計算機物聯網技術與發展思考

李家琦 河南理工大學 河南焦作 454000

從早期的機器到機器（M2M）的連接，到現在人事物之間的互聯（IOT，Internet of Things），物聯網技術的發展隨著計算機網絡技術的發展而發展，在云計算、傳感器技術、射頻技術、網絡技術等技術的帶動下，物聯網技術已經不新鮮，在很多領域都所應用，其前景非常之廣闊。

一、物聯網技術

（一）物聯網基本概念

物聯網具體是指利用各種傳感器設備，將任何物品接入互聯網中實現信息交互的一種網絡技術，并實現定位、追蹤、監控、識別、管理的智能化。IOT，即internet of things，就是實現智能終端設備和管理平臺的互聯，而提供IOT服務，需要的網絡應具備可移動、靈活的無處不在的連接，而這只有無線接入才能實現。

（二）物聯網的典型應用

典型的物聯網架構在于將所有的物品賦予一個電子標簽，然后利用傳感技術與網絡通訊技術將物品接入到網絡當中，實現智能化的識別與管理。具體而言物聯網整合了傳感設備、RFID、紅外傳感、GPS等，然后基于智能芯片如Qualcomm，Intel等的CPU，進一步基于WIFI，LTE，LPWAN等網絡技術實現人事物在生產、流通、消費各個過程當中的自動識別和信息的互聯共享。

具體而言就是利用傳感器技術、RFID技術等對物品進行標識，然后基于網絡上層識別設備對物品屬性（電子標簽）進行讀取，并轉換為合適的數據格式進行傳輸，信息處理中心一般是計算機或者手機或IDC進行信息接收和處理，完成對物品的自動識別與管理。

基于上述架構分析，一般的物聯網有三個層級，包括感知層、網絡層和應用層。其中感知層為前端，即整合RFID標簽、RFID感測器、傳感節點、節能終端、傳感器閘道等等，實現對人事物的自動識別。網絡層使傳感器收集整理的信息通過LTE（包括4G和5G），云端運算、WIFI、有線網絡等進行連接并傳輸給上層應用層。應用層一般可稱為后臺應用，其涉及的范圍就非常廣泛了，比如智慧節能、智慧交通、智慧營銷、智慧生活、醫療、建筑等等。

例如，典型的視頻監控應用，在現有的設計當中它有四個層級，包括應用層、管理層、服務層和接入層。應用層就是直面客戶的層級，通常就是監控中心，以電視墻、手機APP、PC客戶端、解碼器組成。管理層，一般可以稱之為管理云，這個云采用分布式服務器的方式來構建出業務管理層級。服務層為業務管理層服務，采用的同樣是分布式服務器，包括視頻存儲陣列、分發服務器、轉碼服務器等。而接入層則是最底層的應用端，這個部分中就是各種聲光報警器、視頻監控設備，在視頻編碼器下構成一組組的獨立視頻監控終端。

二、物聯網技術的發展思考

從早期的GPRS、2G、3G到現在的4G以及即將到來的5G都是物聯網技術當中非常重要的網絡通信技術，物聯網的演進在一定程度上與蜂窩網絡的演進有著密不可分的關系，其中3GPP的協議有著重要貢獻，自REL.13開始逐步演變出大規模IOT和關鍵IOT兩種方向。而這面臨四個核心挑戰，包括低成本的設備，需要集成一塊調制解調器芯片、傳感器和驅動器。在3GPP標準協議下演進的LTE核心網（簡稱EPC）與演進后的接入網（簡稱E-UTRAN）。架構當中邏輯節點只有eNB，網絡結構趨向于扁平化，這種結構帶來的最大好處在于降低了呼叫建立時間延遲以及數據傳輸的時間延遲，同時運營成本大大降低。

網絡技術的演進帶來物聯網技術的發展，但網絡技術也是限制物聯網發展的關鍵點，集體而言，IOT網絡應具備可移動、靈活的無處不在的連接，而這只有無線接入才能實現。IOT是M2M的擴展概念，M2M是IOT的一個子集，從M2M的應用實例來看，比如工業應用，因為本身其前端設備的成本非常高昂，相比較而言，實現物聯網的成本要低得多，幾乎可以忽略。

而擴展到IOT上，因為是要實現人事物的大規模連接，以及關鍵IOT連接，所以要構建高能效的系統，允許IOT設備以較小的電池尺寸實現最大效率的自動運行。同時網絡部署應保證室內外的高度覆蓋，無縫銜接，并且具備自組織路由能力的網狀網絡是實現接觸新節點部署的技術核心。并且要考慮到超高密度被部署設備的巨大數量，應能夠承載指數形式增長的聯網設備。新的芯片技術，即允許在一個芯片上集成高功率調制解調器的技術出現，引出了解決上述問題的新思路即LPWA，這種技術理論，最終還是回到星型連接?；颈M可能多的關注復雜性和能耗問題，不僅提高覆蓋能力同時降低成本，而且有更高的可擴展性。如高通9205LTE基帶芯片，這個芯片專門應對LPWAN。具備全球多模通信類別eMTCNB-IOT2GE-GPRS連接等。圍繞3GPP的標準協議，快速鋪開的的廣域物聯網逐步走進千家萬戶，為了滿足覆蓋率的問題，LTE網絡提供了更加可行的方案。

現在物聯網技術的研究相對來說少了，但是不意味著物聯網技術就停滯不前了，主要是現在正在進行技術攻關，在具體的應用當中還有很多技術問題沒有解決，未來的前景依然是非常廣闊的，根據相關研究預測來看，2020年全球物聯網預估產值將達到10031億美金，未來是一個超乎想象的世界，物聯網將涵蓋所有領域，不論是水杯、衣服、運動器材、燈具、監視器、智能汽車、智慧零售、智慧辦公室、智慧交通、智慧水務等等，人事物在物聯網下實現廣泛連接。

結束語：

綜上所述，物聯網是圍繞信息技術演進的主流方向，現階段，物聯網的研究雖然少了，但是物聯網的應用已經擴展到多個應用場景，并致力于解決大規模物聯和關鍵物聯網的連接問題，其中有很多關鍵技術需要攻關，包括網絡技術，傳感器技術等等，物聯網的未來是可以預期的。