物聯(lián)網(wǎng)技術與應用簡析

（新疆輕工職業(yè)技術學院信息與軟件分院，新疆 烏魯木齊 830021）

1 物聯(lián)網(wǎng)概念

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義

互聯(lián)網(wǎng)是人依靠終端設備進行互聯(lián)，實現(xiàn)人與人之間的信息傳遞和共享，在不到二十年的時間里它就已經(jīng)完全改變了我們的生活方式和工作方式。在互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了信息傳遞和共享后，人們期望各種實物的描述信息也可傳遞和共享，“物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things,IoT）“正是在這種情況下提出的[1]。

物聯(lián)網(wǎng)的概念最初由麻省理工學院Auto-ID研究中心提出[2]。顧名思義，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。因此，可以說，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，由人及物的延伸。那么，聯(lián)入物聯(lián)網(wǎng)的“物”到底是什么呢？有人認為物聯(lián)網(wǎng)是產(chǎn)品信息的互聯(lián)網(wǎng)，那么物就是“產(chǎn)品信息”[3]，在物聯(lián)網(wǎng)應用的初級階段這種理解是合適的。隨著物聯(lián)網(wǎng)進一步發(fā)展和應用的深入，這樣理解是很有局限性的。

物聯(lián)網(wǎng)中的交互實體是時間或空間上可移動的物理或虛擬物體，采用近場無線通信（Near Field Communication,NFC)、無線傳感與執(zhí)行網(wǎng)絡（Wireless Sensor and Actuator Network,WSAN）與 RFID等技術的融合，連接物理世界與虛擬世界[4-5]。

顯然，不是所的“物”都能聯(lián)入物聯(lián)網(wǎng)，這里的“物”要滿足相應的條件：

（1）有相應信息的接收器；

（2）有數(shù)據(jù)傳輸通路；

（3）有一定的存儲功能；

（4）有CPU；

（5）有操作系統(tǒng)；

（6）有專門的應用程序；

（7）有數(shù)據(jù)發(fā)送器；

（8）遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；

（9）在世界網(wǎng)絡中有可被識別的唯一編號。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的基本特征

現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)滿足了人與人之間的信息交換和共享，而物聯(lián)網(wǎng)將滿足物與物、人與物之間的信息交換和共享，且不需要人的參與就可以自動運行。

物聯(lián)網(wǎng)的基本特征可概括為全面感知、可靠傳送和智能處理。

全面感知：利用射頻識別、二維碼、傳感器等感知、捕獲、測量技術隨時隨地對物體進行信息采集和獲取。

可靠傳送：通過將物體接入信息網(wǎng)絡，依托各種通信網(wǎng)絡，隨時隨地進行可靠的信息交互和共享。

智能處理：利用各種智能計算技術，對海量的感知數(shù)據(jù)和信息進行分析并處理，實現(xiàn)智能化的決策和控制。

物聯(lián)網(wǎng)不會發(fā)展成為獨立于互聯(lián)網(wǎng)的另外一個網(wǎng)絡，它將是互聯(lián)網(wǎng)的一種新型應用，就如同現(xiàn)在人們所熟知的基于Web和 HTTP協(xié)議的萬維網(wǎng)，所以，物聯(lián)網(wǎng)可能象萬維網(wǎng)一樣根據(jù)服務的范圍形成以下不同的類別，如私有物聯(lián)網(wǎng)、公有物聯(lián)網(wǎng)、社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)和混合物聯(lián)網(wǎng)等。

從技術的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)應用深化和擴展的結果，是一種互聯(lián)網(wǎng)應用，它涉及3個方面的技術，即感知、傳輸、和智能處理。從發(fā)展的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)的基礎理論和關鍵技術還處于探索階段[6]。

2 物聯(lián)網(wǎng)的技術架構

物聯(lián)網(wǎng)技術由信息物品技術、自主網(wǎng)絡技術和智能應用技術構成，這3個部分各自有其技術架構，這三類技術構成了物聯(lián)網(wǎng)技術架構。

信息物品技術主要指物品的標識、傳感和控制技術，也就是指現(xiàn)有的數(shù)字化技術。信息物品技術屬于物理世界與網(wǎng)絡世界融合的接口技術。如果把人也看作是一個物品，則信息物品技術也包括了佩戴式計算裝置技術。

物聯(lián)網(wǎng)需要自主網(wǎng)絡技術，自主網(wǎng)絡就是具備自管理能力的網(wǎng)絡系統(tǒng)，從物聯(lián)網(wǎng)未來應用需求看，自主網(wǎng)絡還應具備自控制能力，所以，物聯(lián)網(wǎng)中的自主網(wǎng)絡技術包括自主管理技術和自主控制技術兩部分。

自主網(wǎng)絡管理類技術包括：網(wǎng)絡自配置技術、網(wǎng)絡自愈合技術、網(wǎng)絡自優(yōu)化技術、網(wǎng)絡自保護技術。自主網(wǎng)絡控制類技術包括：基于空間語義的控制技術、基于時間語義的控制技術。支撐物聯(lián)網(wǎng)的自主網(wǎng)絡應該是具有自主網(wǎng)絡能力的因特網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)的應用要求對產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)能自動進行處理，所以物聯(lián)網(wǎng)需要智能應用技術，其中包括智能數(shù)據(jù)融合和智能決策控制技術。智能數(shù)據(jù)融合技術包括基于策略的數(shù)據(jù)融合、基于位置的數(shù)據(jù)融合、基于時間的數(shù)據(jù)融合、基于語義的數(shù)據(jù)融合；智能決策控制技術包括基于智能算法的決策、基于策略的決策、基于知識的決策。

物聯(lián)網(wǎng)的應用需要智能化信息處理技術的支撐,主要需要針對大量的數(shù)據(jù)通過深層次的數(shù)據(jù)挖掘，并結合特定行業(yè)的知識和前期科學成果，建立針對各種應用的專家系統(tǒng)、預測模型、內(nèi)容和人機交互服務[7]。

3 物聯(lián)網(wǎng)與云計算

云計算（cloud computing)是一種基于網(wǎng)絡的、以虛擬化方式共享資源的計算模式，資源的部署和提供是可以按需動態(tài)實現(xiàn)的。云計算允許用戶通過互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地獲取各類計算資源，如計算能力、存儲能力、應用、服務等，它體現(xiàn)了一種“網(wǎng)絡就是計算機”的思想，將大量計算資源、存儲資源和軟件資源鏈接在一起，形成巨大規(guī)模的共享虛擬 IT資源池，為遠程終端用戶提供各種方便快捷而又功能強大的信息技術服務[8]。

可以確定，物聯(lián)網(wǎng)的應用和發(fā)展離不開云計算平臺的支撐。物聯(lián)網(wǎng)依托云計算強大的數(shù)據(jù)處理能力實現(xiàn)信息智能處理，而目前云計算對數(shù)據(jù)和服務的管理并不值得用戶完全信賴[9]?，F(xiàn)有的云計算技術還不能夠滿足具有實時感應、高度并發(fā)、自主協(xié)同和涌現(xiàn)效應特征的物聯(lián)網(wǎng)“后端”的需求[10]。因此，物聯(lián)網(wǎng)的應用會推動云計算技術的進一步發(fā)展以滿足需要，這兩種技術關系密切，在發(fā)展中相互促進、相互成就。

4 物聯(lián)網(wǎng)的應用

4.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本應用模式

根據(jù)其實質用途可以歸結為三種基本應用模式：

（1）對象的智能標簽。通過二維碼、RFID等技術標識特定的對象，用于區(qū)分對象個體，例如在生活中我們使用的各種智能卡，條碼標簽的基本用途就是用來獲得對象的識別信息。此外通過智能標簽還可以用于獲得對象物品所包含的擴展信息，例如智能卡上的金額余額等。

（2）環(huán)境監(jiān)控和對象跟蹤。利用多種類型的傳感器和分布廣泛的傳感器網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)對某個對象的實時狀態(tài)的獲取和特定對象行為的監(jiān)控，如通過GPS標簽跟蹤車輛位置，通過交通路口的攝像頭捕捉實時交通流程等。

（3）對象的智能控制。物聯(lián)網(wǎng)基于云計算平臺和智能網(wǎng)絡，可以依據(jù)傳感器網(wǎng)絡用獲取的數(shù)據(jù)進行決策，改變對象的行為進行控制和反饋。例如根據(jù)光線的強弱調整路燈的亮度，根據(jù)車輛的流量自動調整紅綠燈間隔等。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈及其構成

針對物聯(lián)網(wǎng)的體系結構雖存在不同的描述，但內(nèi)涵基本相同。通常物聯(lián)網(wǎng)的體系結構分為感知層、傳輸層、智能處理層三個部分。相對于已有的互聯(lián)網(wǎng)，建設物聯(lián)網(wǎng)更是一個龐大的社會信息系統(tǒng)工程，擁有涉及國民經(jīng)濟各行各業(yè)、社會與生活各個領域的龐大產(chǎn)業(yè)鏈。其中，感知層主要承擔物體的標識和信息的采集，傳輸層承擔各類設備的網(wǎng)絡接入以及信息的傳輸，智能處理層完成信息的分析處理和決策，以及實現(xiàn)或完成特定的智能化應用和服務任務。

從系統(tǒng)應用功能的實現(xiàn)角度看，物聯(lián)網(wǎng)從根本上講還需要依賴一系列系統(tǒng)硬件設備和相關軟件系統(tǒng)的支撐。物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)設備和系統(tǒng)軟件是構建物聯(lián)網(wǎng)的基石和基本單元，它們構成了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中重要的組成部分，也是未來推進物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化進程的關鍵因素[11]。

物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈錯綜復雜，從廠商或服務商的角度看，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈主要包括核心感應器件提供商、設備提供商、網(wǎng)絡提供商、軟件與系統(tǒng)解決方案提供商、系統(tǒng)集成商、運營及服務提供商等六大環(huán)節(jié)。

（1）核心感應器件提供商：感應器件是物聯(lián)網(wǎng)標識、識別以及采集信息的基礎和核心，感應器件主要包括RFID、傳感器、智能儀器等。

（2）設備提供商：感知層的末端設備具有一定獨立功能，典型設備如射頻識別設備、傳感系統(tǒng)及設備、傳感執(zhí)行器等。

（3）網(wǎng)絡提供商：對于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸提供支撐和服務，包括互聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)、專網(wǎng)以及其它網(wǎng)絡等。

（4）軟件與系統(tǒng)解決方案提供商：提供感知層的微操作系統(tǒng)、中間件以及系統(tǒng)解決方案。

（5）系統(tǒng)集成商：根據(jù)用戶需求，將實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的硬件、軟件和網(wǎng)絡集成為一個完整解決方案提供給客戶的廠商。

（6）運營及服務提供商：為用戶提供物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡連接、應用平臺、行業(yè)解決方案、測試認證、信息咨詢、計費等服務，實現(xiàn)終端接入控制、終端管理、行業(yè)應用、業(yè)務運營、平臺管理等服務。

從技術角度看，目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸在于感知層，物聯(lián)網(wǎng)的應用對于傳感器品種和數(shù)量的需求無疑是巨大的。擁有自主知識產(chǎn)權的感應器件的研發(fā)、設計和制造也是當前我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。

5 結束語

物聯(lián)網(wǎng)是將各種信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡，可使所有的物品與網(wǎng)絡連接，方便識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)可以廣泛應用于經(jīng)濟社會發(fā)展的各個領域，引發(fā)和帶動生產(chǎn)力、生產(chǎn)方式和生活方式的深刻變革，成為經(jīng)濟社會綠色、智能、可持續(xù)發(fā)展的關鍵基礎和重要引擎。

總體而言，物聯(lián)網(wǎng)技術的未來前景廣闊，也是產(chǎn)業(yè)升級、人類進入高度信息化社會的必然選擇。隨著電信網(wǎng)絡特別是無線網(wǎng)絡的擴展、傳感技術的發(fā)展，我國推廣物聯(lián)網(wǎng)的條件逐步成熟，但其發(fā)展周期會非常長，目前我們還處在培育階段，在發(fā)展過程中還有許多的難題需要產(chǎn)業(yè)鏈上各個環(huán)節(jié)去共同努力解決，未來還有很長的路要走。

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