物聯(lián)網(wǎng)簡介

1物聯(lián)網(wǎng)的定義

隨著各種傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)的開展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應運而生。二匕爾?蓋茨

1995年《未來之路》一書中提及物物互聯(lián)。1998年麻省理工學院提出了當時被稱作EPC

系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)設想。1999年，在物品編碼，RFID技術(shù)的根底上Auto-ID公司提出了物聯(lián)網(wǎng)

的概念。2005年11月17S,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上，國際電信聯(lián)盟發(fā)布了

《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，其在報告中稱以物聯(lián)網(wǎng)為核心技術(shù)的通信時代就要來臨。

現(xiàn)如今，各國政府重視下一代的技術(shù)規(guī)劃，紛紛將物聯(lián)網(wǎng)作為信息技術(shù)開展的重點。

2008年11月，題為《智慧地球：下一代領導人議程》的講話由美國IBM公司總裁在紐約

對外關系理事會上發(fā)表，他王式提出了“智慧地球”(SmarterPlanet)的最新策略，并且希望在

根底建設的執(zhí)行中，植入“智慧”的理念，從而帶動經(jīng)濟的開展和社會的進步，希望以此掀

起“互聯(lián)網(wǎng)”浪潮之后的又一次科技產(chǎn)業(yè)革命。2009年I月，奧巴馬就任美國總統(tǒng)后，與美

國工商業(yè)領袖舉行了一次“圓桌會議”，作為僅有的兩名代表之一，IBM首席執(zhí)行官彭明盛

首次提出“智慧地球”這一概念，建議新政府投資新一代的智慧型根底設施。2009年，在歐

盟委員會的資助下，《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》和《RFID與物聯(lián)網(wǎng)模型》等對物聯(lián)網(wǎng)概念

有重要推廣作用的意見書由歡洲物聯(lián)網(wǎng)研究工程工作組(CERP-IoT)制訂。同年，日本針

對物聯(lián)網(wǎng)開展趨勢也制訂了i-Japan方案。2009年8月，溫家寶總理來到江蘇省無錫市，對

中科院所屬的高新傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心進行了考察，在認真參觀了解后，提出了“感知

中國”的想法，針對中國現(xiàn)狀提出了要盡早籌劃未來開展，盡早掌握關鍵技術(shù)，并且指示盡

早構(gòu)建中國的傳感信息技術(shù)中心；并提出“要盡全力掌握物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)的核心技術(shù)，提早

對后IP時代相關的技術(shù)研發(fā)工作進行詳細部署，借助信息網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)的動力加快產(chǎn)業(yè)升級步

伐、快速邁向信息社會“。隨著中美兩國領導人的表態(tài)，物聯(lián)網(wǎng)作為“智慧地球”的核心技術(shù)

之一，被各方提到空前的高度，備受關注，成為目前研究的熱點。

1999年，Ashton教授在研究RFID時，在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡國際會議首先提

出物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings)這個詞，Ashton最初的定義是：“就是當今的電腦以及互聯(lián)網(wǎng)幾

乎完全依賴于人類來提供信息?；ヂ?lián)網(wǎng)上大約有50petabytes(一個petabyte為1,024terabytes)

的數(shù)據(jù)，其中大局部最初由人來獲取和創(chuàng)立的，通過打反字、錄音、照相或掃描條碼等方

式。傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)藍圖中忽略了為數(shù)最多并且最重要的節(jié)點——人。而問題是，人的時間、

精力和準確度都是后限的，他們并不適于從真實世界中截獲信息。這是一個大問題。我們

生活丁一個物質(zhì)世界中，我們不能把虛擬的信息當作糧食吃，也不能當作柴火來燒。想法

和信息很重要，但物質(zhì)世界是更本質(zhì)的。當今的信息技術(shù)如此依賴于人產(chǎn)生的信息，以至

于我們的電腦更了解思想而不是物質(zhì)。如果電腦能不借助我們的幫助，就獲知物質(zhì)世界中

各種可以被獲取的信息、，我們將能夠跟蹤和計量那些物質(zhì)，極大地減少浪費、損失和消耗。

我們將知曉物品何時需要更換、維修或召回，他們是新的還是過了有效期。物聯(lián)網(wǎng)有改變

世界的潛能，就像互聯(lián)網(wǎng)一樣，甚至更多?！?/p>

從技術(shù)層面上講，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是通過射頻識別、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描

器等前端的信息采集系統(tǒng)，采集各種需要的數(shù)據(jù)信息，再通過互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡技術(shù)將數(shù)據(jù)傳

輸?shù)皆朴嬎阒行倪M行處理，最后根據(jù)分析處理的最終結(jié)果對前端進行智能化的控制。從應

用層面上講，物聯(lián)網(wǎng)是指世界上所有的物體都連接到一個網(wǎng)絡中，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，然后“物

聯(lián)網(wǎng)”又與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，實現(xiàn)人類社會與管理系統(tǒng)的整合，到達更加精細和生動的方

式管理生產(chǎn)和生活。

物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為TheInternetofThings。由該名稱可見，物聯(lián)網(wǎng)就是“物與物相連

的互聯(lián)網(wǎng)這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)仍然以互聯(lián)網(wǎng)作為根底和支撐，可以說物聯(lián)網(wǎng)是

在互聯(lián)網(wǎng)的根底上之上延伸和擴展的一種網(wǎng)絡；第二，物聯(lián)網(wǎng)將聯(lián)系的范圍擴展到了物與

物之間，在很大程度上擴展了互聯(lián)網(wǎng)之間的聯(lián)系。在物聯(lián)網(wǎng)當中存在大量的傳感器以及監(jiān)

控設備等，通過這些設備進行信息的收集，將收集的信息通過互聯(lián)網(wǎng)進行傳輸，同時對各

種設備、物體進行智能化的控制。

物聯(lián)網(wǎng)一般為無線網(wǎng)，由于每個人周圍的設備可以到達一千至五千個，所以物聯(lián)網(wǎng)可

能要包含500兆至一千兆個物體，在物聯(lián)網(wǎng)上，每個人都可以應用電子標簽將真實的物體

上網(wǎng)聯(lián)結(jié)，在物聯(lián)網(wǎng)上都可以查找出它們的具體位置。通過物聯(lián)網(wǎng)可以用中心計算機對機

器、設備、人員進行集中管理、控制，也可以對家庭設備、汽車進行遙控，以及搜尋位置、

防止物品被盜等各種應用。

物聯(lián)網(wǎng)改變了人與自然界的交互方式，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的互聯(lián)，把

虛擬的信息世界與現(xiàn)實的物理世界鏈接起來，融為一體，擴展了現(xiàn)有網(wǎng)絡的功能和管理層

能力。是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，是一個全新的技術(shù)

領域。

如今，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為一個全球關注的詞語，因為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及到信息技術(shù)的各個

方而，所以稱物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息技術(shù)的第三次革命性創(chuàng)新。

2物聯(lián)網(wǎng)的特點

物聯(lián)網(wǎng)源于對物品識別的需求，但在當前技術(shù)背景下，物聯(lián)網(wǎng)所能夠或者應該實現(xiàn)的

功能目標，已經(jīng)遠遠超過了簡單的物品識別目的，其與傳統(tǒng)網(wǎng)絡相比具有的特點，需要從

系統(tǒng)的角度去研究和思考。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡由諸多異構(gòu)網(wǎng)絡和多樣化的終端設備組成，這種

異構(gòu)的特點決定了物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡的諸多不同之處。

第一，物聯(lián)網(wǎng)是各種感知技術(shù)的廣泛應用。全面感知就是對物的生存狀態(tài)和環(huán)境信息

實時感知，包括近距離的感知（通過傳感器感知物理量）、遠距離感知（通過網(wǎng)絡傳遞感知

信息）和雙向感知。在物聯(lián)網(wǎng)當中，存在大量不同類型以及功能的傳感器，每個傳感器都

是一個信息源，這些傳感器為物聯(lián)網(wǎng)提供大量的信息。由于傳感器功能的差異，不同類別

的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。而且傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實時性，需要按

一定的頻率周期性的采集環(huán)境信息，不斷更新數(shù)據(jù)。

第二，物聯(lián)網(wǎng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡。可靠傳輸就是以互聯(lián)網(wǎng)為根底，對

需要聯(lián)網(wǎng)的物體提供互聯(lián)互通的網(wǎng)絡，隨時隨地進行可靠的信息交互、信息反應、自動化

挖制和智能自治管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要根底和核心依舊是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線

網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。在物聯(lián)網(wǎng)上的傳感器定時采集的

信息需要通過網(wǎng)絡傳輸，由于其數(shù)量極其龐大，形成了海量信息。這些設備搜集的大量信

息需要由互聯(lián)網(wǎng)進行傳輸，在傳輸過程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時性，必須適應各

種異構(gòu)網(wǎng)絡和協(xié)議。

第三，物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接，其木身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ?/p>

體實施智能控制。智能處理利用云計算技術(shù)，對感知數(shù)據(jù)和信息進行分析處理，評估物體

的生存狀態(tài)和環(huán)境改變，對物實施相應的控制策略，進行信息施救，并對信息施救效果進

行評估。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用云計算、模式識別等各種智能技術(shù)，使

自動化的智能控制技術(shù)深入到各個領域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出

有意義的數(shù)據(jù)，以適應不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應用領域和應用模式。

3物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

目前，物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個被廣泛認同的體系結(jié)構(gòu)，但是，我們可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)對信息

感知、傳輸、處理的過程將其劃分為三層結(jié)構(gòu)，即感知層、網(wǎng)絡層和應用層，具體體系結(jié)

構(gòu)如圖1所示。

物聯(lián)網(wǎng)中由于要實現(xiàn)物與物和人與物的通信，感知層是必需的.感知層在物聯(lián)網(wǎng)中屬

丁信息收集的主要局部，主要用丁對物理世界中的各類物理量、標識、音頻、視頻等數(shù)據(jù)

的采集與感知。數(shù)據(jù)采集主要由各種型號以及功能不同的傳感器、RFID、二維碼等組成，

這些傳感器相當于人體的感覺器官，負責感知外界的信息，對各種信息進行分析識別，收

集有用信息，為后續(xù)工作的開展奠定根底。感知層的關鍵技術(shù)包括傳感器、RFID、GPS、

自組織網(wǎng)絡、傳感器網(wǎng)絡、短距離無線通信等。感知層必須解決低功耗、低本錢和小型化

的問題，并旦向靈敏度更高、更全面的感知能力方向開展。

物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層主要進行信息的傳送。網(wǎng)絡層主要是依靠傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)，同時結(jié)合廣

電網(wǎng)、通信網(wǎng)等，能夠在第一時間將各種傳感器收集的信息進行傳輸，并有云計算平臺對

傳輸過來的信息進行分析和計算，從而做出相應的判斷。主要用于實現(xiàn)更廣泛、更快速的

網(wǎng)絡互連，從而把感知到的數(shù)據(jù)信息可靠、平安地進行傳送。目前能夠用于物聯(lián)網(wǎng)的通信

網(wǎng)絡主要有互聯(lián)網(wǎng)、無線通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)與有線電視網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)中有多種設備需要接

入，因此物聯(lián)網(wǎng)必須是異構(gòu)泛在的。由于物體可能是移動的，因此物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層必須支

持移動性，從而實現(xiàn)無縫透明的接入。

應用層主要包括應用支撐平臺子層和應用效勞子層。應用支撐平臺子層用于支撐跨行

業(yè)、跨應用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享和互通。應用效勞子層包括智能交通、智能家

居、智能物流、智能醫(yī)療、智能電力、數(shù)字環(huán)保、數(shù)字農(nóng)業(yè)、數(shù)字林業(yè)等領域。通過各種

終端設備能夠及時的獲取物聯(lián)網(wǎng)傳遞的信息。人們可以通過應用層的接入終端及時的獲取

物聯(lián)網(wǎng)中豐富的信息。當前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷開展，相應的控制領域也在不斷擴大，對于

人們生活和生產(chǎn)作業(yè)也越來越大。

圖L1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成局部，其關鍵環(huán)節(jié)可以歸納為全面感知、可靠傳

送、智能處理。全面感知是指利用射頻識別（RFID）、GPS、攝像頭、傳感器、傳感器網(wǎng)絡

等技術(shù)手段，隨時隨地對物體進行信息采集和獲取?？煽總魉褪侵竿ㄟ^各種通信網(wǎng)絡、互

聯(lián)網(wǎng)隨時隨地進行可靠的信息交互和共享。智能處理是指對海量的跨部門、跨行業(yè)、跨地

域的數(shù)據(jù)和信息進行分析處理，提升對物理世界、經(jīng)濟社會各種活動的洞察力，實現(xiàn)智能

化的決策和控制。相比互聯(lián)網(wǎng)具有的全球互聯(lián)互通的特征，物聯(lián)網(wǎng)具有局域性和行業(yè)性特

征。

4物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)涉及的新技術(shù)很多，其中的關鍵技術(shù)主要有RFID、傳感器技術(shù)、智能技術(shù)、納

米技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)和云計算等。

(1)RFID技術(shù)

射頻識別(RFID)技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別對象

并獲取相關數(shù)據(jù)。RFID為物體貼上電子標簽，實現(xiàn)高效靈活管理，是物聯(lián)網(wǎng)最關鍵的一個

技術(shù)。典型的RFID系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器和信息處理系統(tǒng)組成。當帶有電子標簽的物

品通過特定的信息讀寫器時，標簽被讀寫器激活并通過無線電波將標簽中攜帶的信息傳送

到讀寫器以及信息處理系統(tǒng)，完成信息的自動采集工作。信息處理系統(tǒng)根據(jù)需求承當相應

的信息控制和處理工作。由于它是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，因此識別工作無須人工

干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操

作方便快捷。

在RFID中要實現(xiàn)物體之間的互聯(lián)就必須給每件物體一個識別編碼，也就是用于身份

驗證的ID,每個物品都有一個ID來證明它的唯一性。正是RFID對物體的唯一標識性，使

其成為物聯(lián)網(wǎng)的熱點技術(shù)。而作為條形碼的無線版本，RFID技術(shù)有條形碼不具備的防水、

防磁、耐高溫、可加密等優(yōu)點。

(2)傳感器和傳感節(jié)點技術(shù)

傳感器是指能感知預定的被測指標并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件和裝置，

通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，用來感知信息采集點的環(huán)境參數(shù)，例如聲、光、電、熱

等信息，并能將檢測感知到的信息按一定規(guī)律變化成電信號或所需形式輸出，以滿足信息

的傳輸、處理、存儲和控制等要求。如果沒有傳感器對被測的原始信息進行準確可靠的捕

獲和轉(zhuǎn)換，一切準確的測試與控制都將無法實現(xiàn)，即使最現(xiàn)代化的電子計算機，沒有準確

的信息或有不失真的輸入，也將無法充分發(fā)揮其應有的作用。

傳感器的類型多樣，可以按照用途、材料、輸出信號類型、制造工藝等方式進行分類。

常見的傳感器有速度傳感器、熱敏傳感器、壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲?/p>

器、能耗傳感器、加速度傳感涔、射線輻射傳感器、震動傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感

器、氣敏傳感器等。隨著技術(shù)的開展，新的傳感器類型也不斷產(chǎn)生。傳感器的應用領域非

常廣泛，包括工業(yè)生產(chǎn)自動化、國防現(xiàn)代化、航空技術(shù)、航天技術(shù)、能源開發(fā)、環(huán)境保護

與生物科學等。

隨著納米技術(shù)和微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的應用，傳感器尺寸的減小和精度的提高,

也大大拓展了傳感器的應用領域。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳

輸和電源構(gòu)成。節(jié)點具有感知能力、計算能力和通信能力，也就是在傳統(tǒng)傳感器根底上，

增加了協(xié)同、計算、通信功能，構(gòu)成了傳感器節(jié)點。智能化是傳感器的重要開展趨勢之一,

嵌入式智能技術(shù)是實現(xiàn)傳感器的重要開展趨勢之一，嵌入式智能技術(shù)是實現(xiàn)傳感器智能化

的重耍手段，其特點是將硬件和軟件相結(jié)合，嵌入式微處理器的低功耗、體積小、集成度

高和嵌入式軟件的高效率、高可靠性等優(yōu)點，同時結(jié)合人工智能技術(shù)，推動物聯(lián)網(wǎng)中智能

環(huán)境的實現(xiàn)。

(3)網(wǎng)絡和通信技術(shù)

無論物聯(lián)網(wǎng)的概念如何擴展和延伸，其最根底的物物之間的感知和通信是不可替代的

關鍵技術(shù)。網(wǎng)絡通信技術(shù)包括各種有線和無線傳輸技術(shù)、交換技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)關技術(shù)

等。

其中M2M技術(shù)那么是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的關犍。M2M技術(shù)是機器對機器

(Machine-To-Machine)通信的簡稱，指所有實現(xiàn)人、機器、系統(tǒng)之家建立通信連接的技

術(shù)和手段，同時也可代表人對機器(ManToMachine機器對人(MachineToMan)、移

動網(wǎng)絡對機器(MobileToMachine)之間