物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究現(xiàn)狀

齊世霞 延安大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院

引言

物聯(lián)網(wǎng)的概念原型最早出現(xiàn)于比爾蓋茨在1995年所著的《未來(lái)之路》一書中，但受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展，并未引起人們的重視。直到2005年國(guó)際電信聯(lián)盟才正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念?，F(xiàn)如今，物聯(lián)網(wǎng)作為第三次信息化浪潮的標(biāo)志之一，其發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)際應(yīng)用等都成為了當(dāng)今時(shí)代的熱點(diǎn)問(wèn)題，受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。

1 物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介

物聯(lián)網(wǎng)指的是通過(guò)射頻識(shí)別裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，通過(guò)某種約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化管理和識(shí)別的一種網(wǎng)絡(luò)。其目的是使所有物品都與該網(wǎng)絡(luò)連接在一起，系統(tǒng)可以自動(dòng)、實(shí)時(shí)地對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物品能夠彼此進(jìn)行“交流”，人們能夠彼此進(jìn)行“交流”，人與物能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無(wú)需人的干預(yù)。其實(shí)質(zhì)是利用感知/無(wú)線技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。

2 物聯(lián)網(wǎng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 物聯(lián)網(wǎng)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)的概念最早是由美國(guó)麻省理工學(xué)院的Ashton教授在1999年研究RFID技術(shù)時(shí)提出來(lái)的；之后，于2005年的世界信息峰會(huì)上，國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布的報(bào)告中正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念；2009年，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬支持IBM提出的“智慧地球”戰(zhàn)略，在世界范圍內(nèi)引起轟動(dòng)。日本早在2004年就提出了“u-Japan”構(gòu)想，與如今的物聯(lián)網(wǎng)概念相似；在2009年，日本將其升級(jí)為“i-Japan”戰(zhàn)略，將物聯(lián)網(wǎng)列為其國(guó)家重點(diǎn)戰(zhàn)略之一。韓國(guó)在2006年確立了“u-Kurea”戰(zhàn)略，旨在建設(shè)無(wú)所不在的社會(huì)；在2009年6月，歐盟執(zhí)委會(huì)發(fā)表了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》，描繪了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的前景，并提出要加強(qiáng)歐盟組對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的管理，消除物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的障礙。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在美國(guó)已經(jīng)被應(yīng)用于國(guó)防、智能電網(wǎng)、醫(yī)療、教育等各個(gè)方面；歐盟也在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方面投入很多，掌握了高精度傳感器技術(shù)和RFID技術(shù)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

早在1999年，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所就進(jìn)行傳感網(wǎng)產(chǎn)品的研發(fā)，研發(fā)出的產(chǎn)品于2003年開始在“動(dòng)態(tài)北侖”等項(xiàng)目中得到應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)的早期嘗試。在科學(xué)研究上，我國(guó)基本與國(guó)際保持同步；在地區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃上，在無(wú)錫建立了中國(guó)的傳感信息中心，在2009年，溫家寶總理到無(wú)錫微傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心視察并發(fā)表了重要講話，現(xiàn)如今，每年的世界物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)都在此舉行；在標(biāo)準(zhǔn)化上，我國(guó)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定領(lǐng)先于國(guó)際，是傳感網(wǎng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)四大主導(dǎo)國(guó)之一。目前，我國(guó)政府部門高度重視物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)納入了新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，加大了對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的投資和研發(fā)力度；我國(guó)各大高校也相繼開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程。

3 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)主要有五大關(guān)鍵性技術(shù)，無(wú)線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能與信息處理技術(shù)以及應(yīng)用層技術(shù)。

3.1 無(wú)線通信技術(shù)

無(wú)線通信技術(shù)主要包括無(wú)線通信系統(tǒng)，短距離無(wú)線通信技術(shù)，無(wú)線單片機(jī)技術(shù)等。目前，無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)行的是多路訪問(wèn)技術(shù)，常用的有頻分多址、時(shí)分多址等技術(shù)。短距離無(wú)線通信技術(shù)包括RFID技術(shù)、ZigBee技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和超寬帶技術(shù)等；其中，RFID射頻識(shí)別技術(shù)的理論基本完善；ZigBee技術(shù)是近年才提出的一種近距離、低功耗、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)；藍(lán)牙技術(shù)是目前國(guó)際通用的一種公開的無(wú)線技術(shù)規(guī)范，新的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)2.0版支持高達(dá)10MB/s以上的速率；超寬帶技術(shù)是一種新型的無(wú)線通信技術(shù)，解決了困擾傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)多年有關(guān)傳播方面的重大難題。近年來(lái)，為了適應(yīng)無(wú)線通信和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的要求，無(wú)線單片機(jī)技術(shù)也得到了快速發(fā)展，其體積更小、功耗更低、價(jià)格也更低。

3.2 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)實(shí)施以傳感器為核心論述其內(nèi)涵、外延的技術(shù)，是一門涉及微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等相結(jié)合形成的密集型綜合技術(shù)。現(xiàn)代傳感器技術(shù)的研究方向主要有四個(gè)方面：一是新材料的開發(fā)和應(yīng)用；二是傳感器集成化、多功能化和智能化；三是硬件系統(tǒng)的微小型化；四是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化。

3.3 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的子網(wǎng)之一，是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)。美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》雜志將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)列為第一項(xiàng)未來(lái)新興技術(shù)，《商業(yè)周刊》也將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)列入了未來(lái)四大新技術(shù)中。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議棧主要包括MAC層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。目前，其MAC層協(xié)議主要有兩類：一是基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議，二是基于時(shí)分復(fù)用的MAC協(xié)議。其路由協(xié)議主要包括能量感知路由協(xié)議、基于查詢的路由協(xié)議等。

3.4 智能與信息處理技術(shù)

目前智能技術(shù)主要包括機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、信息融合、數(shù)據(jù)挖掘及云計(jì)算技術(shù)等。當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)主要圍繞面向任務(wù)、認(rèn)識(shí)模擬及理論分析研究這個(gè)三個(gè)方向展開研究；模式識(shí)別目前的主要方法主要包括統(tǒng)計(jì)決策法、模糊模式識(shí)別等；數(shù)據(jù)融合目前的常用方法主要可概括為隨機(jī)和人工智能兩大類；數(shù)據(jù)挖掘目前主要對(duì)先進(jìn)數(shù)據(jù)模型、面向應(yīng)用等進(jìn)行研究；在2008年，我國(guó)與IBM合作了建立云計(jì)算中心，阿里巴巴集團(tuán)也于2009年在南京建立了首個(gè)“電子商務(wù)云計(jì)算中心”。

3.5 應(yīng)用層技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至今，各種關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展蓬勃，各類技術(shù)融合發(fā)展，使得其應(yīng)用范圍和深度不斷擴(kuò)展，被應(yīng)用到社會(huì)的各個(gè)層面。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用遍及智能交通、智能家居、環(huán)境保護(hù)、城市管理、政府工作、公共安全、公共服務(wù)、過(guò)程控制、醫(yī)療衛(wèi)生、物流管理等多個(gè)領(lǐng)域。

4 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中存在的問(wèn)題

不可避免的，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中也會(huì)遇到一些難以解決的問(wèn)題。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展壯大，越來(lái)越多的人們開始使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)品，物聯(lián)網(wǎng)的安全，即保護(hù)用戶的信息安全和隱私，保證物聯(lián)網(wǎng)不發(fā)生信息泄露、信息篡改等多種威脅成為了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用需要解決的最大問(wèn)題。除此之外，還有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范難以統(tǒng)一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的終端設(shè)備性能和價(jià)格等問(wèn)題也有待解決。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，簡(jiǎn)單介紹了物聯(lián)網(wǎng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及物聯(lián)網(wǎng)各種關(guān)鍵技術(shù)的的研究現(xiàn)狀，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中存在的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)作為全球第三次信息產(chǎn)業(yè)革命，使多種技術(shù)高度交叉融合，將帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈共同發(fā)展，在各國(guó)大力推動(dòng)工業(yè)化與信息化融合的大背景下，物聯(lián)網(wǎng)將是大多數(shù)行業(yè)發(fā)展過(guò)程中不可缺少的一部分，在未來(lái)，人類將進(jìn)入一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代。