計算機物聯網關鍵技術與應用策略探究

【關鍵詞】計算機；物聯網技術；應用

引言

物聯網通過廣泛布設的智能感知節點，可以將人、機、物有機聯結，構建起萬物互聯的智能化時代，帶來生產生活方式的顛覆性變革。但是物聯網的發展也面臨諸多瓶頸和挑戰，亟需從技術和應用層面系統進行探討。本文立足于計算機視角，聚焦物聯網關鍵技術與應用策略展開研究。本文的研究對于統籌物聯網關鍵資源、突破核心技術、拓展融合應用具有理論與實踐意義，有助于營造物聯網發展的良好生態，成為激發經濟社會數字化轉型的新動能。

一、物聯網的概念

物聯網是互聯網、傳感網、通信網等多網融合的產物。物聯網是通過各種信息傳感設備，按約定的協議，可以將任何物品與互聯網相連接，從而進行信息交換和通信，實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網實現了人與物、物與物的互聯互通，打破了時空界限，構建起了萬物互聯的智慧世界。物聯網引發的是一場前所未有的技術變革和產業革命，能夠通過海量數據的實時采集、傳輸和處理，優化資源配置，創新商業模式，從而推動傳統產業數字化、網絡化、智能化轉型升級，催生經濟發展新動能[1]。

二、物聯網的基本屬性及特征

物聯網作為新一代信息技術的集成創新，具有全面感知、可靠傳輸、智能處理等顯著特征。首先，物聯網以傳感技術為基礎，通過射頻識別、二維碼、智能傳感器等感知終端，實現對物理世界的全面感知和信息采集，能獲取物品的位置、運動狀態、環境參數等信息。其次，物聯網以通信網絡為載體，利用移動通信、衛星通信、互聯網等多種通信技術和網絡協議，實現海量異構數據的低時延、高可靠傳輸，確保信息的實時性和準確性。最后，物聯網還具有廣泛互聯、動態組網、深度融合等典型特征，可以打通信息孤島，實現跨行業、跨領域的萬物互聯，促進物理世界與數字世界的融合發展。

三、計算機物聯網關鍵技術

（一）智能傳感器技術

智能傳感器是物聯網感知層的核心組件，是實現物理世界信息采集和轉換的關鍵技術[2]。智能傳感器集成了傳感器、微處理器、通信模塊等多種功能，具有信息獲取、數據處理、自診斷校準、邏輯判斷等智能化特性。智能傳感器能夠通過集成多種傳感單元，實現多參數、多模態的綜合信息采集，提高感知數據的精度和可靠性。此外，智能傳感器還具有體積小、功耗低、成本低等優點，可以實現微型化、低功耗的設計要求，滿足物聯網應用的實時性和經濟性需求。

（二）網絡技術

物聯網網絡具有廣覆蓋、大連接、低功耗等特點，需要綜合利用多種網絡技術和協議，構建多層次、異構化的網絡架構。在接入層，短距離無線通信技術如藍牙、Wi-Fi等，能夠實現傳感器與近端設備的低功耗互聯。在匯聚層，低功耗廣域網技術如遠距離無線電、窄帶物聯網等，可以支持大規模設備的遠距離接入和數據回傳。在核心層，軟件定義網絡、網絡功能虛擬化等新型網絡技術，能夠實現網絡資源的靈活調度和彈性配置。同時，物聯網網絡需要采用多種網絡協議，提高傳輸效率。采用低功耗有損網絡路由協議等自組織協議，實現動態組網和路由優化。

（三）射頻識別技術

射頻識別技術是物聯網感知層的另一項關鍵技術。它主要是通過射頻信號實現對物品的自動識別和數據采集[3]。射頻識別系統由電子標簽、閱讀器和中間件三部分組成：電子標簽附著在物體上，存儲物品的屬性信息；閱讀器通過無線射頻信號讀取電子標簽信息，實現非接觸式自動識別；中間件對采集的海量數據進行濾波、聚合和路由，實現數據的預處理和轉發。與傳統條形碼技術相比，射頻識別技術具有非接觸識別、穿透性強、識別距離遠、批量讀取等優勢，可以適應惡劣環境，提高識別效率。

（四）嵌入式系統技術

嵌入式系統以微處理器或微控制器為核心，集成了存儲器、接口電路、外圍設備等硬件資源，運行定制化的操作系統和應用軟件，具有體積小、功耗低、可靠性高、實時性強等特點。在物聯網中，嵌入式系統廣泛應用于智能傳感節點、控制終端、網關設備等，承擔著數據采集、本地處理、協議轉換、安全加密等關鍵任務。隨著物聯網應用的不斷深入，嵌入式系統呈現出多核化、高性能、低功耗、開放互聯等發展趨勢。不僅如此，多核異構架構可以集成多個處理器核心，實現算力的靈活配置和功能的動態劃分；高性能計算平臺如圖形處理器、現場可編程門陣列等，可以提供強大的并行計算和流數據處理能力；低功耗設計技術如動態電壓調節、能量采集等，能夠延長系統的工作時間和電池壽命；開放互聯架構支持多種通信接口與網絡協議，能夠實現嵌入式設備的互聯互通和融合共享。

（五）納米技術

納米材料具有比表面積大、量子效應顯著、宏觀性質獨特等特點，可以實現常規材料難以企及的性能與功能。在物聯網領域，納米技術主要應用于傳感器靈敏元件、能量采集與存儲、導電與屏蔽材料等方面。納米傳感器利用納米材料的特殊性質，可以實現對微小信號的高靈敏探測和轉換，提高傳感器的檢測精度和穩定性。通過壓電、熱電等納米材料，納米發電機得以實現環境能量的高效轉換和存儲，為傳感節點提供持續穩定的能量供給。納米導電材料具有優異的導電性與柔韌性，可用于制備柔性電路和可穿戴設備。納米屏蔽材料可以有效吸收和衰減電磁波，從而降低傳感器件的電磁干擾和信號泄露[4]。

（六）IPv6技術

互聯網協議第6版（Internet Protocol Version 6，IPv6）擁有128位地址長度，可以提供近乎無限的地址空間，為每個物聯網設備分配唯一的IP地址，實現真正的端到端通信和精細化管理。同時，IPv6能夠在協議設計中集成互聯網安全協議，并通過加密認證和密鑰管理，增強網絡通信的機密性、完整性和可用性，提高物聯網系統的安全防護能力。此外，IPv6還支持流標簽、服務質量等機制，可以通過對數據包進行分類和優先級標識，保證關鍵業務的帶寬和時延需求。

四、計算機物聯網發展面臨的挑戰

（一）標準規范亟需統一

當前，物聯網標準呈現出碎片化、割裂化的局面，缺乏統一的技術規范與產業標準，這導致不同廠商、不同系統之間難以實現互聯互通和協同管理。在感知層，傳感器接口、數據格式、通信協議等缺乏統一規范，影響了數據的采集和共享。在網絡層，網絡架構、編址方案、路由協議等多樣化，制約了網絡的互聯互通和擴展。在應用層，數據語義、服務接口、安全機制等缺乏一致性定義，阻礙了應用的開發和推廣。標準不統一導致了物聯網信息孤島的形成，增加了系統集成的復雜性和成本，限制了物聯網的規模化應用與產業化發展。

（二）網絡安全問題凸顯

物聯網的快速發展和廣泛應用帶來了日益凸顯的網絡安全問題，這些安全問題也逐漸成為制約物聯網健康發展的重大挑戰。物聯網設備種類繁多、數量龐大，很多設備采用低成本的嵌入式系統，由于缺乏必要的安全防護機制，存在固件漏洞、認證缺失、數據泄露等諸多安全隱患，容易成為網絡攻擊的目標。同時，物聯網網絡環境復雜多變，涉及多種異構網絡和通信協議，且安全邊界模糊，缺乏端到端的安全防護與可信的鑒別機制，導致其難以抵御網絡威脅。

（三）產業生態有待完善

首先，物聯網產業鏈條長、涉及環節多，需要芯片、傳感器、網絡、平臺、應用等多個領域協同發展；但目前各環節發展不平衡，關鍵核心技術受制于人，這造成產業鏈上下游協作不暢，難以形成合力。其次，物聯網商業模式尚不清晰，盈利模式單一，主要依賴硬件銷售和連接服務，在數據運營、增值服務等方面缺乏突破，難以形成可持續的商業閉環。最后，物聯網產業政策有待完善，頂層設計及統籌規劃不足，缺乏針對性的政策扶持和引導，導致大中小企業協同發展的機制尚未建立，產業資源配置效率不高[5]。

五、計算機物聯網的應用策略

（一）智慧城市建設

智慧城市建設應以需求為牽引、應用為導向，統籌規劃、分步實施，穩步推進智慧城市物聯網應用：首先，應系統梳理城市管理和民生服務的關鍵需求，圍繞交通、能源、環保、安防、醫療、教育等重點領域，識別物聯網應用場景，明確建設任務和目標；其次，應制定物聯網總體架構和標準規范，兼顧全局性和專項性，既要遵循國家標準和行業規范，又要結合城市自身特點，因地制宜地設計方案；最后，還應重視數據安全和個人隱私保護，完善管理制度和技術措施，強化全過程的安全防護和監管，提高公眾的安全意識與信任度。

（二）工業互聯網發展

工業互聯網是物聯網與工業系統深度融合的產物。為促進工業互聯網進一步發展，政府部門應立足產業數字化轉型需求，以關鍵技術創新和融合應用為基礎，推動工業互聯網有序發展：首先，應加強頂層設計及政策引導，制定國家工業互聯網發展戰略與行動計劃，明確發展目標、重點任務和政策措施，營造良好的制度環境和產業生態；其次，應聚焦工業互聯網關鍵技術研發和產業化應用，突破工業級網絡、平臺、安全等核心技術，加快邊緣計算、人工智能等新技術在工業領域的融合創新，提高技術供給能力和水平；最后，應促進大中小企業融通發展，支持工業互聯網平臺企業做大做強，引導中小企業參與“上云用數賦智”行動，提升數字化、網絡化、智能化水平。

（三）智慧農業應用

在農業領域應用物聯網，要以提質增效、綠色發展為目標，緊扣農業生產和經營的關鍵環節，推動智慧農業有序發展。這不僅需要加強智慧農業的頂層設計與系統規劃，結合農業產業特點和區域資源稟賦，科學制定發展路線圖和任務清單，分類施策、分步推進；還需要聚焦農業生產管理的痛點難點，加快物聯網感知終端、通信網絡、數據平臺等信息基礎設施建設，提高農業生產過程的數字化、自動化、智能化水平；也可以積極推廣物聯網在農田種植、設施園藝、畜禽養殖、水產養殖等領域的應用，建立“空天地一體化”的農業監測體系，實現農業生產環境的實時感知、智能預警、精準調控和科學決策[6]。

（四）智能家居普及

物聯網技術的進步與成本的下降，為智能家居的普及應用創造了條件，但仍需要多方面協同努力，加快推進智能家居的規模化發展。為此智能家居需要完善產業鏈條，突破感知控制、人機交互、數據處理等核心技術，發展智能單品、系統解決方案和運營服務等配套產業，提高產業鏈供給能力及服務水平；拓展智能家居的應用場景與功能體驗，聚焦安防、照明、環境、健康、娛樂等家庭服務需求，利用大數據分析、人工智能等技術，提供個性化、高品質的智慧生活服務；優化智能家居的商業模式和營銷渠道，鼓勵制造商、服務商、電商平臺、地產商等企業開展跨界合作，通過整裝配套、免費試用、按效果付費等模式，促進智能家居產品和服務的推廣普及。

（五）可穿戴設備創新

可穿戴設備是物聯網與個人消費電子深度融合的產物，代表了人機交互和智能感知的發展方向。為進一步推動可穿戴設備持續創新發展，生產企業還需在多個方面持續努力：聚焦可穿戴設備在健康監測、運動管理、人機交互等領域的應用需求，加強人體生理、心理特征的感知和分析技術研究，提高可穿戴設備的智能化水平和功能體驗；加快柔性電子、微型傳感、新材料等關鍵技術的研發和產業化應用，突破輕薄化、低功耗、生物相容性等技術瓶頸，提高可穿戴設備的穿戴舒適性與持續使用時間；創新可穿戴設備的產品形態和交互方式，利用虛擬現實、語音識別、手勢控制等技術，探索眼鏡、服飾、鞋帽等不同類型的可穿戴產品，為用戶提供沉浸式的人機交互體驗。

結語

計算機物聯網技術是信息技術發展的必然趨勢，對經濟社會數字化、網絡化、智能化發展具有重要的引領和支撐作用。但物聯網也面臨標準不統一、安全風險高、產業生態不完善等諸多挑戰，需要政府、企業、社會各界共同努力，加強頂層設計和統籌規劃，突破核心關鍵技術，完善產業鏈和創新鏈，構建安全可信的發展環境，推動物聯網產業規范有序發展。只有充分釋放物聯網應用帶來的數字紅利，提高經濟社會發展的智能化水平，物聯網技術才能充分地造福人類社會。