国)有着现实和深远的意义。
曹建华表示:“发展
泛在网络对于中国经济发展具有非常重要的积极意义,推进泛在网络建设将带动我国信息产业发展,通过技术创新催生新的产品、新的产业,形成信息产业新的增长点。泛在网络相关技术会有效提升传统产业发展,进一步提高信息技术和网络的服务水平,解决地区之间、城乡之间的
信息基础设施发展不平衡的问题。政府部门要及早确定我国发展泛在网络的战略目标,制订发展规划和实施策略,组织产学研单位加强相关技术、产品、标准的研究。通过加强市场监管,为新技术、新应用发展创造良好的政策和市场环境。”
吕廷杰告诉记者,中国的泛在
网络研究已经逐渐展开,U-北京、U-青岛研究项目就是其中典型代表。
建设“无处不在的网络”在政策方面不仅需要政府的积极引导,还需要更多的企业、研究机构与政府共同配合,共同推进无处不在的网络建设。在技术方面,建设“无处不在的网络”不仅要依靠有线网络的发展,还要积极发展无线网络。其中Wi-Fi、3G、ADSL、FTTH、电子标签、无线射频等技术都是组成“无处不在网络”的重要技术,要对这些技术进行积极的开发和应用。
同时如果我国要实施U计划,还要重视普遍信息服务问题,防止建设
泛在网络时过分重视城市和发达地区,而造成新的数字鸿沟。
在我国实施U-China战略,并将其融入我国信息化发展的大框架下将会为我国的信息产业发展带来新的机遇,帮助我国实现抢占世界信息技术领先地位的目标。
传统电信业务增长的天花板效应凸显,同质化服务的价格竞争日趋惨烈。面对业务收入增速放缓的难题,泛在网发展所带来的新的行业应用和家庭应用给电信运营商带来了新的发展机遇和挑战。
一些海外的电信运营商在泛在网方面已经作出了探索,如法国电信所提供的完整的端到端方案,ntt docomo、KDDI、Orange、Sprint提供的定制嵌入式通信模块和终端可供开发等。在中国三大运营商中,中国电信走在泛在网应用的前列,至去年年底,其全球眼视频监控点在189个城市安装45万个,并在115个城市提供了数字城市管理应用,在186个城市提供应急联动应用,在174个城市提供环保监测应用。日前,三大运营商均已向工信部提出了物联网专用号段的申请,以更好地发展物联网应用。而在刚刚闭幕的的宁波智博会上,三大运营商均展示了其在城市物流、制造、社会管理、交通、健康保障、家居等领域的应用成果。这些行业应用与以往相比更为全面,例如,汽车信息服务内容包括在线视频服务、娱乐服务、通信服务、个人信息服务、车载互联网信息服务等,几乎囊括了人们在汽车上的所有需求 。
今后对电信运营商而言,泛在网的发展已将商业模式改变成价值链驱动的双边市场模型,并将进一步考验其产业链深度合作能力;业务多元化所带来的用户多元化,将令运营商不得不面对超大用户规模、超低ARPU值的长尾市场;而日趋降低的管道收益、不断增高的新应用投入也令运营商必须把握好规模运营与产品增值间的平衡关系。
相关链接
日本U-Japan计划
2000年日本政府首先提出了“IT基本法”,其后由隶属于
日本首相官邸的IT战略本部提出了“e-Japan战略”,希望能推进日本整体ICT的基础建设。2004年5月,日本总务省向日本经济财政咨询会议正式提出了以发展ubiquitous社会为目标的U-Japan构想。在总务省的U-Japan构想中,希望在2010年将日本建设成一个“任何时间、任何地点、任何人、任何物”都可以联网的环境。此构想于2004年6月4日被
日本内阁通过。
韩国U-Korea战略
韩国也经历了类似的发展过程。韩国最先于2002年4月提出了e-Korea(电子韩国)战略,其关注的重点是如何加紧建设IT基础设施,使得韩国社会的各方面在尖端科技的带动下跨上一个新的发展台阶。为了配合e-Korea战略,该国于2004年2月推出了IT839战略。韩国情报通信部又于2004年3月公布了U-Korea战略,这个战略旨在使所有人可以在任何地点、任何时间享受
现代信息技术带来的便利。U-Korea意味着信息技术与信息服务的发展不仅要满足产业和经济的增长,而且将对人们日常生活带来革命性的进步。
新加坡“下一代I-Hub”计划
1992年,新加坡提出IT2000计划,即“智能岛”计划。此后,该国先后确定了“21世纪资讯通信技术蓝图”、“ConnectedCity(连城)”等国家信息化发展项目,希望进一步加大信息通信技术的普及力度。综合看来,之前的数次信息化战略都可以说是处在“e”阶段,即通过提高信息通信技术的利用率促进社会方方面面的发展。2005年2月,新加坡资讯通信发展局发布名为“下一代I-Hub”的新计划,标志着该国正式将“U”型网络构建纳入国家战略。该计划旨在通过一个安全、高速、无所不在的网络实现下一代的联接。