物聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用簡述

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(diǎn)。本文簡述了物聯(lián)網(wǎng)的概念以及重點(diǎn)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(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)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(kuò)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(jì)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(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)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(gè)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(dāng)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(diǎn)、攝像頭等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，也包括又傳感器節(jié)點(diǎn)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(jì)算平臺等組成。相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)為信息傳輸提供載體，實(shí)現(xiàn)更廣泛的互聯(lián)功能，實(shí)現(xiàn)與感知層的融合。應(yīng)用層相當(dāng)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(yuǎn)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(shí)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(gè)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(jìn)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(gè)：一是信息匯總與分發(fā)；二是進(jìn)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(shí)施，同時(shí)集中優(yōu)化地實(shí)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?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的出現(xiàn)而進(jìn)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(jìn)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(jìn)行更新以及對終端使用者提供服務(wù)，使得整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的每個(gè)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(jià)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)學(xué)的模型進(jìn)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(jì)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(gè)新的溝通維度，將任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的人與人之間的溝通連接擴(kuò)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(jìn)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(yuǎn)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(lán)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(dá)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(gè)術(shù)語。人工智能也稱機(jī)器智能，是計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)中涉及研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用智能機(jī)器的一個(gè)分支，人工智能的目標(biāo)就是研究怎樣用計(jì)算機(jī)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(jì)算技術(shù)：云計(jì)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(kuò)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(jì)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(kuò)展的方式獲得所需資源；廣義的云計(jì)算指服務(wù)的交付和使用模式，通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需服務(wù)它意味著計(jì)算能力可作為一種商品通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行流通。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開云計(jì)算技術(shù)的支持。在物聯(lián)網(wǎng)中，終端的計(jì)算和存儲能力有限，云計(jì)算平臺可以作為物聯(lián)網(wǎng)的大腦，以實(shí)現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的存儲和計(jì)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)?，F(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(xì)分市場也將開始快速成長。市場調(diào)研機(jī)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(gè)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(shí)早已經(jīng)由虛入實(shí)，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(dāng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及的時(shí)候，物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)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(jìn)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(gè)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(yuǎn)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(xiàn)：

[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(jī)械工業(yè)出版社.2015