物联网技术与应用简析

（新疆轻工职业技术学院信息与软件分院，新疆 乌鲁木齐 830021）

1 物联网概念

1.1 物联网的定义

互联网是人依靠终端设备进行互联，实现人与人之间的信息传递和共享，在不到二十年的时间里它就已经完全改变了我们的生活方式和工作方式。在互联网实现了信息传递和共享后，人们期望各种实物的描述信息也可传递和共享，“物联网（Internet of Things,IoT）“正是在这种情况下提出的[1]。

物联网的概念最初由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出[2]。顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。因此，可以说，物联网是互联网的延伸，由人及物的延伸。那么，联入物联网的“物”到底是什么呢？有人认为物联网是产品信息的互联网，那么物就是“产品信息”[3]，在物联网应用的初级阶段这种理解是合适的。随着物联网进一步发展和应用的深入，这样理解是很有局限性的。

物联网中的交互实体是时间或空间上可移动的物理或虚拟物体，采用近场无线通信（Near Field Communication,NFC)、无线传感与执行网络（Wireless Sensor and Actuator Network,WSAN）与 RFID等技术的融合，连接物理世界与虚拟世界[4-5]。

显然，不是所的“物”都能联入物联网，这里的“物”要满足相应的条件：

（1）有相应信息的接收器；

（2）有数据传输通路；

（3）有一定的存储功能；

（4）有CPU；

（5）有操作系统；

（6）有专门的应用程序；

（7）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。

1.2 物联网的基本特征

现在的互联网满足了人与人之间的信息交换和共享，而物联网将满足物与物、人与物之间的信息交换和共享，且不需要人的参与就可以自动运行。

物联网的基本特征可概括为全面感知、可靠传送和智能处理。

全面感知：利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取。

可靠传送：通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享。

智能处理：利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制。

物联网不会发展成为独立于互联网的另外一个网络，它将是互联网的一种新型应用，就如同现在人们所熟知的基于Web和 HTTP协议的万维网，所以，物联网可能象万维网一样根据服务的范围形成以下不同的类别，如私有物联网、公有物联网、社区物联网和混合物联网等。

从技术的角度来看，物联网是互联网应用深化和扩展的结果，是一种互联网应用，它涉及3个方面的技术，即感知、传输、和智能处理。从发展的角度来看，物联网的基础理论和关键技术还处于探索阶段[6]。

2 物联网的技术架构

物联网技术由信息物品技术、自主网络技术和智能应用技术构成，这3个部分各自有其技术架构，这三类技术构成了物联网技术架构。

信息物品技术主要指物品的标识、传感和控制技术，也就是指现有的数字化技术。信息物品技术属于物理世界与网络世界融合的接口技术。如果把人也看作是一个物品，则信息物品技术也包括了佩戴式计算装置技术。

物联网需要自主网络技术，自主网络就是具备自管理能力的网络系统，从物联网未来应用需求看，自主网络还应具备自控制能力，所以，物联网中的自主网络技术包括自主管理技术和自主控制技术两部分。

自主网络管理类技术包括：网络自配置技术、网络自愈合技术、网络自优化技术、网络自保护技术。自主网络控制类技术包括：基于空间语义的控制技术、基于时间语义的控制技术。支撑物联网的自主网络应该是具有自主网络能力的因特网。

物联网的应用要求对产生的海量数据能自动进行处理，所以物联网需要智能应用技术，其中包括智能数据融合和智能决策控制技术。智能数据融合技术包括基于策略的数据融合、基于位置的数据融合、基于时间的数据融合、基于语义的数据融合；智能决策控制技术包括基于智能算法的决策、基于策略的决策、基于知识的决策。

物联网的应用需要智能化信息处理技术的支撑,主要需要针对大量的数据通过深层次的数据挖掘，并结合特定行业的知识和前期科学成果，建立针对各种应用的专家系统、预测模型、内容和人机交互服务[7]。

3 物联网与云计算

云计算（cloud computing)是一种基于网络的、以虚拟化方式共享资源的计算模式，资源的部署和提供是可以按需动态实现的。云计算允许用户通过互联网随时随地获取各类计算资源，如计算能力、存储能力、应用、服务等，它体现了一种“网络就是计算机”的思想，将大量计算资源、存储资源和软件资源链接在一起，形成巨大规模的共享虚拟 IT资源池，为远程终端用户提供各种方便快捷而又功能强大的信息技术服务[8]。

可以确定，物联网的应用和发展离不开云计算平台的支撑。物联网依托云计算强大的数据处理能力实现信息智能处理，而目前云计算对数据和服务的管理并不值得用户完全信赖[9]。现有的云计算技术还不能够满足具有实时感应、高度并发、自主协同和涌现效应特征的物联网“后端”的需求[10]。因此，物联网的应用会推动云计算技术的进一步发展以满足需要，这两种技术关系密切，在发展中相互促进、相互成就。

4 物联网的应用

4.1 物联网的基本应用模式

根据其实质用途可以归结为三种基本应用模式：

（1）对象的智能标签。通过二维码、RFID等技术标识特定的对象，用于区分对象个体，例如在生活中我们使用的各种智能卡，条码标签的基本用途就是用来获得对象的识别信息。此外通过智能标签还可以用于获得对象物品所包含的扩展信息，例如智能卡上的金额余额等。

（2）环境监控和对象跟踪。利用多种类型的传感器和分布广泛的传感器网络，可以实现对某个对象的实时状态的获取和特定对象行为的监控，如通过GPS标签跟踪车辆位置，通过交通路口的摄像头捕捉实时交通流程等。

（3）对象的智能控制。物联网基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络用获取的数据进行决策，改变对象的行为进行控制和反馈。例如根据光线的强弱调整路灯的亮度，根据车辆的流量自动调整红绿灯间隔等。

4.2 物联网产业链及其构成

针对物联网的体系结构虽存在不同的描述，但内涵基本相同。通常物联网的体系结构分为感知层、传输层、智能处理层三个部分。相对于已有的互联网，建设物联网更是一个庞大的社会信息系统工程，拥有涉及国民经济各行各业、社会与生活各个领域的庞大产业链。其中，感知层主要承担物体的标识和信息的采集，传输层承担各类设备的网络接入以及信息的传输，智能处理层完成信息的分析处理和决策，以及实现或完成特定的智能化应用和服务任务。

从系统应用功能的实现角度看，物联网从根本上讲还需要依赖一系列系统硬件设备和相关软件系统的支撑。物联网的系统设备和系统软件是构建物联网的基石和基本单元，它们构成了物联网产业链中重要的组成部分，也是未来推进物联网产业化进程的关键因素[11]。

物联网的产业链错综复杂，从厂商或服务商的角度看，物联网产业链主要包括核心感应器件提供商、设备提供商、网络提供商、软件与系统解决方案提供商、系统集成商、运营及服务提供商等六大环节。

（1）核心感应器件提供商：感应器件是物联网标识、识别以及采集信息的基础和核心，感应器件主要包括RFID、传感器、智能仪器等。

（2）设备提供商：感知层的末端设备具有一定独立功能，典型设备如射频识别设备、传感系统及设备、传感执行器等。

（3）网络提供商：对于物联网数据传输提供支撑和服务，包括互联网、电网、专网以及其它网络等。

（4）软件与系统解决方案提供商：提供感知层的微操作系统、中间件以及系统解决方案。

（5）系统集成商：根据用户需求，将实现物联网的硬件、软件和网络集成为一个完整解决方案提供给客户的厂商。

（6）运营及服务提供商：为用户提供物联网网络连接、应用平台、行业解决方案、测试认证、信息咨询、计费等服务，实现终端接入控制、终端管理、行业应用、业务运营、平台管理等服务。

从技术角度看，目前物联网发展的瓶颈在于感知层，物联网的应用对于传感器品种和数量的需求无疑是巨大的。拥有自主知识产权的感应器件的研发、设计和制造也是当前我国物联网产业发展的重点。

5 结束语

物联网是将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，可使所有的物品与网络连接，方便识别和管理。物联网可以广泛应用于经济社会发展的各个领域，引发和带动生产力、生产方式和生活方式的深刻变革，成为经济社会绿色、智能、可持续发展的关键基础和重要引擎。

总体而言，物联网技术的未来前景广阔，也是产业升级、人类进入高度信息化社会的必然选择。随着电信网络特别是无线网络的扩展、传感技术的发展，我国推广物联网的条件逐步成熟，但其发展周期会非常长，目前我们还处在培育阶段，在发展过程中还有许多的难题需要产业链上各个环节去共同努力解决，未来还有很长的路要走。

[1]薛小平,王骞,张芳.物联网核心技术及应用演进[J].计算机应用,2013,33(10):2710-2706.

[2]Auto-ID Labs [EB/OL].[2013-02-10]. http://www.autoidlabs.org/.

[3]黄映辉,李冠宇.物联网语义、性质与归类[J].计算机科学,2011(1):31-33.

[4]JEONG S,KIM S H,HA M,et al. Enabling transparent communication with global ID for the Internet of things[C]// Proceedings of the 6th International Conference on Innovative Mobile and Internet Services in Ubiquitons Computing,Piscataway:IEEE,2012:695-701.

[5]CONTI J P. The Internet of things[J].Communications Engineer,2006,4(6):20-25.

[6]王瑞刚.物联网主要特征与基础理论研究[J].计算机科学,2012(6):201-203.

[7]刘强,崔莉,陈海明.物联网关键技术与应用[J].计算机科学,2010,37(6):1-5.

[8]程苗.基于云计算的 Web数据挖掘[J].计算机科学,2011(S1):146-152.

[9]何明,陈国华,梁文辉,赖海光,凌晨.物联网环境下云数据存储安全及隐私保护策略研究[J].计算机科学,2012,39(5):62-65.

[10]韩燕波,赵卓峰,王桂玲,刘晨.物联网与云计算[J].中国计算机协会通讯,2010,6(2):58-62.

[11]崔莉,刘强,李栋.物联网系统及核心设备[J].中国计算机协会通讯,2010,6(4):18-22.