新一代信息通信技术的研发应用与信息化城市建设

　　一、新一代ICT开发应用的一般趋势

　　温家宝总理提出，要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。我国已经将大力发展传感网、物联网作为一项国家战略部署实施。目前我国已建成投产10条8英寸、0.18微米和2条12寸、90纳米的芯片生产线，芯片设计水平达到65纳米、集成度超过3000万门，与国外先进水平差距明显缩小。“龙芯”64位通用CPU芯片、网络路由交换芯片、手机基带芯片、数字音视频和多媒体处理芯片、第二代居民身份证专用芯片等一批中、高端芯片研发成功并投入生产。随着我国集成电路封装测试水平不断提高，国内企业自主研发并掌握平面封装、芯片级封装和多芯片封装等较高端技术，为我国发展物联网、传感网核心技术提供了基础。

　　物联网和传感网

　　在二战期间，RFID标签被英国空军用于识别己方飞机；20世纪60年代，美国政府曾用RFID标签跟踪核材料；70年代，RFID从军事领域解禁，开始应用于民用领域，主要用于动物标记；80年代，主要应用于访问权和安全的控制，如汽车公路收费、门禁系统等；90年代，电子收费系统的大规模应用大大促进了RFID技术的发展。21世纪，RFID技术被广泛应用于各种行业，包括制造业、物流业和零售业。

　　而传感网是信息技术的一次历史性机遇，传感器网络将形成无所不在的应用。传感网（物联网）是由一组传感器节点（传感、采集、处理、收发、网络于一体）以特定方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布給观察者，实现对物理世界的动态协同感知。互联网连接的是人，传感器网络连接的是物。传感网是以感知为目的的物物互联，从用户或产业角度又叫物联网。

　　主要应用：

　　——军事应用

　　监视 、侦察、定位、通信、计算、指挥

　　——环境科学

　　大气、土壤、森林、海洋、气候、动植物、自然灾害

　　——医疗健康

　　病人监护、药物管理、新药品试验、远程医疗

　　——空间探索

　　借助航天器撒布传感器网络进行星球探测

　　——工业和交通管理

　　生产过程监测、控制、仓库管理、交通管理、车辆监测跟踪

　　——商业应用

　　 智能家居环境、体育比赛裁判，交互式博物馆，交互式玩具

　　RFID(射频标签)和无线传感器

　　2007年，日立开发出世界最小的RFID芯片仅0.05mm*0.05mm，仍然有128bit ROM，可存储38位数字的ID号，可以轻松的装在任何物品上。微软研发部门前任领导Dan Rosen称, 我们学到最有价值的事是未来成本超过25美元的每一样物品除食品外都将连到网上。 RFID具有作用距离长，快速多标签读写，抗干扰能力强等特点，可以实现物品标签的多样化、系列化、微型化。同时RFID又具有很好的融合和渗透性。如与3C、3G、传感器、GPS、生物识别等技术融合，嵌入到各种产品中。随着RFID标准的统一及网络化的发展，RFID系统兼容性将得到更好的发挥，将推动RFID从独立封闭系统走向物联网。

　　世界上最小的RFID芯片堪比头发丝

　　RFID标准的制定已成为国际竞争的关键所在。国际上的RFID标准包括PCGlobal、ISO/IEC、UID、AIM、IP-X。我国为RFID使用频率划分了两个频段，除了920MHz~925MHz频段外，还从800MHz频段中划出了840MHz~845MHz供使用。

　　EPC物品编码格式

　　对应无线频率的RFID标准

　　走向下一代互联网

　　互联网目前面临着可扩展性、安全性、服务质量、互联网的治理、合理的商业模式等诸多挑战：

　　在技术方面的挑战---可扩展性问题

　　 —传送能力的可扩展性：尽管综合利用OFDM、PDM、DWDM等多种调制方式和多电平线路编码以及相干检测等光传输技术在实验室可达到单根光纤传输25.6Tbps（160波×160Gbps），但在长距离传输时的色散补偿和非线性管理仍然困难，离实用仍然较远。

　　—路由器容量的可扩展性：据称目前已研制出数十Tbps量级的超大容量的路由器，但由于可靠性和功耗原因，何时能实用尚难以估计。

　　—光交换的可实用性：由于没有合适的光存储器件，用光分组交换取代路由器还可望不可及，光突发交换也有颗粒性的不足，总之，目前还没有理想的光交换设备。

　　—路由器组网的可扩展性：路由器数量的增加面临网络扁平化与路由收敛的两难选择。

　　在技术方面的挑战---可管理性问题

　　—QOS问题：以视频为代表的宽带业务对实时性和抖动有严格要求，QOS问题比过去更受关注。美国的GENI和FIND项目提出了切片化、虚拟化和可编程设计思想，通过逻辑上分离的方式支持不同的业务共享物理实体，希望将传送资源与业务服务质量对应。目前关于QOS的研究不少，但仍未看到突破性的进展。

　　—安全性问题：安全性是无法回避的技术挑战，宽带接入的永远在线特征为病毒和黑客的攻击提供了更多机会；在“云计算”时代一旦网络出现故障，将使大规模的服务瘫痪；目前在互联网接入安全性方面的技术进展还不能令人满意。对因PC软件Bug引发的病毒入侵，网络似乎无能为力。安全性不仅是保护用户，同时需要保护网络不因用户的安全性问题而瘫痪。

　　宽带化在资源方面的挑战－－IP地址问题

　　—中国固网的互联网用户平均只有0.6个IPv4地址

　　—还未考虑目前使用私有地址的移动互联网用户，私有地址也不足以支持移动互联网用户的发展

　　—宽带上网的永远在线特性将需要更多的IP地址

　　—泛在网的应用也将消耗大量IP地址

　　—IPv4地址将在2012年耗尽

　　—转向IPv6地址势在必行

　　—到2012年将没有新的IPv4 地址可分配

　　在资源方面的挑战－－频谱问题

　　—对宽带无线接入和宽带移动通信，频谱也是稀缺的资源，移动通信的峰值速率差不多每年都在加倍，正在进行标准化的LTE峰值速率可以达到100Mbps，它将需要采用多种提高频谱利用率的技术。

　　—如何逼近仙农极限？

　　—射频的高频段宽带大功率器件与模块成为瓶颈。

　　—期待认知无线电和智能频谱协调管理技术的突破。

　　—软件无线电需要超高速硬件（例如超高速AD/DA)支持。

　　智能电网中的信息技术应用

　　智能电网中的信息技术应用是指使用健壮的双向通讯、高级传感器和分布式计算机来改善电力交换和使用的效率、可靠性、以及人身和设备安全的输、配电网络。

　　特征：

　　——激励和包含用户

　　——适应集中式电源和分布式电源

　　——新产品、服务和市场

　　——高级资产利用和优化运行

　　——提高电能质量

　　——减少停电次数和持续时间（自愈）

　　——抵御自然灾害和攻击

　　技术组成

　　——AMI高级计量体系：授权给用户，使系统同负荷建立起联系，使用户能够支持电网的运行。

　　——ATO高级输电运行：强调阻塞管理和降低大规模停运的风险，并使大容量的间歇电源能够可靠而方便地入网运行。

　　 ——ADO高级配电运行：使“自愈”（ “Self Healing”）成为可能。

　　——AAM高级资产管理：AMI、ADO和ATO 同资产管理过程的集成将大大改进电网的运行和效率

　　二、信息化城市建设

　　信息网络正成为人类社会必不可少的基础设施。计算、通信等多种技术的融合，有线无线的融合，数据语音的融合，传感器网络与现有网络的融合，将信息空间与人们生活的物理空间集成在一起成为一个整体。我们以吴江市民卡工程为例来进行说明。

　　“吴江市民卡”工程是吴江市2006年启动的政府实事项目，项目以“多卡合一、一卡多用”为建设目标，全面整合了包括社会保障卡、图书馆借书卡、公交卡、银行卡等各部门、各行业的服务和应用，从而在一张市民卡上实现政府服务、公用事业、金融支付等多种功能，市民可以更加方便、快捷地享受政府部门及行业机构提供的各项公共服务、办理各项个人社会事务，免除“多卡少用、四处奔波”的烦恼，更加直接地享受到现代信息技术的发展成果。

　　“吴江市民卡”缘起于社保卡，并依托于社保卡。吴江市从1995年起由劳动和社会保障部门发放医保IC卡，用于参保人员的就医划卡结算，发卡量20多万张。随着吴江市“五保合一”工程建设完成，以及农村合作医疗保险的全面推行，吴江60万农村居民的发卡问题摆上议事日程。此外，除劳动和社会保障部门外，与市民日常生活密切相关的一些业务部门也陆续提出了应用和发行IC卡的需求。借此机会，吴江市政府决定推广多卡合一的市民卡。市民卡应用领域覆盖政务服务、公共事业服务、金融服务、商业服务。

　　市民卡在政府服务领域应用

　　总体功能框架

　　宁波市北仑区政府建立了政府应急管理系统提升北仑突发事件管理能力。2005年7月开始建设政府应急指挥系统，宁波市北仑区政府首先建立了动态北仑视频平台。利用无线传感技术进行动态实时的监控管理，并整合商检、环保、公安、消防、安监等区内五大视频监控源，完成动态北仑视频平台搭建，基本建成无线城市的基础网络，通过无线移动指挥车实时传送现场图像、声音和其他监控信息至应急指挥中心，辅助决策。全面增强了政府应急处置能力。

　　 政府应急系统指挥示意图

　　作者单位：   工业和信息化部电信研究院