陳 怡

（中國信息通信研究院西部分院 重慶 401336）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎并圍繞互聯(lián)網(wǎng)進行擴展與延伸的技術。它是利用大量的傳感技術與互聯(lián)網(wǎng)的結合，建立了一個更為精密的網(wǎng)絡，使信息能夠快速準確地傳輸。現(xiàn)如今，物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展與應用已經(jīng)成了世界各國科技發(fā)展的關注焦點。但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術在各行業(yè)、各領域中不斷的應用，隨之也產(chǎn)生一系列問題。所以，物聯(lián)網(wǎng)能否真正掀起時代進步的浪潮，仍需要開發(fā)人員與各行業(yè)專家投入更多的研究與關注[1]。

1 物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)(loT)的定義最早是由美國麻省理工學院（MIT）的Kevin Ash-ton教授在1991年提出的。直到1999年，才由美國麻省理工學院正式建立出“自動識別中心（Auto-ID）”，提出“萬物皆可通過網(wǎng)絡互聯(lián)”，闡明了物聯(lián)網(wǎng)的基本含義[2]。通常來講，物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)具有高靈敏度、高可靠性和高連接性3個特點。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)共由5個層級構成，分別為應用層、平臺層、傳輸層、感知層以及支撐層[3]。通信擴展子層通過通信終端將物理實體直接連接到傳輸層和應用層。傳輸層依靠電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息的傳輸、路由與控制。應用層包括為物聯(lián)網(wǎng)應用提供處理和計算等基本服務的信息處理子層，以及實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)多個領域應用的物聯(lián)網(wǎng)應用子層。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)特點

物聯(lián)網(wǎng)不僅可以依靠傳感器使物體與網(wǎng)絡相連接，進行數(shù)據(jù)信息交互，而且由于物聯(lián)網(wǎng)的結構特點，物聯(lián)網(wǎng)本身可以智能地處理和控制物體[4]。傳感器可以收集獲取龐大的數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)可以依靠這些數(shù)據(jù)進行智能分析和處理。此外，依靠物聯(lián)網(wǎng)的能力與性質(zhì)，并結合傳感器和智能處理，可以使云計算、模式識別等智能技術應用于物聯(lián)網(wǎng)，以滿足各行各業(yè)用戶的需求。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中存在的問題

（1）密鑰管理存在安全問題。首先，互聯(lián)網(wǎng)密鑰分發(fā)中心作為一種新型的集中管理模式，涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)的所有密鑰管理。當傳感器網(wǎng)絡連接到Internet時，密鑰中心和傳感器網(wǎng)絡將交互管理網(wǎng)絡節(jié)點。其次，在以網(wǎng)絡為中心的管理模式下，對聚合點的要求非常高。雖然簇頭可以形成不同層次的網(wǎng)絡結構，但由于簇頭選擇算法會消耗能量，簇頭與聚集節(jié)點之間需要完成密鑰協(xié)商，因此傳感器網(wǎng)絡的密鑰管理逐漸成為需要解決的關鍵問題。

（2）功耗較大。隨著科技的高速發(fā)展，人類社會已步入數(shù)字化時代，互聯(lián)網(wǎng)技術的興起，將人們之間編織出一個巨大的網(wǎng)絡，實現(xiàn)了人與人的交互[5]，隨著需求的提高，人與物交互的物聯(lián)網(wǎng)技術也因此應運而生。而物聯(lián)網(wǎng)在實現(xiàn)其應用價值時與對功耗對需求極大。物聯(lián)網(wǎng)依賴于大量的聯(lián)網(wǎng)電子設備，如傳感器、控制器、采集設備和開關等等。這些設備是由電力或其他能源驅(qū)動的，尤其是在工業(yè)設備中。因此，在物聯(lián)網(wǎng)應用過程中，其存在的功耗問題也不容忽視。在運作過程中，它們須消耗大量能源，因此也會提高企業(yè)能源方面對生產(chǎn)運營成本[6]。

（3）物聯(lián)網(wǎng)云平臺管理缺少標準化。在物聯(lián)網(wǎng)技術的應用過程中將會采集到大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)很有可能通過同一個網(wǎng)關，直接進入云平臺。云平臺是對采集的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析的環(huán)節(jié)，云平臺也是體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)價值的關鍵技術。然而，隨著科學技術出現(xiàn)了多元化、層次化的發(fā)展趨勢[7]，國內(nèi)涌現(xiàn)出大量水平不一的云平臺供應商，以及衍生對云計算相關服務種類，致使出現(xiàn)云平臺供應商的混亂環(huán)境，對于云平臺的設計又缺乏一個統(tǒng)一標準，在企業(yè)應用中難以選擇其適合的供應商，因此對云平臺行業(yè)的標準化整頓是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中仍待解決的大問題。

（4）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全性問題。在物聯(lián)網(wǎng)技術應用中，系統(tǒng)安全性一直是該領域關注的焦點，而其安全性也直接影響著物聯(lián)網(wǎng)后續(xù)的應用、推廣和發(fā)展趨勢。隨著科學技術的飛速發(fā)展，各個領域和行業(yè)的專業(yè)設備不斷完善和更新，體現(xiàn)了智能化的大趨勢。然而，智能化的開發(fā)也面臨著許多安全問題，其中存在著許多安全隱患。解決硬件安全問題是科學技術發(fā)展的關鍵，這就要求開發(fā)人員投入更多的資源，在安全性和穩(wěn)定性上做到最好，并將先進的安全產(chǎn)品集成到物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中，及時解決問題和漏洞，從而解決物聯(lián)網(wǎng)的安全缺陷，促進物聯(lián)網(wǎng)的長遠發(fā)展[8]。

（5）物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員經(jīng)驗不足。雖然物聯(lián)網(wǎng)技術的誕生引發(fā)了世界科技技術發(fā)展的第三次浪潮，但物聯(lián)網(wǎng)技術的應用仍然存在不足，其中物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員存在經(jīng)驗不足是其主要原因，導致目前物聯(lián)網(wǎng)技術只能在具有科技技術行業(yè)背景的企業(yè)廣泛使用[9]。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展越來越被各國視為提高國家競爭力和綜合國力的關鍵，國家與各地方企業(yè)應當予以高度重視。針對開發(fā)人員存在經(jīng)驗不足的問題，應制定相關的激勵政策，鼓勵物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員與各企業(yè)技術人員共同參與，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供豐富的人力與知識資源。

（6）傳感技術老化和過時。從每一個物聯(lián)網(wǎng)技術應用實例中可以發(fā)現(xiàn)，傳感技術是其中不可或缺的組成部分。在整個物聯(lián)網(wǎng)運行系統(tǒng)中，傳感器通常起著信息采集、信息傳輸?shù)淖饔?，在?jié)點與云之間發(fā)送數(shù)據(jù)。然而，目前較多的傳感器設備仍然存在較多缺點，例如，一些設備為達到其低能耗的要求，降低了數(shù)據(jù)傳感的準確性或功能性，可能會存在將數(shù)據(jù)傳輸錯誤的風險，導致使用者無法及時有效獲取準確信息。因此，為了保證和提高物聯(lián)網(wǎng)服務的效率，需要加大對傳感器設備創(chuàng)新的重視度，通過迭代引進越來越完善的傳感器設備，及時淘汰老化和過時的傳感器設備，確保物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展過程中的應用效果[10]。

2 物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術

全面有效地提高物聯(lián)網(wǎng)的安全性，是充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)在社會各行各業(yè)發(fā)展中的作用和優(yōu)勢的重要前提。因此，應不斷優(yōu)化和完善物聯(lián)網(wǎng)安全的關鍵技術，提高其應用效果。

2.1 針對物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡密鑰管理系統(tǒng)局限性

在物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡密鑰管理系統(tǒng)的設計過程中，容易受到自身特點和特殊性的限制，因此在設計要求上存在很大差異。同時，它與不受限制的無線網(wǎng)絡也有很大不同。因此，我們應該充分考慮網(wǎng)絡傳感器節(jié)點和無線傳感器的局限性和網(wǎng)絡特性。其安全性要求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：生成密鑰和更新算法，以反映其安全性、隱私性和可擴展性；根據(jù)實際需要，在密鑰管理過程中，基于對稱和非對稱密鑰系統(tǒng)的方法，從管理系統(tǒng)和分發(fā)模式上分為密鑰分發(fā)模式、預分發(fā)模式和集群模式。與非對稱密鑰系統(tǒng)相比，對稱密鑰系統(tǒng)在復雜計算中具有明顯的優(yōu)勢，但在密鑰管理和安全性方面仍存在許多不足，如節(jié)點不靈活、相鄰節(jié)點難以認證等[11]。

2.2 安全路由協(xié)議

物聯(lián)網(wǎng)路由會涉及多種網(wǎng)絡類型，如網(wǎng)絡路由協(xié)議、傳感網(wǎng)絡算法和移動通信網(wǎng)算法等。對于目前，常用的多種無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議，其主要的設計目標往往是將計算、通信、存儲過程進行簡化，以便于快速完成數(shù)據(jù)傳輸。但其設計過程中，往往缺乏對于相關安全問題的考慮。因此，在物聯(lián)網(wǎng)的實際應用中，無線傳感器的計算能力、節(jié)點以及存儲容量相對有限，且大多布置在外部環(huán)境中，使用安全極易遭受威脅。

2.3 傳感技術

物聯(lián)網(wǎng)的功能應以信息收集為基礎。然而，目前的信息收集方式主要有傳感器、傳感器節(jié)點等。作為檢測設備和獲取信息傳感器的主要設備，環(huán)境往往很差，為了使物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮更好的作用，對傳感器提出了新的要求。物聯(lián)網(wǎng)要求傳感球在傳感信息方面不斷發(fā)展和突破，實現(xiàn)自身的智能化和網(wǎng)絡化[12]。

2.4 網(wǎng)絡和通信技術

為了充分利用物聯(lián)網(wǎng)，需要短距離通信技術和遠距離傳輸技術。短距離通信技術包括射頻識別技術、藍牙技術等，遠距離通信技術包括互聯(lián)網(wǎng)技術、網(wǎng)關技術等[13-14]。為了提供信息傳輸和服務支持的基本通道，物聯(lián)網(wǎng)需要增強現(xiàn)有網(wǎng)絡通信技術的專業(yè)性和互聯(lián)功能，以滿足低移動性和低數(shù)據(jù)速率的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求，使信息能夠安全可靠地傳輸給信息的接收者。

3 物聯(lián)網(wǎng)應用前景

從目前物聯(lián)網(wǎng)安全應用情況來看，其在各行業(yè)領域的應用不斷擴大。未來物聯(lián)網(wǎng)將在以下幾個領域得到廣泛應用。

3.1 在醫(yī)療行業(yè)的應用

物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療行業(yè)的應用體現(xiàn)在醫(yī)院診療與治療的智能化。隨著近些年人口老齡化，與我國對醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的不斷改革，醫(yī)院越來越重視醫(yī)療過程中患者對療效、滿意度及護理質(zhì)量，而傳統(tǒng)的醫(yī)療系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的醫(yī)療需求。而物聯(lián)網(wǎng)技術在醫(yī)療行業(yè)的應用將能夠在醫(yī)院臨床診療過程體現(xiàn)極大的價值。其具體表現(xiàn)在，對醫(yī)療行業(yè)中的醫(yī)療器械衛(wèi)生管理、醫(yī)院藥品管理、門診診療、臨床醫(yī)療服務等方面提供智能化轉(zhuǎn)型。并且在這些領域的應用，對于提高醫(yī)院的醫(yī)療體系管理水平具有積極意義。利用物聯(lián)網(wǎng)技術，可以實現(xiàn)疾病情況與患者病情數(shù)據(jù)的實時采集、記錄、傳輸、分析、處理。與此同時，患者的病歷信息可以在中國醫(yī)療體系平臺中存儲管理，使患者在各個醫(yī)院中均可調(diào)出以往病例為治療提供參考。

3.2 在物流行業(yè)的應用

隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，人們生活中對于物流的需求越來越大，這也促使了我國物流行業(yè)的高速發(fā)展。由于物流中心每天進出的貨物數(shù)量龐大，并且數(shù)據(jù)極其復雜難以統(tǒng)計管理，傳統(tǒng)的物流管理體系已難以滿足現(xiàn)在我國物流行業(yè)的業(yè)務需求，因此有必要加強對物聯(lián)網(wǎng)技術的應用。物聯(lián)網(wǎng)的應用特別適用于貨物從供應商到客戶的運輸、轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)的控制與管理。目前，我國物流業(yè)的信息化程度仍較低，企業(yè)自身還缺乏合適對信息化系統(tǒng)解決方案，常導致無法及時、準確、有效地滿足客戶的物流需求。因此，可以將物聯(lián)網(wǎng)技術引入到以后的工作中。物聯(lián)網(wǎng)技術的RFID技術對物流的各個產(chǎn)品以單位產(chǎn)品的方式進行實時跟蹤，將整個物流流程數(shù)據(jù)可視化、物流管理智能化。物聯(lián)網(wǎng)技術對物流業(yè)的影響將越來越大，提升物流管理質(zhì)量對同時，減少該過程人力成本的堆積，進而大大降低物流企業(yè)的物流成本，使物流效率得到提高。物聯(lián)網(wǎng)與物流行業(yè)的融合將成為未來物流行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

3.3 在節(jié)能減排中的應用

近年來，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國各項基礎設施工程的建設也取得了較大成功。然而，在高速發(fā)展的同時，必然伴隨著對自然資源與環(huán)境的消耗。因此，形成了經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境破壞對立的關系。隨著黨中央號召“既要金山銀山也要綠水青山”，各地方政府與建設企業(yè)積極響應節(jié)能減排，以應對近些年對氣候與環(huán)境的影響。雖然物聯(lián)網(wǎng)技術對于節(jié)能減排缺乏針對性，但可以預見的是，物聯(lián)網(wǎng)的智能采集與對數(shù)據(jù)分析處理的技術將對未來我國控制節(jié)能減排的智能節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)提供極大的幫助[15]。目前，較為成熟的工業(yè)園區(qū)采用的自動采集數(shù)據(jù)的智能電表、智能水表、智能氣表、廢氣或廢液自動采集檢測儀器等等，均為節(jié)能減排事業(yè)提供了有效幫助。此外，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能節(jié)能系統(tǒng)采用反饋機制，節(jié)約能源。管理者可通過該系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)對企業(yè)各項能源消耗數(shù)據(jù)進行橫向與縱向的分析，對其中可能存在的問題及時發(fā)現(xiàn)并處理。

4 結語

目前，隨著我國將物聯(lián)網(wǎng)的RFID技術、信息安全技術、通信技術、云計算技術等關鍵性技術在各領域中不斷應用，在人們的生活與工作中均得到了良好的價值體現(xiàn)，對于滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求提供了極大幫助[16-17]。但在物聯(lián)網(wǎng)技術滿足人們?nèi)粘９ぷ?、生活需求的同時，我們?nèi)孕鑼ζ浯嬖诘膯栴}及風險警惕，并對其進行改善和規(guī)避，這樣才能使物聯(lián)網(wǎng)技術在各個行業(yè)中得到更好的應用。