物聯網現狀分析與發展探討

［摘 要］本文立足物聯網，通過總結已有的研究描繪出物聯網的一個簡練的框架，主要從定義、核心技術、應用等不同角度分析物聯網，以期得出物聯網在各方面的研究狀況及現有成果。同時，分析了物聯網現有的問題及可研究的方向，對其發展態勢進行相應的探討。

［關鍵詞］物聯網 核心技術 應用 標準化

物聯網是新一代的IT技術，可以應用于許多領域。物聯網通過借助網絡能夠實現物物聯通，可以方便識別和管理，達到“智能”的狀態。

近年來，物聯網概念在國內乃至全球都成為熱潮，物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業第三次浪潮。據專家預測，未來10年內物聯網將大規模普及，其產業規模會達到互聯網的30倍，是一個萬億元級的高科技產業。

一、概況

1995年，比爾#8226;蓋茨在他的《未來之路》中首次提到了物聯網的概念，但受當時無線網絡、硬件及傳感設備等技術的發展的限制，比爾#8226;蓋茨的“物聯網”概念并未引起太多關注和重視。1999年，美國麻省理工學院（MIT）的自動識別技術中心(Auto-ID Center)首次提出了EPC（Electronic Product Code）系統，再次明確了物聯網這一理念。2005年，國際電信聯盟正式提出物聯網概念。2009年初，美國總統奧巴馬就職后將“新能源”和“物聯網”列為了整型經濟的兩大武器，這使物聯網再次受到廣泛關注。

同時，我國也在加速推進物聯網的發展進程。2002年10月，麻省理工學院自動識別中心（MIT Auto-ID Center）在復旦成立分部，正式開啟了RFID在我國的研究進程，為我國的物聯網發展打下了基礎。2009年8月，溫家寶總理在無錫微納傳感網工程技術研發中心視察時指出，“在國家重大科技專項中，加快推進傳感網發展”，“盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫‘感知中國’中心”，自此，“感知中國”越來越深入人心，備受關注。2010年，物聯網成為“兩會”的熱門話題，“積極推進‘三網’融合，加快物聯網的研發應用”也首次寫入政府工作報告。

二、概念分析

鑒于對物聯網的濃厚興趣，在研究領域有多種對物聯網的定義。這也恰恰證明了對物聯網探討的活躍性。

國際電信聯盟（ITU）對物聯網的定義最為大家所熟知，即：“無論何時何地對何人，都將實現物物聯通”。 歐洲委員會（European Commission）也持有相似觀點，在該組織對物聯網最新定義中指出“在智能領域中具有可識別的虛擬身份的物品通過智能端口實現與社會、環境及用戶的連接和交流”。

在僅基于RFID的方面，CASAGRAS組織給出了一個較好的物聯網定義。該組織成員關注于“一個物品可以自動地跟計算機交流，并能做到物物聯通，提供對人類有益服務的世界”。

意大利學者Luigi Atzori等從物品、互聯網、語義三個不同的出發點總結了物聯網的含義，稱物聯網具有“一框架、多視角”。

另外，從技術角度看“物聯網”是“基于標準通信協議唯一可尋址的物品可以相互連接的世界范圍內的網絡”。 即通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

三、關鍵技術

將物聯網的概念變得現實可行要依賴諸多支撐技術的集成，其中比較關鍵的技術包括：射頻識別（RFID）技術、傳感器技術、智能技術和納米技術。

1.射頻識別（RFID）技術

射頻識別（RFID）技術是一類非接觸的自動識別技術。通過射頻信號自動的識別物品并獲取相關信息。RFID技術通過RFID標簽來標記物品。該技術的優勢在于遠距離（讀取半徑可達數米甚至數十米）、穿透力強（可直接讀取包裝箱里面物品的信息）、無磨損、非接觸、防污染、高效率（可以同時識別多個標簽）及信息量大等。RFID技術是物聯網最核心的技術之一。

一個典型的RFID系統通常包括RFID標簽、閱讀器和信息處理系統。當一件帶有RFID標簽的物品通過特殊的信息閱讀器時，標簽就會被閱讀器激活，標簽內的信息就會通過無線電波傳輸給閱讀器和信息處理系統，這樣就完成了信息的采集工作。信息處理系統負責控制并根據具體要求適當地處理信息。由于每個RFID標簽都會有唯一的識別碼，要是標簽使用多種數據格式且這些格式互不兼容，在閉環情況下，對企業是毫無用處的，而在開環情況下，使用不同標準的RFID會使產品不具有通用性，對全球化的商品流通有很大危害。因此，為了充分利用RFID技術并在經濟全球化的背景下普及商品RFID標簽的應用，有必要采用全球統一的標準，這對物聯網的快速發展也是相當有利的。

2.傳感器技術

傳感器負責物聯網中的信息采集，是實現“感知”世界的基石，也是實現物聯網各種服務和應用的基石。傳感器是指對被測物品的某些信息具有感知和探測能力，并能根據轉換規則將這些信息轉換成相應的有用信號的器件或設備。它們通常由敏感性部件和轉換部件組成。如果沒有針對原始信息的捕獲和轉換的準確性和可靠性的測量的傳感器，那么所有準確的檢測和控制都將無法實現。即使是最先進的計算機，如果沒有準確信息和無失真錄入，也將不法充分發揮功能。

3.傳感器網絡

傳感器網絡在物聯網中也扮演著關鍵角色。事實上，傳感器網絡可以與RFID系統配合對物品的狀態（如位置、溫度、運動軌跡等）進行更好地追蹤。傳感器網絡可以增加對既定環境的認知度，繼而成為現實世界和數字世界的橋梁。傳感器網絡可以在諸多應用領域發揮作用，如環境監控、電子醫療、智能交通、軍事、制造業監控。

傳感器網絡由一定數量（該數量可以十分巨大）的以無限多跳模式通信的傳感節點組成。通常節點將傳感結果報告給一小部分（大多數情況是一個）被稱為接收器的特殊節點。近年來，針對傳感器網絡有大量的科學研究文獻，指出了協議棧各層的若干問題。 提出的解決方案的主要目的集中在節能（針對包括傳感器網絡在內的大多數情景的資源匱乏問題），可擴展性（節點數量可以大幅度增加），可靠性（網絡可以用于緊急報警情況），魯棒性（傳感節點的失效可以收斂于某幾個原因）。

4.智能技術

智能技術是為了有效地達到某種預期的目的，利用知識所采用的各種方法和手段。通過在物體中植入智能系統，可以使得物體具備一定的智能性，能夠主動或被動的實現與用戶的溝通，也是物聯網的關鍵技術之一。

智能技術的研究熱點包括人工智能（AI）、先進的人機交互技術與系統、智能控制技術與系統和智能信號處理。

5.納米技術

納米技術，是研究結構尺寸在O.1-100nm范圍內材料的性質和應用。納米技術的優勢（用納米材料制作的器材重量更輕、硬度更強、壽命更長、維修費更低、設計更方便）則意味著物聯網中體積越來越小的物體能夠進行交互和連接。伴隨著納米技術和微型機電系統（MEMS）技術的應用，傳感器的尺寸在不斷變小而準確性卻不斷提高，同時，傳感器的應用領域也因此在不斷拓展。

四、應用領域舉例

1.智能交通

智能交通系統（ITS）是指將先進的信息技術、數據通訊傳輸技術、電子控制技術、計算機處理技術等應用于交通運輸行業從而形成的一種信息化、智能化、社會化的新型運輸系統，它使交通基礎設施能發揮最大效能。該技術于上世紀80年代起源于美國，隨后各國都積極尋求在這一領域中的發展。

智能交通系統具有以下兩個特點：一是著眼于交通信息的廣泛應用與服務，二是著眼于提高既有交通設施的運行效率。典型應用是全自動電子收費(Electronic Toll Collection， ETC)又稱不停車收費。

2.智慧物流

現在越來越多的汽車、客車、火車以及公路、鐵路都安裝了傳感器、制動器及相關處理設備。公路自身以及被運輸的貨物都安裝了電子標簽和傳感器，這樣可以方便地進行交通控制，傳輸重要信息，優化運輸車輛的運輸線路，及時監控被運輸貨物的狀況。

基于RFID和NFC（近距離通信）的實時信息處理技術可以實現對供應鏈各個節點的實時監控，從商品設計、原材料采購、生產到半成品及成品的運輸、倉儲、配送和銷售，再到退貨處理和售后服務。該技術可以實現迅速、及時、準確地獲取產品的相關信息，這樣企業甚至整個供應鏈就可以在最短的時間內對復雜多變的市場做出響應。傳統企業從收到客戶需求到提供滿足需求的商品的反應周期約為120天，而運用該技術的先進企業（如沃爾瑪、麥德龍）的響應時間只需幾天，而且還可以做到零安全庫存。此外，ERP的實時端口可以幫助商家為顧客提供更好地商品可獲得性信息以及更多產品的總體介紹。

3.智能家居

智能家居可以被定義為一個程序或是一個系統。通過對先進的計算機技術、網絡通信技術、集成線路技術及多種與家居生活有關的子系統的應用和集成管理，來使得家居生活更舒適、安全和高效。與傳統家居相比，智能家居除了具有傳統居住的特征外，還可以提供一系列全方位的信息交換能力來幫助家庭與外界保持聯系，對時間進行合理調控，加強家居安全，甚至實現各種能源成本的節省。

分布在家里各處的傳感器可以在以下方面使我們的生活更舒適：房間供暖可以根據我們的設定和天氣狀況進行自動調節，房間照明可以隨著時間的改變而改變，實時監控和報警系統可以避免家庭事故的發生，電器設備空閑時可以自動關閉來節約能源。

五、爭議問題

盡管許多關鍵技術使得物聯網這一概念變為現實，并成功地應用在一些領域，將來還會有更多更好的應用領域。但物聯網仍然需要大量努力進行持續性研究，因為還有很多重要問題未能解決。

1.標準化問題

現在，物聯網的相關標準缺乏統一。一些利益相關者爭相進行對自己有利的解讀，使得政府部門、工業企業和市場各方對物聯網的內涵和外延理解不清。這將使政府在對物聯網發展的支持方向和力度上產生偏差，對物聯網的健康發展產生負面影響。解決措施應從增強各國物聯網標準化組織的協調合作入手，圍繞物聯網的發展需要，積極推動物聯網的全球標準化，建立健全相關的標準制定體系。

2.安全和隱私問題

物聯網極易受到攻擊，原因有以下幾個方面。首先，物聯網的組件大部分無人參與，容易受到物理攻擊。其次，大部分通信是無線的，極易被竊聽。再次，大部分物聯網組件都具有能源和資源配置低的特點，尤其是一些只需要被動執行的組件，這使得它們無法為支持安全實施復雜的配置方案。

特別是，安全涉及到的問題主要是有關身份認證和資料完整性的。認證難以實現通常是因為認證需要適當的設備和服務器來完成與其它節點恰當的信息交換。在物聯網中這種恰當的信息交換無法實現，因為RFID標簽所承載的信息量太有限，無法跟相交換的服務器的信息量相匹配。傳感器節點也存在類似的問題。

隱私的概念在我們的文明進程中根深蒂固，凡是文明國家都通過立法對隱私加以認可和保護。正如我們所言，對隱私的保護是物聯網技術傳播過程中一個突出障礙。 人們關注隱私是無可爭議的。事實上，物聯網中數據的采集、挖掘和提取方法與我們通常意義上認識到的完全不同，期間有相當大量的個人信息會被有意或無意的收集到。因此，對于個人是不可能對個人信息的外泄進行完全控制的。

在某些方面，物聯網所代表的環境對個人的隱私的確造成了嚴重的威脅。傳統的互聯網隱私問題大部分是由互聯網用戶引發的，即用戶個人扮演的是主動角色；但物聯網狀態下的隱私問題甚至在一些根本不使用其服務的人身上也會發生。

因此，想要保護個人隱私就要使個人有能力對涉及自身信息的采集進行控制，諸如是誰進行的信息采集，什么時候采集的等等。此外，個人信息的收集只能由通過審批的服務提供商進行，并且只能用于支持用戶的認證服務。同時，這些個人信息保存要嚴格保密，只在必要時使用。

六、結語

本文主要探討了物聯網幾個重要的方面，旨在強調已經取得了哪些成果，還有哪些問題需要進一步研究?？偟膩碚f，概念分析使我們認識和了解了物聯網但其定義卻沒有規范和統一，現有技術使物聯網概念變得可行化卻在可擴展性和有效性上無法達到要求，實際應用使物聯網更具有現實意義但在實現上和效率上還需要更多的努力。總之，無論學術界還是產業界對物聯網的濃厚興趣推動了物聯網在各方面的快速發展，同時也推動了物聯網的進一步研究和深化，相信在不遠的將來，現有的一些問題將不再成為問題，物聯網的發展也必將越來越成熟。

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