魏銘 王明月 張德慧

摘 要：距物聯(lián)網(wǎng)概念首次提出已有近20年，作為世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮的代表，物聯(lián)網(wǎng)在世界范圍內(nèi)受到的關(guān)注與日俱增，是各國產(chǎn)業(yè)政策支持和投入的重點。本文簡述了物聯(lián)網(wǎng)的概念以及重點技術(shù)，并闡述了其相關(guān)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 應(yīng)用

一、物聯(lián)網(wǎng)概念

1、定義：2010年，溫家寶總理在第十一屆人大第三次會議上對物聯(lián)網(wǎng)的定義：物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、跟蹤、定位、監(jiān)控和管理。它是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)的概念最早是由麻省理工學(xué)院 Ashton教授于1999年在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡(luò)國際會議上提出的，其理念是基于RFID（射頻識別技術(shù)）、電子代碼（EPC）等技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)造一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)（簡稱物聯(lián)網(wǎng)）。

2、體系結(jié)構(gòu)：

傳統(tǒng)上習(xí)慣分為三個層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，再加上公共技術(shù)構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)體系。

感知層相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源，包括RFID、傳感器節(jié)點、攝像頭等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，也包括又傳感器節(jié)點組成的子網(wǎng)等，其主要功能是識別物體、采集信息。網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成。相當于人的神經(jīng)中樞和大腦，負責(zé)為信息傳輸提供載體，實現(xiàn)更廣泛的互聯(lián)功能，實現(xiàn)與感知層的融合。應(yīng)用層相當于人的社會分工，根據(jù)不同的功能需求，應(yīng)用層提供不同的應(yīng)用服務(wù)，如智能交通、遠程醫(yī)療等，不同的應(yīng)用服務(wù)可能對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)層和感知層的不同功能。

除此之外，IBM在多年的研究積累和實踐中，在三層架構(gòu)的基礎(chǔ)之上提煉出了八層的物聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)。

（1）傳感器/執(zhí)行器層：物聯(lián)網(wǎng)中任何一個物體都要通過感知設(shè)備獲取相關(guān)信息以及傳遞感應(yīng)到的信息給所有需要的設(shè)備或系統(tǒng)。傳感器執(zhí)行器層是最直接與周圍物體接觸的域。傳感器除了傳統(tǒng)的傳感功能外，還要具備一些基本的本地處理能力，使所傳遞的信息是系統(tǒng)最需要的，從而使傳遞網(wǎng)絡(luò)的使用更加優(yōu)化。（2）傳感網(wǎng)層：這是傳感器之間形成的網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)有可能基于公開協(xié)議，如IP地址，也有可能基于一些私有協(xié)議。其目的就是為了使傳感器之間可以互聯(lián)互通以及傳遞感應(yīng)信息。（3）傳感網(wǎng)關(guān)層：將信息進行過濾、協(xié)議轉(zhuǎn)換、信息壓縮加密等，使信息更優(yōu)化和安全地在公共網(wǎng)絡(luò)上傳遞。（4）廣域網(wǎng)絡(luò)層：在這一層主要是為了將感知層的信息傳遞到需要信息處理或者業(yè)務(wù)應(yīng)用的系統(tǒng)中，可以采用IPv4或者IPv6協(xié)議。（5）應(yīng)用網(wǎng)關(guān)層：在傳輸過程中為了更好地利用網(wǎng)絡(luò)資源以及優(yōu)化信息處理過程，要設(shè)置局部或者區(qū)域性的應(yīng)用網(wǎng)關(guān)。目的有兩個：一是信息匯總與分發(fā)；二是進行一些簡單信息處理與業(yè)務(wù)應(yīng)用的執(zhí)行，最大程度地利用IT與通信資源，提高信息的傳輸和處理能力提高可靠性和持續(xù)性。（6）服務(wù)平臺層：服務(wù)平臺層是為了使不同的服務(wù)提供模式得以實施，同時集中優(yōu)化地實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)世界中的信息處理方面的共性功能，緩解傳統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)或者應(yīng)用系統(tǒng)整合平臺的壓力。這樣使得應(yīng)用系統(tǒng)無需因為物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)而進行大的修改，能夠更充分地利用已有業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，支持物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。（7）應(yīng)用層：應(yīng)用層包括了各種不同業(yè)務(wù)或者服務(wù)所需要的應(yīng)用處理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)利用傳感的信息進行處理、分析，執(zhí)行不同的業(yè)務(wù)，并把處理的信息再反饋給傳感器進行更新以及對終端使用者提供服務(wù)，使得整個物聯(lián)網(wǎng)的每個環(huán)節(jié)都更加連續(xù)和智能。（8）分析與優(yōu)化層：在物聯(lián)網(wǎng)世界中，從信息的業(yè)務(wù)價值和IT信息處理的角度看，它與互聯(lián)網(wǎng)最大的不同就是信息和信息量。物聯(lián)網(wǎng)的信息來源廣闊，信息是海量的，在這種情況下利用信息更好地為我們服務(wù)，就要基于信息分析和優(yōu)化。在物聯(lián)網(wǎng)中，基于傳統(tǒng)的商業(yè)智能和數(shù)據(jù)分析是遠遠不夠的，因此需要更智能化的分析能力，需要基于數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的模型進行分析、模擬和預(yù)測。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)有無線通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、云計算技術(shù)等。

無線通信技術(shù)：物聯(lián)網(wǎng)使得人類在信息與通信世界里獲得一個新的溝通維度，將任何時間、任何地點的人與人之間的溝通連接擴展到人與物、物與物之間的溝通連接。物聯(lián)網(wǎng)中物品要與人無障礙地交流，必然離不開高速、可進行大批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的通信與組網(wǎng)技術(shù)主要完成感知信息的可靠傳輸。無線網(wǎng)絡(luò)既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，也包括近距離的藍牙技術(shù)、超寬帶（UWB）技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)和 Zigbee技術(shù)等。由于物聯(lián)網(wǎng)連接的物體多種多樣，所以物聯(lián)網(wǎng)涉及的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有很多，如有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、短距離網(wǎng)絡(luò)、長距離網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)、公用網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等。

人工智能技術(shù)：人工智能領(lǐng)域的研究是從1956年正式開始的，這一年在達特茅斯大學(xué)召開的會議上正式使用了“人工智能”（ Artificial Intelligence，AI）這個術(shù)語。人工智能也稱機器智能，是計算機科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)等多學(xué)科互相滲透而發(fā)展起來的一門綜合性學(xué)科。從計算機應(yīng)用系統(tǒng)的角度出發(fā)，人工智能是研究如何制造智能機器或智能系統(tǒng)來模擬人類智能活動的能力，以延伸人們智能的科學(xué)。人工智能就是計算機科學(xué)中涉及研究、設(shè)計和應(yīng)用智能機器的一個分支，人工智能的目標就是研究怎樣用計算機來模仿和執(zhí)行人腦的某些智力功能，并開發(fā)相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品，建立相關(guān)的理論。

云計算技術(shù)：云計算（ Cloud Computing）是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)、易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說法。過去在圖中往往用云來表示電信網(wǎng)，后來也用來抽象地表示互聯(lián)網(wǎng)和底層基礎(chǔ)設(shè)施。狹義的云計算指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需資源；廣義的云計算指服務(wù)的交付和使用模式，通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需服務(wù)它意味著計算能力可作為一種商品通過互聯(lián)網(wǎng)進行流通。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開云計算技術(shù)的支持。在物聯(lián)網(wǎng)中，終端的計算和存儲能力有限，云計算平臺可以作為物聯(lián)網(wǎng)的大腦，以實現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的存儲和計算。

三、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

隨著物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與成熟，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在很多行業(yè)中取得了應(yīng)用，如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智能創(chuàng)造、安全等各行各業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展給我的生活帶來了很多方便，未來社會的發(fā)展離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。現(xiàn)在，物聯(lián)網(wǎng)正加速向城市管理、新能源、醫(yī)療、制造等其他領(lǐng)域滲透。越來越多的可穿戴設(shè)備、智能傳感器、智能硬件產(chǎn)品的面世，智能交通、智能家居、智能醫(yī)療等細分市場也將開始快速成長。市場調(diào)研機構(gòu)IDC預(yù)測，到2020年將擁有超過500億的終端與設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是融合的技術(shù)，在其中某個領(lǐng)域的應(yīng)用成熟之后，就會有成熟的應(yīng)用，而不再被稱為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。所以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)其實早已經(jīng)由虛入實，但成熟的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，不再被劃入物聯(lián)網(wǎng)而已。除了導(dǎo)航技術(shù)、現(xiàn)在的共享單車已經(jīng)非常成熟，并且是典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，還有智能音箱、智能鎖現(xiàn)在都有規(guī)模普及的態(tài)勢，但這些應(yīng)用都有自己的應(yīng)用名字。當物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及的時候，物聯(lián)網(wǎng)這個概念也會被邊緣化?，F(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，絕大部分是融入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的，所以很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)進入成熟期。

結(jié)束語：目前來講，物聯(lián)網(wǎng)處于連接數(shù)快速增長的一個階段，它已經(jīng)應(yīng)用到許許多多的行業(yè)，為我們的生活帶來了極大便利。對它的研究，我們從未懈怠。我相信不遠的將來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會更加壯大，更加普及，我們的生活也會更加多姿多彩。

參考文獻：

[1]王汝傳.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論.清華大學(xué)出版社.2011

[2]李俊韜.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用開發(fā).機械工業(yè)出版社.2015