物联网技术及其发展的探讨 兰州城市学院学院信息工程学院 朱正平物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思： 第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的 网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和 通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID） 、红外感应器、全球定 位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相 连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控 和管理的一种网络。定义/特征 英文名： Internet of Things（IOT） ，也称为 Web of Things。 物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、 全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实 时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力 学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。 其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和 控制。 特征 和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征。 首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传 感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信 息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境 信息，不断更新数据。 其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核 心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时 准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性 和及时性，必须适应各种异构网络和协议。 还有，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力， 能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、 模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、 加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域 和应用模式。 “物”的涵义这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围： 1、要有相应信息的接收器； 2、要有数据传输通路； 3、要有一定的存储功能； 4、要有 CPU； 5、要有操作系统； 6、要有专门的应用程序； 7、要有数据发送器； 8、遵循物联网的通信协议； 9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。 背景物联网示意图 1、 物联网的实践最早可以追溯到1990 年年施乐公司的网络可乐贩售机 Networked Coke Machine。 2 2、1999 年 在美国召开的移动计算和网络国际会议首先提出物联网 (Internet of Things)这个概念；是 1999 年 MIT Auto-ID 中心的 Ashton 教授在研 究 RFID 时最早提出来的。提出了结合物品编码、RFID 和互联网技术的解决方 案。当时基于互联网、RFID 技术、EPC 标准，在计算机互联网的基础上，利 用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共 享的实物互联网“Internet of things”（简称物联网） ，这也是在 2003 年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。 传感网是基于感知技术建立起来的网络。中科院早在 1999 年就启动了传感 网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。1999 年，在 美国召开的移动计算和网络国际会议提出了， “传感网是下一个世纪人类面临的 又一个发展机遇” 。 3、 2003 年，美国技术评论提出传感网络技术将是未来改变人们生活 的十大技术之首。 4、 2005 年 11 月 17 日，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ITU 互联网报告 2005：物联网 ，引用了“物联网” 的概念。物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不 再只是指基于 RFID 技术的物联网。 报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从 轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术 （RFID） 、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。 根据 ITU 的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种 短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从 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和物与物之间的沟通 连接。物联网概念的兴起，很大程度上得益于国际电信联盟 2005 年以物联网 为标题的年度互联网报告。然而，ITU 的报告对物联网缺乏一个清晰的定义。 虽然目前国内对物联网也还没有一个统一的标准定义，但从物联网本质上 看，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提 升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用， 使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。物联网技术被称为是信息产业的第 三次革命性创新。物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是互联网特 征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信 特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信（M2M）的功能； 三是智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。 5、 2008 年后，为了促进科技发展，寻找经济新的增长点，各国政府开始 重视下一代的技术规划，将目光放在了物联网上。在中国，同年 11 月在北京大 学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新 2.0”提出移动技术、物联 网技术的发展代表着新一代信息技术的形成，并带动了经济社会形态、创新形 态的变革，推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新（创新 2.0） 形态的形成，创新与发展更加关注用户、注重以人为本3。而创新 2.0 形态的 形成又进一步推动新一代信息技术的健康发展。 6、2009 年 1 月 28 日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了 一次“圆桌会议” ，作为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，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。当年，美 国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。 2009 年 2 月 24 日 2009IBM 论坛上，IBM 大中华区首席执行官钱大群.公布 了名为“智慧的地球”的最新策略。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关 注，甚至有分析认为 IBM 公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并 在世界范围内引起轰动。IBM 认为，IT 产业下一阶段的任务是把新一代 IT 技 术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁 路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网。 在策略发布会上，IBM 还提出，如果在基础建 设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进 就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。IBM 希 望“智慧的地球”策略能掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技产业革命。IBM 前 首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔 15 年发生一次变 革。这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律”。1965 年 前后发生的变革以大型机为标志，1980 年前后以个人计算机的普及为标志，而 1995 年前后则发生了互联网革命。每一次这样的技术变革都引起企业间、产业 间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革命一定程度上是由美国 “信息高速公路”战略所催熟。20 世纪 90 年代，美国克林顿政府计划用 20 年时 间,耗资 2000 亿-4000 亿美元,建设美国国家信息基础结构，创造了巨大的经济和 社会效益。 而今天， “智慧地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多 相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否掀 起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。 2009 年 8 月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物联 网应用也提出了一些看法和要求。自温总理提出“感知中国”以来,物联网被正式 列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到 了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟 的。 物联网的概念与其说是一个外来概念，不如说它已经是一个“中国制造”的 概念，他的覆盖范围与时俱进，已经超越了 1999 年 Ashton 教授和 2005 年 ITU 报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。 截至 2010 年，发改委、工信部等部委正在会同有关部门，在新一代信息技 术方面开展研究，以形成支持新一代信息技术的一些新政策措施，从而推动我 国经济的发展。 技术架构和应用模式 从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。技术架构图示 4 感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温 度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS 等 感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联 网获识别物体，采集信息的来源，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，负责传递和处理感知层获 取的信息。 应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业 需求结合，实现物联网的智能应用。 物联网的行业特性主要体现在其应用领域内，目前绿色农业、工业监控、 公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行 业均有物联网应用的尝试，某些行业已经积累一些成功的案例。 真正实现了物联网 相关概念 作为物联网发展的排头兵，射频识别技术（ Radio Frequency Identification，简称 RFID）成为了市场最为关注的技术。 RFID 是 20 世 纪 90 年代开始兴起的一种自动识别技术，是目前比较先进的一种非接触识 别技术。以简单 RFID 系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中 间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的，比 Internet 更为庞大的物联网成为 RFID 技术发展的趋势。 RFID 是能够让物品 “开口说话”的一种技术。在 “物联网”的构想中， RFID 标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们 自动采集到中央信息系统，实现物品 (商品)的识别，进而通过开放性的计 算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的 “透明”管理。 数据显示， 2008 年全球 RFID 市场规模已从 2007 年的 49.3 亿美元上升到 52.9 亿美元，这个数字覆盖了 RFID 市场包括标签、阅读器、其他基 础设施、软件和服务等的方方面面。 RFID 卡和卡相关基础设施将占市场的 57.3%，达 30.3 亿美元。来自金融、安防行业的应用将推动RFID 卡类市场 的增长。易观国际预测， 2009 年中国 RFID 市场规模将达到 50 亿元，年复 合增长率为 33%，其中电子标签超过 38 亿元、读写器接近 7 亿元、软件和 服务达到 5 亿元的市场格局。 MEMS 是微机电系统的缩写， MEMS 技术是建立在微米 /纳米基础之上的， 市场前景广阔。 MEMS 传感器的主要优势在于体积小、大规模量产后成本