物聯網新技術與應用研究

【摘 要】物聯網以互聯網為基礎，通過多種信息傳感裝置實現物物互聯，是計算機科技領域發展的必然趨勢。該篇文章就物聯網的基本概念、技術體系、關鍵技術等方面進行介紹，并根據一些事實對近年來國內物聯網的發展現狀進行闡述，提出現階段物聯網發展存在的問題，并對其未來發展理念提出展望。

【關鍵詞】物聯網；應用研究；技術架構；發展理念

1、引言

隨著物聯網概念的提出，世界信息產業迎來了第三次發展浪潮。物聯網作為一種互聯網的拓展，代表著信息技術的發展趨勢，具有非常樂觀的應用發展潛在優勢。近年來，越來越多的國家開始了物聯網的發展計劃和行動，我國也十分重視這一新興技術，將其列為我國戰略性新興產業重點發展并取得了一定進展。

2、物聯網概述

2.1 物聯網的定義

物聯網（The Internet of Things， 簡稱IoT）這一名詞是在1999年產生與美國麻省理工學院建立的自動識別中心，是由該中心創始人之一Kevin Ashton 提出的。2005年國際電信聯盟（international Telecommunication Union）在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上正式提出了“物聯網”的概念，并發布了《ITU Internet reports 2005-- the Internet of Things》的報告。報告指出，物聯網時代即將到來，同時描述了物聯網的特征，RFID、傳感技術、智能化技術、納米技術和小型化技術的物聯網關鍵應用技術。

2012年7月，國際電信聯盟遠程通信標準化組織（ITU Telecommunication Standardization Sector）描述了物聯網的定義：“物聯網是信息社會的一個全球基礎設施，它基于現有和未來可互操作的信息和通信技術，通過武力的和虛擬的物物相聯，來提供更好的服務”。

本質上講，物聯網的核心和基礎仍然是計算機互聯網技術，其實就是“物物相連的互聯網”。但它的用戶端延伸和擴展到了任何物品和物品之間，進行信息交換和通訊，對互聯網進行了極大的擴展。

2.2 物聯網的特點

和傳統的互聯網相比，物聯網有其鮮明的特征。

首先，它是各種感知技術的廣泛應用。物聯網上部署了海量的多種類型傳感器，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不同。傳感器獲得的數據具有實時性，按一定的頻率周期性的采集環境信息，不斷更新數據。

其次，它是一種建立在互聯網上的泛在網絡。物聯網技術的重要基礎和核心仍舊是互聯網，通過各種有線和無線網絡與互聯網融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。在物聯網上的傳感器定時采集的信息需要通過網絡傳輸，由于其數量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過程中，為了保障數據的正確性和及時性，必須適應各種異構網絡和協議。

還有，物聯網不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠對物體實施智能控制。物聯網將傳感器和智能處理相結合，利用云計算、模式識別等各種智能技術，擴充其應用領域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據，以適應不同用戶的不同需求，發現新的應用領域和應用模式。

2.3 物聯網的技術架構

根據物聯網的運行過程，可以在技術架構的層面上將物聯網分為三層：感知層、網絡層和應用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網關構成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端，是物聯網發展和應用的基礎。

網絡層建立在現在的互聯網基礎上，由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，相當于人的神經中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。網絡層設計的關鍵技術包括各種有線無線傳輸技術、組網技術和網關技術等。

應用層是物聯網和用戶（包括人、組織和其他系統）的接口，它與行業需求結合，實現物聯網的智能應用。具體來講，應用層將物聯網的技術展示到具體應用中，對感知層采集的數據進行分析、處理和挖掘，得出具有現實意義的信息，從而達到對物理實體的監管、控制以及做出科學決策。隨著各項技術的發展和需求不斷提高，物聯網將有更為廣泛的應用并向更為智能的方向發展。

2.4 物聯網關鍵技術

物聯網關鍵技術包括射頻識別技術（RFID）、無線傳感器網絡技術（WSNs）、智能嵌入式技術（Embedded Intelligence）以及納米技術（Nanotechnology），以及信息處理等軟件技術。RFID技術是融合了無線射頻技術和嵌入式技術為一體的綜合技術，RFID在自動識別、物品物流管理有著廣闊的應用前景。同時，智能嵌入式技術可以使中耕個網絡的處理能力分配到網絡的邊緣，增加了網絡的彈性。最后，納米技術的進步以為這越來越小的物體將有能力相互作用和連接。

3、物聯網的發展現狀

3.1 國際物聯網發展現狀

在通信領域及整個信息技術領域，物聯網已經被看作是一種必然的發展趨勢，世界各國紛紛加緊對物聯網的理論和實踐應用的研究工作。其中，以日本、韓國、美國和歐盟等發達國家和地區為代表，其RFID、二維碼技術、芯片設計、終端設備以及標準建立和相關軟硬件技術的開發應用處于領先地位。美國已成為物聯網應用最廣泛的國家，在軍事、電力、工業、農業、建筑、醫療、環境監測、空間和海洋探索等方面均已開展物聯網應用。截至到2011年，美國的RFID應用案例已占全球的95%，智能電網和云計算已成為美國物聯網發展的重點領域。

3.2 中國物聯網發展現狀

中科院早在1999年就開始了對傳感網的研究，并于2001年成立了微研究與發展中心，十多年在無線智能傳感器網絡通信技術方面取得重大進展。2010年3月，溫家寶總理的政府工作報告首次將“物聯網”寫入報告，提到要加快物聯網的研究應用。2012年2月，工信部正式發布《物聯網‘十二五’發展規劃》，將超高頻和微波RFID標簽、智能傳感器等領域明確定位支持重點。

2010年10月24日，“唐芯一號”研制成功，該芯片是中國第一顆物聯網核心芯片，標志著我國在物聯網核心技術方面走向獨立。自2010年起，我國已在江蘇省無錫市等地建立了20多個物聯網產業園區，在智能電力、智能工業、智慧城市、智能家居、智能安防等諸多領域已有應用。

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然而，中國在世界物聯網領域并非走在最前端，物聯網研究仍然存在不足。我國的傳感器技術和超高頻、微波頻段RFID技術與發達國家還有差距，缺乏關鍵技術自主知識產權等，制約著我國物聯網的長遠發展。

4、物聯網未來發展理念

當前，世界范圍內物聯網仍處于起步階段，多項關鍵技術尚未成熟，應用和市場有待發展，但世界各國都把物聯網產業發展當作振興經濟的法寶，物聯網未來的發展潛力巨大，它的發展應基于以下理念。

4.1 異構網絡融合理念。

物聯網信息的獲取依賴于不同類型的異構網絡，異構網絡間找到同一種信息表達方法是一個巨大的挑戰。物聯網異構網絡融合在數據傳輸層面，基于各類異構網絡的信息數據都將被整合到一個統一的IP融合網絡中進行傳輸。

4.2 面向應用理念。

物聯網的泛在特性決定了其必須針對不同的應用場景考慮不同的網絡通信和控制方式，因而對不同應用的物聯網網路系統的設計要求也不盡相同。相關的通信協議、軟硬件設計需要針對應用場景采取不同的設計方案。與此同時，有效地中間件設計可以部分屏蔽網絡底層的復雜性，為上層應用提供抽象的管理借口，能夠快速建立起基于物聯網的業務應用。

4.3 循環經濟產業鏈理念。

物聯網是一個潛在的內循環系統，而從經濟學角度上講，循環經濟系統是一項系統工程，需要技術、投資及運行成本。而且循環經濟需要建立在資金流動的基礎上，通過借鑒循環經濟的特點，把握連接物體和資源循環利用在時空配置上的合理性，可以為物聯網產業鏈的持續發展提供重要依據。

4.4 低碳效用理念。

物聯網的智能化發展提高了人們決策實踐的效率和準確性，很大程度上避免了資源的無效利用，達到節能減排的效果。隨著物聯網的深入，各個行業可以減少人力資源及設備投入，提高資源利用效率。

5、結束語

從目前來看，物聯網的發展與廣泛應用是一種必然的趨勢，覆蓋了人類生產生活的各個方面。物聯網必將以更大的優勢把人類帶入一個全新的時代，徹底改變人類的生產生活方式。但現階段物聯網的發展并不成熟，多項關鍵技術有待提升，行業應用十分有限，并未達到真正意義上的物聯網。物聯網的全球性部署需要技術進步、政策支持、完善法規、統一的國際標準及行業應用等多方面的努力。

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