吳文博，劉依卓

（國家無線電監(jiān)測中心哈爾濱監(jiān)測站，黑龍江 哈爾濱 150010）

1 物聯網的發(fā)展概述

物聯網（Internet of Things， IoT），其概念最早是由比爾·蓋茨于1995年在《未來之路》一書中首次提出；1998年美國的麻省理工學院創(chuàng)造性的提出了當時被稱作EPC系統(tǒng)的“物聯網”構想，其下屬的Auto-ID中心更是于1999年首次提出了建立在物品編碼、RFID和互聯網基礎上的“物聯網”概念；2005年國際電信聯盟（ITU）發(fā)布《ITU互聯網報告2005：物聯網》，正式將“物聯網”稱為“the Internet of Things”，并對物聯網概念進行了擴展，提出了任何時刻、任何地點、任意物體之間互聯，無所不在的網絡和無所不在的計算等發(fā)展愿景。

隨著電子與信息技術的不斷發(fā)展，如今的“物聯網”更被認為是利用各類傳感器、射頻識別技術、全球定位技術、紅外感應器等裝置設備，采集所需要的聲、光、電等數據信息，并利用各類通信和網絡協(xié)議，實現物與物、物與人之間信息的傳輸與交換，具有互聯互通功能的一種網絡。2020年是5G的商用元年，5G極大地促進了物聯網技術的發(fā)展與應用， 但物聯網也在網絡安全、數據處理與存儲、個人隱私保護等方面存在著諸多問題和不足，需要進行深入的探討和研究。

2 物聯網的技術與應用

2.1 物聯網的主要技術

（1）RFID技 術：射 頻 識 別（Radio Frequency Identification， RFID），是一種利用無線電波進行信息交換與存儲的技術，通過無線射頻來對電子標簽進行讀寫，以達到自動識別目標以及信息交換目的。RFID系統(tǒng)通常由讀寫器、電子標簽與數據管理系統(tǒng)組成，其工作原理一般是由讀寫器在一定范圍內發(fā)送無線電射頻信號，當電子標簽接收到讀寫器所發(fā)射的無線電信號時，就會利用感應電流所獲得的能量（無源RFID），或者主動發(fā)送無線電信號（有源RFID）將標簽芯片內所存儲的產品信息發(fā)送出去，讀寫器接收到電子標簽所發(fā)射的信息并解碼后，再將這些數據信息反饋至數據管理系統(tǒng)進行數據處理。

（2）傳感器網絡技術：傳感器網絡是由各種各樣的傳感器節(jié)點所組成，用以進行信息的收集、傳輸和處理的網絡系統(tǒng)。作為物聯網感知和獲取數據信息的重要手段，傳感器網絡在物聯網中發(fā)揮著極為重要的作用。

（3）嵌入式系統(tǒng)技術：嵌入式系統(tǒng)一般是用戶針對特殊需求而定制的，能夠被內部計算機控制的設備或系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)往往結合了計算機技術、通信技術以及自動化技術，使得傳統(tǒng)的機電產品智能化，并具有故障診斷、自動報警以及信息傳輸和遠程控制等多種功能，用以實現產品使用與管理的信息化、智能化。由于嵌入式系統(tǒng)體積小、功能強且成本較低等，使其廣泛應用于智能家居、車聯網等領域。

（4）無線通信技術：物聯網中應用的無線電通信技術分為短距離通信技術與廣域網通信技術兩類：短距離通信技術主要有Zigbee、Wi-Fi、藍牙等通信技術，適用于區(qū)域范圍較小、連接設備較少的場景；廣域網通信技術主要有LoRa、NB-IoT、4G 等技術，適用于區(qū)域范圍較廣、數據量較大、連接設備較多、使用地區(qū)偏遠的場景。無線電通信技術在物聯網中的廣泛應用，使得“物與物”“物與人”之間的信息傳輸成為了可能。

2.2 物聯網的主要應用

（1）消費性物聯網：主要面向車聯網、智能家居、智能穿戴設備等消費性應用。如可以利用藍牙和Wi-Fi將智能家居設備組網，利用智能手機上的客戶端可以發(fā)現并控制同一網絡中的智能家居設備，而利用某些智能音響的語音識別功能，可以對智能家居設備進行語音控制。在車聯網中主要利用傳感器網絡技術、無線電通信技術，以實現車輛控制臺與周圍環(huán)境信息的動態(tài)交互，最終目的是實現汽車的自動駕駛功能。智能穿戴設備可以對人們的各類運動以及心率、血氧等生理指標信息進行實時監(jiān)測和統(tǒng)計，并利用藍牙技術將所收集到的信息傳送至手機端，以便于信息的處理與統(tǒng)計。

（2）生產性物聯網：主要是指物聯網在傳統(tǒng)的工業(yè)、農業(yè)等領域中的融合與應用。其能夠利用各類傳感器和控制器實現工業(yè)生產環(huán)節(jié)中各類信息的收集與流程的監(jiān)控，并通過通信與網絡協(xié)議將生產設備與互聯網相連接，實現各生產環(huán)節(jié)中信息的傳輸與交換，從而實現工業(yè)生產管理的智能化、信息化，最終提高工廠生產效率。

3 5G技術對物聯網發(fā)展的重要作用

3.1 5G移動通信的技術特點

5G技術的發(fā)展能夠為物聯網提供高速的移動通信網絡服務，以滿足物聯網對于遠程控制和高速網絡信息傳輸的需要。國際電信聯盟（ITU）定義了5G的三大類應用場景：增強移動寬帶（eMBB）、超高可靠低時延通信（uRLLC）和海量機器類通信（mMTC）；eMBB主要面向移動互聯網用戶，即以“人”的需求為中心，并為之提供高速、便捷的移動網絡服務；uRLLC主要面向工業(yè)控制、自動駕駛、遠程醫(yī)療等對于網絡的時延和可靠性有較高要求的物聯網行業(yè)應用，以實現“人”與“物”之間進行信息的高速傳輸；mMTC主要面向智慧城市、智能家居等以傳感器和數據采集為目標的應用需求，海量的信息數據在眾多的“物”與“物”之間進行采集和傳輸， 組成了一個大規(guī)模的物聯網絡。

3.2 5G技術對物聯網發(fā)展的推動作用

5G對物聯網的發(fā)展具有積極的推動作用。盡管，當前的物聯網行業(yè)所使用的無線電通信技術已經能夠滿足智能家居、工業(yè)物聯網等絕大多數物聯網場景的應用，但現有的無線電通信技術還難以達到5G的傳輸速率以及其所連接的設備規(guī)模。5G技術應用于物聯網中，一方面能夠為物聯網行業(yè)應用提供高速率、低時延的通信網絡，以滿足車聯網、遠程醫(yī)療等對于網絡速率與可靠性具有較高要求的物聯網應用場景；另一方面隨著5G網絡覆蓋范圍的不斷擴大及其所接入的物聯網設備的增加，也為智慧城市的建設以及實現工業(yè)物聯網、無人機的遠程控制供了必要的通信技術條件。

4 5G背景下物聯網發(fā)展所面臨的問題與挑戰(zhàn)

4.1 物聯網安全所面臨的風險

（1）物聯網設備安全：一方面，物聯網中所應用的設備往往具有較長的使用周期，這使得廠家可能不在生產該設備或停止對其軟件服務的更新，這也意味著相應的漏洞不會被更新，從而增加了物聯網設備被攻擊的風險。另一方面，物聯網由不同的感知節(jié)點組成，這些感知節(jié)點的資源空間有限，無法進行復雜的算法加密以及像臺式機一樣安裝殺毒軟件，處在無人監(jiān)管的環(huán)境下，感知節(jié)點很容易遭受安全攻擊。

（2）物聯網信息傳輸安全：RFID系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器、天線和計算機系統(tǒng)等部分組成，在利用無線電射頻的方式在讀寫器和電子標簽之間進行非接觸雙向數據傳播，由于讀寫器讀取標簽中信息是通過無線射頻信號，無線射頻信號無法區(qū)分讀寫器是否合法，一旦其自身發(fā)射的頻率與攻擊者發(fā)出的頻率相吻合，攻擊者就可以在電子標簽所有者不知情的情況下對標簽進行讀取，也就造成了相關信息的泄露。眾所周知，物聯網相應設備往往使用2.5G/5.8G開放頻率的無線電信道，這類開放信道很容易被堵塞、竊聽和破壞，從而造成相應的安全性風險。對于智能家居、工業(yè)物聯網等應用場景而言，其所使用的攝像頭、監(jiān)控設備往往會收集和處理大量的數據信息，這些信息可能會涉及用戶的個人隱私以及商業(yè)機密，一旦被不法分子所利用，會給物聯網用戶帶來巨大的損失并造成惡劣的影響。

4.2 5G技術應用所帶來的新挑戰(zhàn)

首先，使用5G通信技術需要對現有物聯網設備的通信模塊進行升級，從而提高了物聯網設備的生產成本。在物聯網應用場景中，往往存在著大量的物聯網設備，不同的物聯網設備之間通過相應的通信或網絡協(xié)議進行連接，使彼此之間能夠進行數據信息的傳輸，而升級新的通信模塊，可能導致各設備之間通信不暢，進而造成物聯網用戶的損失以及成本的提高。

其次，5G通信技術升級對物聯網設備處理海量數據的能力提出了更高的要求。物聯網中應用5G 通信技術，能夠有效提升網絡信息傳輸的速率并接入大量的物聯網設備，同時高速的通信網絡與大量的物聯網設備會產生海量的數據需要進行處理，而對于使用體積小、功耗低且成本低廉的嵌入式系統(tǒng)技術的物聯網設備而言，本身并不具有高效處理海量數據的能力。

最后，5G通信技術應用于物聯網中，意味著物聯網設備在使用公共網絡進行信息傳輸，隨著接入用戶量的增多，也使得原本安全防護能力薄弱的物聯網面臨著更高的安全性風險。

5 結束語

極大地推動了物聯網的發(fā)展，但也帶來了成本增加、網絡與信息安全等一系列問題。相信隨著5G 技術與相關產業(yè)的不斷發(fā)展，相關芯片與通信模塊的價格也會不斷降低，物聯網設備安全防護與處理海量數據的能力也會不斷提升，而隨著5G網絡覆蓋范圍的不斷擴大，物聯網應用場景也一定會有更為廣闊的發(fā)展空間。