物聯(lián)網(wǎng)的技術及應用研究

柳艷茹

（赤峰學院 遠程教育學院，內蒙古 赤峰 024000）

1 什么是物聯(lián)網(wǎng)

所謂物聯(lián)網(wǎng)，即是實現(xiàn)物物相聯(lián)的互聯(lián)網(wǎng)絡，通過射頻識別裝置、傳感器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連，進行信息交換與通信，以實現(xiàn)智慧化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡.物聯(lián)網(wǎng)通過各種信息傳感設備與智能通訊系統(tǒng)把全球范圍內的物理物體、信息技術系統(tǒng)和人有機的連接起來，它像“人腦”一樣，通過對數(shù)據(jù)采集、分析、預測，來及時、準確、全面、有效地感知和管理物理世界.

2 物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展

1995年，比爾蓋茨提出物聯(lián)網(wǎng)，但在當時沒有引起關注，在2005年，國際電信聯(lián)盟正式提出了物聯(lián)網(wǎng)這個概念，在2009年，溫總理提出了“感知中國”的發(fā)展戰(zhàn)略，物聯(lián)網(wǎng)得到了快速發(fā)展.

物聯(lián)網(wǎng)在國外被看成是“危機時代的救世主”，許多發(fā)達國家將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)作為新的經(jīng)濟增長點，正在投入大量資金研究和發(fā)展物聯(lián)網(wǎng).中國早在1999年開始物聯(lián)網(wǎng)的研究，目前，我國的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和技術都處于初級階段，物聯(lián)網(wǎng)整個產(chǎn)業(yè)模式還沒有徹底形成，但未來的發(fā)展趨勢是令人振奮的，未來的產(chǎn)業(yè)空間是巨大的.

3 物聯(lián)網(wǎng)的技術組成

物聯(lián)網(wǎng)要在人和物、物和物之間進行信息交流，它所涉及的技術更廣泛，主要包括：感知前端技術、感知終端技術、數(shù)據(jù)通信技術、云計算技術等等.

3.1 感知前端技術

在物聯(lián)網(wǎng)體系中，負責感知和獲取物體狀態(tài)信息和對物體進行操控的前端技術占有重要地位，主要包括：各類傳感器、射頻識別標簽RFID、微機電系統(tǒng)等等.

射頻識別技術是21世紀最有發(fā)展前途的信息技術之一，已得到全球業(yè)界的高度重視.射頻識別技術是20世紀90年代興起并逐步走向成熟的一種自動識別技術，是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別的目的.在物聯(lián)網(wǎng)中，存在著個體識別技術，在計算機網(wǎng)絡中，人體識是用IP地址，而在物聯(lián)網(wǎng)中，個體識別則是射頻識別技術.射頻識別技術是當前最重要的識別技術之一，是一種利用無線射頻識別目標對象并獲取相關信息的技術.它的硬件設備包括電子標簽和識讀器.當電子標簽通過識讀器產(chǎn)生射頻區(qū)域時，識讀器發(fā)出詢問信號并向電子標簽提供電磁能量，電子標簽獲得能量后向識讀器返回芯片內存存儲的數(shù)據(jù)信息，從而達到快速識別物品的目的.與傳統(tǒng)的條形碼相比，條形碼只能識別一類物品，而射頻識別技術則可做到“一物一碼”，能對每一個物品進行識別，被認為將會最終取代現(xiàn)今應用比較廣泛的條形碼，是物品標識的最有效方法.射頻識別技術具有快速讀寫、距離遠、可以跟蹤管理等優(yōu)點，是21世紀最有發(fā)展前途的信息技術之一.

傳感器：在物聯(lián)網(wǎng)中，要獲取實時信息，如溫度、濕度、運動等，以及其他各類物理的、物學的變化等信息時需要使用傳感器.它是感知各種實時信息的部件.主要包括物理傳感器和化學傳感器.視頻傳感器是當前應用比較廣泛的傳感器.攝像頭的核心部件就是視頻傳感器，它負責收集視頻和圖像信息.

微機電系統(tǒng)是建立在微米和納米基礎上，對其材料進行設計、加工、制造、測量和控制的技術，是一種能夠獲取信息，并對其處理和執(zhí)行的微型系統(tǒng).微機電系統(tǒng)技術的發(fā)展開辟了一個全新的技術領域，有十分廣闊的應用前景.經(jīng)過幾十年的發(fā)展，微機電系統(tǒng)已成為世界矚目的重大科技領域之一，它未來的發(fā)展趨勢將向微細化、集成化、多元化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展.

3.2 數(shù)據(jù)傳輸技術

物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸技術主要是無線通信網(wǎng)絡和下一代互聯(lián)網(wǎng)技術.無線通信技術主要包括Wifi技術、藍牙技術、GPS技術等.目前，我國的無線通信技術已經(jīng)覆蓋城鄉(xiāng)，從繁華的城市到偏僻的農(nóng)村，從海島到山峰，到處都有無線網(wǎng)絡.無線網(wǎng)絡是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)必不可少的技術設施，物聯(lián)網(wǎng)中的信息隨時隨地通過無線通信網(wǎng)絡傳出去.再者，當前以IPV4為主體的互聯(lián)網(wǎng)絡，無論是地址容量還是數(shù)據(jù)傳輸方面都不能滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求，下一代互聯(lián)網(wǎng)將以IPV6為主，將能滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求，可以為世界上萬事萬物分配IP地址，同時能夠快速傳輸海量數(shù)據(jù)，是物聯(lián)網(wǎng)最適宜的數(shù)據(jù)傳輸方式.

3.3 感知終端技術

物聯(lián)網(wǎng)的感知前端負責實時收集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心將把數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的信息或者決策提供給用戶.當信息提供給用戶時就需要通過感知終端設備，主要包括個人計算機、個人數(shù)字助理、3G手機等等.

3.4 智能化處理技術

物聯(lián)網(wǎng)通過感知前端獲取信息后，并將信息交給數(shù)據(jù)處理中心，面對龐大的信息量，如果采用人工處理是非常耗費精力和腦力的，所以物聯(lián)網(wǎng)中心還應擔負起數(shù)據(jù)處理的責任，這就是網(wǎng)絡的智能化.智能化需要應用一些前沿的理論和技術，主要包括統(tǒng)計學、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、圖像處理、模式識別等.統(tǒng)計學主要應用概率建立數(shù)學模型，從而對收集的數(shù)據(jù)進行分析、總結和推斷，它成為物聯(lián)網(wǎng)智能化的天然工具.人工神經(jīng)網(wǎng)絡是模擬生物大腦的結構和功能而構成的一種信息處理系統(tǒng).雖然人工神經(jīng)網(wǎng)絡目前還不成熟，但其在智能化的應用前景廣闊.圖像處理是通過計算機將圖像進行去除噪聲、增強、復原、分割、提取特征等處理方法和技術.模式識別是對表征事物或現(xiàn)象的各種形的信息進行處理和分析，以對事物或現(xiàn)象進行描述、辨認、分類和解釋的過程，是信息科和人工智能的重要組成部分.隨著計算機網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，無處不在的計算、無處不在的智能將深入我們工作和生活的方方面面.

3.5 云計算

云計算就是網(wǎng)絡中一個比較新的概念.所謂云計算就是通過網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)計算機上的各種應用與服務.它的主要原理通過使計算分布在大量的分布計算機上，而非本地計算機或遠程服務器，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運行將更與互聯(lián)網(wǎng)相似.它描述了一種可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行訪問的可擴展程序，具有強大的計算功能和智能化，并且具有高可靠性和高可用性的特點.云計算迎合了物聯(lián)網(wǎng)的高端服務需求，物聯(lián)網(wǎng)中的海量的數(shù)據(jù)處理適合采用云計算模式進行，使得物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)以億計的各類物品的實時動態(tài)管理變?yōu)榭赡?

4 物聯(lián)網(wǎng)的應用

物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術充分運用在各行各業(yè)之中，實現(xiàn)了物物相連.在物聯(lián)網(wǎng)中，存在著超強的中心計算機群，能夠對各種信息資源進行整合，以達到“智慧”狀態(tài)，提高資源的利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然間的關系.主要應用如下：

4.1 智能家庭

智能家庭是以住宅為平臺，利用綜合布線技術，網(wǎng)絡通信技術、安全防范技術，自動控制技術、音視頻技術將家居生活相關的設施集成，構建有效的住宅設施，與家庭日程事務的管理系統(tǒng)，提升家居的安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境.目前，3G網(wǎng)絡的出現(xiàn)，為智能家庭服務構建了網(wǎng)絡基礎，未來，三網(wǎng)融合（電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡）是智能家庭的發(fā)展方向，相信智能家庭在三網(wǎng)融合后進入一個快速發(fā)展的時期，智能家庭技術也將更加智能化，更加人性化，智能家庭在未來的發(fā)展前途必是一片光明.

4.2 智能醫(yī)療

健康和醫(yī)療是百姓息息相關的問題，是關系民眾生老病死的大事，推動醫(yī)療領域信息化，打造高效、便捷、以人為本的醫(yī)療服務體系，已成為政府和醫(yī)療單位共同努力的方向.目前,IBM提出了智能醫(yī)療解決方案，通過信息技術打造現(xiàn)代醫(yī)療服務體系.我國的醫(yī)療保健體系遠遠不能滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的需求，因此需建立健全的醫(yī)療體系，在實際需求和2009年“感知中國”的政策下，智能醫(yī)療體系的開發(fā)已成為時代的必然.

4.3 智能物流

智能物流是在智能交通系統(tǒng)和相關信息技術的基礎上，以電子商務方式動作的現(xiàn)代物流體系.物流活動是人類最基本的社會經(jīng)濟活動之一，智能物流是信息化及物聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)物流業(yè)應用的產(chǎn)物.

4.4 智能電網(wǎng)

電能是人類使用最普遍、最直接的能源形式，為人類生產(chǎn)、生活提供動力.為了使電網(wǎng)更安全更經(jīng)濟、更高效的運行，出現(xiàn)了智能電網(wǎng).智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎，將現(xiàn)代先進的傳感器技術、通信技術、信息技術、計算機技主和控制技術與物理電網(wǎng)高度集成而成的新型電網(wǎng)，是物聯(lián)網(wǎng)技術在電網(wǎng)行業(yè)的應用產(chǎn)物.相信在不久的將來，電網(wǎng)能夠實現(xiàn)“自我檢測”，自動查找故障，自動排除故障，自組網(wǎng)絡.智能電網(wǎng)的普及指日可待，智能電力技術飛入百姓家庭將不再遙遠.

4.5 智能工廠

物聯(lián)網(wǎng)使信息和生產(chǎn)無縫連接，只要具備互聯(lián)網(wǎng)條件，哪怕是人在千里之外，也能通過電腦或是手機對工廠進行控制和操作，從而實現(xiàn)了工廠的智能化.最近，瑞士的一家公司已經(jīng)開發(fā)出無線網(wǎng)絡適配器，該系統(tǒng)包括超聲波液位計、流量計和溫度傳感器構成，用于測量和傳遞區(qū)域熱量網(wǎng)絡的實時熱量情況，以實現(xiàn)對工廠的智能化控制.

4.6 智能建筑

智能建筑是指以建筑物為平臺，兼?zhèn)湫畔⒃O施系統(tǒng)、信息化應用系統(tǒng)、建筑設備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等，集結構、系統(tǒng)、服務、管理及其優(yōu)化組合為一體，向人們提供安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境.近幾年來，隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，智能大廈在世界范圍內雨后春筍般地發(fā)展起來.智能化應用于建筑中，目的在于提供信息化、節(jié)能性和管理的高效性服務，以滿足使用者的舒適性、方便性，建筑的節(jié)能性、管理的高效性和快捷的信息化服務等等.

4.7 智能城市

智慧城市是新一代信息技術支撐、知識社會下一代創(chuàng)新環(huán)境下的城市形態(tài).當前,中國各地正在通過“兩化融合”、“應用示范”、“寬帶城市”等戰(zhàn)略部署,積極利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等最新技術,推進智慧城市建設.隨著城市化信息進程的推時，智能城市不再是一個夢想，它已開始步入我們的生活.2012年4月，北京、杭州、西安、武漢、寧波共同入選中國工程院確立的“中國智慧城市”試點城市名單.

4.8 其他產(chǎn)業(yè)應用

物聯(lián)網(wǎng)正在悄然地走進我們的生活.物聯(lián)網(wǎng)技術除了在家居、醫(yī)療、物流、、電網(wǎng)應用外，還應用于其他產(chǎn)業(yè)上.主要表現(xiàn)在：攝像頭的應用、不停車系統(tǒng)的出現(xiàn)、3G手機的使用、移動支付業(yè)務的出現(xiàn)、上海世界博覽會的“手機票”、水環(huán)境監(jiān)測等等.還有一些公司正在研制和開發(fā)智能戒指、智能眼鏡、智能手套、智能手表等可穿戴設備，這使得物聯(lián)網(wǎng)的應用更加廣泛.

目前，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還處于初級階段，全面普及還需要一個漫長的過程，需要克服各種問題，比如技術研發(fā)、產(chǎn)品推廣等等.雖然，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景是美好的，但是在技術創(chuàng)新、規(guī)劃管理、產(chǎn)業(yè)融合、推廣應用、個人信息安全和隱私保護等問題上還需制定和完善一系列相應的配套政策和措施，來更好地保證物聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展.

〔1〕劉海濤.物聯(lián)網(wǎng)技術應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

〔2〕王汝林.物聯(lián)網(wǎng)基礎與應用[M].北京：清華大學出版社，2011.

〔3〕鄒力.物聯(lián)網(wǎng)與智能交通[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.