王陸彤菲

（山東省兗州市實驗高級中學，兗州 272100）

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與研究綜述

王陸彤菲

（山東省兗州市實驗高級中學，兗州 272100）

物聯(lián)網(wǎng)是當今社會發(fā)展和創(chuàng)新產(chǎn)生的一項技術(shù)，本文對物聯(lián)網(wǎng)概況、起源與應用以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀等方面展開了論述，并總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)傳感、RFID、通信等關(guān)鍵技術(shù)，及其研究進展和所面臨的各項挑戰(zhàn)，為今后物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進程提供更廣闊的思路。

物聯(lián)網(wǎng)；RFID技術(shù)；發(fā)展；挑戰(zhàn)

1 引言

RFID映射技術(shù)的引入為物聯(lián)網(wǎng)的誕生打下了基礎，1990年已出現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的實踐，但其概念是在1999年被首次提出的。從那時起物聯(lián)網(wǎng)逐漸走入科學領域也漸漸地步入人們的生活。隨著科技的進步物聯(lián)網(wǎng)所涉及到的領域越來越多，并在科學領域以及社會發(fā)展層面具有積極的推動作用，但與此同時物聯(lián)網(wǎng)作為當今時代的新興技術(shù)仍面臨著很多挑戰(zhàn)。因此還需要對其進行更深入的探索。

2 物聯(lián)網(wǎng)概況

當IBM公司于2009年1月23日提出“智慧地球”戰(zhàn)略后，便鋪下了社會對物聯(lián)網(wǎng)的研究探索之路，此后各個領域都在物聯(lián)網(wǎng)這個新興科技上取得了質(zhì)的飛躍，雖然這只是個開始，但物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景卻十分樂觀?；谏漕l識別（RFID）的各種設計產(chǎn)品逐漸問世，豐富生活的同時也提高了生活效率[1]。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)實際上就是基于射頻技術(shù)（RFID）、紅外感應器、GPS、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，通過各種無線和/或有線的長距離和/或短距離通訊網(wǎng)絡連接物聯(lián)網(wǎng)域名實現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M)，最終完成智能化的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，并應用大集成、以及基于云計算的SaaS營運等模式的一種網(wǎng)絡模式[2]。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的起源與應用

2.2.1 起源

施樂公司于1990年推出了網(wǎng)絡可樂販售機，物聯(lián)網(wǎng)的初次實踐成功了。物聯(lián)網(wǎng)的再次提及是在比爾蓋茨的作品《未來之路》（1995）中，但都未引起廣泛重視。直到1999年美國麻省理工學院（MIT）的Kevin Ash-ton教授首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念[3],掀起了各大領域?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)的研究熱潮。

2.2.2 物聯(lián)網(wǎng)的應用

2.2.2.1 基本應用模式

（1）對象的智能標簽。即通過二維碼RFID技術(shù)來實現(xiàn)不同的個體的區(qū)分。例如如今我們市場上廣泛利用的智能卡、條形碼等大多就是利用這個技術(shù)來識別并獲取信息的，此外還有各種中小學學籍卡如今也是通過二維碼掃描來查詢信息。此技術(shù)在網(wǎng)絡當中的作用也不容小覷：各種信息儲存、檢索都是通過這種技術(shù)完成的。

環(huán)境監(jiān)控和對象跟蹤。即通過多種類型傳感器建立傳感器網(wǎng)絡，同樣也可以通過此模式來實現(xiàn)對某個路況甚至某個地點進行實時狀態(tài)的獲取和所設定對象行為的監(jiān)控，例如對空氣中PM2.5值的監(jiān)控、對路段擁堵狀況的顯示、對各公共場所分貝的顯示等。

（2）對象的智能控制。物聯(lián)網(wǎng)通過大量的數(shù)據(jù)計算以及對智能網(wǎng)絡的使用，可以依據(jù)傳感器網(wǎng)絡通過獲取的數(shù)據(jù)進行判斷來控制對象完成所要求的任務，此種模式目前在家居方面應用較多，同樣也可以根據(jù)車流量來控制紅綠燈間隔。

物聯(lián)網(wǎng)可以在各個行業(yè)各個領域都得以充分利用，可以利用嵌入式芯片將這種傳感器放入各種物件中，同時可以實現(xiàn)將“物”與“物”通過互聯(lián)網(wǎng)完美地整合連接起來，接著再通過大數(shù)據(jù)進行分析、加工、傳送等來完成一系列的控制行為。在這種新興科技的基礎上人類可以用更精準便捷的方式來經(jīng)營管理生活以及幫助生活質(zhì)量的提高，減少資源使用，提高生產(chǎn)力，共建“智慧地球”。

2.2.2.2 應用案例

（1）防入侵系統(tǒng)。上海浦東國際機場中的防入侵系統(tǒng)首次使用了物聯(lián)網(wǎng)傳感器產(chǎn)品。系統(tǒng)總共放置了3萬多個傳感節(jié)點，全方面鋪設開以防止外來入侵。

（2）路燈控制系統(tǒng)。濟南園博園中所有的功能性照明都是采用ZigBee無線路燈照明節(jié)能環(huán)保技術(shù)來控制的。

（3）首家高鐵物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用中心。2010年6月，蘇中科技城的科技支持下，高鐵物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了首次應用。據(jù)工作人員介紹，購票方式變得更加人性化、多樣化，旅客們擺脫了擁擠的車站購票方式。與地鐵相類似的檢票方式也可加快通過速度[4]。

3 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)就是包含了傳感技術(shù)、RFID技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、通信技術(shù)、信息安全技術(shù)等的一種新興科技。

3.1 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)基于傳感器、大規(guī)模無線傳感網(wǎng)絡，進行綜合智能處理的技術(shù)，眾所周知，傳感技術(shù)也是計算機應用當中的關(guān)鍵技術(shù)。傳感器是一種能感受到被測量信息的檢測裝置。并能夠通過傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制已經(jīng)過檢測的信息，是自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)[5]。

3.2 RFID技術(shù)射頻識別

RFID標簽是傳感器技術(shù)之一，RFID技術(shù)是嵌入式技術(shù)和無線射頻技術(shù)的結(jié)合體，RFID在自動識別中也有著廣闊的前景[6]。

3.3 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是綜合了集成電路技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機軟硬件、電子應用技術(shù)的一項復雜技術(shù)。近年來嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的應用較為廣泛：智能手機，C/D,甚至航天航空的衛(wèi)星系統(tǒng)也會用到嵌入式技術(shù)。這種嵌入式技術(shù)隨處可見，也正是這種技術(shù)被廣泛的運用在新興產(chǎn)業(yè)中，不斷推動著科技的發(fā)展[6]。

3.4 無線通信技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的最終發(fā)展形態(tài)必定具有“泛在網(wǎng)絡”的特點,使得人們無論何時何地都能夠保持與目標對象間的通信。由此看來,無線通信技術(shù)的重要性是不容忽視的。而目前物聯(lián)網(wǎng)所涉及的一些核心技術(shù)中也綜合了無線通信技術(shù),無線通信技術(shù)的應用實現(xiàn)了對物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想，使低成本和易于實現(xiàn)成為了可能[7]。

3.5 信息安全技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的應用中不可避免的會涉及到信息的存儲與傳輸，因此信息安全技術(shù)也是不可缺少的[8]。一個完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)必須確保用戶信息的安全性，避免潛在的安全隱患。

4 物聯(lián)網(wǎng)的研究進展與挑戰(zhàn)

4.1 國內(nèi)外研究進展

中科院在1999年開始了對傳感網(wǎng)的相關(guān)研究，并于2001年成立了微系統(tǒng)研究與發(fā)展中心。至今已在RFID技術(shù)、無線智能傳感器網(wǎng)絡通信技術(shù)等眾多物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上取得了不小的成就，也逐步完善了各項技術(shù)功能。

2009年8月，溫家寶總理曾指出，物聯(lián)網(wǎng)將成為國家經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略支柱之一。2010年3月十一屆全國人大三次會議上將“物聯(lián)網(wǎng)”首次寫入政府工作報告。2012年2月14日，工信部正式發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)‘十二五’發(fā)展規(guī)劃》表明計劃在2020年前投入3．86萬億元資金用于物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)[9]。

外國很多大學在無線傳感器網(wǎng)絡方面開展了大量工作。如加州大學洛杉磯分校的NESL、LECS及CENS等實驗室。奧本大學和麻省理工學院也展開了自組織無線傳感器網(wǎng)絡的相關(guān)研究，并成功開發(fā)了一系列實驗系統(tǒng)。賓漢頓大學成立了計算機系統(tǒng)研究實驗室，對傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的應用層設計、移動自組織網(wǎng)絡協(xié)議展開了相關(guān)研究。新加坡國立大學的無線傳感器網(wǎng)絡實驗室等也開展了無線傳感器網(wǎng)絡方面的研究[10]。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

科學的進步為我們帶來了物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)同時也促進了科學的發(fā)展。隨著社會的進步和發(fā)展，人們對于網(wǎng)絡的依賴性也隨之增強。物聯(lián)網(wǎng)為我們的生活帶來了便捷，但對于網(wǎng)絡安全性的要求也越來越迫切。大到軍事領域、醫(yī)學領域、航空領域等，小到與我們生活息息相關(guān)的通信、出行、個人信息等等，無一不與網(wǎng)絡信息相關(guān)，如果網(wǎng)絡的安全性受到了攻擊，那將面臨著極大的危害。

目前，物聯(lián)網(wǎng)是武器化DDoS的主要途徑。2016年，網(wǎng)絡黑客利用物聯(lián)網(wǎng)僵尸網(wǎng)絡，對用戶群體發(fā)起攻擊，也包括大規(guī)模DDoS攻擊。我們的生活離不開汽車及醫(yī)療設備等工具的使用，因此，黑客針對越來越多的機器和傳感器采用贖金的方式進行攻擊。但人們?yōu)榱四苤匦率褂弥T如恒溫器或調(diào)解心跳的起搏器，會以贖金的方式進行修復，但受害者支付贖金任然可能導致反復攻擊。物聯(lián)網(wǎng)設備采用共享IP地址和不常見的操作系統(tǒng)，不容易輕易被識別，因此，它不僅會成為受到攻擊的目標，同時也可成為網(wǎng)絡安全事故的肇事者。物聯(lián)網(wǎng)作為最終端點，數(shù)年內(nèi)可能會陷入無法控制的狀態(tài)。

預計到2020年，物聯(lián)網(wǎng)設備將達200億臺。因此，越來越多的惡意用戶會實施更加頻繁、更具毀壞性的攻擊。面臨著這些新的威脅，技術(shù)人員以及消費者應提高對其的防御意識。完善的安全監(jiān)管對于電力、熱力、公共交通、醫(yī)療衛(wèi)生、物流等行業(yè)所采用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設備的保護起到至關(guān)重要的作用。為了免受黑客破壞性的攻擊，各個相關(guān)組織機構(gòu)必須自身采取強有效的保障措施，如采取設備指紋識別方式、人臉識別等多種屬性識別設備的方式，來彌補只有采用IP地址才能創(chuàng)建行為和信用的弊端。2018年及以后，物聯(lián)網(wǎng)將引入新安全措施，包括設備識別、自動化監(jiān)管和可用性。安全的物聯(lián)網(wǎng)平臺才能保障物聯(lián)網(wǎng)的長期成功運作以避免災難的發(fā)生[11]。

我們不僅要關(guān)注到網(wǎng)絡設備系統(tǒng)的安全性，同時更要將網(wǎng)絡的各種方式進行更為詳細和完整的評估。有句話叫知己知彼才能百戰(zhàn)百勝，我們要詳細了解并找到網(wǎng)絡中的各項風險節(jié)點，找出各項不安全的因素，詳細制定各項針對性的安全防護措施，才能防范于未然，消除各項不安全的因素對于物聯(lián)網(wǎng)的攻擊，更好的保障國家的網(wǎng)絡設施健康穩(wěn)定的發(fā)展，能更好的造福于人類。

5 結(jié)束語

互聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)趨于成熟，但是其技術(shù)創(chuàng)新的任務任重道遠，我們現(xiàn)處在創(chuàng)新的關(guān)鍵階段，而物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及推廣會對互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到推動的作用。隨著人們對于物聯(lián)網(wǎng)的認知越來越明確，對于物聯(lián)網(wǎng)的需求越來越強烈，對于物聯(lián)網(wǎng)的安全越來越迫切，還有更多的機器自動處理問題、智能服務問題、網(wǎng)絡安全問題等學術(shù)研究等著我們?nèi)ヌ魬?zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)的推廣使用，對互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展提出了更詳盡的需求，也為互聯(lián)網(wǎng)的革新注入了新的活力。而解決此前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中遇到的智能服務問題、自動處理的語義問題等，也被再次提上日程。

在目前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵階段,希望有更多的專業(yè)技術(shù)人員能夠從事關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的研究探索,為我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新奠定理論基礎.希望本文能夠吸引更多的年輕人對物聯(lián)網(wǎng)進行更加深層次的研究[12]。

[1] liu55272153．物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀綜述_百度文庫[EB/OL].https://wenku.baidu.com/view/9fac10bf960590c69ec37681.html,2011-06-27/2017-08-18.

[2] 百度．百度百科[EB/OL].https://baike.baidu.com/item/物聯(lián)網(wǎng)概念#reference-[1]-2911674-wrap,2016-06-23/2017-08-18.

[3] 搜狗．搜狗百科[EB/OL].http://baike.sogou.com/v5735926.htm?fromTitle=物聯(lián)網(wǎng), 2017-06-06/2017-08-18.

[4] 潔心無憂．物聯(lián)網(wǎng)的應用案例_百度文庫[EB/OL].https://wenku.baidu.com/view/80fb49215901020207409c3e.html,2011-08-12/2017-08-18.

[5] 王堯．物聯(lián)網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J]．軟件導刊，2010, 09(10):147-148

[6] 歐陽思韻．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應用[EB/OL].http://www.360doc.com/conte nt/12/1230/12/7547833_257131727.shtml,2012-12-30/2017-08-18.

[7] 胡向東，鄒洲，敬海霞等．無線傳感器網(wǎng)絡安全研究綜述[J]．儀器表學報，2006, 27(6):307-311

[8] 胡向東．物聯(lián)網(wǎng)研究與發(fā)展綜述[J]．數(shù)字通信，2010, 37(2):17-21

[9] 杜經(jīng)緯，李海濤，梁濤．國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀及展望[J]．世界科技研究與發(fā)展，2013, 35(3)

[10] 物流產(chǎn)品網(wǎng)．國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究進展[EB/OL].http://www.56products.com/News/2009-12-1/87HDIJ5444JGJ1C125.html,2009-12-1/2017-08-18.

[11] 科技潮人．贖金攻擊/PDoS威脅 2017年物聯(lián)網(wǎng)安全還將面臨哪些挑戰(zhàn)？-OFweek物聯(lián)網(wǎng)[EB/OL].http://iot.ofweek.com/2016-11/ART-132209-8130-30068549.html,2016-11-19/2017-08-18.

[12] 沈蘇彬，林闖．物聯(lián)網(wǎng)研究的機遇與挑戰(zhàn)[J]．軟件學報，2014, 25(8):1621-1624

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.10.021

TN92，TN96，TN91文獻標示碼：A

1672-7274（2017）10-0055-03