物聯(lián)網關鍵技術與發(fā)展研究

楊永其

物聯(lián)網是信息技術領域的一次重要變革，也是各行業(yè)實現智能化的重要基石。根據我國物聯(lián)網覆蓋情況來看，智慧城市、現代農業(yè)、環(huán)保行業(yè)的發(fā)展等均要依托于此，加強相關技術研究具有重要意義。

一、物聯(lián)網解析

（一）物聯(lián)網的起源與定義

“物聯(lián)網”首次出現于1999年，由美國麻省理工學院提出，2005年國際電信聯(lián)盟指出，世界將迎來“物聯(lián)網”通訊時代，2008年首屆國際物聯(lián)網會議舉行，進一步探討了物聯(lián)網發(fā)展技術、發(fā)展思路與前景。

2011年我國發(fā)布《物聯(lián)網白皮書》，并對物聯(lián)網做了明確定義，認為其是通信網、互聯(lián)網的拓展應用和網絡延伸，利用感知技術、智能裝路感知識別物理世界，實現人與物、物與物信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策目的。

基于上述定義，可將物聯(lián)網特點解析如下：

（1）具備感知判斷、有效傳輸、智能控制與處理等屬性；

（2）將人與人、人與物間的交流聯(lián)系拓展到物與物間；

（3）物聯(lián)網不能脫離互聯(lián)網。

（二）物聯(lián)網產業(yè)規(guī)模情況

物聯(lián)網技術的應用，實現了現代信息科技創(chuàng)新與傳統(tǒng)產業(yè)的緊密結合，符合生產社會化、智能化的發(fā)展要求，也迎來了巨大發(fā)展機遇。據GSMA統(tǒng)計，2010～2018年全球物聯(lián)網設備數量高速增長，復合增長率達20.9%，“萬物物聯(lián)”成為一大重要發(fā)展趨勢，預測2025年全球物聯(lián)網設備聯(lián)網數量將達252億個。

2019年6月，我國在上海舉辦了以“智聯(lián)萬物”為主題的世界移動大會（MWC19），預計2022年中國物聯(lián)網產業(yè)規(guī)模超2萬億元?；诟餍袠I(yè)垂直應用需求，2025年我國授權頻譜窩物聯(lián)網連接數將增至19億；基于技術革新與發(fā)展，窄帶物聯(lián)網在全國部署，應用于各個領域（智慧城市、共享單車、智慧農業(yè)等），預計2022年中國物聯(lián)網連接規(guī)模達70億。

基于物聯(lián)網技術的發(fā)展成熟，為我國智慧城市建設提供了可靠的技術支撐，從本質上來說兩者是互惠共贏、相輔相成的，物聯(lián)網技術的應用推動了城市基礎設施建設、城市的交通智能化和小區(qū)智能化等進程；智慧城市的發(fā)展也會物聯(lián)網技術走向實用化與產業(yè)結構完善奠定了堅實的基礎。目前，我國部分城市物聯(lián)網已經有了初步規(guī)模，不斷完善此網絡，覆蓋城市政務、商務、交通、醫(yī)療以及城市服務、城市市民生活等各個領域，才能使智慧城市更具活力。

二、物聯(lián)網關鍵技術及其應用分析

（一）物聯(lián)網關鍵技術

物聯(lián)網技術體系架構如圖1所示，包括感知層、傳輸層、處理層以及應用層，下文主要就各層幾大關鍵技術展開分析。

1. 感知層

感知層任務為感知物體、獲取數據，本文主要就RFID、傳感器、ZigBee三大關鍵技術展開分析：

（1）RFID技術：通過射頻識別信號獲取物體信息，主要組成包括電子標簽、讀寫器和天線，具體如圖2（a）所示。

（2）傳感技術：按特定規(guī)律將信號轉化成有效輸出的可用信號，實現智能處理、安全傳輸，見圖2（b）。

（3）ZigBee技術：其是一組根據IEEE.802.15.4的無線標準的相關組網、安全與 app 方面的通信技術，處理模式如圖2（c）。

2. 傳輸層

傳輸層任務為傳輸、處理感知層搜集的數據，其連接感知層與處理層的紐帶，關鍵技術包括：

（1）無線傳感網：此為一個多跳自組織網絡，設有諸多無線傳感網節(jié)點，構成如圖3所示，在環(huán)境、醫(yī)療、家居等各大領域均有所應有。

（2）互聯(lián)網：此為一組通用協(xié)議連接起來龐大國際性網絡，需按照TCP/IP協(xié)議完成數據安全、可靠傳輸，具有自由、更新快、成本低、信息廣等特點。

（3）移動通信網：4G、5G均是移動通信發(fā)展的產物，具有通信效率高、智能水平高、惠民程度高的特點。

3. 處理層

處理層主要技術涉及云計算、全球定位系統(tǒng)、智能控制技術等等，現主要圍繞云計算、人工智能兩大關鍵技術展開具體分析。

（1）云計算技術：此技術可基于互聯(lián)網平臺為用戶提供更多共享資源，具有多租戶、開放、彈性伸縮的特點，其規(guī)模性超大，且價格低廉。

（2）人工智能技術：此技術是電子技術與仿生學方法的結合，包括圖像識別、自然語言處理、智能機器人等諸多技術。

4. 應用層

應用層是物聯(lián)網產業(yè)提供綜合處理平臺，可以將其稱為是物聯(lián)網的四肢，主要技術有智能信息處理技術、關系網絡管理技術、無線通信技術、安全和隱私技術、IPV6、M2M技術等，主要涉及主體包括政府、企業(yè)、個人家庭等，涵蓋領域包括物流、工業(yè)、交通、醫(yī)療、環(huán)境等等。

（二）物聯(lián)網技術的應用

根據上文分析可知，物聯(lián)網技術的應用領域諸多，現就以下幾大行業(yè)分析：

1. 醫(yī)療領域

物聯(lián)網技術在醫(yī)療行業(yè)的應用，主要集中以下幾個方面：（1）患者登記、標志、監(jiān)護：如電子醫(yī)通卡、醫(yī)學傳感器腕帶的應用；（2）藥品生產、防偽與流通管理；（3）醫(yī)療器械、血液制品管理，如：利用RFID技術完善國家血液庫登記系統(tǒng)。

2. 環(huán)境領域

我國政府層面十分重視物聯(lián)網在環(huán)境領域的應用，要求構建全方位的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網絡，推動環(huán)保業(yè)務的全程智能化發(fā)展。如：內蒙古自治區(qū)打造了“三位一體”環(huán)保監(jiān)控平臺，實現污染源監(jiān)控、環(huán)境質量監(jiān)測和環(huán)境應急管理的集成；江蘇省利用物聯(lián)網技術監(jiān)測太湖藍藻，利用傳感器實現水體情況的立體呈現。

3. 農業(yè)領域

基于物聯(lián)網相關技術、體系架構的發(fā)展，農業(yè)物聯(lián)網發(fā)展逐漸趨于成熟，其主要是利用感知設備感測農業(yè)環(huán)境、動植物生命等，促進農業(yè)現代化、智能化發(fā)展，主要體系架構與關鍵技術如圖4所示。

4. 樓宇建筑領域

物聯(lián)網技術在樓宇建筑領域中的應用諸多，如：無線路燈控制、電梯衛(wèi)士、家庭安防等。

（1）以“電梯衛(wèi)士”為例，其在電梯外圍安裝傳感器，實時采集電梯各項運行與故障信息，實現電梯安全信息化管理；

（2）以“無線路燈控制系統(tǒng)”為例，主要是在城市道路路燈中嵌入無線通信模塊，控制箱借助ZigBee技術與道路路燈通信，并發(fā)出開啟、關閉、照明度調整等指令，對移動計算工具、路燈維護車等也可實現遠程控制。

（3）以“家庭安防”為例，其可對智能家電、生活用品等進行集成控制，也可為用戶提供各種報警信息，實現家居安全、病人看護、寵物看管。

5. 物流領域

基于物聯(lián)網技術的應用實現對物品生產、流通環(huán)節(jié)的跟蹤、反饋，實現物流人員、車輛的最優(yōu)調配，此技術也可應用于通關物流、智能超市中，如：“物流e通”服務平臺就是一個較為典型的案例，其主要應用物聯(lián)網技術實現物流快遞業(yè)務的快速處理，可隨時掌握貨物狀態(tài)，切實提高業(yè)務管理水平。

6. 智慧消防領域

消防安全是智慧城市發(fā)展的重要建設內容之一，利用互聯(lián)網技術打造智慧消防服務云平臺，可實現“防消一體”，提高火災報警的及時性、消防設施運行完好率，為公安消防部門監(jiān)管提供重要技術保障。目前我國已經有80多個城市建立了城市消防遠程監(jiān)控系統(tǒng)，運營模式主要分為政府財政承擔建設費用、聯(lián)網單位免費接入與第三方社會中介機構負責建設運營、向聯(lián)網單位收費兩種模式。

三、物聯(lián)網產業(yè)的發(fā)展分析

基于上文分析可知，物聯(lián)網產業(yè)在我國乃至于世界的發(fā)展都是具有巨大前景的，現主要從技術、應用、市場幾大層面提出幾點發(fā)展建議：

（1）技術層面：物聯(lián)網發(fā)展中提升技術研發(fā)能力是根本，必須加強核心技術研究，包括：網絡架構研究、語義技術研究、網絡安全研究等，在推動物聯(lián)網開放共享的同時，兼顧信息數據安全。

（2）應用層面：在應用領域需充分將物聯(lián)網融入產業(yè)發(fā)展，發(fā)揮物聯(lián)網銜接作用，做好產業(yè)融合頂層設計，形成科學的產業(yè)鏈條；打造成熟的商業(yè)模式，建立研發(fā)聯(lián)盟、商業(yè)聯(lián)盟等，完善相關資源共享平臺，探索多方參與、合作共贏發(fā)展模式。

（3）市場層面：我國物聯(lián)網已經進入規(guī)模化發(fā)展新階段，對此應充分發(fā)揮產業(yè)聚集區(qū)的優(yōu)勢，爭取盡快實現規(guī)模經濟效應，同時加強各產業(yè)鏈環(huán)節(jié)的合作，打造一批核心企業(yè)，引領整個產業(yè)發(fā)展。

四、結語

綜上所述，物聯(lián)網在我國覆蓋規(guī)模不斷擴大，包括醫(yī)療、環(huán)境、農業(yè)、樓宇建筑、物流、交通以及政府管理等諸領域，并為行業(yè)信息化、智能化發(fā)展提供了充分的技術支撐。目前，我國還需進一步加強技術研究，完善相關產業(yè)鏈條、商業(yè)模式，打造核心企業(yè)、構建產業(yè)聚集區(qū)，真正促進物聯(lián)網規(guī)劃化發(fā)展。

作者單位：湖南省郵電規(guī)劃設計院有限公司