经多年的合作开发宽带中频电力线载波通信技术规模化应用时机来临

经国网多年的合作开发，宽带（中频）电力线载波通信技术规模化应用的时机终于来临！
中国现代电网量测技术平台

张春晖
2018年6月21日
1）IEEE19011国际标准
网上报道:中国电科院发布”IEEE19011国际标准”
— 2018年5月22日，由中国电科院、国网信通产业集团等企业联合制订的IEEE19011《适用于智能电网应用的中频（低于12MHz）电力线载波通信技术标准》正式发布实施。
—该标准是以国网Q/GDW 11612 《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》为基础，大量使用创新技术，提出以OFDM、双二元Turbo编码、时频分集拷贝为核心的物理层通信技术规范，以及以信道时序优化、树形组网、多台区网络协调为代表的数据链路层技术规范。
该标准的发布，填补了中频电力线载波通信应用在智能电网领域国际标准的空白，提升我国在物联网领域的国际影响力和话语权。
— IEEE19011标准通过构建高带宽、高可靠、低时延、低成本的电力线通信网络，支持远程自动抄表、配电台区监测等多种应用场景，实现以电力线载波通信为基础的物联网技术在能源互联网中的有效应用。
该标准将促进电力线载波通信芯片、通信模组、智能终端全产业的发展。
2）国网，宽带（中频）电力线载波通信技术合作开发进程
国网为何重视宽带（中频）电力线载波通信技术的开发
国网的用电信息采集系统建设，从2010年开始，2017年基本完成，用电信息采集43亿户，覆盖率99%，用于用电信息采集设备及用户工程投资巨额，约510亿元。其中，70%的本地通信方式采用窄带（低速）电力线载波通信技术。经过多年的运行，窄带（低速）载波通信方式的通信速率慢，自动采集成功率低，有的居民小区的单相电表，24h都抄不到表，成为本地通信的技术瓶颈，一时难以解决。由此，国网利用配电网户户通电电力线的资源优势，将宽带（中频）电力线载波通信实用化应用，列为通信新技术重点开发课题。
根据中国电科院专家提出的配电、用电管理通信流量的预测:宽带（中频）载波通信速率需满足下列用电信息采集的要求:
· AMR/AMI的通信速率:12/20 k bps

·负荷管理10 k bps

·扩大到配电业务，配电自动化、报警管理、DG均为10 k bps；

·配电视频监控要求1 M bps；配电新提出的其它视频通信要求。
— 2012年7月，国网”新一代智能电力线载波通信关键技术研究”项目启动。该智能PLC是具有跨频带（150 k Hz---10 M Hz）、频率自认知、自适应、自组网、协调通信功能的载波通信技术。
该项目由中国电科院牵头，国网通信公司、南瑞集团参与。
2014年11月，该项目通过验收。其智能PLC系统在绍兴、长春电网的中、低压电力线路上开展了实际测试与验证。
— 2014年7月，在本文作者组织召开的《进口高端电能全性能研究》课题（长沙:威胜）技术交流会议上，华为海思公司介绍了自主设计的Hi3911型宽带（中频）载波芯片，频段:2---12MHz,通信速率200k---14M bps。
由此估计:华为海思公司的中频载波芯片推出时间还要更喜欢早一点。
— 2014年10月，国网召开低压电力线宽带载波通信技术标准研讨会，提出宽带载波通信单元技术规范、检验规范、通信协议（初稿）。
— 2014年11月，在本文作者组织召开的电力线载波通信新标准、新产品（青岛:东软）技术交流会议上，重点交流国际/国内宽带与OFDM窄带载波通信新技术。
— 2015年，据了解，华为海思公司将（中频载波芯片）物理层及通信协议在国网宽带载波通信技术企业标准中进行共享。各宽带载波芯片厂家在芯片物理层统一的前提下，自主开发宽带载波产品。
— 2016年，在本文作者组织召开的当前电表行业发展热点问题（重庆华立）讨论会上，重庆市电科院介绍了在大型公变台区（约700户）进行现场宽带载波通信互联互通测试结果。
— 2017年，江苏省电科院完成宽带载波模块互联互通测试，验证宽带载波模块在架空线路、预埋电缆、城市及农村等现场复杂运行工况下的互联互通情况。
— 2017年，重庆邮电大学、重庆市电科院《基于System Generator的宽带电力线脉冲噪声实现方法》提出:实现基于FPGA的Class A 噪声发生器，将有利于宽带PLC产品抗噪声性能评估测试。
— 2017年，国网发布:《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范（Q/GDW 11612---2016）》
据了解，该标准分为6个部分:
第1部分:总则

第2部分:技术要求

第3部分:检验方法

第4部分:物理层及通信协议

第5部分:链路层及通信协议

第6部分:应用层技术要求
— 2018年5月，中国电科院发布:《适用于智能电网应用的中频（低于12MHz）电力线载波通信技术标准（IEEE19011）》
3）青岛东软公司:推出符合IEEE19011国际标准的宽带（中频）载波通信芯片，并获得国际通行证
网上报道:”IEEE发布载波新标准，东软载波芯片获国际通行证”
—东软推出新的载波（中频）芯片的型号:

Eastsoft SSC1667。现在，已有至少100万颗芯片在网使用，并不断深化应用，拥有超级电容停电上报台区自动识别等功能。
—东软SSC1667型宽带（中频）载波通信芯片的设计性能
· 40nm Flash工艺，SOC芯片集成度高，Flash内置，外围成本低

· OFDM正交频分复用调制技术

·通信速率6MHz

·通信频带07MHz---12MHz

·功耗更低:静态功耗07W/动态1W

·支持新的/老的国网宽带互联互通标准，支持频段切换功能

· 4频段、6种模式，具体支持的标准和频段:（略）。
4）点评
—我国在电力线载波通信技术国际标准制订方面实现零的突破
在国际上，由中国电科院等单位联合制订的《适用于智能电网应用的中频（低于12MHz）电力线载波通信技术标准（IEEE19011）》，填补了中频电力线载波通信应用在智能电网领域国际标准的空白。
经查证:
·国际上，宽带（高频:2MHz及以上）电力线载波通信标准的制订:先期研究的重点领域是智能家居网络，后来面向家庭数字多媒体、视频、音频、数据、能源智能化控制等通信的需求。这方面，Home Plug（家居即插）联盟提出的宽带电力线载波通信技术标准较早、面广，其中的部分宽带载波通信标准，已经转换成IEEE国际标准:
从2001年的Home Plug 10标准，数据速率最高达14M bps，主要定位于家庭网络应用，也有用于低压宽带接入；2004年的Home Plug 10 ---Turbo标准，提升数据速率，最高数据速率85M bps，；2005年的Home Plug AV标准，频段:18---25MHz,最高数据速率200M bps,用于传输视频、音频、数据；2006年的Home Plug Green PHY标准，是为家庭和建筑物中嵌入式智慧能源和自动化应用而设计，它与IEEE1901/Home Plug AV标准的电力线网络协议互 *** 作，并具有将数据速率由200M bps降低为低速率（注:10M bps）、低功耗（注:功耗降低80%）、低成本和宽广家庭覆盖能力等特性。
·国际上的窄带（低频:500kHz及以下）OFDM电力线载波通信标准的制订:
2009年，MAXIM公司发布G3标准
2011年，PRIME联盟成立，发布G3---PLC标准；ITU（国际电信联盟）的G9955兼容G3---PLC物理层；IEEE P 19012兼容G3---PLC物理层
2012年，G3---PLC更新，由ITUG9903发布；10月发布更新版本
2013年，ITUG9903发布更新版本；IEEE19012投票通过成为正式版本
2014年，ITU G9903发布再更新版本。
这些窄带通信标准，使用OFDM的低频窄带载波通信技术，以较高的传输速率及频段具有d性等优势而快速兴起，主要用于自动抄表管理、智能家居网络，频段:10k---500k Hz ，数据传输速率20k---150k bps。
·以上情况说明:
a1 国际上，长期以来，适用于智能电网用电信息采集的中频（150k---12MHz）电力线载波通信方式，一直未推出国际标准。
a2 国内，自2009年国网提出开展电力用户用电信息采集系统建设之后，对适用于智能电网应用的中频（低于12MHz）电力线载波通信技术进行多方位的合作研究。
IEEE19011国际标准的提出，是基于国内通过几年的宽带（中频）电力线载波通信的中频载波芯片开发、现场宽带载波通信干扰性能测试、宽带载波通信互联互联讨论、宽带载波通信标准制订等多方位的合作创新、系统研究成果。
—从应用的视角，中频（低于12MHz）电力线载波通信有哪些技术难点与争议
国际上，迟迟未能推出适用于智能电网应用的中频（低于12MHz）电力线载波通信国际标准，估计主要有应用技术难点与争议。
经综合2014年青岛电力线载波通信新标准/新产品技术交流会议、2016年重庆电表行业发展热点问题讨论会议的情况，本文作者提出中频电力线载波通信应用技术开发的3个难点与争议问题:
其一，中频电力线载波通信双向高频干扰。网上报道:2013年6月，ITU---R（国际电信联盟无线电通信部门）发布《电力线通信系统对工作在80MHz以下的无线电通信系统的影响（ITU---R SM2158---3报告）》，对电力线载波通信方式提出质疑。
注:SM系列，频谱管理。
（说明:目前尚未看到国内有关部门对ITU--R SM2158---3报告的评论）
其二，配网预埋电缆、无功补偿装置对中频电力线载波通信影响的严重程度与改进措施的合理性评估。经现场实测，有时将集中器布置在

无功补偿装置之前（电源侧），自动抄表成功率极低甚至抄不到表。
其三，宽带载波通信互联互通问题。据了解，在国内，各宽带载波芯片厂家的中频载波芯片物理层及通信协议已经统一，网络的路径选择和中继功能还是各不相同，在现场实际的组网和抄表时，互联互通的效果并不理想。
针对以上难点与争议问题，据了解，国网计量部门统一组织了现场测试分析，提出一些改进措施。但是从期刊、网上很少见到这方面的报道。
这次，IEEE19011国际标准提出中频（低于12MHz）电力线载波通信网络的物理层、数据链路层技术规范，其大量使用的创新技术，提高了通信信号（位、帧）的收发质量和数据传输性能。据了解，随后国内有意向继续合作开发中频载波通信网络的网络层及其它层级的技术规范，期望在组网技术、路由算法、数据传输、互联互通等深层次通信技术进行开发统一，实现大幅度提升用电信息采集速率、自动采集成功率，化解中频载波通信质量引发的应用难题。
同时，本文作者提出尚需合作研究制订另一个重要标准:中频电力线载波通信信道监测、管理技术规范。该技术规范制订的建议，在本文第5）部分叙述。
中频电力线载波通信的高质量，只有从中频载波通信网络技术性能开发与信道监测管理两个方面措施相结合，才能较好地化解中频电力线载波通信应用的3个难题。
—载波模块价位。与窄带（低速）载波模块相比，目前的中频载波模块价位还高，将影响其大规模推广应用。但是，可以预期，随着中频载波模块应用量不断增长，其价位可以降到合理水准。
—拓展载波模块更新资金渠道
2010---2017年，国网用电信息采集设备的招标量:集中器约464万台，采集器约5115万台。如集中器、采集器的窄带载波模块70%，更新为中频载波模块，按目前的中频载波模块价位估计，集中器的新模块投资65亿元，采集器的新模块投资25亿元，单相载波表的新模块（按国网供电服务区457亿户的15%估算）投资34亿元。以上3项合计，国网采用中频载波模块需投资655亿元。按传统电子式电表8年轮换周期，每年需载波模块更新资金82亿元。
2017年底，国网用电信息采集系统建设基本完成。现在要申请进行用电信息采集载波模块的更新资金，化解本地通信技术瓶颈，这条资金渠道是否可以走通，还难以预料。国网，当前投资的重点还是特高压工程与推进配电网智能化建设。
目前，居民用电低压电网的主动故障报警与抢修，电能质量监测与控制，配电网与用户之间实用互动功能开发，是国网推进智能配电网建设的短板。由此，通过各级电网配电管理部门提出要求:拓展用电信息采集系统配电用新功能，申请中频载波模块购置资金，则是另一条合理渠道。
5）国内，中频电力线载波通信信道监测、管理技术规范制订的建议
国际上，EN50065:《3kHz至1485kHz频段的低压电气装置上的信号传输》:
第1部分: 一般要求、频带和电磁骚扰
第2---1部分: 95kHz至1485kHz频段用于住宅、商业和轻工业环境下工作的交流电源通信设备与系统的抗扰度要求
第2---2部分: 95kHz至1485kHz频段用于工业环境下工作的交流电源通信设备与系统的抗扰度要求
第2---3部分: 3kHz至95kHz频段用于电力提供商和分销商工作的交流电源通信设备与系统的抗扰度要求
第4---1部分: 低压去藕滤波器 --- 通用规范
第4---2部分: 低压去藕滤波器 --- 安全要求
第4---3部分: 低压去藕滤波器 --- 输入滤波器
第4---4部分: 低压去藕滤波器 --- 阻抗滤波器
第4---5部分: 低压去藕滤波器 --- 分段滤波器
第4---6部分:低压去藕滤波器 --- 相位藕合器
第7部分: 设备阻抗
国内:中频电力线载波通信信道监测、管理技术规范的制订，可参考EN60065系列标准，结合中频电力线载波通信的特征，需要涵盖中频频带和双向电磁骚扰限值；中频载波信号衰减及信噪比测量，集中器选址勘测；双向高频干扰监测；

各类应用环境的抗传导、幅射干扰要求；预埋电缆、无功补偿设备对中频载波通信影响测试及处理方案；同频干扰测试及改进方法；各类去藕滤波器；设备阻抗；双向通信与网关技术规范；其它要求。

物联网定义
物联网（The Internet of things）的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把所有物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网原理
物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。
而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。
“物联网”概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。
物联网发展
2009年11月20日，工业和信息化部部长李毅中在全国装备工业“两化”融合典型经验座谈会上首次明确了物联网应用示范方向。他表示，传感网、物联网的发展将优先选择重点工业领域、基础设施、环保监测、公共安全、工业控制、医疗卫生等领域，开展应用示范。同时，要加强TD-SCDMA与传感网的密切结合，推进传感网与通信网融合发展。联想到当年“三金工程”对我国信息化发展的推动，示范工程的启动意味着尚处于产业初创阶段的物联网将进入发展快车道。
在工业和信息化部牵头组织的国家科技重大专项“新一代宽带无线移动通信网”中，传感网就已作为主要支持内容之一，加大了资金投入，启动了从总体战略到关键技术与设备等多项课题研究
2010年，中国政府将出台一系列物联网发展相关的产业政策，国务院、发改委、工信部、科技部等部门都有可能出台相关产业扶持政策来加速促进中国物联网产业发展。与此同时，各省市和产业园区也将会有相关的配套扶持政策出台，江苏省无锡市、北京中关村科技园等将有可能成为地方政策出台的先行者。
在技术与标准化方面，北邮、中科院、南邮、无锡中国物联网产业研究院以及中国物联网标准化组织有望在物联网标准和关键技术方面取得突破性进展，一系列重点行业应用产品将被推出市场并逐步开始规模化应用。
行业应用将成为未来几年物联网产业发展的主要驱动力。研究发现：智能交通、城市安防、智能电网等行业市场成熟度较高，这些行业传感技术成熟，政府扶持力度大，在许多城市已经开始规模化应用，市场前景广阔，投资机会巨大，将成为未来几年物联网产业发展的重点领域；医疗卫生、家庭、个人等领域的智能传感应用则需要较长的时间，技术、标准均有待于进一步完善，大多产品还处于试验阶段，短时间内不会大规模应用。

物联网的英文名称为"The Internet of Things” 。由该名称可见，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；第二，扩展到了任其用户端延伸和何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、 全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网的整个结构可分为射频识别系统和信息网络系统两部分。射频识别系统主要由标签和读写器组成，两者通过RFID空中接口通信。读写器获取产品标识后，通过internet或其他通讯方式将产品标识上传至信息网络系统的中间件，然后通过ONS解析获取产品的对象名称，继而通过EPC信息服务的各种接口获得产品信息的各种相关服务。整个信息系统的运行都会借助internet的网络系统，利用在internet基础上的发展出的通信协议和描述语言。因此我们可以说物联网是架构在internet基础上的关于各种物理产品信息服务的总和。从应用角度来看，物联网中三个层次值得关注，也即是说，物联网由三部分组成：一是传感网络，即以二维码、RFID、传感器为主，实现对“物”的识别。二是传输网络，即通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算。三是应用网络，即输入输出控制终端。
EPC系统是一个非常先进的、综合性的和复杂的系统。其最终目标是为每一单品建立全球的、开放的标识标准。如图2．4所示，它主要由全球产品电子代码(EPC)体系、射频识别系统及信息网络系统三大部分组成[17]。

图24 EPC系统的构成图
（1）EPC编码标准
EPC编码是EPC系统的重要组成部分，它是对实体及实体的相关信息进行代码化，通过统一并规范化的编码建立全球通用的信息交换语言。
（2）EPC标签
EPC标签是装载了产品电子代码的射频标签，通常EPC标签是安装在被识别对象上，存储被识别对象相关信息。标签存储器中的信息可由读写器进行非接触读/写。
32 EPC系统特点
（1）开放的体系结构
EPC系统采用全球最大的公用的刀又TERNET网络系统。这就避免了系统的复杂性，同时也大大降低了系统的成本，并且还有利于系统的增值。梅特卡夫(Metcalfe)定律表明，一个网络大的价值是用户本系统是应该开放的结构体系远比复杂的多重结构更有价值。
(2)独立的平台和高度的互动性
EPC系统识别的对象是一个十分广泛的实体对象，因此，不可能有那一种技术适用所有的识别对象。同时，不同地区，不同国家的射频识别技术标准也不相同。所以开放的结构体系必须具有独立的平台和高度的交互 *** 作性。EPC系统网络建立在INTERNET网络系统上可以与INTERNET网络所有可能的组成部分协同工作
(3)灵活的可持续发展的体系
EPC系统是一个灵活的开放的可持续发展的体系，可在不替换原有体系的情况下就可以做到系统升级。整体的EPC网络 *** 作依赖于RFID系统和网络应用系统的介入，使产品信息有效的传播。安装在不同需求链环境的解读器可以读取标签中储存的产品数据。因此供应链数据可以通过网络及时地检查、更新或者交换信息。
33 EPC编码编码标准
EPC码是新一代与EAN／UPC码兼容的编码标准，在EPC系统中EPC编码与现行GTIN相结合，因而EPC并不是取代现行的条码标准，而是由现行的条码标准逐渐过渡到EPC标准或者是在未来的供应链中EPC和EAN．UCC系统共存。EPC中码段的分配是由EAN．UCC来管理的。在我国，EAN．UCC系统中GTIN编码是由中国物品编码中心负责分配和管理。同样，ANCC也即将启动EPC服务来满足国内企业使用EPC的需求。
EPC码是由一个版本号加上另外三段数据(依次为域名管理者、对象分类、序列号)组成的一组数字。其中版本号标识EPC的版本号，它使得EPC随后的码段可以有不同的长度；域名管理是描述与此EPC相关的生产厂商的信息。
第四章 物联网在家庭中应用
随着时代的发展，中国已经逐步进入了老龄化社会，以后我们社会面临的现状将是一对年轻的夫妻，在照看自己小孩的同时，还要照看2～6对老人，这就为全社会出了一个难题。每家都雇保姆，显然不现实；那么，只能通过科技的手段来解决这个问题了，靠提高家庭的生活品质、方便家庭与外界的信息交互、用传感节点感知家里发生的情况等，这就为家庭物联网的实现奠定了社会基础。
物联网的概念正大行其道，也使人们看到了社会未来的发展趋势，然而物联网大部分却停留在概念阶段，真正规模应用还有待时日。家庭区域相对狭小、需求比较明确，最有可能优先实现物联网的应用。它不只是现代家庭现实的需要（照看老人、孩童），更是人们日益增强的家庭安全
41家庭物联网应用领域
寒冷的冬季，供暖系统使北方城市家庭充满温暖，而当白天大部分人离家上班的时候，空空的房间仍温暖如春。我们需要一个智能化的供暖控制系统。在生产安全领域，在食品卫生领域，在工程控制领域，在城市管理领域，在人们日常生活的各个方面，甚至在人们的娱乐活动中，都需要建立随时能与物体沟通的智能系统。通过装置在各类物体上的电子标签（RFID），传感器、二维码等经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予智能，可以实现人与物体的沟通和对话也可以实现物体与物体相互间的沟通和对话。在电度表上装上传感器，供电部门随时都可知道用户的用电情况，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理，一年来降低电损。在电梯装上传感器，当电梯发生故障时，无需乘客报警、电梯管理部门会借助网络在第一时间得信息，以最快的速度去现场处理故障。
42发展历程
1999年，物联网的概念就已被提出，10年间，世界各国都在加紧研究。物联网的发展共分为四个阶段：第一个阶段是大型机、主机的联网，第二个阶段是台式机、笔记本与互联网相联，第三个阶段是手机等一些移动设备的互联，第四阶段是嵌入式互联网兴起阶段，更多与人们日常生活紧密相关的应用设备，包括洗衣机、冰箱、电视、微波炉等都将加入互联互通的行列，最终形成全球统一的“物联网”。
对于互联网来说，20世纪80年代是黄金时代，这段时间出了一个知名的人物——鲍勃•卡恩（BobKahn），他被人们称为互联网之父（被赋予同样称呼的人还有好几个）。在为互联网做出卓越贡献的同时，他也非常有远见的为另一个始于上世纪80年代的项目——分布式传感网（DistributedSensorNet,简称DSN）——做了奠基。在那个年代，传感器远比我手上的这个大得多，要用一辆卡车来拉。这么大的传感器作为一个个节点组织在一起，通过微波彼此相连，就组成了传感网。
庞大的传感器在体积方面跟不上人们对其功用上的期望，于是研究者们就开始思考能不能把它做得小一点、再小一点。于是，在上世纪90年代，“智能微尘”（SmartDust）这个很有意思的概念出现了，提出者是KrisPister，他是加州大学伯克利分校的教授。这一概念认为可以将计算和通讯集成在约1~2平方毫米的超微型传感器中，用以对周围环境的参数进行探测。其核心的成分是微电机系统（Micro-Electro-MechanicalSystem,简称MEMS；这个概念在当时引起非常大的轰动），该系统中可以集成很多和机械有关的传感器。
当时KrisPister这批人有一个幻想——在蒲公英上面悬挂一个传感芯片，蒲公英飞到哪里就探测哪里的信号，再把信号传递回来。虽然只是一个假想，但当时真有科学家信心百倍地投入其中，并且还把所需的数据算出来了。比如有空气动力学专家计算出了芯片应有的重量等等。在2001年，加州大学伯克利分校的实验室真做出了这种理想中的芯片雏形，比米粒还小，可谓“细如发丝，薄如蝉翼”。他们送给了我一个，当时我还精心包装了一下。可惜最近找不到了，特别遗憾。倘若芯片里面还有电留存的话，说不定我就能通过网络定位到它的“安身之所”了。
在这一时期，有三所高校和研究机构在传感器领域处于领军地位，一是加州大学伯克利分校（以KrisPister为代表，他们提出了“智能微尘”理论），另外两个是加州大学洛杉矶分校（他们提出了“微无线技术”）和施乐帕克研究中心（XeroxPARC）。施乐帕克研究中心的团队主要由我带领，我们做的是传感信息处理和“智能物质”（SmartMatter），希望能把计算、微电机系统放到物理世界中，与“智能微尘”也有非常紧密的联系。
自本世纪初以来，对于传感的研究越来越受到人们的重视，有很多学校和大公司的研发机构开始进行了类似的研究，并有许多新兴公司借此东风异军突起。将传感器连接成“网”或“系统”，就成了传感网。除了传感网以外，类似的概念也相继提出，比如“CyberPhysicalSystem”和“InternetofThings”(简称IOT)。相较而言，IOT的概念在提出的初期更接近于日常生活，比如常见的RFID（RadioFrequencyIdentification，射频识别）技术就是它的一部分。
关于传感网和物联网的历史，若从大的传感器开始算起，传感网诞生至今应有30年了；而若从微传感网（MicroWirelessSensorNetwork）来说，应该仅有15至20年：微传感网始于上世纪90年代，那个时期的人们刚刚提出“微电机系统”的概念，试图把传感器和计算机处理和通讯全部都集成在一个芯片上，即“智慧微尘”。
其实传感器的历史，归结起来就八个字——从大到小，以点到面。这八个字看似简单，但做起来却是困难重重——要想让传感器真正“飞入寻常世界中”，它必需在体积、造价、能耗等方面进行“瘦身”，这样它才真正能够进入到物理世界。
然而，造型的缩小并不是传感进入生活的唯一条件，还需要互联网技术的配合以实现从点到面的网际联系。就IP地址而言，物联网应采用IPv6（IPv4必然不够），它有128位两进制的IP网址数，这相当于给世界上的每个沙粒都赋予了一个 IP地址。唯有当所有的物体都有一个属于自己的IP的时候，物联网才能真正实现。总而言之，物联网的实现需要这两方面的相辅相成：一是利用微处理技术（micro-fabrication），提高集成度；其二是运用IP技术，以提供足够丰富的网址。
43面临的问题
国内智能家居市场存在很多问题。1、进入门槛较高，一般一次性投入要1、2万元，这就大大限制了中等收入以下人群的购买需求。2、功能华而不实，很多都是遥控个灯光、音响，需求跟投入不成比例。3、生搬硬套，将原来很多工业上使用的东西直接照搬到家庭里，缺少人性化，不能完全适合家居生活需要。4、很多智能家居企业缺少核心技术，东拼西凑，组成个系统就推广，导致成本增高、企业竞争力下降。
RFID超高频技术在我国的应用尚处于起步阶段，一些项目的应用只是试点，还没有得到广泛应用，也没有在供链上应用。比如，只在某一个仓库里应用，或只在生产线上应用。应该说，这些试点项目全
都属于闭环状态的应用，在供应链上串起来应用的案例国内还没有出现。
物联网发展潜力无限，但物联网的实现并不仅仅是技术方面的问题，建设物联网过程将涉及到许多规划、管理、协调、合作等方面的问题，还涉及标准和安全保护等方面的问题，这就需要有一系列相应的配套政策和规范的制订和完善。
首先是技术标准问题。标准是一种交流规则，关系着物联网物品间的沟通。各国存在不同的标准，因此需要加强国家之间的合作，以寻求一个能被普遍接受的标准。
其次是安全的问题。物联网中的物品间联系更紧密，物品和人也连接起来，使得信息采集和交换设备大量使用，数据泄密也成为了越来越严重的问题。如何实现大量的数据及用户隐私的保护，成为待解决的问题。
第三，协议问题。物联网是互联网的延伸，在物联网核心层面是基于TCP/IP，但在接入层面，协议类别五花八门，CPRS、短信、传感器、TD-SCDMA、有线等多种通道，物联网需要一个统一的协议基础。
第四，终端问题。物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求各异议，如何满足终端产品的多样化需求，对运营商来说的一大挑战。
第五，地址问题。每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6来支撑。IPv4 向IPv6过渡是一个漫长的过程，因此物联网一旦使用IPv6地址，就必然会存在与IPv4兼容性问题。
第六，费用问题。目前物联网所需的芯片等组件的费用较高，若把所有物品都植入识别芯片花费自然不少，如何有效解决这一问题仍需考虑。
第七，规模化问题。规模化是运营商业绩的重要指标，终端的价格、产品多样性、行业应用的深度和广度都会地用户规模产生影响，如何实现规模化是具有待商讨的问题。
第八，商业模式问题。物联网在商业应用方面的业务模式还不是很明朗，商业模式问题值得更进一步探讨。
第九，产业链问题。物联网所需要的自动控制、信息传感、射频识别等上游技术和产业已成熟或基本成熟，而下游的应用也单体形式存在。物联网的发展需要产业链的共同努力，实现上下游产业的联动，跨专业的联动，从而带动整个产业链，共同推动物联网发展。
要建立一个有效的物联网,有两大难点必须解决:一是规模性,只有具备了规模,才能使物品的智能发挥作用;二是流动性,物品通常都不是静止的,而是处于运动的状态,必须保持物品在运动状态,甚至高速运动状态下都能随时实现对物品的监控和追踪。
实现物联网，首先必须在所有物品中嵌入电子标签等存储体，并需安装众多读取设备和庞大的信息处理系统，这必然导致大量的资金投入。因此，在成本尚未降至能普及的前提下，物联网的发展将受到限制。已有的事实均证明，在现阶段，物联网的技术效率并没有转化为规模的经济效率，目前的所谓物联网应用也没有一个在商业上获得了较大成功。例如，智能抄表系统能将电表的读数通过商用无线系统（如GSM短消息）传递到电力系统的数据中心，但电力系统仍没有规模使用这类技术，原因在于这类技术没有经济效率。
物联网的关键在于RFID、传感器、嵌入式软件及传输数据计算等领域，包括“云计算”、无线网络的扩容和优化等均是物联网普及需解决的问题。只有通过“云计算”技术的运用，才能使数以亿计的种类物品的实时动态管理变得可能。从目前国内产业发展水平而言，传感器产业人水平较低，高端产品为国外厂商垄断。

●传感器技术：价格低廉、性能良好的传感器是物联网应用的基石，物联网的发展要求更准确、更智能、更高效以及兼容性更强的传感器技术。智能数据采集技术是传感器技术发展的一个新方向。信息的泛在化对传感器和传感装置提出了更高的要求。具体如，微型化：元器件的微小型化，要求节约资源与能源；智能化：具备自校准、自诊断、自学习、自决策、自适应和自组织等人工智能技术；低功耗与能量获取技术：供电方式为电池、阳光、风、温度、振动等多种方式。
●设备兼容技术：大部分情况下，企业会基于现有的工业系统建造工业物联网，如何实现工业物联网中所用的传感器能够与原有设备已应用的传感器相兼容是工业物联网推广所面临的问题之一。传感器的兼容主要指数据格式的兼容与通信协议的兼容，兼容关键是标准的统一。目前，工业现场总线网络中普遍采用的如Profibus、Modus协议，已经较好地解决了兼容性问题，大多数工业设备生产厂商基于这些协议开发了各类传感器、控制器等。近年来，随着工业无线传感器网络应用日渐普遍，当前工业无线的WirelessHART、ISA100．11a以及wIA—PA3大标准均兼容了IEEE802．15．4无线网络协议，并提供了隧道传输机制兼容现有的通信协议，丰富了工业物联网系统的组成与功能。
●网络技术：网络是构成工业物联网的核心之一，数据在系统不同的层次之间通过网络进行传输。网络分为有线网络与无线网络，有线网络一般应用于数据处理中心的集群服务器、工厂内部的局域网以及部分现场总线控制网络中，能提供高速率高带宽的数据传输通道。工业无线传感器网络则是一种新兴的利用无线技术进行传感器组网以及数据传输的技术，无线网络技术的应用可以使得工业传感器的布线成本大大降低，有利于传感器功能的扩展，因此吸引了国内外众多企业和科研机构的关注。
传统的有线网络技术较为成熟，在众多场合已得到了应用验证。然而，当无线网络技术应用于工业环境时，会面临如下问题：工业现场强电磁干扰、开放的无线环境让工业机器更容易受到攻击威胁、部分控制数据需要实时传输。相对于有线网络，工业无线传感器网络技术则正处在发展阶段，它解决了传统的无线网络技术应用于工业现场环境时的不足，提供了高可靠性、高实时性以及高安全性，主要技术包括：自适应跳频、确实性通信资源调度、无线路由、低开销高精度时间同步、网络分层数据加密、网络异常监视与报警以及设备入网鉴权等。
●信息处理技术：工业信息出现爆炸式增长，工业生产过程中产生的大量数据对于工业物联网来说是一个挑战，如何有效处理、分析、记录这些数据，提炼出对工业生产有指导性建议的结果，是工业物联网的核心所在，也是难点所在。
当前业界大数据处理技术有很多，如SAP的BW系统在一定程度上解决了大数据给企业生产运营带来的问题。数据融合和数据挖掘技术的发展也使海量信息处理变得更为智能、高效。工业物联网泛在感知的特点使得人也成为了被感知的对象，通过对环境数据的分析以及用户行为的建模，可以实现生产设计、制造、管理过程中的人一人、人一机和机一机之间的行为、环境和状态感知，更加真实地反映出工业生产过程中的细节变化，以便得出更准确的分析结果。
●安全技术：工业物联网安全主要涉及数据采集安全、网络传输安全等过程，信息安全对于企业运营起到关键作用，例如在冶金、煤炭、石油等行业采集数据需要长时问的连续运行，如何保证在数据采集以及传输过程中信息的准确无误是工业物联网应用于实际生产的前提。

前不久，谷歌停止了在亚马逊 Echo Show 上提供 Youtube 视频，而亚马逊也一直在其商店里封杀谷歌的多款智能硬件（包括 Google Home）。
然而无论是苹果的 HomePod、谷歌的 Google Home、亚马逊的 Echo，还是三星传言将在明年上半年发布的 Bixby 智能音箱、阿里在双十一砸钱赚吆喝的天猫精灵，抑或是生态链完整的小米推出的小爱同学，大佬们意欲通过智能音箱作为抢占未来物联网流量入口的野心已是昭然若揭。
▲从左至右：苹果 HomePod、谷歌 Google Home、亚马逊 Echo
当然，物联网的概念被业界大佬如此看重是有原因的。
据美国 IT 研究与顾问咨询公司 Gartner 发布的数据预测，到 2020 年，全球联网设备数量将达到 260 亿台
而在普通大众的眼中，今天的物联网可能是这样的：
▲扎克伯格展示他开发的人工智能家居系统 Jarvis
这样的：
▲苹果的 Apple TV 和智能家居互联
或者是这样的：
▲手机 *** 控室内的灯光
虽然看上去很酷，但是相比将来庞大的市场规模，从上面一系列的产品不难看出当今物联网产品的发展还都停留在较为简单的手机/智能音箱与智能家居产品之间的互联上，无论是距离人本身与物的联接还是未来物联网的终极形态——「万物互联」都还比较遥远。
比如这个自动跟随行李箱，自己「长了腿」会跑，使用者就能很轻松地腾出两只手做别的事；
近来越来越成为热点的自动驾驶技术自然也离不开物联网技术的应用，人们开车时享有的自由度将得到极大地提升；
能自动跟踪、自动感应开关的电风扇、水龙头瞬间就将现在的产品化为古董；
在图书馆找书的时候，书能自己跳出来的感觉不要太好；
想当辣妈？自动跟随的婴儿车足够满足这个愿望；
感应式的路灯不仅关心你的路途，同样关心节能环保的路途。
当然，物联网的应用不仅能让个人的生活变得简单、自由、舒适，城市的管理同样将变得更加高效可控。
当你没有在规定位置停车，会被及时告知，城市也将不会有偏差，变得更加规范；
当路面出现障碍物，车主同样会受到提醒，城市将不会有危险；
当出现走失儿童，位置信息同样也会被捕捉到，城市将不会有意外。
从以上的例子不难看出，相比目前在几乎都位于室内的物联网智能家居这种单一形态，未来的物联网时代将实现更多人与人、人与物、物与物之间的联接，并在提供更多使用场景的同时简化人们的生活，消灭「不确定性」。
而要想实现上述的确定及可靠的转型升级，高精度的位置服务将成为其中一个关键的变量。
具体来说，如果未来物联网仍采用 GPS 十米级别的定位精度，那就意味着上述的电风扇和水龙头将不能精准地「找到」用户所在的位置，水乱流、风乱吹将成为常态；无人驾驶汽车在某些路况下也许就不能一直沿着既定道路行驶，更别提去精准躲避马路上的玻璃渣了。
▲无人驾驶汽车在没有道路标线的情况下大概只能依靠高精度导航了
同样地，今天我们或许都不会去想身边出去旅行能有一个自动跟随的旅行箱，这是因为定位的精度达不到要求，与其带着一个「不认主人」还「满地乱跑」的旅行箱，还不如老老实实自己拉着。
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物联网由于牵涉广泛，面对不同的应用情境也会需要不同的联网型态，而整个物联网市场又被视为下一波的技术发展浪潮，故也让各种通讯组织纷纷为其制定新标准，例如蓝牙联盟的BluetoothLE，LTE的LTE-M、NB-LTE等等，都是为此而生的标准，另外像是车联网也有如80211p等，而WiFi联盟又宣布一个针对低功耗物联网的标准，称之为WiFiHaLow，基于80211ah规范，虽预计2018年才开始验证，不过应该可见不久的未来就会出现"准"WiFiHalow技术的终端商品或是晶片现身。

WiFiHaLow的应用是针对较低功耗的领域，主要的特色是极为省电，但同时可穿墙以及具备较长的传输距离，针对包括智慧家庭、医护、车载、工业、零售、农业等领域，所使用的频段为900MHz(非授权频段) 以及既有WiFi之24GHz、5GHz频段 ，主打传输距离约为一般WiFi一倍以上，但未强调传输速度，可视为以穿墙以及低功耗为优先的技术标准；另在技术布局方面，WiFi联盟则是希望WiFiHaLow与现有的WiFi以皆为IP网路架构的特色，作为简化物联网架构的战略。

当然如此一来WiFiHaLow在某些方面就与蓝牙联盟预计在2016年的技术蓝图相当接近，可视为这是WiFi联盟想要再次与蓝牙联盟互抢的标准，毕竟蓝牙联盟在公布Bluetooth30时，也针对高速传输曾以80211为基础宣布Bluetooth30+HS标准，对于长期以80211规范做为技术基础的WiFi联盟也很不是滋味。

WiFi联盟,

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