物联网及其应用简述

魏铭 王明月 张德慧

摘 要：距物联网概念首次提出已有近20年，作为世界信息产业第三次浪潮的代表，物联网在世界范围内受到的关注与日俱增，是各国产业政策支持和投入的重点。本文简述了物联网的概念以及重点技术，并阐述了其相关应用。

关键词：物联网 应用

一、物联网概念

1、定义：2010年，温家宝总理在第十一届人大第三次會议上对物联网的定义：物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来进行信息交换和通信，以实现智能化识别、跟踪、定位、监控和管理。它是在互联网的基础上延伸和扩展的网络。

物联网的概念最早是由麻省理工学院 Ashton教授于1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议上提出的，其理念是基于RFID（射频识别技术）、电子代码（EPC）等技术，在互联网的基础上构造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网（简称物联网）。

2、体系结构：

传统上习惯分为三个层次：感知层、网络层、应用层，再加上公共技术构成物联网体系。

感知层相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，包括RFID、传感器节点、摄像头等数据采集设备，也包括又传感器节点组成的子网等，其主要功能是识别物体、采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成。相当于人的神经中枢和大脑，负责为信息传输提供载体，实现更广泛的互联功能，实现与感知层的融合。应用层相当于人的社会分工，根据不同的功能需求，应用层提供不同的应用服务，如智能交通、远程医疗等，不同的应用服务可能对应网络层和感知层的不同功能。

除此之外，IBM在多年的研究积累和实践中，在三层架构的基础之上提炼出了八层的物联网参考架构。

（1）传感器/执行器层：物联网中任何一个物体都要通过感知设备获取相关信息以及传递感应到的信息给所有需要的设备或系统。传感器执行器层是最直接与周围物体接触的域。传感器除了传统的传感功能外，还要具备一些基本的本地处理能力，使所传递的信息是系统最需要的，从而使传递网络的使用更加优化。（2）传感网层：这是传感器之间形成的网络。这些网络有可能基于公开协议，如IP地址，也有可能基于一些私有协议。其目的就是为了使传感器之间可以互联互通以及传递感应信息。（3）传感网关层：将信息进行过滤、协议转换、信息压缩加密等，使信息更优化和安全地在公共网络上传递。（4）广域网络层：在这一层主要是为了将感知层的信息传递到需要信息处理或者业务应用的系统中，可以采用IPv4或者IPv6协议。（5）应用网关层：在传输过程中为了更好地利用网络资源以及优化信息处理过程，要设置局部或者区域性的应用网关。目的有两个：一是信息汇总与分发；二是进行一些简单信息处理与业务应用的执行，最大程度地利用IT与通信资源，提高信息的传输和处理能力提高可靠性和持续性。（6）服务平台层：服务平台层是为了使不同的服务提供模式得以实施，同时集中优化地实现物联网世界中的信息处理方面的共性功能，缓解传统应用系统或者应用系统整合平台的压力。这样使得应用系统无需因为物联网的出现而进行大的修改，能够更充分地利用已有业务应用系统，支持物联网的应用。（7）应用层：应用层包括了各种不同业务或者服务所需要的应用处理系统。这些系统利用传感的信息进行处理、分析，执行不同的业务，并把处理的信息再反馈给传感器进行更新以及对终端使用者提供服务，使得整个物联网的每个环节都更加连续和智能。（8）分析与优化层：在物联网世界中，从信息的业务价值和IT信息处理的角度看，它与互联网最大的不同就是信息和信息量。物联网的信息来源广阔，信息是海量的，在这种情况下利用信息更好地为我们服务，就要基于信息分析和优化。在物联网中，基于传统的商业智能和数据分析是远远不够的，因此需要更智能化的分析能力，需要基于数学和统计学的模型进行分析、模拟和预测。

二、物联网技术

物联网的主要技术有无线通信技术、人工智能技术、云计算技术等。

无线通信技术：物联网使得人类在信息与通信世界里获得一个新的沟通维度，将任何时间、任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物、物与物之间的沟通连接。物联网中物品要与人无障碍地交流，必然离不开高速、可进行大批量数据传输的无线网络。物联网的通信与组网技术主要完成感知信息的可靠传输。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括近距离的蓝牙技术、超宽带（UWB）技术、Wi-Fi技术和 Zigbee技术等。由于物联网连接的物体多种多样，所以物联网涉及的网络技术有很多，如有线网络、无线网络、短距离网络、长距离网络、企业专用网络、公用网络、局域网、互联网等。

人工智能技术：人工智能领域的研究是从1956年正式开始的，这一年在达特茅斯大学召开的会议上正式使用了“人工智能”（ Artificial Intelligence，AI）这个术语。人工智能也称机器智能，是计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、心理学、语言学等多学科互相渗透而发展起来的一门综合性学科。从计算机应用系统的角度出发，人工智能是研究如何制造智能机器或智能系统来模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。人工智能就是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支，人工智能的目标就是研究怎样用计算机来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关的技术产品，建立相关的理论。

云计算技术：云计算（ Cloud Computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态、易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来抽象地表示互联网和底层基础设施。狭义的云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义的云计算指服务的交付和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务它意味着计算能力可作为一种商品通过互联网进行流通。物联网的发展离不开云计算技术的支持。在物联网中，终端的计算和存储能力有限，云计算平台可以作为物联网的大脑，以实现对海量数据的存储和计算。

三、物联网应用

随着物联网相关技术的发展与成熟，物联网技术已经在很多行业中取得了应用，如工业物联网、智慧城市、智能创造、安全等各行各业。物联网技术的发展给我的生活带来了很多方便，未来社会的发展离不开物联网技术。现在，物联网正加速向城市管理、新能源、医疗、制造等其他领域渗透。越来越多的可穿戴设备、智能传感器、智能硬件产品的面世，智能交通、智能家居、智能医疗等细分市场也将开始快速成长。市场调研机构IDC预测，到2020年将拥有超过500亿的终端与设备联网。

物联网技术是融合的技术，在其中某个领域的应用成熟之后，就会有成熟的应用，而不再被称为物联网技术。所以物联网技术其实早已经由虚入实，但成熟的物联网应用，不再被划入物联网而已。除了导航技术、现在的共享单车已经非常成熟，并且是典型的物联网应用，还有智能音箱、智能锁现在都有规模普及的态势，但这些应用都有自己的应用名字。当物联网技术普及的时候，物联网这个概念也会被边缘化。现在的产业互联网应用，绝大部分是融入了物联网技术的，所以很多物联网应用已经进入成熟期。

结束语：目前来讲，物联网处于连接数快速增长的一个阶段，它已经应用到许许多多的行业，为我们的生活带来了极大便利。对它的研究，我们从未懈怠。我相信不远的将来，物联网技术会更加壮大，更加普及，我们的生活也会更加多姿多彩。

参考文献：

[1]王汝传.物联网技术导论.清华大学出版社.2011

[2]李俊韬.物联网技术应用开发.机械工业出版社.2015