物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展綜述

1、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展綜述計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)黃月華11025008物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展綜述【摘要】在生活節(jié)奏快捷以及科技發(fā)達(dá)的今天，“物聯(lián)網(wǎng)”逐漸成為人們熱議的 話題，本文闡述了物聯(lián)網(wǎng)的概念與定義， 介紹了物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，并對物聯(lián)網(wǎng) 的發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望進(jìn)行了研究。【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；RFID;傳感技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀、物聯(lián)網(wǎng)的概念與定義物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things),指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合 起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)是由多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點(diǎn)領(lǐng) 域，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)

2、、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式 信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測、感知和采 集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對信息進(jìn)行處理，并通過隨機(jī)自 組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知的信息傳送到用戶終端。物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。 物聯(lián)網(wǎng)概念的問世，打破了之前的傳統(tǒng)思維。過去的思路一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施 和IT基礎(chǔ)設(shè)施分開：一方面是機(jī)場、公路、建筑物，而另一方面是數(shù)據(jù)中心，個人電腦、寬帶等。而在“物聯(lián)網(wǎng)”時代，鋼筋混凝土、電纜將與芯片、 寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施，在此意義上，基礎(chǔ)設(shè)施更像是一塊新的地球工 地，世界的運(yùn)轉(zhuǎn)就在

3、它上面進(jìn)行，其中包括經(jīng)濟(jì)管理、生產(chǎn)運(yùn)行、社會管理乃 至個人生活。在物聯(lián)網(wǎng)時代，通過在各種各樣的日常用品上嵌入一種短距離的移動收發(fā)數(shù) 據(jù)，我們在信息與通信世界里將獲得一個新的溝通維度，從任何時間任何地點(diǎn)的人與人之間的溝通連接擴(kuò)展到人與物和物與物之間的溝通連接，實(shí)現(xiàn)任何時間和任何地點(diǎn)的無處不在的網(wǎng)絡(luò)連接。二、國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀從國際上看，歐盟、美國、日本等國都十分重視物聯(lián)網(wǎng)的工作，并且已作了 大量研究開發(fā)和應(yīng)用工作。如美國把它當(dāng)成重振經(jīng)濟(jì)的法寶，所以非常重視物聯(lián) 網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，它的核心是利用信息通信技術(shù) (ICT)來改變美國未來產(chǎn)業(yè)發(fā) 展模式和結(jié)構(gòu)(金融、制造、消費(fèi)和服務(wù)等)，改變政府、企業(yè)

4、和人們的交互方式 以提高效率、靈活性和響應(yīng)速度。按歐盟專家講，歐盟發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)先于美國，確 實(shí)歐盟圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用作了不少創(chuàng)新性工作。在北京全球物聯(lián)網(wǎng)會議上， 他們介紹了歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃 (I nternet of thi ngs An actio nplan forEurope)其目的也是企圖在“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展上引領(lǐng)世界。在國內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)有望在較短時間內(nèi)為中國打造一個較成熟的智慧基礎(chǔ)設(shè)施平 臺。為了在第三波世界信息產(chǎn)業(yè)浪潮中能夠與世界一流國家在技術(shù)上同步，中國政府高度重視物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用工作。溫家寶總理多次關(guān)注國內(nèi)物聯(lián) 網(wǎng)的研究與發(fā)展工作，并提出了“感知中國”的概念。2009年8

5、月7日，他在無錫調(diào)研時，提出了把國家傳感網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)在無錫、輻射全國的想法，要求“在 國家重大科技專項(xiàng)中，加快推進(jìn)傳感網(wǎng)發(fā)展”工業(yè)與信息化部提出要提早謀劃傳 感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，突破關(guān)鍵技術(shù)，開展應(yīng)用示范，加強(qiáng)TD-SCDM與傳感網(wǎng)的密切結(jié)合，推進(jìn)傳感網(wǎng)與通信網(wǎng)融合發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)在中國迅速崛起得益于我國 在物聯(lián)網(wǎng)方面的幾大優(yōu)勢：第一，我國早在1999年就啟動了物聯(lián)網(wǎng)核心傳感網(wǎng)技術(shù)研究，研發(fā)水平處于世界前列；第二，在世界傳感網(wǎng)領(lǐng)域，我國是標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo) 國之一，專利擁有量高；第三，我國是目前能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)完整產(chǎn)業(yè)鏈的少數(shù)幾 個國家之一；第四，我國無線通信網(wǎng)絡(luò)和寬帶覆蓋率高 ，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了 堅(jiān)實(shí)的基

6、礎(chǔ)設(shè)施支持；第五，我國己經(jīng)成為世界第三大經(jīng)濟(jì)體，有較為雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力支持物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。目前，在“物聯(lián)網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域我國的技術(shù)研發(fā)水平處于世界前列。中科院早 在1999年就與世界主要國家?guī)缀跬絾恿藗鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)研究，在無線 智能傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微型傳感器、傳感器終端機(jī)、移動基站等方面取得重 大進(jìn)展，目前已形成從材料、技術(shù)、器件、系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，典型的示 范性應(yīng)用也取得了良好的效果。2009年10月24日，西安優(yōu)勢微電子公司宣布 第一顆物聯(lián)網(wǎng)的中國芯一“唐芯一號”芯片研制成功，可以滿足各種條件下無線 傳感網(wǎng)、無線個域網(wǎng)、有源等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特殊需要；12月上旬“乙太視訊網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)系

7、統(tǒng)”開發(fā)成功，該系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、視訊三網(wǎng)合一的 基礎(chǔ)組件，也是物聯(lián)網(wǎng)的核心架構(gòu)組合的關(guān)鍵， 這些成就為我國的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。此外，上海移動運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為多個行業(yè)客戶度身打造了集 數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和業(yè)務(wù)管理于一體的整套無線綜合應(yīng)用解決方案。國內(nèi)高校在物聯(lián)網(wǎng)方面的研究也正積極迅速地展開，如北京郵電大學(xué)于 2009年9月與作為“感知中國”中心的無錫市就傳感網(wǎng)技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展簽 署合作協(xié)議，無錫市將與北京郵電大學(xué)合作建設(shè)研究院，內(nèi)容主要圍繞傳感網(wǎng)， 涉及光通信、無線通信、計算機(jī)控制、多媒體、網(wǎng)絡(luò)、軟件、電子、自動化等技 術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)研究、科研成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化

8、推廣工作也同時被納人議 程。為積極參與“感知中國”中心及物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的科技創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化工作，保持、擴(kuò)大學(xué)校在物聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域的優(yōu)勢，南京郵電大學(xué)及時調(diào)整科研機(jī)構(gòu)和專業(yè) 設(shè)置，成立了物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)研究院、物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院，并設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)科研項(xiàng)目， 啟動了“智慧南郵”平臺建設(shè)，在校園內(nèi)建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)等。此外，南京航空 航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等也正在加緊研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以迎接即將到來的“物聯(lián)網(wǎng)時代”。三、物聯(lián)網(wǎng)研究中的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要包括三大部分：首先是感知層，承擔(dān)信息的采 集，可以應(yīng)用的技術(shù)包括智能卡、RFID電子標(biāo)簽、識別碼、傳感器等；其次是網(wǎng)絡(luò)層，承擔(dān)信息的傳輸，借用現(xiàn)有的無線網(wǎng)

9、、移動網(wǎng)、固體網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電 網(wǎng)等即可實(shí)現(xiàn)；第三是應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)物與物之間，人與物之間的識別與感知，發(fā) 揮智能作用。目前影響全球物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的4個最主要的技術(shù)有RFID識別技術(shù)，傳感網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)，智能運(yùn)算技術(shù)和嵌入式技術(shù)。RFID識別技術(shù)RFID(radio frequency identification,射頻識別)射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別過程無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID作為一種射頻自 動識別技術(shù)，通過物品標(biāo)簽與閱讀器之間的配合， 可以基于計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物 品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。在“物聯(lián)網(wǎng)”中，RFID正

10、是讓物品由“死”變“活”、“開口說話”，從而能夠基于互聯(lián)網(wǎng)自動進(jìn)行信息交換的一種技術(shù)，其 主要為物聯(lián)網(wǎng)中物品的身份標(biāo)識提供技術(shù)支持。RFID標(biāo)簽中存儲著數(shù)據(jù)格式規(guī)范的信息，通過RFID閱讀器將物品的屬性信息自動采集到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對物品 的自動識別；并按照一定的要求完成數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)把它們傳遞到數(shù)據(jù)處理中心，便于后續(xù)“透明”管理。(2)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的核心，主要解決物聯(lián)網(wǎng)中的信息感知問題。物品總是 在流動中體現(xiàn)它的價值或使用價值的，如果要對物品的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時感知 , 就需要用到傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)通過散布在特定區(qū)域的成千上萬的傳感 器節(jié)點(diǎn),構(gòu)建了一個

11、具有信息收集、傳輸和處理功能的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，通過動態(tài)自組織方式協(xié)同感知并采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)被查詢對象或事件的信息，用于跟蹤、監(jiān)控和決策支持等，“自組織”、“微型化”和“對外部世界具有感知能力”是傳感器 網(wǎng)絡(luò)的突出特點(diǎn)。這里需要注意的是，傳感網(wǎng)只是物聯(lián)網(wǎng)感知、獲取信息的一種 重要的技術(shù)手段，不是物聯(lián)網(wǎng)所涉及技術(shù)的全部，不能因?yàn)閭鞲芯W(wǎng)在物聯(lián)網(wǎng)中的 核心地位,或者從局部利益或個人目的角度出發(fā)將物聯(lián)網(wǎng)等同于傳感器網(wǎng)絡(luò)。(3) 智能運(yùn)算技術(shù)傳感器得到的信息后，需要對其進(jìn)行語義的理解、推理和決策，這些需要智 能運(yùn)算技術(shù)來完成。智能運(yùn)算需要泛在計算、普適計算，即無論何時何地，只要 需要就可以通過各種設(shè)備訪問到所

12、需的信息進(jìn)行實(shí)現(xiàn)智能控制。主要的研究內(nèi)容和方向包括： 人工智能理論研究智能信息獲取的形式化方法；海量信息處理的理論和方法；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信息的開 發(fā)與利用方法；機(jī)器學(xué)習(xí)。 先進(jìn)的人-機(jī)交互技術(shù)與系統(tǒng)聲音、圖形、圖像、文字及語言處理；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)；多媒體技術(shù)。 智能控制技術(shù)與系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)就是要給物體賦予智能，可以實(shí)現(xiàn)人與物體的溝通和對話，甚至實(shí) 現(xiàn)物體與物體互相間的溝通和對話。為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo) ，必須要對智能控制 技術(shù)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。例如：研究如何控制智能服務(wù)機(jī)器人完成既定任務(wù) (運(yùn) 動軌跡控制、準(zhǔn)確的定位和跟蹤目標(biāo)等)。 智能信號處理信息特征識別和融合技術(shù)、地球物理信號處理與識別。(4)

13、 嵌入式技術(shù)嵌入式技術(shù)是將計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、通訊技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)綜合起來 與傳統(tǒng)制造業(yè)相結(jié)合的技術(shù)，是針對某一個行業(yè)或應(yīng)用開發(fā)出的智能化機(jī)電產(chǎn)品 所實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品具有故障診斷、自動報警、本地監(jiān)控或遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)管理的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和信息化。“物聯(lián)網(wǎng)”使物品具有了 “信息生命”，將物理 基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施有機(jī)地融為一個整體，使囊括其中的每一件物品都“活” 了起來,具有“智慧”，能夠主動或被動地與所屬的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換 ，從而更好 地服務(wù)于人們的生產(chǎn)與生活，這其中離不開嵌人式技術(shù)的廣泛應(yīng)用。正是與嵌人 式技術(shù)的結(jié)合，才使得對物品的標(biāo)識以及傳感器網(wǎng)絡(luò)等的正常和低成本工作成為 可能，即

14、把感應(yīng)器或傳感器嵌人和裝備到如電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建 筑、大壩、油氣管道、供水系統(tǒng)等各種物體中，形成物與物之間能夠進(jìn)行信息交 換的“物聯(lián)網(wǎng)”，并與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，從而實(shí)現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整 合,讓所有的物品都能夠遠(yuǎn)程感知和控制，形成一個更加智慧的生產(chǎn)生活體系。四、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢與展望當(dāng)前，中國大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的環(huán)境已經(jīng)初步形成。在政府層面，在江蘇 無錫以外，北京、上海、廣東、福建、山東、浙江等信息產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達(dá)的區(qū)域已 經(jīng)著手制定規(guī)劃，部分大企業(yè)也開始進(jìn)行市場進(jìn)入研究。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要應(yīng) 用牽引與技術(shù)創(chuàng)新雙輪驅(qū)動，即物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的突破不僅僅在技術(shù)上，更在應(yīng)用上。 未來可能

15、的幾個突破口主要有：一是政府資金投入的方向。2010年仍將保持積極的財政政策，考慮到物聯(lián) 網(wǎng)應(yīng)用中有相當(dāng)多政府公共管理與服務(wù)的領(lǐng)域，在交通、電力、環(huán)保、城市信息 化等領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將有較快發(fā)展，將引發(fā)市場快速啟動。二是公眾領(lǐng)域的相對成熟的應(yīng)用方向。 智能家居、感知醫(yī)護(hù)等概念已經(jīng)獲得 了長期的市場教育，隨著產(chǎn)品與技術(shù)的進(jìn)一步成熟，市場需求將得到進(jìn)一步的激 發(fā)。選擇適當(dāng)?shù)募?xì)分領(lǐng)域切入將催生出新興業(yè)態(tài)。三是傳統(tǒng)企業(yè)的應(yīng)用方向。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個重要方向是對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級 改造。部分傳統(tǒng)企業(yè)將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用集成至自身的產(chǎn)品中，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品升級，提升附加值與市場競爭力，企業(yè)自發(fā)的發(fā)展將產(chǎn)生更多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的

16、延伸產(chǎn)業(yè)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步和物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用的逐步展開，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)最有可能的發(fā)展演進(jìn)路線是標(biāo)準(zhǔn)化工作取得快速進(jìn)步，典型應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展最可能從防 人侵系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、移動物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用系統(tǒng)、物流監(jiān)控平臺、 汽車等大宗商品的供應(yīng)鏈應(yīng)用等開始并不斷向其他領(lǐng)域擴(kuò)展，關(guān)鍵技術(shù)逐漸成 熟，管理機(jī)制得到規(guī)范，隱私保護(hù)與信息安全同步推進(jìn)， 商業(yè)模式借助應(yīng)用成本 降低等而合理化，信息無障礙取得階段性成果，最后到理想的物聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)網(wǎng)內(nèi)不 同對象間的信息交換具有便捷、高效、安全、低成本、自主式或智能化的特點(diǎn)， 人與所處的環(huán)境和諧共生，形成一個有機(jī)的整體出現(xiàn)。國內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)將從“感知 中國”開始，但“感

17、知”只是第一步，其目的還在于感知后信息的應(yīng)用，因此，“智慧中國”應(yīng)是國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)下一階段更適宜的發(fā)展目標(biāo)。應(yīng)用需求總是推動技術(shù)進(jìn)步的不竭動力，建立人與物理環(huán)境間便捷聯(lián)系的需 求就是未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展不竭動力的源泉， 環(huán)境的“智能化體現(xiàn)了科技為人類服 務(wù)的本質(zhì)，也是物聯(lián)網(wǎng)的基本內(nèi)涵。物聯(lián)網(wǎng)就其本身來說 ，代表了下一代信息 發(fā)展技術(shù)，隨著各方面的共同力，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會對中國整個經(jīng)濟(jì)起到積極推 動作用。五、結(jié)論物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)信息化發(fā)展的必然。在過去的十幾年間，計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的 高速發(fā)展使得IT技術(shù)達(dá)到相對穩(wěn)定的平臺發(fā)展期。一方面，IT基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展 已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)?shù)囊?guī)模，可以支撐工業(yè)信息化發(fā)展的需求；另一方面，傳統(tǒng)工業(yè)的 發(fā)展也到了發(fā)展瓶頸期，亟需通過信息化來提升。物聯(lián)網(wǎng)將物理基礎(chǔ)設(shè)施與IT基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行結(jié)合，人類可以以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，從這一 點(diǎn)上講，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)極具想象力。參考文獻(xiàn)【1】張應(yīng)福 物聯(lián)