物聯(lián)網(wǎng)技術及其工業(yè)應用的機遇與挑戰(zhàn)

1、物聯(lián)網(wǎng)技術及其工業(yè)應用的機遇與挑戰(zhàn)摘要：當代物聯(lián)網(wǎng)技術開展迅速,尤其在工業(yè)中的應用越發(fā)值得研究和關注.本文將簡析物聯(lián)網(wǎng)歷史和關鍵技術,分析其在工業(yè)中的應用以及由此帶來的機遇與挑戰(zhàn),為我們?yōu)榱碎_展物聯(lián)網(wǎng)事業(yè),迎接物聯(lián)網(wǎng)時代指明方向.關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術IOT,工業(yè)應用,信息,網(wǎng)絡,無線網(wǎng)WSNs.Abstract:theInternetofthingstechnologydevelopedrapidly,andinitsapplicationinindustryisespeciallyworthyofourattentionandresearch.Inthispaper,thehistoryoft

2、heInternetofthings,itskeytechnology,itsapplicationinindustrywhichresultsinmanyopportunitiesandchallengestous,willbeanalyzed,sothatwecangreatlymeetthedevelopmentoftheInternetofthingsindustryandpickupthedirectionoftheeraoftheInternetofthings.KeywordstechnologyofIOT,industrialapplications,information,I

3、nternet,WirelessSensorNetworks.1物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵的詮釋以及其歷史物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機與互聯(lián)網(wǎng)技術之后,掀起世界信息產(chǎn)業(yè)風暴的關鍵技術.物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)根底上,將用戶端擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通信,它的出現(xiàn)最早可追溯到1990年第一次出現(xiàn)的最初實踐原型一一施樂網(wǎng)絡可樂販售機(NetworkedCokeMachine).1999年,在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡國際會議上,物聯(lián)網(wǎng)被定義為：物與物進行互聯(lián)通信的網(wǎng)絡,其英文名稱是InternetofThings,IoT.在如今全球經(jīng)濟的快速開展的促進下,世界各國為謀求更多的經(jīng)濟利益,而近些年電子標簽、嵌入式系統(tǒng)和中

4、間件系統(tǒng)以及云計算等技術的日益開展完善,物聯(lián)網(wǎng)的開展壯大將是不可估量的.2物聯(lián)網(wǎng)的體系架構物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)向物理世界的延伸和拓展,互聯(lián)網(wǎng)可以作為傳輸物聯(lián)網(wǎng)信息的重要途徑之一,而傳感器網(wǎng)絡基于自組織網(wǎng)絡方式,屬于物聯(lián)網(wǎng)中一類重要的感知技術.從技術架構上分析,物聯(lián)網(wǎng)可分為感知層、網(wǎng)絡層和內(nèi)容應用層.感知層的石油溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、二維碼標簽等傳感器或和傳感器網(wǎng)構成的感知終端,其根本作用是感知,是物聯(lián)網(wǎng)收集信息的執(zhí)行者,也是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源.網(wǎng)絡層顧名思義就是物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡局部,負責傳遞和處理感知層獲取的信息,將信息上傳或者傳遞,是由互聯(lián)網(wǎng)、各種私有網(wǎng)絡、云計算平臺

5、和網(wǎng)絡治理系統(tǒng)等組成的.應用層是物聯(lián)網(wǎng)同用戶(包括人、組織和其他系統(tǒng))的接口,它與行業(yè)需求結合,處理各種用戶需求,實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應用.3物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術物聯(lián)網(wǎng)是一種網(wǎng)絡,就應該具有網(wǎng)絡的一些特性.由網(wǎng)絡理論中分層的概念分析概括,現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)大致可以分成以下幾個局部.包括RFID在內(nèi)的信息采集系統(tǒng)壓力傳福器光喊傳施器熱量探洌器EPC標簽信息聚集?著類傳感器)可見物聯(lián)網(wǎng)是一個相當龐大的集合,囊括了因特網(wǎng)、EPC/RFID、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、無線組網(wǎng)等各行業(yè)的成熟技術.ITU在2005年的物聯(lián)網(wǎng)報告中重點描述了物聯(lián)網(wǎng)的4個關鍵性應用技術一一標簽事物的RFID技術、感知事物的傳感器技術、思考事物

6、的智能技術、微縮事物的納米技術各項技術,它們雖然開展不統(tǒng)一,其中相輔相成,其中射頻標簽、條碼與二維碼等技術已經(jīng)非常成熟,傳感器網(wǎng)絡相關技術尚有很大開展空間.3.1 感知和標識技術感知和標識技術是物聯(lián)網(wǎng)的根底,主要應用與物聯(lián)網(wǎng)感知層,其主要作用是采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù),實現(xiàn)外部世界信息的感知和識別,主要包括多種開展成熟度差異性很大的技術,如傳感器、RFID、二維碼等.傳感技術利用傳感器和多跳自組織傳感器網(wǎng)絡,協(xié)作感知、采集網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息.識別技術涵蓋物體識別、位置識別和地理識別,對物理世界的識別是實現(xiàn)全面感知的根底.物聯(lián)網(wǎng)標識技術是以二維碼、RFID標識為根底的,對象

7、標識體系是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要技術點.3.2 網(wǎng)絡技術物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡的一種,因此網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)信息傳遞和效勞支撐的根底設施,通過泛在的互聯(lián)功能,實現(xiàn)感知信息高可靠性、高平安性傳送.網(wǎng)絡技術的關鍵技術包括接入與組網(wǎng)、通信與頻管.物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡技術涵蓋泛在接入和骨干傳輸?shù)榷鄠€層面的內(nèi)容.以互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6(IPv6)為核心的下一代網(wǎng)絡,為物聯(lián)網(wǎng)的開展創(chuàng)造了良好的根底網(wǎng)條件.以傳感器網(wǎng)絡為代表的末梢網(wǎng)絡在規(guī)?；瘧煤?面臨與骨干網(wǎng)絡的接人問題.物聯(lián)網(wǎng)需要綜合各種有線及無線通信技術,其中近距離無線通信技術將是物聯(lián)網(wǎng)的研究重點.為提升頻譜資源的利用率,讓更多物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務能實現(xiàn)空間并存,需切實提升物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；瘧玫念l

8、譜保證水平,保證異種物聯(lián)網(wǎng)的共存,并實現(xiàn)其互聯(lián)互通互操作.3.3 計算與效勞技術計算與效勞技術是物聯(lián)網(wǎng)應用層的關鍵,海量感知信息的計算與處理是物聯(lián)網(wǎng)的核心支撐.效勞和應用那么是物聯(lián)網(wǎng)的最終價值表達,在這項技術中信息計算和效勞計算是最重要的技術.海量感知信息計算與處理技術是物聯(lián)網(wǎng)應用大規(guī)模開展后,面臨的重大挑戰(zhàn)之一.需要研究海量感知信息的數(shù)據(jù)融合、高效存儲、語義集成、并行處理、知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘等關鍵技術,而采用云計算技術實現(xiàn)信息存儲資源和計算水平的分布式共享,能為海量信息的高效利用提供支撐.物聯(lián)網(wǎng)不斷涌現(xiàn)的新型應用將使物聯(lián)網(wǎng)的效勞模式與應用開發(fā)受到巨大挑戰(zhàn),從適應未來應用環(huán)境變化和效勞模式變化

9、的角度出發(fā),需要研究針對不同應用需求的標準化、通用化效勞體系結構以及應用支撐環(huán)境、面向效勞的計算技術等.3.4 治理與支撐技術治理與支撐技術貫穿了物聯(lián)網(wǎng)所有層次,而隨著物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)模的擴大、承載業(yè)務的多元化和效勞質(zhì)量要求的提升以及影響網(wǎng)絡正常運行因素的增多,治理與支撐技術是保證物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“可運行,可治理,可限制的關鍵,包括測量分析、網(wǎng)絡治理和平安保證等方面.測量分析是解決網(wǎng)絡可知性問題的根本方法,可測性是網(wǎng)絡研究中的根本問題.隨著網(wǎng)絡復雜性的提升與新型業(yè)務的不斷涌現(xiàn),需研究高效的物聯(lián)網(wǎng)測量分析關鍵技術,建立面向效勞感知的物聯(lián)網(wǎng)測量機制與方法.平安是基于網(wǎng)絡的各種系統(tǒng)運行的重要根底之一,物聯(lián)網(wǎng)的

10、開放性、包容性和匿名性也決定了不可防止地存在信息平安隱患.需要研究物聯(lián)網(wǎng)平安關鍵技術,滿足機密性、真實性、完整性、抗抵賴性的四大要求,同時還需解決好物聯(lián)網(wǎng)中的用戶隱私保護與信任治理問題.3.5 無線傳感器網(wǎng)絡的開展無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetworks,WSNs)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量傳感器節(jié)點相互通信形成的多跳自組織網(wǎng)絡系統(tǒng),是物聯(lián)網(wǎng)底層網(wǎng)絡的重要技術形式.隨著無線通信、傳感器技術、嵌入式應用和微電子技術的日趨成熟,WSN何以在任何時間、任何地點、任何環(huán)境條件下獲取人們所需信息,為物聯(lián)網(wǎng)的開展奠定根底.wsns乍為當今信息科學與計算機網(wǎng)絡領域的研究熱點,其關鍵技術具有

11、跨學科交叉、多技術融合等特點,每項關鍵技術都需要亟待突破.WSNs勺關鍵技術主要表達在3個方面,即信息采集系統(tǒng)設計、網(wǎng)絡效勞支持和網(wǎng)絡通信協(xié)議設計.ABIResearch公司分析預測,作為WSNS成數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)闹饕叹嚯x無線通信形式,IEEE802.15.4集成電路市場出貨量在未來將進一步加大.現(xiàn)階段,面向物聯(lián)網(wǎng)的WSN9處于研究的探索階段,在信息采集系統(tǒng)設計、網(wǎng)絡效勞支持和網(wǎng)絡通信協(xié)議設計等方面都面臨一系列的挑戰(zhàn).未來的WSNs勺開展方向,將是適應人們的各種需求,充分利用物聯(lián)網(wǎng)的技術優(yōu)勢,建立統(tǒng)一的滿足多種需求的網(wǎng)絡通信協(xié)議和網(wǎng)絡效勞支持策略,從而屏蔽應用相關帶來的WSN毀計差異復雜性,在

12、節(jié)能環(huán)保方面,WSNS條最大限度降得WSNS勺功耗,并且最大限度利用基于IP的上下文網(wǎng)絡,使基于IEEE802.15.4通信協(xié)議的WSNsW基于IPv6協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)統(tǒng)一尋址,保證物聯(lián)網(wǎng)時代網(wǎng)絡層向傳輸層提供靈活簡單、無連接、滿足QoS需求的數(shù)據(jù)報效勞,繼續(xù)研究開發(fā)基于多宿主的網(wǎng)絡傳輸,增強基于WSNS勺物聯(lián)網(wǎng)絡可靠性和魯棒性、實現(xiàn)負載均衡、減少傳輸延遲、降低用戶開銷的實際意義.4.物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)應用中的機遇與挑戰(zhàn)4.1 物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)應用遇到的應用機遇：隨著世界經(jīng)濟的一體化和世界經(jīng)濟的快速開展尤其是世界經(jīng)濟工業(yè)化的開展,物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)方面的應用越發(fā)廣泛,因此物聯(lián)網(wǎng)越發(fā)需要快速開展并且盡可能適應

13、客戶需求,從全球經(jīng)濟和信息產(chǎn)業(yè)開展趨勢來看,物聯(lián)網(wǎng)時代即將來臨.而由于物聯(lián)網(wǎng)的開展,使物品和效勞功能都發(fā)生了質(zhì)的飛躍,這些新的功能將給使用者帶來進一步的高效、便利和平安,由此形成基于這些功能的新興產(chǎn)業(yè).物聯(lián)網(wǎng)將依托物品識別、傳感和傳動、網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)存儲和處理、智能物體等技術形成龐大的產(chǎn)業(yè)群.這些都刺激了工業(yè)的開展,而在汽車、家電、工程機械、船舶等行業(yè)通過應用物聯(lián)網(wǎng)技術,提升了產(chǎn)品的智能化水平,實現(xiàn)產(chǎn)品的信息化.物聯(lián)網(wǎng)技術應用于生產(chǎn)線過程檢測、實時參數(shù)采集、生產(chǎn)設備與產(chǎn)品監(jiān)控治理、材料消耗監(jiān)測等,可以大幅度提升生產(chǎn)智能化水平.在企業(yè)治理方面,物聯(lián)網(wǎng)技術主要應用于供給鏈治理、生產(chǎn)治理等領域.在供

14、給鏈治理方面,物聯(lián)網(wǎng)技術主要應用于運輸、倉儲等物流治理領域.而物在紡織、食品飲料、生產(chǎn)車間、化工等流程型行業(yè)的生產(chǎn)設備治理領域,物聯(lián)網(wǎng)技術得到應用.而利用物聯(lián)網(wǎng)技術建立污染源自動監(jiān)控系統(tǒng),可以對工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的污染物CO陰關鍵指標進行實時監(jiān)控,為優(yōu)化工藝流程提供依據(jù).通過建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術的礦山井下人、機、環(huán)監(jiān)控及調(diào)度指揮綜合信息系統(tǒng),對采掘、提升、運輸、通風等關鍵生產(chǎn)設備進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷,監(jiān)測溫度、濕度、瓦斯?jié)舛鹊葹槊禾?、鋼鐵、有色等行業(yè)保證平安生產(chǎn).在物聯(lián)網(wǎng)技術逐步開展,應用越發(fā)廣泛的今日,世界各國政府更加重視,相繼制定了一系列的政策支持物聯(lián)網(wǎng)的開展.而今全球環(huán)境惡劣能源危機、金

15、融危機等要求經(jīng)濟增長,物聯(lián)網(wǎng)能夠改變目前的生產(chǎn)方式,減少環(huán)境污染與資源浪費,是經(jīng)濟增長的一個重要方面.4.2 物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)應用遇到的挑戰(zhàn)如今,物聯(lián)網(wǎng)還面臨著許多的挑戰(zhàn)：1) 目前物聯(lián)網(wǎng)的開展依然處于不完善的階段,各項技術標準并不統(tǒng)一,終端廠商、應用廠商、集成商無法有效分工協(xié)作,產(chǎn)業(yè)分工不能細化,影響整個產(chǎn)業(yè)規(guī)?；拈_展.2) 各種終端的信息采集涉及大量的個人隱私以及商業(yè)機密,必須保證數(shù)據(jù)的平安性,信息平安與隱私問題一直是物聯(lián)網(wǎng)的難點,許多平安隱私細節(jié)需要不斷的細化,以保證信息不被泄露.3) 物聯(lián)網(wǎng)應用層面的信息需要互聯(lián)和融合,需要打破不同行業(yè)領域之間的行業(yè)壁壘,各行業(yè)之間相互合作,才能最好地開

16、展物聯(lián)網(wǎng).4) 物聯(lián)網(wǎng)將使IP地址的需求呈指數(shù)級增長,許多地址資源無法支撐.4.3 抓住機遇,迎接挑戰(zhàn)如今世界各國都在競爭國際標準制定的主導和限制,這將無疑促進物聯(lián)網(wǎng)技術的開展.為解決物聯(lián)網(wǎng)的研究和應用中遇到的問題,世界各國需要進一步制定相應政策適應物聯(lián)網(wǎng)的開展,迎接物聯(lián)網(wǎng)時代.當前物聯(lián)網(wǎng)相關產(chǎn)業(yè)開展,有利于未來經(jīng)濟的可持續(xù)開展；物聯(lián)網(wǎng)有些關鍵技術需要投入大量的人力、財力以及物力,以保證物聯(lián)網(wǎng)的正常開展.物聯(lián)網(wǎng)的開展應該注重于發(fā)揮內(nèi)部優(yōu)勢、減少內(nèi)部劣勢、抓住外部機遇、減輕外部威脅.當前我們唯有于抓住機遇,5物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)環(huán)境分析與開展預測物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)環(huán)境復雜多樣,可采用PEST分析法,總結當前世界物

17、聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境.可知當今世界各國對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的重視程度加深,而物聯(lián)網(wǎng)刺激經(jīng)濟法開展,反之也為開展的經(jīng)濟刺激其開展要求,從而為進一步開展奠定根底,而如今的信息和隱私平安是物聯(lián)網(wǎng)開展中需要攻克的難題,最終物聯(lián)網(wǎng)由于其本身涉及技術領域的廣泛注定其一定的產(chǎn)業(yè)環(huán)境適應其研究開發(fā)要求.物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的預測有利于國家更好的把握物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)開展節(jié)奏,對各地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)開展的規(guī)劃有借鑒意義.分析局部資料可以做出結論,如今的物聯(lián)網(wǎng)已過了探索性,而正處于快速開展期,在這段時期,物聯(lián)網(wǎng)標準形成,各種產(chǎn)業(yè)融合開展,未來的五年將會呈穩(wěn)定增長的狀態(tài),各種產(chǎn)業(yè)深度融合,大約五年后物聯(lián)網(wǎng)技術和產(chǎn)業(yè)成熟,并對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和提升,將物聯(lián)網(wǎng)

18、技術和理念融入到各行各業(yè)中,并成為其開展的推動力量.6我國團隊在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方面的技術和產(chǎn)品以及產(chǎn)業(yè)化我國是世界是最早研究物聯(lián)網(wǎng)的國家之一,物聯(lián)網(wǎng)的研究時間長,因此物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)處于世界領先位置.2006年,我國制定了2006年-2021年的信息化的開展戰(zhàn)略,其中介紹了全球信息化和我國信息化的開展趨勢,我國的戰(zhàn)略思想以及戰(zhàn)略目標我國具有代表性的研究機構都已經(jīng)并將繼續(xù)實施對物聯(lián)網(wǎng)各個方面的研究.目前大多數(shù)的高校將物聯(lián)網(wǎng)作為一個重要的研究方向.物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)涉及的技術相比照擬多,主要包括RFID技術、傳感器技術、云計算技術、網(wǎng)絡與通信技術、中間件技術等.我國關于RFID技術的企業(yè)大多數(shù)都集中在低頻與高頻領域,具體超過10