物聯(lián)網技術與應用簡析

（新疆輕工職業(yè)技術學院信息與軟件分院，新疆 烏魯木齊 830021）

1 物聯(lián)網概念

1.1 物聯(lián)網的定義

互聯(lián)網是人依靠終端設備進行互聯(lián)，實現人與人之間的信息傳遞和共享，在不到二十年的時間里它就已經完全改變了我們的生活方式和工作方式。在互聯(lián)網實現了信息傳遞和共享后，人們期望各種實物的描述信息也可傳遞和共享，“物聯(lián)網（Internet of Things,IoT）“正是在這種情況下提出的[1]。

物聯(lián)網的概念最初由麻省理工學院Auto-ID研究中心提出[2]。顧名思義，“物聯(lián)網就是物物相連的互聯(lián)網”。因此，可以說，物聯(lián)網是互聯(lián)網的延伸，由人及物的延伸。那么，聯(lián)入物聯(lián)網的“物”到底是什么呢？有人認為物聯(lián)網是產品信息的互聯(lián)網，那么物就是“產品信息”[3]，在物聯(lián)網應用的初級階段這種理解是合適的。隨著物聯(lián)網進一步發(fā)展和應用的深入，這樣理解是很有局限性的。

物聯(lián)網中的交互實體是時間或空間上可移動的物理或虛擬物體，采用近場無線通信（Near Field Communication,NFC)、無線傳感與執(zhí)行網絡（Wireless Sensor and Actuator Network,WSAN）與 RFID等技術的融合，連接物理世界與虛擬世界[4-5]。

顯然，不是所的“物”都能聯(lián)入物聯(lián)網，這里的“物”要滿足相應的條件：

（1）有相應信息的接收器；

（2）有數據傳輸通路；

（3）有一定的存儲功能；

（4）有CPU；

（5）有操作系統(tǒng)；

（6）有專門的應用程序；

（7）有數據發(fā)送器；

（8）遵循物聯(lián)網的通信協(xié)議；

（9）在世界網絡中有可被識別的唯一編號。

1.2 物聯(lián)網的基本特征

現在的互聯(lián)網滿足了人與人之間的信息交換和共享，而物聯(lián)網將滿足物與物、人與物之間的信息交換和共享，且不需要人的參與就可以自動運行。

物聯(lián)網的基本特征可概括為全面感知、可靠傳送和智能處理。

全面感知：利用射頻識別、二維碼、傳感器等感知、捕獲、測量技術隨時隨地對物體進行信息采集和獲取。

可靠傳送：通過將物體接入信息網絡，依托各種通信網絡，隨時隨地進行可靠的信息交互和共享。

智能處理：利用各種智能計算技術，對海量的感知數據和信息進行分析并處理，實現智能化的決策和控制。

物聯(lián)網不會發(fā)展成為獨立于互聯(lián)網的另外一個網絡，它將是互聯(lián)網的一種新型應用，就如同現在人們所熟知的基于Web和 HTTP協(xié)議的萬維網，所以，物聯(lián)網可能象萬維網一樣根據服務的范圍形成以下不同的類別，如私有物聯(lián)網、公有物聯(lián)網、社區(qū)物聯(lián)網和混合物聯(lián)網等。

從技術的角度來看，物聯(lián)網是互聯(lián)網應用深化和擴展的結果，是一種互聯(lián)網應用，它涉及3個方面的技術，即感知、傳輸、和智能處理。從發(fā)展的角度來看，物聯(lián)網的基礎理論和關鍵技術還處于探索階段[6]。

2 物聯(lián)網的技術架構

物聯(lián)網技術由信息物品技術、自主網絡技術和智能應用技術構成，這3個部分各自有其技術架構，這三類技術構成了物聯(lián)網技術架構。

信息物品技術主要指物品的標識、傳感和控制技術，也就是指現有的數字化技術。信息物品技術屬于物理世界與網絡世界融合的接口技術。如果把人也看作是一個物品，則信息物品技術也包括了佩戴式計算裝置技術。

物聯(lián)網需要自主網絡技術，自主網絡就是具備自管理能力的網絡系統(tǒng)，從物聯(lián)網未來應用需求看，自主網絡還應具備自控制能力，所以，物聯(lián)網中的自主網絡技術包括自主管理技術和自主控制技術兩部分。

自主網絡管理類技術包括：網絡自配置技術、網絡自愈合技術、網絡自優(yōu)化技術、網絡自保護技術。自主網絡控制類技術包括：基于空間語義的控制技術、基于時間語義的控制技術。支撐物聯(lián)網的自主網絡應該是具有自主網絡能力的因特網。

物聯(lián)網的應用要求對產生的海量數據能自動進行處理，所以物聯(lián)網需要智能應用技術，其中包括智能數據融合和智能決策控制技術。智能數據融合技術包括基于策略的數據融合、基于位置的數據融合、基于時間的數據融合、基于語義的數據融合；智能決策控制技術包括基于智能算法的決策、基于策略的決策、基于知識的決策。

物聯(lián)網的應用需要智能化信息處理技術的支撐,主要需要針對大量的數據通過深層次的數據挖掘，并結合特定行業(yè)的知識和前期科學成果，建立針對各種應用的專家系統(tǒng)、預測模型、內容和人機交互服務[7]。

3 物聯(lián)網與云計算

云計算（cloud computing)是一種基于網絡的、以虛擬化方式共享資源的計算模式，資源的部署和提供是可以按需動態(tài)實現的。云計算允許用戶通過互聯(lián)網隨時隨地獲取各類計算資源，如計算能力、存儲能力、應用、服務等，它體現了一種“網絡就是計算機”的思想，將大量計算資源、存儲資源和軟件資源鏈接在一起，形成巨大規(guī)模的共享虛擬 IT資源池，為遠程終端用戶提供各種方便快捷而又功能強大的信息技術服務[8]。

可以確定，物聯(lián)網的應用和發(fā)展離不開云計算平臺的支撐。物聯(lián)網依托云計算強大的數據處理能力實現信息智能處理，而目前云計算對數據和服務的管理并不值得用戶完全信賴[9]。現有的云計算技術還不能夠滿足具有實時感應、高度并發(fā)、自主協(xié)同和涌現效應特征的物聯(lián)網“后端”的需求[10]。因此，物聯(lián)網的應用會推動云計算技術的進一步發(fā)展以滿足需要，這兩種技術關系密切，在發(fā)展中相互促進、相互成就。

4 物聯(lián)網的應用

4.1 物聯(lián)網的基本應用模式

根據其實質用途可以歸結為三種基本應用模式：

（1）對象的智能標簽。通過二維碼、RFID等技術標識特定的對象，用于區(qū)分對象個體，例如在生活中我們使用的各種智能卡，條碼標簽的基本用途就是用來獲得對象的識別信息。此外通過智能標簽還可以用于獲得對象物品所包含的擴展信息，例如智能卡上的金額余額等。

（2）環(huán)境監(jiān)控和對象跟蹤。利用多種類型的傳感器和分布廣泛的傳感器網絡，可以實現對某個對象的實時狀態(tài)的獲取和特定對象行為的監(jiān)控，如通過GPS標簽跟蹤車輛位置，通過交通路口的攝像頭捕捉實時交通流程等。

（3）對象的智能控制。物聯(lián)網基于云計算平臺和智能網絡，可以依據傳感器網絡用獲取的數據進行決策，改變對象的行為進行控制和反饋。例如根據光線的強弱調整路燈的亮度，根據車輛的流量自動調整紅綠燈間隔等。

4.2 物聯(lián)網產業(yè)鏈及其構成

針對物聯(lián)網的體系結構雖存在不同的描述，但內涵基本相同。通常物聯(lián)網的體系結構分為感知層、傳輸層、智能處理層三個部分。相對于已有的互聯(lián)網，建設物聯(lián)網更是一個龐大的社會信息系統(tǒng)工程，擁有涉及國民經濟各行各業(yè)、社會與生活各個領域的龐大產業(yè)鏈。其中，感知層主要承擔物體的標識和信息的采集，傳輸層承擔各類設備的網絡接入以及信息的傳輸，智能處理層完成信息的分析處理和決策，以及實現或完成特定的智能化應用和服務任務。

從系統(tǒng)應用功能的實現角度看，物聯(lián)網從根本上講還需要依賴一系列系統(tǒng)硬件設備和相關軟件系統(tǒng)的支撐。物聯(lián)網的系統(tǒng)設備和系統(tǒng)軟件是構建物聯(lián)網的基石和基本單元，它們構成了物聯(lián)網產業(yè)鏈中重要的組成部分，也是未來推進物聯(lián)網產業(yè)化進程的關鍵因素[11]。

物聯(lián)網的產業(yè)鏈錯綜復雜，從廠商或服務商的角度看，物聯(lián)網產業(yè)鏈主要包括核心感應器件提供商、設備提供商、網絡提供商、軟件與系統(tǒng)解決方案提供商、系統(tǒng)集成商、運營及服務提供商等六大環(huán)節(jié)。

（1）核心感應器件提供商：感應器件是物聯(lián)網標識、識別以及采集信息的基礎和核心，感應器件主要包括RFID、傳感器、智能儀器等。

（2）設備提供商：感知層的末端設備具有一定獨立功能，典型設備如射頻識別設備、傳感系統(tǒng)及設備、傳感執(zhí)行器等。

（3）網絡提供商：對于物聯(lián)網數據傳輸提供支撐和服務，包括互聯(lián)網、電網、專網以及其它網絡等。

（4）軟件與系統(tǒng)解決方案提供商：提供感知層的微操作系統(tǒng)、中間件以及系統(tǒng)解決方案。

（5）系統(tǒng)集成商：根據用戶需求，將實現物聯(lián)網的硬件、軟件和網絡集成為一個完整解決方案提供給客戶的廠商。

（6）運營及服務提供商：為用戶提供物聯(lián)網網絡連接、應用平臺、行業(yè)解決方案、測試認證、信息咨詢、計費等服務，實現終端接入控制、終端管理、行業(yè)應用、業(yè)務運營、平臺管理等服務。

從技術角度看，目前物聯(lián)網發(fā)展的瓶頸在于感知層，物聯(lián)網的應用對于傳感器品種和數量的需求無疑是巨大的。擁有自主知識產權的感應器件的研發(fā)、設計和制造也是當前我國物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展的重點。

5 結束語

物聯(lián)網是將各種信息傳感設備與互聯(lián)網結合起來而形成的一個巨大網絡，可使所有的物品與網絡連接，方便識別和管理。物聯(lián)網可以廣泛應用于經濟社會發(fā)展的各個領域，引發(fā)和帶動生產力、生產方式和生活方式的深刻變革，成為經濟社會綠色、智能、可持續(xù)發(fā)展的關鍵基礎和重要引擎。

總體而言，物聯(lián)網技術的未來前景廣闊，也是產業(yè)升級、人類進入高度信息化社會的必然選擇。隨著電信網絡特別是無線網絡的擴展、傳感技術的發(fā)展，我國推廣物聯(lián)網的條件逐步成熟，但其發(fā)展周期會非常長，目前我們還處在培育階段，在發(fā)展過程中還有許多的難題需要產業(yè)鏈上各個環(huán)節(jié)去共同努力解決，未來還有很長的路要走。

[1]薛小平,王騫,張芳.物聯(lián)網核心技術及應用演進[J].計算機應用,2013,33(10):2710-2706.

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[4]JEONG S,KIM S H,HA M,et al. Enabling transparent communication with global ID for the Internet of things[C]// Proceedings of the 6th International Conference on Innovative Mobile and Internet Services in Ubiquitons Computing,Piscataway:IEEE,2012:695-701.

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