【關(guān)鍵詞】計算機；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；應用

引言

物聯(lián)網(wǎng)通過廣泛布設(shè)的智能感知節(jié)點，可以將人、機、物有機聯(lián)結(jié)，構(gòu)建起萬物互聯(lián)的智能化時代，帶來生產(chǎn)生活方式的顛覆性變革。但是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也面臨諸多瓶頸和挑戰(zhàn)，亟需從技術(shù)和應用層面系統(tǒng)進行探討。本文立足于計算機視角，聚焦物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應用策略展開研究。本文的研究對于統(tǒng)籌物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵資源、突破核心技術(shù)、拓展融合應用具有理論與實踐意義，有助于營造物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的良好生態(tài)，成為激發(fā)經(jīng)濟社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新動能。

一、物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、通信網(wǎng)等多網(wǎng)融合的產(chǎn)物。物聯(lián)網(wǎng)是通過各種信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，可以將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，從而進行信息交換和通信，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了人與物、物與物的互聯(lián)互通，打破了時空界限，構(gòu)建起了萬物互聯(lián)的智慧世界。物聯(lián)網(wǎng)引發(fā)的是一場前所未有的技術(shù)變革和產(chǎn)業(yè)革命，能夠通過海量數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸和處理，優(yōu)化資源配置，創(chuàng)新商業(yè)模式，從而推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉(zhuǎn)型升級，催生經(jīng)濟發(fā)展新動能[1]。

二、物聯(lián)網(wǎng)的基本屬性及特征

物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)的集成創(chuàng)新，具有全面感知、可靠傳輸、智能處理等顯著特征。首先，物聯(lián)網(wǎng)以傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，通過射頻識別、二維碼、智能傳感器等感知終端，實現(xiàn)對物理世界的全面感知和信息采集，能獲取物品的位置、運動狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等信息。其次，物聯(lián)網(wǎng)以通信網(wǎng)絡為載體，利用移動通信、衛(wèi)星通信、互聯(lián)網(wǎng)等多種通信技術(shù)和網(wǎng)絡協(xié)議，實現(xiàn)海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的低時延、高可靠傳輸，確保信息的實時性和準確性。最后，物聯(lián)網(wǎng)還具有廣泛互聯(lián)、動態(tài)組網(wǎng)、深度融合等典型特征，可以打通信息孤島，實現(xiàn)跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的萬物互聯(lián)，促進物理世界與數(shù)字世界的融合發(fā)展。

三、計算機物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

（一）智能傳感器技術(shù)

智能傳感器是物聯(lián)網(wǎng)感知層的核心組件，是實現(xiàn)物理世界信息采集和轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)[2]。智能傳感器集成了傳感器、微處理器、通信模塊等多種功能，具有信息獲取、數(shù)據(jù)處理、自診斷校準、邏輯判斷等智能化特性。智能傳感器能夠通過集成多種傳感單元，實現(xiàn)多參數(shù)、多模態(tài)的綜合信息采集，提高感知數(shù)據(jù)的精度和可靠性。此外，智能傳感器還具有體積小、功耗低、成本低等優(yōu)點，可以實現(xiàn)微型化、低功耗的設(shè)計要求，滿足物聯(lián)網(wǎng)應用的實時性和經(jīng)濟性需求。

（二）網(wǎng)絡技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡具有廣覆蓋、大連接、低功耗等特點，需要綜合利用多種網(wǎng)絡技術(shù)和協(xié)議，構(gòu)建多層次、異構(gòu)化的網(wǎng)絡架構(gòu)。在接入層，短距離無線通信技術(shù)如藍牙、Wi-Fi等，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器與近端設(shè)備的低功耗互聯(lián)。在匯聚層，低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)如遠距離無線電、窄帶物聯(lián)網(wǎng)等，可以支持大規(guī)模設(shè)備的遠距離接入和數(shù)據(jù)回傳。在核心層，軟件定義網(wǎng)絡、網(wǎng)絡功能虛擬化等新型網(wǎng)絡技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡資源的靈活調(diào)度和彈性配置。同時，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡需要采用多種網(wǎng)絡協(xié)議，提高傳輸效率。采用低功耗有損網(wǎng)絡路由協(xié)議等自組織協(xié)議，實現(xiàn)動態(tài)組網(wǎng)和路由優(yōu)化。

（三）射頻識別技術(shù)

射頻識別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知層的另一項關(guān)鍵技術(shù)。它主要是通過射頻信號實現(xiàn)對物品的自動識別和數(shù)據(jù)采集[3]。射頻識別系統(tǒng)由電子標簽、閱讀器和中間件三部分組成：電子標簽附著在物體上，存儲物品的屬性信息；閱讀器通過無線射頻信號讀取電子標簽信息，實現(xiàn)非接觸式自動識別；中間件對采集的海量數(shù)據(jù)進行濾波、聚合和路由，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的預處理和轉(zhuǎn)發(fā)。與傳統(tǒng)條形碼技術(shù)相比，射頻識別技術(shù)具有非接觸識別、穿透性強、識別距離遠、批量讀取等優(yōu)勢，可以適應惡劣環(huán)境，提高識別效率。

（四）嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)以微處理器或微控制器為核心，集成了存儲器、接口電路、外圍設(shè)備等硬件資源，運行定制化的操作系統(tǒng)和應用軟件，具有體積小、功耗低、可靠性高、實時性強等特點。在物聯(lián)網(wǎng)中，嵌入式系統(tǒng)廣泛應用于智能傳感節(jié)點、控制終端、網(wǎng)關(guān)設(shè)備等，承擔著數(shù)據(jù)采集、本地處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、安全加密等關(guān)鍵任務。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的不斷深入，嵌入式系統(tǒng)呈現(xiàn)出多核化、高性能、低功耗、開放互聯(lián)等發(fā)展趨勢。不僅如此，多核異構(gòu)架構(gòu)可以集成多個處理器核心，實現(xiàn)算力的靈活配置和功能的動態(tài)劃分；高性能計算平臺如圖形處理器、現(xiàn)場可編程門陣列等，可以提供強大的并行計算和流數(shù)據(jù)處理能力；低功耗設(shè)計技術(shù)如動態(tài)電壓調(diào)節(jié)、能量采集等，能夠延長系統(tǒng)的工作時間和電池壽命；開放互聯(lián)架構(gòu)支持多種通信接口與網(wǎng)絡協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入式設(shè)備的互聯(lián)互通和融合共享。

（五）納米技術(shù)

納米材料具有比表面積大、量子效應顯著、宏觀性質(zhì)獨特等特點，可以實現(xiàn)常規(guī)材料難以企及的性能與功能。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，納米技術(shù)主要應用于傳感器靈敏元件、能量采集與存儲、導電與屏蔽材料等方面。納米傳感器利用納米材料的特殊性質(zhì)，可以實現(xiàn)對微小信號的高靈敏探測和轉(zhuǎn)換，提高傳感器的檢測精度和穩(wěn)定性。通過壓電、熱電等納米材料，納米發(fā)電機得以實現(xiàn)環(huán)境能量的高效轉(zhuǎn)換和存儲，為傳感節(jié)點提供持續(xù)穩(wěn)定的能量供給。納米導電材料具有優(yōu)異的導電性與柔韌性，可用于制備柔性電路和可穿戴設(shè)備。納米屏蔽材料可以有效吸收和衰減電磁波，從而降低傳感器件的電磁干擾和信號泄露[4]。

（六）IPv6技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版（Internet Protocol Version 6，IPv6）擁有128位地址長度，可以提供近乎無限的地址空間，為每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備分配唯一的IP地址，實現(xiàn)真正的端到端通信和精細化管理。同時，IPv6能夠在協(xié)議設(shè)計中集成互聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議，并通過加密認證和密鑰管理，增強網(wǎng)絡通信的機密性、完整性和可用性，提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全防護能力。此外，IPv6還支持流標簽、服務質(zhì)量等機制，可以通過對數(shù)據(jù)包進行分類和優(yōu)先級標識，保證關(guān)鍵業(yè)務的帶寬和時延需求。

四、計算機物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

（一）標準規(guī)范亟需統(tǒng)一

當前，物聯(lián)網(wǎng)標準呈現(xiàn)出碎片化、割裂化的局面，缺乏統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范與產(chǎn)業(yè)標準，這導致不同廠商、不同系統(tǒng)之間難以實現(xiàn)互聯(lián)互通和協(xié)同管理。在感知層，傳感器接口、數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議等缺乏統(tǒng)一規(guī)范，影響了數(shù)據(jù)的采集和共享。在網(wǎng)絡層，網(wǎng)絡架構(gòu)、編址方案、路由協(xié)議等多樣化，制約了網(wǎng)絡的互聯(lián)互通和擴展。在應用層，數(shù)據(jù)語義、服務接口、安全機制等缺乏一致性定義，阻礙了應用的開發(fā)和推廣。標準不統(tǒng)一導致了物聯(lián)網(wǎng)信息孤島的形成，增加了系統(tǒng)集成的復雜性和成本，限制了物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)?；瘧门c產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

（二）網(wǎng)絡安全問題凸顯

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和廣泛應用帶來了日益凸顯的網(wǎng)絡安全問題，這些安全問題也逐漸成為制約物聯(lián)網(wǎng)健康發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備種類繁多、數(shù)量龐大，很多設(shè)備采用低成本的嵌入式系統(tǒng)，由于缺乏必要的安全防護機制，存在固件漏洞、認證缺失、數(shù)據(jù)泄露等諸多安全隱患，容易成為網(wǎng)絡攻擊的目標。同時，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡環(huán)境復雜多變，涉及多種異構(gòu)網(wǎng)絡和通信協(xié)議，且安全邊界模糊，缺乏端到端的安全防護與可信的鑒別機制，導致其難以抵御網(wǎng)絡威脅。

（三）產(chǎn)業(yè)生態(tài)有待完善

首先，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條長、涉及環(huán)節(jié)多，需要芯片、傳感器、網(wǎng)絡、平臺、應用等多個領(lǐng)域協(xié)同發(fā)展；但目前各環(huán)節(jié)發(fā)展不平衡，關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人，這造成產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)作不暢，難以形成合力。其次，物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式尚不清晰，盈利模式單一，主要依賴硬件銷售和連接服務，在數(shù)據(jù)運營、增值服務等方面缺乏突破，難以形成可持續(xù)的商業(yè)閉環(huán)。最后，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)政策有待完善，頂層設(shè)計及統(tǒng)籌規(guī)劃不足，缺乏針對性的政策扶持和引導，導致大中小企業(yè)協(xié)同發(fā)展的機制尚未建立，產(chǎn)業(yè)資源配置效率不高[5]。

五、計算機物聯(lián)網(wǎng)的應用策略

（一）智慧城市建設(shè)

智慧城市建設(shè)應以需求為牽引、應用為導向，統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實施，穩(wěn)步推進智慧城市物聯(lián)網(wǎng)應用：首先，應系統(tǒng)梳理城市管理和民生服務的關(guān)鍵需求，圍繞交通、能源、環(huán)保、安防、醫(yī)療、教育等重點領(lǐng)域，識別物聯(lián)網(wǎng)應用場景，明確建設(shè)任務和目標；其次，應制定物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)和標準規(guī)范，兼顧全局性和專項性，既要遵循國家標準和行業(yè)規(guī)范，又要結(jié)合城市自身特點，因地制宜地設(shè)計方案；最后，還應重視數(shù)據(jù)安全和個人隱私保護，完善管理制度和技術(shù)措施，強化全過程的安全防護和監(jiān)管，提高公眾的安全意識與信任度。

（二）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)系統(tǒng)深度融合的產(chǎn)物。為促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進一步發(fā)展，政府部門應立足產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求，以關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新和融合應用為基礎(chǔ)，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有序發(fā)展：首先，應加強頂層設(shè)計及政策引導，制定國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略與行動計劃，明確發(fā)展目標、重點任務和政策措施，營造良好的制度環(huán)境和產(chǎn)業(yè)生態(tài)；其次，應聚焦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應用，突破工業(yè)級網(wǎng)絡、平臺、安全等核心技術(shù)，加快邊緣計算、人工智能等新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的融合創(chuàng)新，提高技術(shù)供給能力和水平；最后，應促進大中小企業(yè)融通發(fā)展，支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺企業(yè)做大做強，引導中小企業(yè)參與“上云用數(shù)賦智”行動，提升數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化水平。

（三）智慧農(nóng)業(yè)應用

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應用物聯(lián)網(wǎng)，要以提質(zhì)增效、綠色發(fā)展為目標，緊扣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，推動智慧農(nóng)業(yè)有序發(fā)展。這不僅需要加強智慧農(nóng)業(yè)的頂層設(shè)計與系統(tǒng)規(guī)劃，結(jié)合農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)特點和區(qū)域資源稟賦，科學制定發(fā)展路線圖和任務清單，分類施策、分步推進；還需要聚焦農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的痛點難點，加快物聯(lián)網(wǎng)感知終端、通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)平臺等信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的數(shù)字化、自動化、智能化水平；也可以積極推廣物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)田種植、設(shè)施園藝、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域的應用，建立“空天地一體化”的農(nóng)業(yè)監(jiān)測體系，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的實時感知、智能預警、精準調(diào)控和科學決策[6]。

（四）智能家居普及

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步與成本的下降，為智能家居的普及應用創(chuàng)造了條件，但仍需要多方面協(xié)同努力，加快推進智能家居的規(guī)模化發(fā)展。為此智能家居需要完善產(chǎn)業(yè)鏈條，突破感知控制、人機交互、數(shù)據(jù)處理等核心技術(shù)，發(fā)展智能單品、系統(tǒng)解決方案和運營服務等配套產(chǎn)業(yè)，提高產(chǎn)業(yè)鏈供給能力及服務水平；拓展智能家居的應用場景與功能體驗，聚焦安防、照明、環(huán)境、健康、娛樂等家庭服務需求，利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，提供個性化、高品質(zhì)的智慧生活服務；優(yōu)化智能家居的商業(yè)模式和營銷渠道，鼓勵制造商、服務商、電商平臺、地產(chǎn)商等企業(yè)開展跨界合作，通過整裝配套、免費試用、按效果付費等模式，促進智能家居產(chǎn)品和服務的推廣普及。

（五）可穿戴設(shè)備創(chuàng)新

可穿戴設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)與個人消費電子深度融合的產(chǎn)物，代表了人機交互和智能感知的發(fā)展方向。為進一步推動可穿戴設(shè)備持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)還需在多個方面持續(xù)努力：聚焦可穿戴設(shè)備在健康監(jiān)測、運動管理、人機交互等領(lǐng)域的應用需求，加強人體生理、心理特征的感知和分析技術(shù)研究，提高可穿戴設(shè)備的智能化水平和功能體驗；加快柔性電子、微型傳感、新材料等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應用，突破輕薄化、低功耗、生物相容性等技術(shù)瓶頸，提高可穿戴設(shè)備的穿戴舒適性與持續(xù)使用時間；創(chuàng)新可穿戴設(shè)備的產(chǎn)品形態(tài)和交互方式，利用虛擬現(xiàn)實、語音識別、手勢控制等技術(shù)，探索眼鏡、服飾、鞋帽等不同類型的可穿戴產(chǎn)品，為用戶提供沉浸式的人機交互體驗。

結(jié)語

計算機物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，對經(jīng)濟社會數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展具有重要的引領(lǐng)和支撐作用。但物聯(lián)網(wǎng)也面臨標準不統(tǒng)一、安全風險高、產(chǎn)業(yè)生態(tài)不完善等諸多挑戰(zhàn)，需要政府、企業(yè)、社會各界共同努力，加強頂層設(shè)計和統(tǒng)籌規(guī)劃，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，完善產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈，構(gòu)建安全可信的發(fā)展環(huán)境，推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)范有序發(fā)展。只有充分釋放物聯(lián)網(wǎng)應用帶來的數(shù)字紅利，提高經(jīng)濟社會發(fā)展的智能化水平，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)才能充分地造福人類社會。