物聯網及其應用簡述

魏銘 王明月 張德慧

摘 要：距物聯網概念首次提出已有近20年，作為世界信息產業第三次浪潮的代表，物聯網在世界范圍內受到的關注與日俱增，是各國產業政策支持和投入的重點。本文簡述了物聯網的概念以及重點技術，并闡述了其相關應用。

關鍵詞：物聯網 應用

一、物聯網概念

1、定義：2010年，溫家寶總理在第十一屆人大第三次會議上對物聯網的定義：物聯網是指通過信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來進行信息交換和通信，以實現智能化識別、跟蹤、定位、監控和管理。它是在互聯網的基礎上延伸和擴展的網絡。

物聯網的概念最早是由麻省理工學院 Ashton教授于1999年在美國召開的移動計算和網絡國際會議上提出的，其理念是基于RFID（射頻識別技術）、電子代碼（EPC）等技術，在互聯網的基礎上構造一個實現全球物品信息實時共享的實物互聯網（簡稱物聯網）。

2、體系結構：

傳統上習慣分為三個層次：感知層、網絡層、應用層，再加上公共技術構成物聯網體系。

感知層相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經末梢，它是物聯網識別物體、采集信息的來源，包括RFID、傳感器節點、攝像頭等數據采集設備，也包括又傳感器節點組成的子網等，其主要功能是識別物體、采集信息。網絡層由各種私有網絡、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，負責為信息傳輸提供載體，實現更廣泛的互聯功能，實現與感知層的融合。應用層相當于人的社會分工，根據不同的功能需求，應用層提供不同的應用服務，如智能交通、遠程醫療等，不同的應用服務可能對應網絡層和感知層的不同功能。

除此之外，IBM在多年的研究積累和實踐中，在三層架構的基礎之上提煉出了八層的物聯網參考架構。

（1）傳感器/執行器層：物聯網中任何一個物體都要通過感知設備獲取相關信息以及傳遞感應到的信息給所有需要的設備或系統。傳感器執行器層是最直接與周圍物體接觸的域。傳感器除了傳統的傳感功能外，還要具備一些基本的本地處理能力，使所傳遞的信息是系統最需要的，從而使傳遞網絡的使用更加優化。（2）傳感網層：這是傳感器之間形成的網絡。這些網絡有可能基于公開協議，如IP地址，也有可能基于一些私有協議。其目的就是為了使傳感器之間可以互聯互通以及傳遞感應信息。（3）傳感網關層：將信息進行過濾、協議轉換、信息壓縮加密等，使信息更優化和安全地在公共網絡上傳遞。（4）廣域網絡層：在這一層主要是為了將感知層的信息傳遞到需要信息處理或者業務應用的系統中，可以采用IPv4或者IPv6協議。（5）應用網關層：在傳輸過程中為了更好地利用網絡資源以及優化信息處理過程，要設置局部或者區域性的應用網關。目的有兩個：一是信息匯總與分發；二是進行一些簡單信息處理與業務應用的執行，最大程度地利用IT與通信資源，提高信息的傳輸和處理能力提高可靠性和持續性。（6）服務平臺層：服務平臺層是為了使不同的服務提供模式得以實施，同時集中優化地實現物聯網世界中的信息處理方面的共性功能，緩解傳統應用系統或者應用系統整合平臺的壓力。這樣使得應用系統無需因為物聯網的出現而進行大的修改，能夠更充分地利用已有業務應用系統，支持物聯網的應用。（7）應用層：應用層包括了各種不同業務或者服務所需要的應用處理系統。這些系統利用傳感的信息進行處理、分析，執行不同的業務，并把處理的信息再反饋給傳感器進行更新以及對終端使用者提供服務，使得整個物聯網的每個環節都更加連續和智能。（8）分析與優化層：在物聯網世界中，從信息的業務價值和IT信息處理的角度看，它與互聯網最大的不同就是信息和信息量。物聯網的信息來源廣闊，信息是海量的，在這種情況下利用信息更好地為我們服務，就要基于信息分析和優化。在物聯網中，基于傳統的商業智能和數據分析是遠遠不夠的，因此需要更智能化的分析能力，需要基于數學和統計學的模型進行分析、模擬和預測。

二、物聯網技術

物聯網的主要技術有無線通信技術、人工智能技術、云計算技術等。

無線通信技術：物聯網使得人類在信息與通信世界里獲得一個新的溝通維度，將任何時間、任何地點的人與人之間的溝通連接擴展到人與物、物與物之間的溝通連接。物聯網中物品要與人無障礙地交流，必然離不開高速、可進行大批量數據傳輸的無線網絡。物聯網的通信與組網技術主要完成感知信息的可靠傳輸。無線網絡既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數據網絡，也包括近距離的藍牙技術、超寬帶（UWB）技術、Wi-Fi技術和 Zigbee技術等。由于物聯網連接的物體多種多樣，所以物聯網涉及的網絡技術有很多，如有線網絡、無線網絡、短距離網絡、長距離網絡、企業專用網絡、公用網絡、局域網、互聯網等。

人工智能技術：人工智能領域的研究是從1956年正式開始的，這一年在達特茅斯大學召開的會議上正式使用了“人工智能”（ Artificial Intelligence，AI）這個術語。人工智能也稱機器智能，是計算機科學、控制論、信息論、神經生理學、心理學、語言學等多學科互相滲透而發展起來的一門綜合性學科。從計算機應用系統的角度出發，人工智能是研究如何制造智能機器或智能系統來模擬人類智能活動的能力，以延伸人們智能的科學。人工智能就是計算機科學中涉及研究、設計和應用智能機器的一個分支，人工智能的目標就是研究怎樣用計算機來模仿和執行人腦的某些智力功能，并開發相關的技術產品，建立相關的理論。

云計算技術：云計算（ Cloud Computing）是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態、易擴展且經常是虛擬化的資源。云是網絡、互聯網的一種比喻說法。過去在圖中往往用云來表示電信網，后來也用來抽象地表示互聯網和底層基礎設施。狹義的云計算指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需資源；廣義的云計算指服務的交付和使用模式，通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需服務它意味著計算能力可作為一種商品通過互聯網進行流通。物聯網的發展離不開云計算技術的支持。在物聯網中，終端的計算和存儲能力有限，云計算平臺可以作為物聯網的大腦，以實現對海量數據的存儲和計算。

三、物聯網應用

隨著物聯網相關技術的發展與成熟，物聯網技術已經在很多行業中取得了應用，如工業物聯網、智慧城市、智能創造、安全等各行各業。物聯網技術的發展給我的生活帶來了很多方便，未來社會的發展離不開物聯網技術。現在，物聯網正加速向城市管理、新能源、醫療、制造等其他領域滲透。越來越多的可穿戴設備、智能傳感器、智能硬件產品的面世，智能交通、智能家居、智能醫療等細分市場也將開始快速成長。市場調研機構IDC預測，到2020年將擁有超過500億的終端與設備聯網。

物聯網技術是融合的技術，在其中某個領域的應用成熟之后，就會有成熟的應用，而不再被稱為物聯網技術。所以物聯網技術其實早已經由虛入實，但成熟的物聯網應用，不再被劃入物聯網而已。除了導航技術、現在的共享單車已經非常成熟，并且是典型的物聯網應用，還有智能音箱、智能鎖現在都有規模普及的態勢，但這些應用都有自己的應用名字。當物聯網技術普及的時候，物聯網這個概念也會被邊緣化。現在的產業互聯網應用，絕大部分是融入了物聯網技術的，所以很多物聯網應用已經進入成熟期。

結束語：目前來講，物聯網處于連接數快速增長的一個階段，它已經應用到許許多多的行業，為我們的生活帶來了極大便利。對它的研究，我們從未懈怠。我相信不遠的將來，物聯網技術會更加壯大，更加普及，我們的生活也會更加多姿多彩。

參考文獻：

[1]王汝傳.物聯網技術導論.清華大學出版社.2011

[2]李俊韜.物聯網技術應用開發.機械工業出版社.2015