物聯網淺述

李愛軍 李晉瑤

摘 要： 近年來，我國在物聯網方面的研究取得了一定的成績，物聯網技術已經成為未來經濟新的增長點。本文介紹了物聯網的定義、原理和技術架構等基本概念，對物聯網的關鍵技術進行了研究，并提出了目前存在的一些問題。

關鍵詞： 物聯網 信息化 信息采集 RFID

一、物聯網的起源與發展現狀

1.物聯網的起源

物聯網的使用最早可追溯至1990年。美國施樂公司發明了第一臺網絡上用于販賣可樂的販售機——Networked Coke Machine，并正式投入了使用，這標示著物聯網由理論正式投入實踐。1991年，美國麻省理工學院的教授Kevin Ashton第一次提出“物聯網”的相關概念。1995年，微軟前董事長Bill Gate在其所著的《未來之路》一書中再一次對“物聯網”這一概念進行闡述。但由于當時互聯網還沒有廣泛使用，無線網絡并不完善，硬件、傳感器等設施尚未完全發展起來，因此并沒有引起人們的廣泛關注和重視。1999年，在美國召開的移動計算和網絡國際會議中，人們將“傳感網”這一技術稱之為“21世紀人類面臨的重要發展機遇”，并對其進行較詳盡的解釋。2003年，美國麻省理工學院主辦的《技術評論》將傳感網絡技術稱之為“未來改變人們生活的十大技術之首”。2005年，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯盟（ITU）發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》，報告中正式提出“物聯網”這一概念。自此物聯網的定義和范圍發生很大變化，覆蓋范圍也有極大的擴展。從此之后所謂的物聯網不再局限于RFID技術方面，其連接擴展到人與物和物與物的溝通等方面。奧巴馬在就任美國總統之后一直對物聯網的發展極其關注。2009年，他召集美國工商業的領袖舉行一次“圓桌會議”，作為會上僅有的兩名代表之一，IBM首席執行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念。彭明盛建議新政府大力投資包括RFID在內的新一代智慧型基礎設施，從而促進物聯網發展。同年，美國將新能源和物聯網列為振興經濟的兩大重點。物聯網從此作為公認的促進科技發展、尋找經濟新的增長點的有效途徑而存在，得到社會各界的高度重視。

2.物聯網國內外發展現狀

自進入新世紀以來，我國與世界上一些其他國家相繼開展了對物聯網技術的研究。1999年，中國科學院啟動對傳感網的研究計劃。2006年，我國國務院發布《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》，該綱要涉及很多與物聯網相關的內容，在介紹物聯網相關概念的同時還將之作為重大專項及重要領域提出。2009年，我國工業和信息化部部長李毅中在《科技日報》上發表一篇題名為《我國工業和信息化發展的現狀與展望》的署名文章，其中公開提及“傳感網絡”這一概念，并將之歸納為“戰略性新型產業”。同年8月，移動總裁王建宙在訪問臺灣期間對“物聯網”這一概念進行了詳盡解釋。同年，總理同志前往無錫考察，在當地對物聯網的發展提出了三大要求：其一，在國家重大科技專項中加快推進傳感網的發展；其二，盡快將我國獨立的傳感信息中心建立起來；其三，將傳感系統與3G中的TD技術相結合。這三點要求對中國物聯網的發展起到極大的促進作用。2010年5月，我國物聯網標準聯合工作組正式成立。迄今為止，我國完整的物聯網產業體系已基本形成，在網絡通信技術、傳感器技術等方面與國外已不再存在普遍差距，但在集成服務、高端軟件等方面的發展仍然相對滯后。與物聯網相關的服務行業、通信行業均已經起步并逐步走向世界先進行列。RFID、敏感元件、傳感器等產業已在京、滬、粵等較發達的區域充分擴展。

在美國，為了使本國經濟盡快走出低谷，奧巴馬政府極力推進物聯網的建設工作，奧巴馬甫上任便將IBM首席執行官彭明盛提出的“智慧地球”戰略構想納入國家戰略體系。奧巴馬政府將物聯網視之為化解經濟危機、提升競爭優勢的關鍵所在。在歐盟，其委員會近幾年來一直致力于鼓勵和促進各種與物聯網相關產業的發展，為了使歐盟在未來的物聯網產業中占據主導作用，歐盟委員會在2009年提出了所謂的《歐盟物聯網行動計劃》。在計劃中展示了物聯網技術的未來應用前景，提出了包括管理、隱私及數據的保護、潛在危險、關鍵資源、“芯片沉默”的權利、研究、創新、管理機制、公私合作、國際對話、標準化、環境為題、統計數據和進展監督等在內的14項內容。在日本，從20世紀90年代起其政府為了推動國家信息化陸續提出e一Japan，u一Japan，i一Japan等多項國家信息化發展戰略，其中u一Japan，i一Japan兩項戰略則與物聯網息息相關。在韓國，其政府從20世紀90年代開始便出臺了一系列對國家信息化發展有利的政策，與此同時韓國電子通信研究院還在2006年設立推動RFID發展的專門項目。

二、物聯網的基本定義和體系結構

1物聯網的定義

所謂物聯網（The Internet of Things），又被稱為傳感網。顧名思義，物聯網即“實現物物相連的互聯網絡”，是在計算機互聯網基礎上利用射頻識別（RFID）技術、無線通信技術、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描儀等信息傳感設備，按照約定的協議將互聯網與任何物品連接起來，彼此之間進行信息交換和通訊，從而實現智能化識別、定位、跟蹤、監測、管理等功效的一種網絡。物聯網的定義包含兩層內涵：其一，物聯網是互聯網基礎上的延伸和擴展，其核心和基礎仍然是傳統的互聯網；其二，物聯網的用戶端已經延伸和擴展到現實中存在的物品，使物品之間進行信息交換和通信。物聯網將新一代IT技術與各行業結合起來，具體來說，就是將感應器嵌入到各個物體之中，從而將物聯網與現有互聯網整合在一起，最終實現人類社會與系統的整合。近年來，物聯網技術作為新科技的代表被廣泛運用于許多領域之中。

2.物聯網的體系架構

物聯網的體系架構主要可分為三層：感知層、網絡層和應用層。

所謂感知層，可以比喻成物聯網的五官和皮膚：其主要由各種傳感器及傳感器網關構成，主要負責的任務是對物體進行識別，采集各種信息并進行智能化辨識，與人體結構中皮膚和五官的功能十分相似。物聯網感知層解決的問題主要集中在數據獲取這一方面，其所獲取的包括物理世界和人類世界中廣泛的數據。感知層位于物聯網三層架構的最底層，作為物聯網發展和應用的基礎而存在。感知層具有十分重要的作用，一般來說，感知層包括數據采集和數據短距離傳輸這兩方面的功能，即首先通過傳感器、掃描儀、攝像頭等設備對外部世界的數據進行廣泛地采集，然后通過紅外、藍牙、WIFI等短距離的有線或無線傳輸技術將數據就地處理或者傳送到網關設備。

網絡層可以比喻成物聯網的中樞大腦，其主要功能是信息的傳遞與處理。信息處理平臺包括各種私有網絡、互聯網、網絡管理中心、信息處理中心和計算機平臺等。網絡層主要負責將感知層獲取到的數據進行相對而言較長距離的傳輸。但不可不說的是，現有網絡在很多方面并不能滿足物聯網的需求，仍需要長時間發展和不斷融合擴展。

應用層的任務是實現信息的處理和決策，將獲取到的信息進行更好地利用。應用層是物聯網與各行業的深入結合。具體來說，應用層將網絡層傳輸而來的信息進行深入分析和處理，并且通過各種設備與用戶進行交互——這一層也可以按照其形態分為應用程序層和終端設備層兩個子層。應用程序層負責數據的處理，使獲取而來的信息跨行業、跨系統得到最充分使用。而終端設備層則負責人機的交互及與應用程序相連的設備對人的反饋，最終實現物聯網的智能應用。物聯網的主要原理如下圖所示。

圖 物聯網原理圖

三、物聯網關鍵技術

目前所知的物聯網技術主要可歸納為信息感知、信息通訊、信息處理、信息安全四個方面。而在目前，我國物聯網技術的關注熱點主要集中在傳感器技術、RFID技術、云計算等領域。

1.傳感器技術

傳感器是構成物聯網的基礎單元，在物聯網中作為感知耳目而存在，除了負責獲取相關信息之外，還能對當前狀態進行識別，當狀態發生變化時能夠做出實時有效的反應，并對其他單元發出信號。傳感器在國家標準GB7665-87中被定義為“按照一定的規律感受規定的被測量，轉換成可用信號的器件或裝置，通常由轉換元件和敏感元件組成”。即傳感器作為一種感受信息的感測設備存在，并且將監測而來的信息按照一定規律進行變換，最終轉化成為電子信號或者其他能夠滿足傳輸、處理、存儲、顯示、記錄、控制要求的信息，并且輸出信息。傳感器在發展經濟、推動社會進步方面具有極其重要的作用，具有數字化、智能化、微縮化、多功能化、系統化、網絡化等特點。因為有了傳感器的存在，人們才能廣泛獲取自然和生產領域中的信息，為物聯網的廣泛使用和發展提供依據。

2.RFID技術

RFID（Radio Frequency Identification）即射頻識別，在社會生活中一般以電子標簽、電子晶片、電子條碼、感應卡、非接觸卡等形式存在。通常來說，一套完整的RFID系統由閱讀器和應答器兩部分組成——閱讀器負責將特定頻率的無線電波發送至應答器，而應答器則在其驅動之下將內部的ID碼回饋至閱讀器。在當前，RFID因其安全性高、無法復制的特點已廣泛應用于防盜器、停車場、自動化生產線、門禁管制、超市等地點。

3.云計算

所謂云計算（cloud computing），是一種基于互聯網相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。云計算是商業化的超大規模分布式計算技術。用戶可以通過已有網絡將需要的龐大計算處理程序自動分拆為無數個較小的子程序，再交由多部服務器組成的更龐大的系統，經搜尋、計算、分析之后將處理的結果回傳給用戶。智能處理是物聯網的特征之一，云計算的超大規模、虛擬化、多用戶、高可靠性、高可擴展性等特點正是物聯網規模化、智能化發展所需的。采用云計算技術能夠實現信息存儲資源和計算能力的分布式共享，為海量信息的高效利用提供支撐。

四、結語

物聯網行業的應用范圍非常廣泛，擁有龐大的潛在市場。在不久的將來，物聯網必將掀起信息產業的浪潮，成為未來經濟新的增長點。目前對物聯網的研究尚處于起步階段，在技術上面仍存在許多難點和問題，物聯網研究和開發人員必須分階段、有計劃地開展相關研究和開發工作，促進物聯網相關產業快速有序地發展。