物聯網的昨天今天和明天

供稿|王睿，崔增皓

早在1995年，比爾蓋茨在《未來之路》[1]一書中就預言了物聯網的實現，“人們可以通過語音控制自己房子里面的一些電器，例如電視、個人計算機或其他信息裝置，起初只能是預定好的一些指令，但是隨著技術發(fā)展，人類便可以與計算機‘口語化’溝通。當你想外出游玩時，你可以跳進地圖中，很容易地移進、移遠，在不同地點旋轉觀看?！钡鞘苤朴诋敃r的技術發(fā)展，比爾蓋茨的這些設想還只是存在于科幻電影之中，但是現如今通信技術、微電子技術、人工智能等科技已經日臻成熟，物聯網時代的新生活已經在逐步成為現實。

昨天

物聯網早期的概念來源于美國麻省理工學院(MIT)在1999年建立的自動識別中心(AutoID Labs)提出的無線射頻識別(RFID)系統(tǒng)，想要通過射頻識別等傳感技術將所有物品與互聯網相連接，實現物品的智能化識別與管理[2]。

什么是物聯網

第一次提及物聯網，人們可能會把它與物流聯系在一起，這是因為在早期，物聯網主要是為了物流行業(yè)服務的，通過使用RFID(射頻識別技術)替代傳統(tǒng)的條碼識別技術，實現對于物品的智能化識別與管理服務。但是隨著技術發(fā)展，物聯網的內涵已經不僅僅局限于物流行業(yè)，其應用場景更加廣闊，也使得在全世界范圍內開始重視起物聯網這一信息領域重大的發(fā)展與變革機遇。

物聯網的概念是由ITU于2015年在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上正式確定，隨后發(fā)布了“ITU internet reports 2005—the internet of things”[3]一文，正式確定了“物聯網”的概念并對其涵義進行了擴展，詳細的介紹物聯網的特征、相關技術挑戰(zhàn)，以及未來發(fā)展前景。目前國內較為多見的物聯網定義為[4]：通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等傳感器設備，按照一定的協(xié)議，把物品與網絡連接起來進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。

對物聯網還存在另一種更為廣泛的定義[5]：指實現物到物(T2T，thing to thing)，人到物(H2T，human to thing)和人到人(H2H，human to human)的互聯，把目前的互聯網上人到人之間的連接通過傳感網絡擴大到與物品的連接，從而實現所有事物之間可以主動進行信息交換與通信。

物聯網的發(fā)展現狀

隨著ITU報告的發(fā)布，全世界范圍內都開始重視起物聯網這一難得的發(fā)展機遇。

2009年6月18日，歐盟首先發(fā)表了“Internet of things—an action plan for Europe”[6]的物聯網行動方案，明確了物聯網在歐洲的發(fā)展路線，描述了物聯網的廣闊前景，宏觀的提出了物聯網發(fā)展和管理的基本設想，并提出了10條政策建議，用于保障物聯網在歐洲加速發(fā)展。

同年7月，日本IT戰(zhàn)略部頒布了日本新一代的信息化戰(zhàn)略“I-Japan戰(zhàn)略2015”[7]，并將物聯網作為其重要內容。將政策目標聚焦在三大公共事業(yè)：電子化政府治理、醫(yī)療健康信息服務、教育與人才培育。

同年10月13日，韓國通信委員會出臺了“物聯網基礎設施構建基本規(guī)劃”[8]，將物聯網市場確定為新的經濟增長動力。

對于中國而言，2009年也是中國物聯網發(fā)展最重要的一年。溫家寶在無錫傳感網工程技術研發(fā)中心視察時指出：在國家重大科技專項中，加快推進傳感網發(fā)展，盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”中心[9]。首次提出了“感知中國”的戰(zhàn)略構想，表明中國要抓住這次機遇，大力發(fā)展物聯網技術。

假如不是喜歡較真也愛動腦筋的沈括認真地予以指正，那么，段成式有關域外的那種能產出五種香料的神奇的樹，是不是可能一直“以訛傳訛”？假如不是改革開放，我們與世界的關系正常化了，同時，隨著科技的進步、信息時代的到來，互聯網的誕生，電腦的普及，以及今天作為普通人的我們也可以時不時地走出國門溜達幾步，那么，關于瓶裝水與管道空氣的故事，是不是依然可能在我們的課堂上繼續(xù)流傳？

物聯網工程專業(yè)的誕生

隨著物聯網在全世界范圍內的快速發(fā)展，相關領域和產業(yè)迫切需要大量相對應的專業(yè)人才，所以我國于2011年針對物聯網工程專業(yè)進行首次招生。

全國第一批建設“物聯網工程”專業(yè)的高校共計有28所。北京科技大學作為其中之一，匯集了校內優(yōu)秀專業(yè)教師，其中90%具有博士學位，包括國家物聯網工程領域專家2人，教授、副教授17人，具備本碩博完整人才培養(yǎng)鏈。

北京科技大學物聯網工程專業(yè)在課程的設計上，選取了物聯網工程導論、現代傳感器技術、嵌入式系統(tǒng)與單片機、無線網絡技術原理、云計算與物聯網、人工智能與機器學習、物聯網體系結構及綜合實訓、信號與系統(tǒng)概論、數據結構、微機原理及接口技術、計算機網絡、現代通信技術、操作系統(tǒng)等課程，學生還可選修北京科技大學計算機與通信工程學院其他專業(yè)的相關課程。

為提高我校物聯網工程專業(yè)的教學質量，積極與國外大學和研究院開展廣泛的合作與交流，包括美國麻省理工、加州大學伯克利分校、佐治亞理工學院、卡耐基梅隆大學、康奈爾大學，加拿大多倫多大學以及澳大利亞悉尼大學等知名大學。

每年都有10%左右的在校生到這些知名大學交流，并邀請多名國外知名專家為學生講授專業(yè)前沿知識[10]。

今天

物聯網已經不再只是概念性的場景，它已經滲入到了生產制造、倉儲運輸、物流、智能家居、公共交通等各個行業(yè)(圖1)，物聯網深深的影響到了我們的生活，物聯網時代真的來了。

物聯網中的關鍵技術

物聯網常見的分層結構有三層：感知層、網絡層和應用層。

感知層的主要功能是對物理世界進行感知和識別，其主要由各類傳感器組成。通過將溫度、濕度、壓力等物理量轉化為電信號，并采集相應信息，完成對于物理世界的感知。采集完成的信息通過無線傳輸技術傳輸到應用層，最終由應用層對于數據進行整合與處理并實現相應功能。

圖1 物聯網的八大應用

其中RFID技術作為21實世紀十大重要技術之一，也是物聯網中應用最廣泛的感知識別技術，其在物品編碼、智能物流、自動配送等多領域有著重要的應用。RFID通常由電子標簽、天線和讀寫器構成，日常生活中的公共交通一卡通就屬于其中的電子標簽部分，通過與公交車上的刷卡器進行近距離通信，完成乘坐公交時的扣費行為。還有人們家中使用的電子水表也是使用傳感器技術，精確測量用戶的用水量，并將相應信息通過無線網絡的方式上傳到水電局，解決了人工抄表的不便。

物聯網在各行業(yè)的應用

◆ 智慧城市

隨著城市化進程的推進、人口的增多，城市面臨著更加巨大的管理壓力，如何最大限度地優(yōu)化和利用城市資源成為一項重要工作[11]。以往人們只能通過人工的方式對城市內的各項數據進行統(tǒng)計，不僅效率低效，還嚴重的浪費了人力資源。但是自從物聯網、云計算等新一代信息技術的興起之后，相關部門可以通過在各類公共場所布置各類傳感器，實現對于溫度、人流量、危險預警等多各方面的信息采集和捕獲，并且通過網絡的方式，快速的對于城市范圍內任意地點的資源進行監(jiān)控，實現對于突發(fā)事件的快速相應與排查。

其中效果最為顯著的是交通領域，相關部門可以通過已經布置的各類攝像頭，實時監(jiān)測道路車流量與行人流量，通過人工智能技術自動檢測道路擁堵、突發(fā)事件等，然后合理調配警務人員進行交通疏解與相關事件的快速響應工作。

◆ 智慧農業(yè)

物聯網不僅僅可以應用在現代化的大城市當中，對于農業(yè)的發(fā)展也十分重要。

現代化農業(yè)可以通過使用物聯網技術，完成對于農業(yè)資源和環(huán)境的監(jiān)控、對于大田的精準化作業(yè)、畜禽精細化管理與農產品質量安全追溯[12]。農民可以在家通過溫濕度傳感器、光照傳感器等實時檢測田地里面的溫度、濕度和光照，并遠程控制機器進行自動澆水、施肥等工作。農民在豐收時節(jié)可以使用各類農業(yè)機器人完成采收工作。對于畜牧業(yè)，同樣可以通過物聯網對于牲畜的生活環(huán)境進行監(jiān)控，精準的控制各類環(huán)境指標。

農產品追溯系統(tǒng)是我國質量安全管理中的重要手段之一，也是智慧農業(yè)中的重要組成部分。在近年來也是越來越受到有關部門和消費者的普遍關注。目前我國部分農產品已經可以通過條碼或者RFID技術實現對于農產品的精準溯源，在各大超市也上架了可以通過條碼進行溯源的蔬菜、瓜果等，實現了信息公開化，保障了消費者的相關權益。

◆ 智能家居

智能家居是近年來物聯網的發(fā)展方向之一。人們經?？梢栽诳苹闷锌吹街悄芗揖拥纳碛埃缛斯ぶ悄芄芗?、可以自動控制的各類電器、自動化的照明系統(tǒng)等?，F如今這些場景已經不僅僅是科幻了，它已經成為了人們可以切身體驗到的技術。

現在各大電商上都有智能家居的相關產品在售，甚至還有一部分在裝修的時候就提前對各類電子設備進行布局與配置。通過物聯網技術，可以實現對于照明系統(tǒng)的控制，有人的時候客廳的燈才會亮，人走之后自動熄滅；通過無線攝像頭，可以使用手機在外實現對于家內的監(jiān)控；還有定時洗衣、熱水器定時加熱等諸多方便人們日常生活的應用。

與普通家具相比，智能家居不僅擁有傳統(tǒng)的居住功能，同時兼?zhèn)浣ㄖ?、網絡通信、信息家電、設備自動化，能夠提供全方位的信息交互功能，甚至可以節(jié)約各類能源。

物聯網專業(yè)的發(fā)展

首先物聯網產業(yè)具有產業(yè)鏈長、涉及多個產業(yè)群的特點，其應用范圍幾乎覆蓋了各行各業(yè)。其次物聯網專業(yè)是教育部允許高校增設新專業(yè)后，高校申請最多的學校，這也說明了國家對物聯網經濟的重視和人才培養(yǎng)的迫切性。

北京科技大學物聯網專業(yè)培養(yǎng)出的學生能夠系統(tǒng)地掌握物聯網的相關理論、方法和技能，具備通信技術、網絡技術、傳感技術等信息領域寬廣的專業(yè)知識，能勝任通信網，傳感器網絡及智能信息處理技術領域的科學研究，技術開發(fā)，教學和管理等多方面的工作。

同時我校物聯網工程專業(yè)的本科生就業(yè)率97%以上，深造率67%，出國率22%。該專業(yè)學生未來無論是繼續(xù)深入研究、進行科研或者是走向社會為國家做貢獻，其發(fā)展空間與發(fā)展?jié)摿Χ际志薮蟆?/p>

明天

當我們的生活充滿了物聯網會是什么樣子的？對于我們的生活又會產生怎樣翻天覆地的變化？物聯網專業(yè)學生的未來在哪里？

將來的物聯網是什么樣子？

想象一下，早上7點，臥室的窗簾自動拉開，床邊的智能鬧鐘播放清脆的鈴聲叫你起床。當你起床洗漱的時候，家里的面包機自動烤了兩片吐司面包，咖啡機制作了一杯不加糖的美式咖啡，你甚至無需告訴它，你的口味是什么，答案都在往日積累的偏好數據中。

出門之后，你的無人駕駛汽車已經在門口等待就位，你只需要坐上車看會新聞，聽聽歌，享受車上的悠閑時光。在公司的大門口刷一下臉，開啟一天的工作生活。傍晚回到家，不僅走廊和客廳的燈為你提前打開，地面也被掃地機器人自動清掃干凈，熱水器里面的水也為你提前做好……

未來我們不管是在家休息、到公司上班、還是外出游玩，物聯網都可以使一切設備互相連接并具有智慧，這將大大方便我們的生活。

物聯網正在或將徹底改變我們生活、工作和娛樂的方式。未來的物聯網還能是什么樣子？我們或許可以有更加大膽的暢想。

物聯網專業(yè)畢業(yè)后能做什么？

物聯網專業(yè)的畢業(yè)生首選去向是繼續(xù)學習深造，攻讀本學科及交叉學科的碩士學位。北京科技大學物聯網專業(yè)每年有40%以上的本科生選擇進一步攻讀研究生學習深造，15%的本科生出國深造。還有一部分進入到社會工作的學生，他們大多數在科研機構、高等院校、企業(yè)事業(yè)單位從事物聯網理論與工程技術等方面的研究、教學、開發(fā)、管理工作。物聯網專業(yè)的學生可以選擇從事的行業(yè)種類也較多，涵蓋了新能源、互聯網、半導體、集成電路、通信網絡、信息安全等諸多行業(yè)，主要從事崗位也包括嵌入式軟件工程師、軟件開發(fā)工程師、硬件工程師、算法工程師等諸多技術崗位。

結束語

通過介紹物聯網的起源、國內外發(fā)展現狀與未來展望，以及物聯網工程專業(yè)在我國的發(fā)展前景等，可以看出物聯網這一技術在全世界范圍內得到了極大的重視，也是我國未來的主要發(fā)展方向之一，其擁有廣闊的應用前景，對于各類產業(yè)都具有強大的推動力。物聯網專業(yè)的學生在畢業(yè)之后，也具有較強的競爭能力，未來發(fā)展空間巨大，可以在各行各業(yè)做出自己的貢獻。未來，物聯網一定會極大的影響著世界。