物联网浅述

李爱军 李晋瑶

摘 要： 近年来，我国在物联网方面的研究取得了一定的成绩，物联网技术已经成为未来经济新的增长点。本文介绍了物联网的定义、原理和技术架构等基本概念，对物联网的关键技术进行了研究，并提出了目前存在的一些问题。

关键词： 物联网 信息化 信息采集 RFID

一、物联网的起源与发展现状

1.物联网的起源

物联网的使用最早可追溯至1990年。美国施乐公司发明了第一台网络上用于贩卖可乐的贩售机——Networked Coke Machine，并正式投入了使用，这标示着物联网由理论正式投入实践。1991年，美国麻省理工学院的教授Kevin Ashton第一次提出“物联网”的相关概念。1995年，微软前董事长Bill Gate在其所著的《未来之路》一书中再一次对“物联网”这一概念进行阐述。但由于当时互联网还没有广泛使用，无线网络并不完善，硬件、传感器等设施尚未完全发展起来，因此并没有引起人们的广泛关注和重视。1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议中，人们将“传感网”这一技术称之为“21世纪人类面临的重要发展机遇”，并对其进行较详尽的解释。2003年，美国麻省理工学院主办的《技术评论》将传感网络技术称之为“未来改变人们生活的十大技术之首”。2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，报告中正式提出“物联网”这一概念。自此物联网的定义和范围发生很大变化，覆盖范围也有极大的扩展。从此之后所谓的物联网不再局限于RFID技术方面，其连接扩展到人与物和物与物的沟通等方面。奥巴马在就任美国总统之后一直对物联网的发展极其关注。2009年，他召集美国工商业的领袖举行一次“圆桌会议”，作为会上仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念。彭明盛建议新政府大力投资包括RFID在内的新一代智慧型基础设施，从而促进物联网发展。同年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。物联网从此作为公认的促进科技发展、寻找经济新的增长点的有效途径而存在，得到社会各界的高度重视。

2.物联网国内外发展现状

自进入新世纪以来，我国与世界上一些其他国家相继开展了对物联网技术的研究。1999年，中国科学院启动对传感网的研究计划。2006年，我国国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，该纲要涉及很多与物联网相关的内容，在介绍物联网相关概念的同时还将之作为重大专项及重要领域提出。2009年，我国工业和信息化部部长李毅中在《科技日报》上发表一篇题名为《我国工业和信息化发展的现状与展望》的署名文章，其中公开提及“传感网络”这一概念，并将之归纳为“战略性新型产业”。同年8月，移动总裁王建宙在访问台湾期间对“物联网”这一概念进行了详尽解释。同年，总理同志前往无锡考察，在当地对物联网的发展提出了三大要求：其一，在国家重大科技专项中加快推进传感网的发展；其二，尽快将我国独立的传感信息中心建立起来；其三，将传感系统与3G中的TD技术相结合。这三点要求对中国物联网的发展起到极大的促进作用。2010年5月，我国物联网标准联合工作组正式成立。迄今为止，我国完整的物联网产业体系已基本形成，在网络通信技术、传感器技术等方面与国外已不再存在普遍差距，但在集成服务、高端软件等方面的发展仍然相对滞后。与物联网相关的服务行业、通信行业均已经起步并逐步走向世界先进行列。RFID、敏感元件、传感器等产业已在京、沪、粤等较发达的区域充分扩展。

在美国，为了使本国经济尽快走出低谷，奥巴马政府极力推进物联网的建设工作，奥巴马甫上任便将IBM首席执行官彭明盛提出的“智慧地球”战略构想纳入国家战略体系。奥巴马政府将物联网视之为化解经济危机、提升竞争优势的关键所在。在欧盟，其委员会近几年来一直致力于鼓励和促进各种与物联网相关产业的发展，为了使欧盟在未来的物联网产业中占据主导作用，欧盟委员会在2009年提出了所谓的《欧盟物联网行动计划》。在计划中展示了物联网技术的未来应用前景，提出了包括管理、隐私及数据的保护、潜在危险、关键资源、“芯片沉默”的权利、研究、创新、管理机制、公私合作、国际对话、标准化、环境为题、统计数据和进展监督等在内的14项内容。在日本，从20世纪90年代起其政府为了推动国家信息化陆续提出e一Japan，u一Japan，i一Japan等多项国家信息化发展战略，其中u一Japan，i一Japan两项战略则与物联网息息相关。在韩国，其政府从20世纪90年代开始便出台了一系列对国家信息化发展有利的政策，与此同时韩国电子通信研究院还在2006年设立推动RFID发展的专门项目。

二、物联网的基本定义和体系结构

1物联网的定义

所谓物联网（The Internet of Things），又被称为传感网。顾名思义，物联网即“实现物物相连的互联网络”，是在计算机互联网基础上利用射频识别（RFID）技术、无线通信技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描仪等信息传感设备，按照约定的协议将互联网与任何物品连接起来，彼此之间进行信息交换和通讯，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监测、管理等功效的一种网络。物联网的定义包含两层内涵：其一，物联网是互联网基础上的延伸和扩展，其核心和基础仍然是传统的互联网；其二，物联网的用户端已经延伸和扩展到现实中存在的物品，使物品之间进行信息交换和通信。物联网将新一代IT技术与各行业结合起来，具体来说，就是将感应器嵌入到各个物体之中，从而将物联网与现有互联网整合在一起，最终实现人类社会与系统的整合。近年来，物联网技术作为新科技的代表被广泛运用于许多领域之中。

2.物联网的体系架构

物联网的体系架构主要可分为三层：感知层、网络层和应用层。

所谓感知层，可以比喻成物联网的五官和皮肤：其主要由各种传感器及传感器网关构成，主要负责的任务是对物体进行识别，采集各种信息并进行智能化辨识，与人体结构中皮肤和五官的功能十分相似。物联网感知层解决的问题主要集中在数据获取这一方面，其所获取的包括物理世界和人类世界中广泛的数据。感知层位于物联网三层架构的最底层，作为物联网发展和应用的基础而存在。感知层具有十分重要的作用，一般来说，感知层包括数据采集和数据短距离传输这两方面的功能，即首先通过传感器、扫描仪、摄像头等设备对外部世界的数据进行广泛地采集，然后通过红外、蓝牙、WIFI等短距离的有线或无线传输技术将数据就地处理或者传送到网关设备。

网络层可以比喻成物联网的中枢大脑，其主要功能是信息的传递与处理。信息处理平台包括各种私有网络、互联网、网络管理中心、信息处理中心和计算机平台等。网络层主要负责将感知层获取到的数据进行相对而言较长距离的传输。但不可不说的是，现有网络在很多方面并不能满足物联网的需求，仍需要长时间发展和不断融合扩展。

应用层的任务是实现信息的处理和决策，将获取到的信息进行更好地利用。应用层是物联网与各行业的深入结合。具体来说，应用层将网络层传输而来的信息进行深入分析和处理，并且通过各种设备与用户进行交互——这一层也可以按照其形态分为应用程序层和终端设备层两个子层。应用程序层负责数据的处理，使获取而来的信息跨行业、跨系统得到最充分使用。而终端设备层则负责人机的交互及与应用程序相连的设备对人的反馈，最终实现物联网的智能应用。物联网的主要原理如下图所示。

图 物联网原理图

三、物联网关键技术

目前所知的物联网技术主要可归纳为信息感知、信息通讯、信息处理、信息安全四个方面。而在目前，我国物联网技术的关注热点主要集中在传感器技术、RFID技术、云计算等领域。

1.传感器技术

传感器是构成物联网的基础单元，在物联网中作为感知耳目而存在，除了负责获取相关信息之外，还能对当前状态进行识别，当状态发生变化时能够做出实时有效的反应，并对其他单元发出信号。传感器在国家标准GB7665-87中被定义为“按照一定的规律感受规定的被测量，转换成可用信号的器件或装置，通常由转换元件和敏感元件组成”。即传感器作为一种感受信息的感测设备存在，并且将监测而来的信息按照一定规律进行变换，最终转化成为电子信号或者其他能够满足传输、处理、存储、显示、记录、控制要求的信息，并且输出信息。传感器在发展经济、推动社会进步方面具有极其重要的作用，具有数字化、智能化、微缩化、多功能化、系统化、网络化等特点。因为有了传感器的存在，人们才能广泛获取自然和生产领域中的信息，为物联网的广泛使用和发展提供依据。

2.RFID技术

RFID（Radio Frequency Identification）即射频识别，在社会生活中一般以电子标签、电子晶片、电子条码、感应卡、非接触卡等形式存在。通常来说，一套完整的RFID系统由阅读器和应答器两部分组成——阅读器负责将特定频率的无线电波发送至应答器，而应答器则在其驱动之下将内部的ID码回馈至阅读器。在当前，RFID因其安全性高、无法复制的特点已广泛应用于防盗器、停车场、自动化生产线、门禁管制、超市等地点。

3.云计算

所谓云计算（cloud computing），是一种基于互联网相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云计算是商业化的超大规模分布式计算技术。用户可以通过已有网络将需要的庞大计算处理程序自动分拆为无数个较小的子程序，再交由多部服务器组成的更庞大的系统，经搜寻、计算、分析之后将处理的结果回传给用户。智能处理是物联网的特征之一，云计算的超大规模、虚拟化、多用户、高可靠性、高可扩展性等特点正是物联网规模化、智能化发展所需的。采用云计算技术能够实现信息存储资源和计算能力的分布式共享，为海量信息的高效利用提供支撑。

四、结语

物联网行业的应用范围非常广泛，拥有庞大的潜在市场。在不久的将来，物联网必将掀起信息产业的浪潮，成为未来经济新的增长点。目前对物联网的研究尚处于起步阶段，在技术上面仍存在许多难点和问题，物联网研究和开发人员必须分阶段、有计划地开展相关研究和开发工作，促进物联网相关产业快速有序地发展。