物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

田 旺

（山西華澳商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，山西 晉中 030600）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的核心，是信息化時代發(fā)展的必然結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)作為信息載體，其核心仍然是因特網(wǎng)，但是與傳統(tǒng)的因特網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)的用戶端已經(jīng)向產(chǎn)品與產(chǎn)品之間延伸。近年來，國家對物聯(lián)網(wǎng)越來越重視，有效推動了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念及其特點

物聯(lián)網(wǎng)是一個物理連接的網(wǎng)絡(luò)，同時也是廣義的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，可以將全球所有的資訊連結(jié)在一起，形成一個虛擬的資訊通信網(wǎng)絡(luò)。在現(xiàn)實生活中，大部分的物聯(lián)網(wǎng)都是采用基于信號的傳感裝置，實現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的科學(xué)、高效控制。而隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，人類已經(jīng)實現(xiàn)了一種更廣泛、更好的交流，不僅可以最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)中的信息資源，而且還能為整個網(wǎng)絡(luò)提供更多的服務(wù)[1]。

物聯(lián)網(wǎng)具有精確性、及時性、可識別性、智能化等特點。在實際工作中，主要是通過信息感知裝置來及時掌握設(shè)備的狀態(tài)，進而實現(xiàn)物品的管理和交流，從而解決人員、物品之間的有效溝通問題。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成

從系統(tǒng)的特定架構(gòu)出發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)可以分為3個層次。

（1）感知層。它的主要功能是感知信息。其中，傳感器與控制技術(shù)、射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)、無線通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心技術(shù)，還涉及到了智能節(jié)電、通信協(xié)議研究等新技術(shù)。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。其主要功能是進行數(shù)據(jù)的傳送。這一層次的數(shù)據(jù)管理和信息處理技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心部分，其主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)挖掘、檢索、存儲以及通過感知數(shù)據(jù)進行判斷和行為的實現(xiàn)。

（3）應(yīng)用層。其主要作用是對數(shù)據(jù)進行歸類和管理，以實現(xiàn)對應(yīng)用的全面、特定服務(wù)。這一階段主要是為了發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，通過智能管理和軟件開發(fā)技術(shù)為用戶提供多種應(yīng)用[2]。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)是繼因特網(wǎng)、電腦技術(shù)之后的一項重要技術(shù)，是第3代信息技術(shù)。從1999年開始，到2005年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸流行起來，2009年迅猛發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，其在智能化、感應(yīng)、計算機等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益受到重視，包括遠程環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)檢測、自動駕駛等。

目前，我國的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r如下文所述。一是政府加大了對物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)注力度，并制定了一系列的計劃，以推動其發(fā)展。如“十四五”規(guī)劃中，國家把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)列入新興工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，并不斷完善其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。二是，為推進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)許多大學(xué)紛紛開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)課程，建立了一個科學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)實踐基地，讓學(xué)生深入了解物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)知識和技能，從而提高其應(yīng)用、維護、組建、管理等方面的能力。

2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 傳感和控制技術(shù)

物體的信息感知是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能的重要手段，它必須與傳感器技術(shù)相結(jié)合。傳感器技術(shù)就像一個物品和網(wǎng)絡(luò)之間的中介傳遞轉(zhuǎn)換站，它可以把物品信息轉(zhuǎn)化成物聯(lián)網(wǎng)可辨識的信息。物聯(lián)網(wǎng)是基于計算機的，而目前計算機處理信息的主要對象是數(shù)字信號，因此必須借助傳感器把物體的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后由網(wǎng)絡(luò)接收和處理。傳感器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、食品生產(chǎn)、環(huán)境保護等各個方面，傳感器技術(shù)正朝著小型化、智能化方向發(fā)展，極大地改善了物聯(lián)網(wǎng)的性能[3-5]。

2.2 RFID技術(shù)

RFID技術(shù)包括讀寫器、數(shù)據(jù)處理裝置、RFID電子標(biāo)簽等。通過 RFID技術(shù)實現(xiàn)了對目標(biāo)的快速讀取和寫入，使其能夠?qū)崟r跟蹤和有效管理目標(biāo)。在RFID中，所有的 RFID都是單一的標(biāo)識，因此很容易進行識別，便于管理。

2.3 納米技術(shù)

納米技術(shù)是一種在1～100 nm具有一定結(jié)構(gòu)尺度的材料性能與用途的結(jié)構(gòu)。通過對納米技術(shù)的研究與應(yīng)用，可以讓物件更輕、更高、更堅固。更輕意味著通過納米材料和技術(shù)使傳感器變得更小巧、更輕便；更高是指具有高光、電、磁、熱等性能；更堅固是指具有較高機械強度、韌性等機械性能。

2.4 云計算技術(shù)

云計算是一種新的技術(shù)，它在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)過程中起到了重要作用，可以帶來便利、可靠的互聯(lián)網(wǎng)接入。云計算的優(yōu)勢顯而易見，具有高可靠性、可擴展性、低成本、高通用性等特點。而可靠性的提升，就是利用多個副本的容錯能力，增加節(jié)點的可互換性，從而提升云計算的網(wǎng)絡(luò)安全。可擴展是指能夠動態(tài)擴展云計算的能力，從而擴大了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍。

在云計算的運行期間，企業(yè)無需為管理和維護支付高昂的成本。事實上，云計算的普適性可以有效提高資源的使用效率，這將有助于用戶在云服務(wù)中充分利用其價格優(yōu)勢。普遍性是指云計算為非特定的對象提供了應(yīng)用，因此在“云”的支撐下可以構(gòu)建出多種多樣的應(yīng)用程序，即使是同樣的“云”，也可以支撐多種應(yīng)用程序。

2.5 信息安全技術(shù)

未來的物聯(lián)網(wǎng)既要確保信息實時、高效的傳遞，又要確保安全的通信，因此信息安全技術(shù)就是要確保網(wǎng)絡(luò)的安全。在信息大爆炸的今天，必須認(rèn)真考慮如何確保信息的安全。要從根本上解決物聯(lián)網(wǎng)的信息安全問題，就必須對其進行有效的信息安全管理。

2.6 平臺服務(wù)技術(shù)

2.6.1 M2M平臺

機器對機器（Machine-to-machine，M2M）平臺是一個中間平臺，它的作用是對終端進行管理和監(jiān)測，同時也為相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)、信息的傳輸?shù)确?wù)，同時還可以對終端進行控制，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)利用，并對終端的流量進行監(jiān)測，為終端的遠程維修操作提供了便利。

2.6.2 云服務(wù)平臺

云服務(wù)平臺在云計算技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展，其主要作用就是為各種形式的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提供了統(tǒng)一的商業(yè)展示平臺。在云計算技術(shù)的支持下，將能夠給物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)帶來大量的運算能力和存儲資源，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，大大簡化了整個體系的開發(fā)過程，并通過云計算技術(shù)完成了對信息的分散儲存與并行處理。而隨著物聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展，將會帶來更多的數(shù)字產(chǎn)品與信息，而單一的硬件服務(wù)器已經(jīng)無法滿足人們對信息的需要，必須在云計算平臺上實現(xiàn)應(yīng)用。在未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，隨著云計算技術(shù)的發(fā)展，兩者的結(jié)合將會更加的廣泛，數(shù)據(jù)的收集和處理能力將會得到極大的提高[6,7]。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中存在的問題

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，其經(jīng)濟效益、社會效益得到極大的提高。要加快和推動物聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展，就需要從核心技術(shù)、信息安全、產(chǎn)品研發(fā)等多個方面入手。

3.1 核心技術(shù)有待突破

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)初具規(guī)模，但國內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍處在起步階段。目前，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)傳感器之間的互聯(lián)技術(shù)受到了很大的距離限制，因為它是一種高精度的儀器，需要更好的外部環(huán)境，對周圍的一切都很敏感。物聯(lián)網(wǎng)中所使用傳感器的存儲容量很小，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，需要更多的數(shù)據(jù)存儲和通信能力，而當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)容量已不能滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，將會有更多的傳感器應(yīng)用于信息傳遞，因此必須對傳感器網(wǎng)絡(luò)的中間技術(shù)進行研究和改進。

3.2 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的重要性

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展離不開因特網(wǎng)技術(shù)。由于不同國家的發(fā)展水平以及感應(yīng)裝置技術(shù)水平的不同，很難制定出一套完整的國際標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 信息安全和保護隱私的問題

在當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，個人信息的安全與隱私權(quán)保護非常關(guān)鍵。隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們的工作和生活越來越方便，但同時也對人們的個人信息和隱私提出了更高的要求。這一問題也將極大地影響到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是基于感知技術(shù)的數(shù)據(jù)收集技術(shù)，如果不能對其進行有效的控制，則將會導(dǎo)致信息的自動采集。同時，由于傳感器的識別功能有限，很容易產(chǎn)生無法跟蹤的問題，嚴(yán)重威脅到使用者的隱私權(quán)。但是，由于網(wǎng)絡(luò)具有同源異構(gòu)的特點，使得管理工作很困難，這給保密帶來了困難。另外，隨著企業(yè)的管理和裝備水平的不斷提升，企業(yè)信息化建設(shè)的成本也越來越高。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用前景分析

雖然目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還面臨著一些問題，但是其自身的優(yōu)點卻顯而易見。在各行各業(yè)中運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以為企業(yè)提供更多及時、高效的信息，增強企業(yè)的競爭能力，節(jié)約人力資源，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)訌V泛，其作用也會更加廣泛，未來將被用于下列領(lǐng)域。

4.1 醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)前，我國醫(yī)藥行業(yè)正在經(jīng)歷一個關(guān)鍵時期，傳統(tǒng)的醫(yī)療保障制度已經(jīng)不能滿足時代發(fā)展的需要，也不能滿足人們對健康的需求。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其影響將進一步擴大。尤其是在醫(yī)療設(shè)備管理、醫(yī)療服務(wù)、醫(yī)藥產(chǎn)品管理、遠程醫(yī)療等方面，對于提高醫(yī)院的醫(yī)療質(zhì)量和管理水平有著重要的意義。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了對患者病情的實時記錄、傳輸和處理。與此同時，醫(yī)院與醫(yī)院也能進行信息交換，這將幫助構(gòu)建一個健全的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

4.2 物流行業(yè)方面的應(yīng)用

隨著我國電子商務(wù)的快速發(fā)展，對物流的要求也越來越高。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用是指將商品從供貨商轉(zhuǎn)移到需求轉(zhuǎn)移的整個流程。該流程的實施對提高我國物流企業(yè)的經(jīng)營管理水平具有十分重要的意義。就我國目前的物流產(chǎn)業(yè)來說，企業(yè)信息化水平尚處于初級階段，企業(yè)內(nèi)部缺少一套完整的 IT信息解決方案，無法及時有效地滿足不同客戶的需求。

4.3 節(jié)能減排方面的應(yīng)用

近年來，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，各項建設(shè)都有了很大的成績，但同時也給資源、環(huán)境造成了極大的損失，經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境惡化的矛盾越來越突出，節(jié)能減排與應(yīng)對氣候變化的關(guān)系越來越密切。如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來達到節(jié)能減排的目的，也是目前國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點。

物聯(lián)網(wǎng)是一種集各種尖端科技于一體的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。首先，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的能源節(jié)約系統(tǒng)使傳統(tǒng)的計量方法發(fā)生了變化；電力數(shù)據(jù)被存儲到數(shù)據(jù)庫中，并由以太網(wǎng)向用戶傳送。其次，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了從多個方面、多途徑向用戶供電的智能化節(jié)能系統(tǒng)；智能的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)能系統(tǒng)不但能記錄使用者的用電量，而且還能將使用者的用電量進行實時記錄。另外，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能節(jié)能系統(tǒng)也通過反饋機制實現(xiàn)了節(jié)能，不僅能對電力系統(tǒng)進行橫向、縱向的電力需求分析，而且能對電力系統(tǒng)的實時供電狀況進行實時監(jiān)測。

4.4 電網(wǎng)方面的應(yīng)用

我國電網(wǎng)覆蓋范圍很廣。電力關(guān)系到人們的日常生活，所以對電力系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，保證其正常工作非常重要。而將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到電網(wǎng)的管理中，就能夠建立起智能化的電力監(jiān)控系統(tǒng)，采用多種技術(shù)、傳感器組成自動化、智能化的電路監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，并將其與新的能源技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)對各節(jié)點的實時追蹤。這種方法能有效提高電力系統(tǒng)的資源利用率，同時也能改善電力系統(tǒng)的運行可靠性，實現(xiàn)對電網(wǎng)的實時、科學(xué)管理。

4.5 交通管理方面的應(yīng)用

目前，我國的私人汽車數(shù)量日益增多，使得交通問題日益突出，而我國的交通法規(guī)還不夠完善，存在著許多問題。通過引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，既可以對道路上的路況進行實時追蹤，又可以安裝視頻采集裝置，對各種數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確、全面的收集，以保證社會的穩(wěn)定。

5 結(jié) 論

物聯(lián)網(wǎng)作為一個新的技術(shù)，已經(jīng)深入到了經(jīng)濟和社會的方方面面。在今后的發(fā)展階段，將會起到舉足輕重的作用。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將會在人們的生活中無所不在，引領(lǐng)人們邁向一個更加便捷、人性化、智能化的新時代。