浅谈物联网技术的发展与应用

2016-07-13时代儿扬州大学物理科学与技术学院

科学中国人 2016年21期

关键词：智能家居关键技术联网

时代儿扬州大学物理科学与技术学院

浅谈物联网技术的发展与应用

时代儿
扬州大学物理科学与技术学院

物联网实现了物品与网络的连接，具有识别、管理和控制等功能。如今正是物联网蓬勃发展的时代，该技术的使用和发展能为人类生活和生产带来极大的便捷。本文将从技术和应用两个层面来阐述物联网，同时对物联网发展的重大意义进行探讨。

物联网；技术结构；应用；发展

1　引言

物联网是在互联网、电信网、广播电视网的基础上延伸和扩展形成的，能够实现人与物、物与物之间的沟通连接，使物体变得更加智能化。物联网主要包括两类：一类不仅体积小，而且储存小，运算能力并不强，只能实现小物体之间的互联，另一类是可以实现智能终端的互联，能够实现智能化。目前，物联网通过物物互联和长期记录大量数据，让人可以触及到本来到达不了的功能和领域。物联网在世界上不同的国家和科技巨头企业有不同的发展模式，如德国工业4.0、中国互联网+，思科倡导万物互联，IBM所提出的“智慧地球”等。本文将简要介绍物联网技术体系架构及关键技术，详细论述物联网的五个实际应用，并分析物联网对人类生活、生产方式甚至整个中国经济所起到的积极作用。

2　物联网技术体系架构及关键技术

2.1物联网技术体系架构

物联网可以分为感知层、网络层和应用层三部分。感知层是通过传感器、RFID、GPS、自组织网络、传感器网络来实现对物体的信息采集、捕获和识别；网络层是利用现有的互联网、通信网络、广电网络等，实现数据的传输。而应用层是使用云计算、数据挖掘、分布式计算、中间件等技术实现对物品的自动控制与智能管理。

2.2物联网关键技术

物联网的关键技术包括感知层关键技术、网络层关键技术、应用层关键技术、物联网共性技术和安全可信网络构建技术。感知层由传感器构成,可以识别物体和采集信息，包括温度传感器、RFID标签和读写器、GPS等。由互联网、网络管理系统和云计算平台等组成的网络层能对感知层获取的信息进行传递和处理。而作为物联网和用户接口的应用层则是实现物联网的智能应用。QoS技术、设备管理技术、分布式信息处理和分布式资源管理技术、网络虚拟化技术，内容聚合技术等属于物联网共性支撑技术。物联网的安全在包含信息保密安全的同时，还增加了信息的真伪鉴别方面的安全。

3　物联网的发展及应用

3.1物联网的发展

1999年美国麻省理工学院的Ashton教授首先提出了物联网这个概念。在2005年11月国际电信联盟在突尼斯信息社会峰会上发布的《ITU互联网报告2005：物联网》中正式提出了物联网概念。工信部总工程师朱宏任在中国工业运行2009年夏季报告会上表示，“物联网”是传感器和现有“互联网”相衔接的新技术。同年8月，时任国务院总理提出“感知中国”以来，物联网受到了全社会的极大关注，我国也采取了一系列对策措施重视物联网技术的发展。该年欧盟委员会也正式出台多项权威文件，发布了《欧盟物联网行动计划》。在2016年的国际消费电子展上，三星电子总裁兼CEO尹富根提出“物联网不是趋势，它是现实。”同年3月的阿里物联网生态峰会上，阿里巴巴集团CEO张勇则表示“互联网后的下一个风口是物联网，从未来视角看现在，物联网会让产业发生根本性变化，每个产品都会是智能终端，可以和用户产生化学反应。”虽然物联网现在还处在非常早期的阶段，但是暴风雨即将来临。

据国际权威机构估算，未来20年内工业互联网的发展至少能够给中国带来约3万亿美元的GDP增量。物联网规模将会远超移动互联网，是下一个万亿元规模的产业。Gartner预测：在2020年，物联网设备的数量将达到250亿台左右，与物联网相关的边际收益或能达到2630亿美元。

3.2物联网的应用

物联网将信息与通讯技术充分地应用到各行各业，将传感器嵌入到电网、桥梁、汽车、家电、建筑等物体中，通过网络实现智能物体的互联与信息采集，利用云计算平台实现海量数据的高效处理，有效共享设备、信息、服务等资源。物理网络与社会网络的融合最终会在未来实现，将大幅提高人们生产和生活的智能化水平，也势必会推动未来经济的发展。下面将举例目前物联网在应用上的成果。

3.2.1智能家居

面对传统家具行业的竞争，智能家居将成为打破现状的突破口。物联网智能家居是将无线物联网技术和智能家居有机结合。有研究机构发布报告预测：未来几年全球智能家居设备和服务市场将迅速增长，到2018年市场规模将达680亿美元。国内外各巨头及创新型创业公司如谷歌、苹果、三星、华为、BAT以及以欧瑞博等创业型公司为代表的科技力量闻讯而来。欧瑞博CEO王雄辉认为，智能家居在三年内会有很大突破和发展，不同产品将实现跨平台互联互通，通过智能家居“服务云”的方式来打通，最终会实现一个APP来统管控不同品类和不同品牌的智能家居产品。例如连接到车库大门的智能恒温器能获知正在回家的人，并按照个人偏好启动暖气或空调。今年的CES上也出现了大量的智能家居产品，例如三星配备超大触摸屏的冰箱、VR头戴设备、婴儿汽车座椅等等。

3.2.2人工智能

我们现在正处在弱人工智能的时代，即在特定领域等同或者超过人类智能或效率的机器智能，能够感知周围环境并作出相应反应，例如谷歌正在测试的无人驾驶车。手机也充满了弱人工智能系统，包括和Siri聊天，导航，查询天气等。此外还有智能室温调节、垃圾邮件过滤器、上网时电商网站产品推荐、社交网站好友推荐、网购时“买这个商品的人还购买了”推荐，其实都是收集数百万用户行为从而产生信息的弱人工智能。2016年3月，谷歌Al⁃phaGo人工智能系统与李九段的世纪之战，最终以人工智能4:1战胜李世石先生落幕，而这掀起了一股人们对人工智能前所未有的关注。虽然人工智能系统在这一次人机大战中获胜，但目前人工智能的能力还有限，预计将在未来5到10年获得巨大发展，尤其在物联网覆盖到更多应用场景后，世界将会被人工智能所包围。目前科技界最热门的领域当属人工智能，谷歌、Facebook、微软、IBM等国际巨头以及国内以BAT代表的互联网巨头，甚至欧美的发达国家也都致力于人工智能计划。

3.2.3可穿戴设备

Apple Watch、谷歌眼镜等可穿戴设备在近几年开始盛行。根据IDC预计，2016年全球可穿戴设备出货量可达1.10亿部，2019年出货量将会超2亿，2020年出货量或至2.371亿部。可穿戴设备市场经过两年快速发展却依然处于早期发展阶段，然而资本、创业者或是巨头们依然热衷于可穿戴设备。在今年CES参展上，超过150家公司展示了可穿戴产品的相关产品，可穿戴设备企业数量已突破了历史。尽管在Apple Watch，谷歌眼镜发行之初不乏有争论声，但可穿戴设备已经越来越普及，在不久的未来它有可能会成为一种主流的产品形式。

3.2.4智慧医疗

智慧医疗是一种以患者数据为中心的医疗服务模式，主要分为数据获取、知识发现和远程服务三个阶段。传感器和医疗设备所产的庞大数据超出了传统数据库技术管理和处理能力，因此借助云端进行大规模运算。据了解，机智云平台目前已为超过400万台设备提供了数据支撑，以预防老年人跌倒而设计的一款设备会以每秒100次的频率来采集10多个维度的身体动作数据，通过这些原始数据的分析来识别老人跌倒前可能发生的细微的行动姿态变化，从而起到预防作用。由此可见，物联网把传感器，大数据，人工智能完美结合在了一起。

3.2.5车联网

车联网是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络。在今年CES的主题演讲中演示了这样的一个场景：开车出门时，向车库的车下指令“来接我！”车就自动开出并准确停在大门口。汽车在车联网的运用中成为了最大的移动终端。在GPS、RFID、传感器、摄像头图像处理等装置的配合下，车辆能够采集自身环境和状态的信息；通过互联网技术，所有的车辆可以将自身的各种信息传输汇聚到中央处理器；利用计算机技术，分析和处理大量车辆的信息以获得不同车辆的最佳路线，并实现及时汇报路况和安排信号灯周期等功能。预计2020年，90%的汽车将会联网，联网的汽车将极大的增强车内的娱乐功能，自动驾驶，及嵌入式系统市场。

4　物联网的意义

物联网是新一代信息技术高度集成和综合应用，也是我国战略性新兴产业的重要组成部分。未来将会形成全方位、立体式、高覆盖的物联网络，智能硬件、人工智能、大数据、机器人等领域也将迎来更多创新的机会，从而创造更多新的商业价值。从物联网的发展前景获悉，我国物联网已经形成了较好的产业基础，在很多行业已发挥积极的效果。在互联网+时代下的物联网，将深度融合并渗透传统企业，通过变革进而带动亿万级的产业发展。同时，物联网也能为人类建立与物体进行沟通的智能系统，使生活更智能化。毫无疑问，物联网时代的来临将会使得人类的生活发生翻天覆地的变化，在各方面的共同努力之下，物联网技术一定能对中国整个经济起到积极的推动作用。