物联网初探_参考网

物联网初探

2014-08-17张立平

技术与市场 2014年12期

张立平

(武汉铁路职业技术学院，湖北武汉430205)

1 物联网的起源

1998 年，美国麻省理工大学(MIT)的 Sarma、Brock、Siu 创造性地提出将信息互联网络技术与RFID 技术有机地结合，即利用全球统一的物品编码(EPC，Electronic Product Code)作为物品标识，利用RFID 实现自动化的“物品”与Internet 的联接，无需借助特定系统，即可在任何时间、任何地点实现对任何物品的识别与管理。

1999 年，由美国统一代码委员会(UCC)吉列和宝洁等组织和企业共同出资，在美国麻省理工大学成立Auto -ID Center。在随后的几年中，英国、澳大利亚、日本、瑞士、中国、韩国等国的6 所著名大学相继加入Auto-ID Center，对“物联网”相关研究实行分工合作，开展系统化研究，提出最初物联网系统构架:有射频标签、识读器、Savant 软件、对象名称解析服务(ONS)、实体标记语言服务器(PML-Server)等名词概念。

2003 年11 月1 日，国际物品编码组织(GS1)出资正式接管EPC 系统，并组成EPC Global 进行全球推广与维护。与此同时，原6 所大学的AUTO-ID 实验室转到EPC Global 下的技术组，作为EPC 实验室，继续对EPC 系统的应用提供技术支持，提出物联网系统架构:有EPC 编码、EPC 标签、读写器、中间件、对象名称解析服务(ONS)、EPC 信息服务(EPCIS)等名词解析。

2 物联网概念的发展历程

1995 年Bill Gates 在《未来之路》中提及物联网概念;1998年MIT 的Kevin Ashton:把RFID 技术与传感器技术应用于日常物品中形成一个“物联网;1999 年EPC global 的Auto-ID 中心:物联网是成千上万的物品采用无线方式接入了Internet 的网络。这是物联网概念真正的提出2005 年ITU 报告:物联网是通过RFID 和智能计算等技术实现全世界设备互连的网络。2008 年IBM:互联网+物联网=智慧地球。也有解释说，把传感器设备安装到电网、铁路、桥梁、隧道、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且普遍连接形成网络，即“物联网”。

2009 年8 月7 日，温家宝总理在考察中国科学院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时，对该中心正在对继互联网、移动通信之后的全新技术领域传感网进行攻关，立志开辟“感知中国”(有称“智慧中国”)的创新之举作出高度评价。“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫‘感知中国’中心”。

3 物联网(IOT)提出的背景

要从以下三个方面来描述物联网(IOT)提出的背景。首先它是经济危机下的推手。经济长波理论:每一次的经济低谷必定会催生出某些新的技术，而这种技术一定是可以为绝大多数工业产业提供一种全新的使用价值，从而带动新一轮的消费增长和高额的产业投资，以触动新经济周期的形成。过去的10年间，互联网技术取得巨大成功;目前的经济危机让人们又不得不面临紧迫的选择，物联网技术成为推动下一个经济增长的特别重要推手。其次是传感技术的成熟。随着微电子技术的发展，涉及人类生活、生产、管理等方方面面的各种传感器已经比较成熟。例如常见的无线传感器(WSN)、RFID、电子标签等，还有网络接入和信息处理能力大幅提高等。目前，随着网络接入多样化、IP 宽带化和计算机软件技术的飞跃发展，基于海量信息收集合分类处理的能力大大提高。

4 物联网有关概念解析

4.1 物联网初步概念

根据以上分析、描述，什么是物联网的概念呢?物联网(Internet of Things)其中，Internet 是指计算机通过标准协议连接形成的全球性网络。Things 是指客观世界的物理实体。Internet of Things 解释为由可唯一标识的物理实体通过标准协议形成的全球性网络。也就是说，物联网是由具有自我标识、感知和智能的区里实体基于通信技术相互连接形成的网络，这些物理设备可以在无需人工干预的条件下实现协同和互动，为人们提供只会和集约的服务。传感网是物联网的基础，是物联网的组成部分。

4.2 物联网(IOT)的定义

早在1995 年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中就已经提及物联网概念。但是，“物联网”概念的真正提出是在1999 年，由EPCglobal 的Auto-ID 中心提出，被定义为:把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。

2005 年，国际电信联盟(ITU)正式称“物联网”为“The Internet of things”，并发表了年终报告《ITU 互联网报告2005: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;并描绘出“物联网”时代的图景:当司机出现操作失误时汽车会自动报警;公文包会提醒主人忘带了什么东西;衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。

现在较为普遍的理解是，物联网是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。通过装置在各类物体上的电子标签(RFID)、传感器、二维码等经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予智能，可以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体互相间的沟通和对话。

4.3 广义的物联网涵义

利用条码、射频识别(RFID)、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现人与人、人与物、物与物的在任何时间、任何地点的连接(anything、anytime、anywhere)，从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。

5 物联网架构

物联网架构如图1 所示。分为上层、中层和下层。其中上层是互联网络，主要是物联网的信息存储、物联网的计算决策;中层是泛在接入，主要是指无线网络(蜂窝、WiFi 等)、有线网络;下层是物物网络，只要是智能嵌入式设备、感知、标识和通信、协同、互动等。

图1 物联网架构

6 物联网的关键技术

物联网的关键技术要从以下几个方面关注:体系结构、能量自供、设备小型化、资源自治。

6.1 体系结构

数以亿计的智能设备，将导致海量的数据传输和存储，需要我们重新审视现有的网络体系和存储结构。

6.2 能量自供

当前技术仍不足以解决智能设备的能量受限问题，需要设计低能耗芯片，甚至能够自供能量的设备。

6.3 设备小型化

智能设备的泛在应用，使其将会嵌入到各式各样的物体是哪个，需要智能设备更加小型化，向单晶体管实现智能设备的目标迈进。

6.4 资源自治

系统复杂性的显著增加，使得维护和管理更加困难，需要系统资源具有自配置、自管理和自恢复功能。

7 物联网应用领域

物联网应用非常广泛。比如在市政管理、智能交通、环境监测、智能家居、工业监控、国防军事、防灾减灾、医疗监护等领域都有所应用。物联网感知城市的描述该如何体现，物联网应用领域细化如下:

7.1 公共安全方面应用

1)自然灾害:气象灾害。

2)事故灾难:电梯安全、地下空间事故、危化品事故。

3)公共卫生:“三品一械”安全事件。

4)社会安全:重特大群体性事件、公共场所治安事件。

7.2 市政管理方面

1)城市部件:广告牌、停车场、市政车辆、垃圾物流、市政井盖、古木名树、地下管网、路灯监测、市政供暖监测、公共场所环境监测等。

2)城市事件:聚集、游商、闯入禁区等。

7.3 节能减排方面

1)建筑物节能:公共场所温度监测、空调无线监控、照明智能控制、水电风气监测。

2)能源设备安全:燃气储气输送安全监测、电力变电设备和传输设备的监控。

3)智能电网:智能电表、记录用户的用电习惯、无线抄表、远程上传。

7.4 智能交通方面

交通引导、Bus 通告、停车场信息获取、事件发现/处理/发布、车辆自身状况的发布、乘客通信和娱乐、城市人员分布/流动、自动收费等。

8 物联网广泛应用后，需要解决的问题

8.1 技术标准问题

世界各国存在不同的标准。中国信息技术标准化技术委员会于2006 年成立了无线传感器网络标准项目组。2009 年9月，传感器网络标准工作组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和 PG8(电力行业应用调研)等8 个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。