李?lèi)?ài)軍 李晉瑤

摘 要： 近年來(lái)，我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)方面的研究取得了一定的成績(jī)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為未來(lái)經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)的定義、原理和技術(shù)架構(gòu)等基本概念，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并提出了目前存在的一些問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng) 信息化 信息采集 RFID

一、物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展現(xiàn)狀

1.物聯(lián)網(wǎng)的起源

物聯(lián)網(wǎng)的使用最早可追溯至1990年。美國(guó)施樂(lè)公司發(fā)明了第一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)上用于販賣(mài)可樂(lè)的販?zhǔn)蹤C(jī)——Networked Coke Machine，并正式投入了使用，這標(biāo)示著物聯(lián)網(wǎng)由理論正式投入實(shí)踐。1991年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的教授Kevin Ashton第一次提出“物聯(lián)網(wǎng)”的相關(guān)概念。1995年，微軟前董事長(zhǎng)Bill Gate在其所著的《未來(lái)之路》一書(shū)中再一次對(duì)“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念進(jìn)行闡述。但由于當(dāng)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)還沒(méi)有廣泛使用，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)并不完善，硬件、傳感器等設(shè)施尚未完全發(fā)展起來(lái)，因此并沒(méi)有引起人們的廣泛關(guān)注和重視。1999年，在美國(guó)召開(kāi)的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議中，人們將“傳感網(wǎng)”這一技術(shù)稱(chēng)之為“21世紀(jì)人類(lèi)面臨的重要發(fā)展機(jī)遇”，并對(duì)其進(jìn)行較詳盡的解釋。2003年，美國(guó)麻省理工學(xué)院主辦的《技術(shù)評(píng)論》將傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)稱(chēng)之為“未來(lái)改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首”。2005年，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS）上，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，報(bào)告中正式提出“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念。自此物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍發(fā)生很大變化，覆蓋范圍也有極大的擴(kuò)展。從此之后所謂的物聯(lián)網(wǎng)不再局限于RFID技術(shù)方面，其連接擴(kuò)展到人與物和物與物的溝通等方面。奧巴馬在就任美國(guó)總統(tǒng)之后一直對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展極其關(guān)注。2009年，他召集美國(guó)工商業(yè)的領(lǐng)袖舉行一次“圓桌會(huì)議”，作為會(huì)上僅有的兩名代表之一，IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念。彭明盛建議新政府大力投資包括RFID在內(nèi)的新一代智慧型基礎(chǔ)設(shè)施，從而促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。同年，美國(guó)將新能源和物聯(lián)網(wǎng)列為振興經(jīng)濟(jì)的兩大重點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)從此作為公認(rèn)的促進(jìn)科技發(fā)展、尋找經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)的有效途徑而存在，得到社會(huì)各界的高度重視。

2.物聯(lián)網(wǎng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

自進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)與世界上一些其他國(guó)家相繼開(kāi)展了對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究。1999年，中國(guó)科學(xué)院?jiǎn)?dòng)對(duì)傳感網(wǎng)的研究計(jì)劃。2006年，我國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)布《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》，該綱要涉及很多與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的內(nèi)容，在介紹物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概念的同時(shí)還將之作為重大專(zhuān)項(xiàng)及重要領(lǐng)域提出。2009年，我國(guó)工業(yè)和信息化部部長(zhǎng)李毅中在《科技日?qǐng)?bào)》上發(fā)表一篇題名為《我國(guó)工業(yè)和信息化發(fā)展的現(xiàn)狀與展望》的署名文章，其中公開(kāi)提及“傳感網(wǎng)絡(luò)”這一概念，并將之歸納為“戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)”。同年8月，移動(dòng)總裁王建宙在訪問(wèn)臺(tái)灣期間對(duì)“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念進(jìn)行了詳盡解釋。同年，總理同志前往無(wú)錫考察，在當(dāng)?shù)貙?duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提出了三大要求：其一，在國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)中加快推進(jìn)傳感網(wǎng)的發(fā)展；其二，盡快將我國(guó)獨(dú)立的傳感信息中心建立起來(lái)；其三，將傳感系統(tǒng)與3G中的TD技術(shù)相結(jié)合。這三點(diǎn)要求對(duì)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。2010年5月，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合工作組正式成立。迄今為止，我國(guó)完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系已基本形成，在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等方面與國(guó)外已不再存在普遍差距，但在集成服務(wù)、高端軟件等方面的發(fā)展仍然相對(duì)滯后。與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的服務(wù)行業(yè)、通信行業(yè)均已經(jīng)起步并逐步走向世界先進(jìn)行列。RFID、敏感元件、傳感器等產(chǎn)業(yè)已在京、滬、粵等較發(fā)達(dá)的區(qū)域充分?jǐn)U展。

在美國(guó)，為了使本國(guó)經(jīng)濟(jì)盡快走出低谷，奧巴馬政府極力推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)工作，奧巴馬甫上任便將IBM首席執(zhí)行官彭明盛提出的“智慧地球”戰(zhàn)略構(gòu)想納入國(guó)家戰(zhàn)略體系。奧巴馬政府將物聯(lián)網(wǎng)視之為化解經(jīng)濟(jì)危機(jī)、提升競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵所在。在歐盟，其委員會(huì)近幾年來(lái)一直致力于鼓勵(lì)和促進(jìn)各種與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為了使歐盟在未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)作用，歐盟委員會(huì)在2009年提出了所謂的《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》。在計(jì)劃中展示了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用前景，提出了包括管理、隱私及數(shù)據(jù)的保護(hù)、潛在危險(xiǎn)、關(guān)鍵資源、“芯片沉默”的權(quán)利、研究、創(chuàng)新、管理機(jī)制、公私合作、國(guó)際對(duì)話、標(biāo)準(zhǔn)化、環(huán)境為題、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和進(jìn)展監(jiān)督等在內(nèi)的14項(xiàng)內(nèi)容。在日本，從20世紀(jì)90年代起其政府為了推動(dòng)國(guó)家信息化陸續(xù)提出e一Japan，u一Japan，i一Japan等多項(xiàng)國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略，其中u一Japan，i一Japan兩項(xiàng)戰(zhàn)略則與物聯(lián)網(wǎng)息息相關(guān)。在韓國(guó)，其政府從20世紀(jì)90年代開(kāi)始便出臺(tái)了一系列對(duì)國(guó)家信息化發(fā)展有利的政策，與此同時(shí)韓國(guó)電子通信研究院還在2006年設(shè)立推動(dòng)RFID發(fā)展的專(zhuān)門(mén)項(xiàng)目。

二、物聯(lián)網(wǎng)的基本定義和體系結(jié)構(gòu)

1物聯(lián)網(wǎng)的定義

所謂物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things），又被稱(chēng)為傳感網(wǎng)。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)即“實(shí)現(xiàn)物物相連的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)”，是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上利用射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描儀等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議將互聯(lián)網(wǎng)與任何物品連接起來(lái)，彼此之間進(jìn)行信息交換和通訊，從而實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)測(cè)、管理等功效的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的定義包含兩層內(nèi)涵：其一，物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展，其核心和基礎(chǔ)仍然是傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)；其二，物聯(lián)網(wǎng)的用戶(hù)端已經(jīng)延伸和擴(kuò)展到現(xiàn)實(shí)中存在的物品，使物品之間進(jìn)行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)將新一代IT技術(shù)與各行業(yè)結(jié)合起來(lái)，具體來(lái)說(shuō)，就是將感應(yīng)器嵌入到各個(gè)物體之中，從而將物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)整合在一起，最終實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)與系統(tǒng)的整合。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為新科技的代表被廣泛運(yùn)用于許多領(lǐng)域之中。

2.物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)主要可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

所謂感知層，可以比喻成物聯(lián)網(wǎng)的五官和皮膚：其主要由各種傳感器及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)的任務(wù)是對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別，采集各種信息并進(jìn)行智能化辨識(shí)，與人體結(jié)構(gòu)中皮膚和五官的功能十分相似。物聯(lián)網(wǎng)感知層解決的問(wèn)題主要集中在數(shù)據(jù)獲取這一方面，其所獲取的包括物理世界和人類(lèi)世界中廣泛的數(shù)據(jù)。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)的最底層，作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)而存在。感知層具有十分重要的作用，一般來(lái)說(shuō)，感知層包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)短距離傳輸這兩方面的功能，即首先通過(guò)傳感器、掃描儀、攝像頭等設(shè)備對(duì)外部世界的數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛地采集，然后通過(guò)紅外、藍(lán)牙、WIFI等短距離的有線或無(wú)線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)就地處理或者傳送到網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)層可以比喻成物聯(lián)網(wǎng)的中樞大腦，其主要功能是信息的傳遞與處理。信息處理平臺(tái)包括各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、信息處理中心和計(jì)算機(jī)平臺(tái)等。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)將感知層獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相對(duì)而言較長(zhǎng)距離的傳輸。但不可不說(shuō)的是，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在很多方面并不能滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)的需求，仍需要長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展和不斷融合擴(kuò)展。

應(yīng)用層的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)信息的處理和決策，將獲取到的信息進(jìn)行更好地利用。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與各行業(yè)的深入結(jié)合。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)用層將網(wǎng)絡(luò)層傳輸而來(lái)的信息進(jìn)行深入分析和處理，并且通過(guò)各種設(shè)備與用戶(hù)進(jìn)行交互——這一層也可以按照其形態(tài)分為應(yīng)用程序?qū)雍徒K端設(shè)備層兩個(gè)子層。應(yīng)用程序?qū)迂?fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，使獲取而來(lái)的信息跨行業(yè)、跨系統(tǒng)得到最充分使用。而終端設(shè)備層則負(fù)責(zé)人機(jī)的交互及與應(yīng)用程序相連的設(shè)備對(duì)人的反饋，最終實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的主要原理如下圖所示。

圖 物聯(lián)網(wǎng)原理圖

三、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

目前所知的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要可歸納為信息感知、信息通訊、信息處理、信息安全四個(gè)方面。而在目前，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)注熱點(diǎn)主要集中在傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、云計(jì)算等領(lǐng)域。

1.傳感器技術(shù)

傳感器是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)單元，在物聯(lián)網(wǎng)中作為感知耳目而存在，除了負(fù)責(zé)獲取相關(guān)信息之外，還能對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)能夠做出實(shí)時(shí)有效的反應(yīng)，并對(duì)其他單元發(fā)出信號(hào)。傳感器在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87中被定義為“按照一定的規(guī)律感受規(guī)定的被測(cè)量，轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由轉(zhuǎn)換元件和敏感元件組成”。即傳感器作為一種感受信息的感測(cè)設(shè)備存在，并且將監(jiān)測(cè)而來(lái)的信息按照一定規(guī)律進(jìn)行變換，最終轉(zhuǎn)化成為電子信號(hào)或者其他能夠滿(mǎn)足傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄、控制要求的信息，并且輸出信息。傳感器在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面具有極其重要的作用，具有數(shù)字化、智能化、微縮化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)。因?yàn)橛辛藗鞲衅鞯拇嬖冢藗儾拍軓V泛獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中的信息，為物聯(lián)網(wǎng)的廣泛使用和發(fā)展提供依據(jù)。

2.RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）即射頻識(shí)別，在社會(huì)生活中一般以電子標(biāo)簽、電子晶片、電子條碼、感應(yīng)卡、非接觸卡等形式存在。通常來(lái)說(shuō)，一套完整的RFID系統(tǒng)由閱讀器和應(yīng)答器兩部分組成——閱讀器負(fù)責(zé)將特定頻率的無(wú)線電波發(fā)送至應(yīng)答器，而應(yīng)答器則在其驅(qū)動(dòng)之下將內(nèi)部的ID碼回饋至閱讀器。在當(dāng)前，RFID因其安全性高、無(wú)法復(fù)制的特點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于防盜器、停車(chē)場(chǎng)、自動(dòng)化生產(chǎn)線、門(mén)禁管制、超市等地點(diǎn)。

3.云計(jì)算

所謂云計(jì)算（cloud computing），是一種基于互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云計(jì)算是商業(yè)化的超大規(guī)模分布式計(jì)算技術(shù)。用戶(hù)可以通過(guò)已有網(wǎng)絡(luò)將需要的龐大計(jì)算處理程序自動(dòng)分拆為無(wú)數(shù)個(gè)較小的子程序，再交由多部服務(wù)器組成的更龐大的系統(tǒng)，經(jīng)搜尋、計(jì)算、分析之后將處理的結(jié)果回傳給用戶(hù)。智能處理是物聯(lián)網(wǎng)的特征之一，云計(jì)算的超大規(guī)模、虛擬化、多用戶(hù)、高可靠性、高可擴(kuò)展性等特點(diǎn)正是物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；⒅悄芑l(fā)展所需的。采用云計(jì)算技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)信息存儲(chǔ)資源和計(jì)算能力的分布式共享，為海量信息的高效利用提供支撐。

四、結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的應(yīng)用范圍非常廣泛，擁有龐大的潛在市場(chǎng)。在不久的將來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)必將掀起信息產(chǎn)業(yè)的浪潮，成為未來(lái)經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。目前對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究尚處于起步階段，在技術(shù)上面仍存在許多難點(diǎn)和問(wèn)題，物聯(lián)網(wǎng)研究和開(kāi)發(fā)人員必須分階段、有計(jì)劃地開(kāi)展相關(guān)研究和開(kāi)發(fā)工作，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速有序地發(fā)展。