物聯網初探

張立平

(武漢鐵路職業技術學院，湖北武漢430205)

1 物聯網的起源

1998 年，美國麻省理工大學(MIT)的 Sarma、Brock、Siu 創造性地提出將信息互聯網絡技術與RFID 技術有機地結合，即利用全球統一的物品編碼(EPC，Electronic Product Code)作為物品標識，利用RFID 實現自動化的“物品”與Internet 的聯接，無需借助特定系統，即可在任何時間、任何地點實現對任何物品的識別與管理。

1999 年，由美國統一代碼委員會(UCC)吉列和寶潔等組織和企業共同出資，在美國麻省理工大學成立Auto -ID Center。在隨后的幾年中，英國、澳大利亞、日本、瑞士、中國、韓國等國的6 所著名大學相繼加入Auto-ID Center，對“物聯網”相關研究實行分工合作，開展系統化研究，提出最初物聯網系統構架:有射頻標簽、識讀器、Savant 軟件、對象名稱解析服務(ONS)、實體標記語言服務器(PML-Server)等名詞概念。

2003 年11 月1 日，國際物品編碼組織(GS1)出資正式接管EPC 系統，并組成EPC Global 進行全球推廣與維護。與此同時，原6 所大學的AUTO-ID 實驗室轉到EPC Global 下的技術組，作為EPC 實驗室，繼續對EPC 系統的應用提供技術支持，提出物聯網系統架構:有EPC 編碼、EPC 標簽、讀寫器、中間件、對象名稱解析服務(ONS)、EPC 信息服務(EPCIS)等名詞解析。

2 物聯網概念的發展歷程

1995 年Bill Gates 在《未來之路》中提及物聯網概念;1998年MIT 的Kevin Ashton:把RFID 技術與傳感器技術應用于日常物品中形成一個“物聯網;1999 年EPC global 的Auto-ID 中心:物聯網是成千上萬的物品采用無線方式接入了Internet 的網絡。這是物聯網概念真正的提出2005 年ITU 報告:物聯網是通過RFID 和智能計算等技術實現全世界設備互連的網絡。2008 年IBM:互聯網+物聯網=智慧地球。也有解釋說，把傳感器設備安裝到電網、鐵路、橋梁、隧道、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中，并且普遍連接形成網絡，即“物聯網”。

2009 年8 月7 日，溫家寶總理在考察中國科學院無錫高新微納傳感網工程技術研發中心時，對該中心正在對繼互聯網、移動通信之后的全新技術領域傳感網進行攻關，立志開辟“感知中國”(有稱“智慧中國”)的創新之舉作出高度評價。“在傳感網發展中，要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術”“在國家重大科技專項中，加快推進傳感網發展”“盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫‘感知中國’中心”。

3 物聯網(IOT)提出的背景

要從以下三個方面來描述物聯網(IOT)提出的背景。首先它是經濟危機下的推手。經濟長波理論:每一次的經濟低谷必定會催生出某些新的技術，而這種技術一定是可以為絕大多數工業產業提供一種全新的使用價值，從而帶動新一輪的消費增長和高額的產業投資，以觸動新經濟周期的形成。過去的10年間，互聯網技術取得巨大成功;目前的經濟危機讓人們又不得不面臨緊迫的選擇，物聯網技術成為推動下一個經濟增長的特別重要推手。其次是傳感技術的成熟。隨著微電子技術的發展，涉及人類生活、生產、管理等方方面面的各種傳感器已經比較成熟。例如常見的無線傳感器(WSN)、RFID、電子標簽等，還有網絡接入和信息處理能力大幅提高等。目前，隨著網絡接入多樣化、IP 寬帶化和計算機軟件技術的飛躍發展，基于海量信息收集合分類處理的能力大大提高。

4 物聯網有關概念解析

4.1 物聯網初步概念

根據以上分析、描述，什么是物聯網的概念呢?物聯網(Internet of Things)其中，Internet 是指計算機通過標準協議連接形成的全球性網絡。Things 是指客觀世界的物理實體。Internet of Things 解釋為由可唯一標識的物理實體通過標準協議形成的全球性網絡。也就是說，物聯網是由具有自我標識、感知和智能的區里實體基于通信技術相互連接形成的網絡，這些物理設備可以在無需人工干預的條件下實現協同和互動，為人們提供只會和集約的服務。傳感網是物聯網的基礎，是物聯網的組成部分。

4.2 物聯網(IOT)的定義

早在1995 年，比爾·蓋茨在《未來之路》一書中就已經提及物聯網概念。但是，“物聯網”概念的真正提出是在1999 年，由EPCglobal 的Auto-ID 中心提出，被定義為:把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。

2005 年，國際電信聯盟(ITU)正式稱“物聯網”為“The Internet of things”，并發表了年終報告《ITU 互聯網報告2005:物聯網》。報告指出，無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網主動進行交換;并描繪出“物聯網”時代的圖景:當司機出現操作失誤時汽車會自動報警;公文包會提醒主人忘帶了什么東西;衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求等等。

現在較為普遍的理解是，物聯網是將各種信息傳感設備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。通過裝置在各類物體上的電子標簽(RFID)、傳感器、二維碼等經過接口與無線網絡相連，從而給物體賦予智能，可以實現人與物體的溝通和對話，也可以實現物體與物體互相間的溝通和對話。

4.3 廣義的物聯網涵義

利用條碼、射頻識別(RFID)、傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，實現人與人、人與物、物與物的在任何時間、任何地點的連接(anything、anytime、anywhere)，從而進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的龐大網絡系統。

5 物聯網架構

物聯網架構如圖1 所示。分為上層、中層和下層。其中上層是互聯網絡，主要是物聯網的信息存儲、物聯網的計算決策;中層是泛在接入，主要是指無線網絡(蜂窩、WiFi 等)、有線網絡;下層是物物網絡，只要是智能嵌入式設備、感知、標識和通信、協同、互動等。

圖1 物聯網架構

6 物聯網的關鍵技術

物聯網的關鍵技術要從以下幾個方面關注:體系結構、能量自供、設備小型化、資源自治。

6.1 體系結構

數以億計的智能設備，將導致海量的數據傳輸和存儲，需要我們重新審視現有的網絡體系和存儲結構。

6.2 能量自供

當前技術仍不足以解決智能設備的能量受限問題，需要設計低能耗芯片，甚至能夠自供能量的設備。

6.3 設備小型化

智能設備的泛在應用，使其將會嵌入到各式各樣的物體是哪個，需要智能設備更加小型化，向單晶體管實現智能設備的目標邁進。

6.4 資源自治

系統復雜性的顯著增加，使得維護和管理更加困難，需要系統資源具有自配置、自管理和自恢復功能。

7 物聯網應用領域

物聯網應用非常廣泛。比如在市政管理、智能交通、環境監測、智能家居、工業監控、國防軍事、防災減災、醫療監護等領域都有所應用。物聯網感知城市的描述該如何體現，物聯網應用領域細化如下:

7.1 公共安全方面應用

1)自然災害:氣象災害。

2)事故災難:電梯安全、地下空間事故、危化品事故。

3)公共衛生:“三品一械”安全事件。

4)社會安全:重特大群體性事件、公共場所治安事件。

7.2 市政管理方面

1)城市部件:廣告牌、停車場、市政車輛、垃圾物流、市政井蓋、古木名樹、地下管網、路燈監測、市政供暖監測、公共場所環境監測等。

2)城市事件:聚集、游商、闖入禁區等。

7.3 節能減排方面

1)建筑物節能:公共場所溫度監測、空調無線監控、照明智能控制、水電風氣監測。

2)能源設備安全:燃氣儲氣輸送安全監測、電力變電設備和傳輸設備的監控。

3)智能電網:智能電表、記錄用戶的用電習慣、無線抄表、遠程上傳。

7.4 智能交通方面

交通引導、Bus 通告、停車場信息獲取、事件發現/處理/發布、車輛自身狀況的發布、乘客通信和娛樂、城市人員分布/流動、自動收費等。

8 物聯網廣泛應用后，需要解決的問題

8.1 技術標準問題

世界各國存在不同的標準。中國信息技術標準化技術委員會于2006 年成立了無線傳感器網絡標準項目組。2009 年9月，傳感器網絡標準工作組正式成立了PG1(國際標準化)、PG2(標準體系與系統架構)、PG3(通信與信息交互)、PG4(協同信息處理)、PG5(標識)、PG6(安全)、PG7(接口)和 PG8(電力行業應用調研)等8 個專項組，開展具體的國家標準的制定工作。

8.2 安全問題

信息采集頻繁，其數據安全也必須重點考慮。

8.3 協議問題

物聯網是互聯網的延伸，在物聯網核心層面是基于TCP/IP。但在接入層面，協議類別五花八門，GPRS/CDMA、短信、傳感器、有線等多種通道，物聯網需要一個統一的協議棧。

8.4 IP 地址問題

每個物品都需要在物聯網中被尋址，就需要一個地址。物聯網需要更多的IP 地址，IPv4 資源即將耗盡，那就需要IPv6 來支撐。IPv4 向IPv6 過渡是一個漫長的過程，因此物聯網一旦使用IPv6 地址，就必然會存在與IPv4 的兼容性問題。

8.5 終端問題

物聯網終端除具有本身功能外，還擁有傳感器和網絡接入等功能，且不同行業需求千差萬別。如何滿足終端產品的多樣化需求，對運營商來說是一大挑戰。

［1］WEBER R H. Internet of Things-New security and privacy challenges［J］. Computer Law ＆ Security Review，2010，26:23 -30.

［2］CONTI J P. The Internet of things［J］. Communications Engineer，2006，4(6):20 -25.