物联网关键技术分析与发展研究

2014-05-30王茂军

河北北方学院学报（自然科学版） 2014年2期

王茂军

（中国联合网络通信集团有限公司徐州市分公司，江苏徐州221000）

1 引言

在2005年11月17日的信息社会世界峰会上，国际电信联盟（International Telecommunication U－nion，ITU）提出了有关 “物联网”的概念，物联网把互联网和一切物品利用传感器、GPRS、网络通信、射频技术（RFID）等传感设备衔接，从而进行相互通信和替换信息来达到识别、定位、跟踪、监控和管理能力的目标［1－6］。2005年，ITU 曾经绘画了“物联网”时代的场景：当一位工作文员操作电脑出现了错误时，电脑就会自动提示；出差在外忘带重要文件时，公文包会自动提醒主人；新鲜食物放入冰箱时，冰箱会自动 “提醒”对温度的要求等。物联网的概念模型如图1所示。

图1 物联网概念模型

1.1 物联网发展现状

物联网的发展被确定为各个国家战略的核心。众多国家中尤其是美国最为重视物联网的战略地位，美国情报委员会（National Intelligence Committee）发表相关报告指出要求把物联网作为6种关键技术之一。传感器网络不仅是 “在国防和经济两方面的至关重要的技术”而且以 “智慧地球”为重点规划，在国家层面得到改善［7－12］。

1.2 物联网发展历程

1.2.1 概念提出期

14年前美国高等学府第一次提出有关物联网定义：把一切物体和事物利用射频技术、通信技术或者其它传感设备与互联网衔接，达到对物联网的管理与识别，是计算机和互联网后的新科技产业潮流，甚至可能会超过互联网的作用。

1.2.2 正式提出期

在2005年，社会世界峰会年度报告中曾指出国际电信联盟对物联网定义的深层涵义做了深刻解释，通信网络技术的目标原来是从时时处处连接到的人，现在可以进展到与一切物体相连的状况，它们之间的衔接就形成物联网。

1.2.3 技术研究与试验期

现在世界许多国家都准备投资巨额资金来进行探索和研究物联网，而且还开启了以物联网为基础的“智慧地球”、“感知中国”、“U－Japan”、“U－Korea”等各国和地区战略计划。完整而成熟的网络技术、信息管理和传感等技术的产业正步入应用试验阶段。

2 物联网关键技术

2.1 射频识别技术

射频识别技术是由下面几个方面结合而成，第一，是在某一个事物上有标识的对象，是标签；第二，阅读器，读取或者写入附着在标签上的信息，可以是静态，也可以是动态的；第三，天线，是用在读取器和标签之间做信号的传达。在生活应用中要求相关的软硬件的匹配。

射频识别技术利用优越的条件，促使人类对事物、设施等在静止或者动态等状态下的管理和自动识别。该技术发展涉及的难点问题是：如何选择最佳工作频率和机密性的保护等。

2.2 传感器技术

有价值的信息不仅需要射频识别技术，还要有传感技术。物联网经常处在自然环境中，传感器会受到环境恶劣的考验。所以，对于传感器技术的要求就会更加严格、更加苛刻。

传感器可以采集大量信息，它是许多装备和信息系统必备的信息摄取手段。若无传感器对最初信息的检测、交替和捕获，所有控制与测试都不能实现。即使是最先进的计算机，若是没有信息和可靠数据，都不能有效地发挥传感器本身作用。传感器技术的突破和发展有3个方面：网络化、感知信息、智能化［13］。

2.3 网络通信技术

网络通信技术包含很多重要技术，其中M2M技术最为关键，该技术范围应用广泛，不仅能与远距离，而且还能与近距离技术相衔接。现在的M2M技术以机器对机器通信为核心，对于建筑学、航空航天、医学、农业等行业是专业人士未来要努力实现的［14，15］。

2.4 云计算

云计算是把一些相关网络技术和电脑融合在一起的产物。它是利用分布式计算机计算出的信息和运行数据中心改成与互联网相近，使资源能够运用到有用的技术上，对存储系统和电脑做必要的咨询。目的是把各种消费进行低成本处理并融合为功能完整的实体，还可以运用MSP、SAAS等模式分布并计算到终端用户［16－18］。云计算是以加强改善其处理能力为重点，用户终端的负担也相应降低，I／O设备也能够简化，还可以对它的计算功能进行合理的享受并运用。例如百度等搜索功能就是它的应用之一。

3 物联网应用领域

3.1 智能家庭

在家庭日常生活中，物联网的迅速发展使人能够在更加便捷、更加舒适的环境中生活。人们可以利用无线机制来操作大量电器的运行状态，还可实现迅速定位家庭成员位置等功能，因此，利用物联网可以对家庭生活进行控制和管理［19－22］。

3.2 智能医疗

在医疗卫生领域中，物联网是通过传感器与移动设备来对生物的生理状态进行捕捉，如心跳频率、体力消耗、葡萄糖摄取、血压高低等生命指数，把它们记录到电子健康文件里面，方便个人或医生进行查阅［23，24］。还能够监控人体的健康状况，再把检测到的数据送到通信终端上，在医疗开支上可以节省费用，使得人们生活更加轻松。

3.3 智能电力

在电力安全检测领域中，物联网应用在电力传输的各个环节，如隧道、核电站等，而在这些环节中，资金也许达到千亿元的庞大规模，比如南方电网与中国移动之间的密切合作，通过M2M技术来对电网进行管理，在大客户配变监控等领域下，自动化计量系统开始启动［25］，它使南方电网与中国移动通信在故障评价处理时间方面得到一倍的减缩。

3.4 智能交通

以图像识别技术为核心，综合利用射频技术、GPRS、标签等手段，对交通流量、驾驶违章、行驶路线、牌号信息、道路的占有率、驾驶速度等数据进行自动采集和实时传送，相应的系统会对采集到的信息进行汇总分类，并利用识别能力与控制能力进行分析处理，对机动车牌号和其它高档车进行识别、快速处置，为交通事件的检测提供详细数据。该系统的形成，会给智能交通领域带来极大的方便。

3.5 智能农业

在农业领域，物联网的应用非常广泛，如地表温度检测、家禽的生活情形、农作物灌溉监视情况、土壤酸碱度变化、降水量、空气、风力、氮浓缩量、土壤的酸碱性和土地的湿度等，进行合理的科学估计，为农民在减灾、抗灾、科学种植等方面提供很大的帮助，完善农业综合效益。

3.6 军事应用

当今时代，各国战争趋于信息化，对于作战要求以 “看得通透、反应敏捷、打得精准”为目标，只有在信息摄取、传递和处理上占优势的一方才能获得战争的主动权。物联网凭借着自身的优势，可以在各种情形下获得有效军事信息，微传感器节点在战场中自动组网，摄取、传递战场信息，为取得胜利提供必不可少的情报支持。

4 国内物联网发展中存在的问题

4.1 缺乏统一技术标准

虽然中国早在2005年11月就成立了RFID产业联盟，但是出于各方面的利益考虑，国家仍然没有出台物联网技术标准。在电子支付、智能家居等行业只有行业标准，在跨网使用时就会产生不兼容的现象。要想把物联网经营成为中国的战略性产业，有关部门应加紧研讨，形成跨行业的物联网标准体系。

4.2 商业发展模式尚未成熟

物联网要想加速发展，必须选择合适的发展模式。目前来看，各行业选择的主要有3种模式：垂直应用模式、行业共性平台模式和公共服务模式。3种模式各有利弊，应尽快确立合适的可持续发展的商业模式。

4.3 亟待掌握核心技术

目前，中国在物联网产品开发领域尚未取得话语权，核心技术研发没有取得突破，导致物联网产品核心元器件受制于人，价格居高不下。国家应尽快出台相关政策，各大企业投入更大精力和资金进行技术研发，推动物联网行业建立全国性的管理平台，降低运行成本。

5 建议

物联网的普及和迅速发展给社会带来了难得的机会，但物联网的实现并不仅仅是技术方面的问题，建设物联网的过程将涉及许多规划、管理、协调、合作等方面的问题，还涉及技术标准和安全等方面的问题，这就需要有一系列相应配套政策的制订和完善。今后物联网产业的发展应以行业应用为先导，随着应用解决方案的不断成熟、企业集聚、技术的不断整合和提升，逐步形成比较完整的物联网产业链。随着行业应用的逐渐成熟，逐步完善应用流程，逐渐形成行业标准，逐步演进形成物联网标准体系，进而推动建立通用性强的物联网技术平台。

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