物聯(lián)網技術現(xiàn)狀及應用前景展望

引言

物聯(lián)網自從其誕生以來，已經引起世界各國的巨大關注，并被認為是繼計算機、互聯(lián)網和移動通信網之后的第三次信息產業(yè)浪潮。

國內外普遍認為物聯(lián)網的概念最早是由美國麻省理工學院Ashton教授于1999年提出的，其理念是基于射頻識別(RFID)技術、電子代碼(EPC)等技術,在互聯(lián)網的基礎上構造一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網，即物聯(lián)網。可見，物聯(lián)網是基于互聯(lián)網、RFID技術、EPC標準，在計算機互聯(lián)網的基礎上，利用射頻識別技術、無線數(shù)據通信技術等，構造了一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網"InternetofThings”(簡稱物聯(lián)網)。此理念有兩層含義:首先，物聯(lián)網的核心和基礎是互聯(lián)網,是在互聯(lián)網基礎上的延伸和擴展；其次,其連接終端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，并能進行信息交換和通信。物聯(lián)網的核心是物與物以及人與物之間的信息交互,其基本特征可簡要概括為全面感知、可靠傳送和智能處理。

目前，由于網聯(lián)網內涵和應用的不斷發(fā)展，加之不同研究機構對于物聯(lián)網研究的角度和側重點不同，物聯(lián)網仍沒有一個權威和公認的標準定義。但從物聯(lián)網的本質特征分析可知，物聯(lián)網是現(xiàn)代信息技術發(fā)展到一定階段后的一種聚合性應用與技術提升，它是各種感知技術、網絡技術和人工智能與自動化技術的聚合、集成和應用。因而被稱之為繼計算機、互聯(lián)網信息產業(yè)后的第三次革命性創(chuàng)新。

另外，還可以從以下三方面加深對物聯(lián)網概念的理解：

（1）物聯(lián)網是指將物體的信息通過智能感應裝置和傳輸網絡，送到指定的信息處理中心，最終實現(xiàn)物與物、人與物之間的自動化信息交互、處理的一種智能網絡；

（2）物聯(lián)網是指把世界上所有的物體都連接到一個網絡中形成“物聯(lián)網"，然后“物聯(lián)網"又與現(xiàn)有的“互聯(lián)網”結合，實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合，從而以更加精細和動態(tài)的方式去管理生產和生活；

（3）物聯(lián)網是指將無線射頻識別和無線傳感器網絡結合使用，從而為用戶提供生產生活的監(jiān)控、指揮調度、遠程數(shù)據釆集和測量、遠程診斷等方面服務的網絡。

1  物聯(lián)網發(fā)展現(xiàn)狀

從1999年概念的提出到2010年的崛起,物聯(lián)網的發(fā)展已經歷了10年的歷程，特別是最近兩年的發(fā)展極其迅速，已不再停留在單純的概念、設想階段，逐漸成為世界各國國家戰(zhàn)略、政策扶植的重點對象。表1所列是物聯(lián)網發(fā)展歷程中的幾個關鍵時期及主要事件。

1.1  國外物聯(lián)網發(fā)展概況

（1）美國在物聯(lián)網基礎架構、關鍵技術領域具有領先優(yōu)勢作為物聯(lián)網技術的全球主要推動國，美國在物聯(lián)網產業(yè)上的優(yōu)勢正在加強與擴大。美國國家情報委員會在《2025年對美國利益潛在影響的關鍵技術》中，把物聯(lián)網列入6種關鍵技術之一，并在“智慧地球”計劃中將物聯(lián)網上升為國家戰(zhàn)略層面。美國國防部的“智能微塵”(SMARTDUST)、國家科學基金會的“全球網絡研究環(huán)境”(GENI)等項目的開展提升了美國的創(chuàng)新能力。目前由美國主導的EPCglobal標準在RFID領域中呼聲最高，德州儀器(TI)、英特爾、高通、IBM、微軟在通信芯片及通信模塊設計制造上全球領先。美國物聯(lián)網已經開始在軍事、工業(yè)、農業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、建筑、醫(yī)療、空間和海洋探索等領域投入應用。

（2）歐盟出臺系列政策促進物聯(lián)網技術研發(fā)和應用

2009年6月歐盟委員會發(fā)布了《歐盟物聯(lián)網行動計劃》，提出歐盟政府要加強對物聯(lián)網的管理，確保歐盟在基于物聯(lián)網的智能基礎設施發(fā)展商的領先地位。同年9月又發(fā)布了《歐盟物聯(lián)網戰(zhàn)略研究路線圖》，提出歐盟到2010年,2015年,2020年三個階段的物聯(lián)網研發(fā)路線圖，并提出物聯(lián)網在航空航天、汽/70物聯(lián)網技術2012年/第1期車、醫(yī)藥、能源等18個主要應用領域和識別、數(shù)據處理、物聯(lián)網架構等12個方面需要突破的關鍵技術。目前，除了進行大規(guī)模的研發(fā)外，作為歐盟經濟刺激計劃的一部分，歐盟物聯(lián)網已經在智能汽車、智能建筑等領域進行應用。

（3）日本國家戰(zhàn)略推動物聯(lián)網發(fā)展

2004年，日本政府提出了以發(fā)展泛在網絡社會為目標的“U-Japan”計劃，其戰(zhàn)略目標是實現(xiàn)無論何時、何地、何物、何人都可受益于ICT的社會。2009年將該計劃上升為“I-Japan”戰(zhàn)略。通過這些戰(zhàn)略，日本開始推廣物聯(lián)網在電力、交通、醫(yī)療、教育、環(huán)境監(jiān)測和災難應對等方面的應用。

（4）韓國通過國家戰(zhàn)略在物聯(lián)網應用方面搶占先機

2004年,韓國提出為期十年的U-Korea戰(zhàn)略，目標是“在全球最優(yōu)的泛在基礎設施上，將韓國建設成全球第一個泛在社會氣2006年，韓國推出“U-IT839”計劃，提出將泛在的傳感器網列入發(fā)展重點。2009年10月韓國頒布了《物聯(lián)網基礎設施構建基本規(guī)劃》，將物聯(lián)網確定為新增長動力,該計劃提出到2012年實現(xiàn)“通過構建世界最先進的傳感器網基礎實施，打造未來廣播通信融合領域超一流ICT強國”的目標。為實現(xiàn)這一目標,確定了構建基礎設施、應用、技術研發(fā)、營造可擴散環(huán)境等四大領域12項課題。

1.2  我國物聯(lián)網發(fā)展現(xiàn)狀

（1）各級政府部門相繼出臺物聯(lián)網發(fā)展相關戰(zhàn)略規(guī)劃

面對物聯(lián)網的巨大發(fā)展空間，我國制定了“十二五”發(fā)展規(guī)劃，將物聯(lián)網納入國家五大戰(zhàn)略性新興產業(yè),相關產業(yè)標準也正在緊鑼密鼓制訂之中。盡管對物聯(lián)網的理解還不統(tǒng)一,各地方政府面對萬億級市場以及中央出臺的一系列政策支持，長三角、珠三角、京津唐等各地政府緊急調研，紛紛把物聯(lián)網列入重點培育的新興產業(yè)。另外，在我國政府的推動下,傳感器網絡標準工作組已經組建，我國傳感網標準體系已形成初步框架，向國際標準化組織提交的多項標準提案已被采納。物聯(lián)網還被列為《國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃(2006-2020年)》和“新一代寬帶移動無線通信網”重大專項中的重點研究領域。

（2）各地高校積極申辦物聯(lián)網相關專業(yè)

教育部科技委副主任、中科院院士、全國高校物聯(lián)網及相關專業(yè)教學指導小組特聘顧問、天津大學姚建校教授在2011年4月27,28日召開的全國第二屆物聯(lián)網大會上提出：“擱置爭議、冷靜思考、抓住實質、分類發(fā)展、攜手共進、力爭創(chuàng)新”24字物聯(lián)網專業(yè)發(fā)展方針。全國物聯(lián)網相關機構積極開展物聯(lián)網研討交流會議，加強交流，求同存異，統(tǒng)一認識。國家教育部成立物聯(lián)網及相關專業(yè)教學指導小組，以江南大學、北京郵電大學、南京郵電大學、天津大學為代表的全國高校積極申報物聯(lián)網相關專業(yè)。2010年先后申報兩批，獲批院校達60多所(其中，第一批37所，第二批27所)，首批物聯(lián)網專業(yè)已于2011年開始招生。

(3)江蘇無錫建立了國家傳感網中心

以江蘇省無錫市國家傳感網為中心，全國各地建成了一批物聯(lián)網研發(fā)基地和物聯(lián)網產業(yè)聯(lián)盟,物聯(lián)網研發(fā)企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，為物聯(lián)網的發(fā)展奠定了扎實的產業(yè)基礎。2010中國國際物聯(lián)網博覽會上發(fā)布的《2009-2010中國物聯(lián)網年度發(fā)展報告》稱，2009年中國物聯(lián)網產業(yè)市場規(guī)模達1716億元，預計2010年中國物聯(lián)網產業(yè)市場規(guī)模將超過2000億元。至2015年，中國物聯(lián)網整體市場規(guī)模將達到7500億元，年復合增長率超過30%,市場前景將遠遠超過計算機、互聯(lián)網、移動通信等市場。

目前,物聯(lián)網技術已被世界各國廣泛應用于智能電網、交通物流、智能家居、農業(yè)生產、醫(yī)療健康、國防軍事等領域，市場規(guī)模正在不斷擴大。物聯(lián)網技術的普及應用將極大地改變人們的生產和生活方式。物聯(lián)網技術被譽之為繼計算機、互聯(lián)網之后的第三次產業(yè)技術革命性創(chuàng)新。

2  物聯(lián)網的關鍵技術

從物聯(lián)網的發(fā)展歷程和定義不難發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網的顯著特點是技術高度集成,學科復雜交叉，綜合應用廣泛,涵蓋范圍廣闊，涉及學科領域眾多，運用到的原理技術復雜。因此，關于物聯(lián)網，至今還未能達成世界公認的統(tǒng)一技術標準。但通過分析其技術基礎，展望未來應用的需求，可以看到物聯(lián)網具有以下關鍵支撐技術：

2.1  RFID和EPC技術

EPC(Electronic Product Code,EPC)，即產品電子代碼,1999年，它由美國麻省理工學院教授提出。EPC的載體是RFID電子標簽,并借助互聯(lián)網來實現(xiàn)信息的傳遞。EPC旨在為每一件單品建立全球的、開放的標識標準,實現(xiàn)全球范圍內對單件產品的跟蹤與追溯，從而有效提高供應鏈管理水平降低物流成本,是一個完整的、復雜的、綜合的系統(tǒng)。

RFID即射頻識別，俗稱電子標簽，可以快速寫、長期跟蹤管理，被認為是21世紀最有發(fā)展前途的信息技術之一。作為一種自動識別技術,RFID通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據通信并對目標加以識別，與傳統(tǒng)的識別方式相比，RFID技術無需直接接觸、無需光學可視、無需人工干預即可完成信息輸入和處理，且操作方便快捷。它能夠廣泛應用于生產、物流。交通、運輸、醫(yī)療、防偽、跟蹤、設備和資產管理等需要收集和處理數(shù)據的應用領域，并被認為是條形碼標簽的未來替代品。RFID系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器、微型天線和信息處理系統(tǒng)組成。

2.2  傳感控制技術

傳感器是攝取物質世界信息的關鍵部件,是物聯(lián)網中不可缺少的信息采集手段，可為網絡系統(tǒng)的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。從仿生學觀點看，傳感器相當與人的"感覺器官"，可分為濕度傳感器、溫度傳感器、二氧化碳濃度檢測傳感器等。無線傳感網是由大量部署在監(jiān)測區(qū)域內的傳感器節(jié)點構成的多個、自組織的無線網絡系統(tǒng)。能夠實時地檢測、感知和采集節(jié)點部署中研究者感興趣的感知對象和各種信息，并對這些信息進行處理后以無線方式發(fā)送出去,通過無線網絡最終發(fā)送給研究者。

2.3  中間件技術

中間件可為底層與上層之間的數(shù)據傳遞提供一個很好的交互平臺，實現(xiàn)了多種系統(tǒng)和多種技術之間的資源共享。數(shù)據處理是中間件最重要的功能。物聯(lián)網中間件的主要作用在于將實體對象轉換為信息環(huán)境下的虛擬對象，同時，中間件還具有數(shù)據搜集、過濾、整合與傳遞等特性，以便將正確的對象信息傳到后端的應用系統(tǒng)。中間件的研究的側重點著重于:基于遠程組網技術控制的應用管理方式;支持多種傳感設備的管理、數(shù)據采集和處理功能，從而降低應用與硬件的耦合性；具備符合多種應用通用需求的API集合;具有跨平臺的靈活性移植功能。

2.4  人工智能技術

人工智能技術是一門研究探索各種機器模擬人的思維過程和智能行為,使人類的智能得以物化與延伸的學科。主要涉及的研究領域有:人工智能理論研究、人一機交互技術、智能控制技術和智能信號處理等。物聯(lián)網中智能技術用以對物品所承載的信息內容進行分析，從而實現(xiàn)計算機自動處理，是物聯(lián)網的關鍵技術之一。物聯(lián)網就是要給物體賦予智能，以便實現(xiàn)人與物體的溝通和對話，甚至實現(xiàn)物體與物體互相間的溝通和對話。

3  物聯(lián)網未來發(fā)展面臨的主要問題

物聯(lián)網的發(fā)展和市場潛力巨大。但是實現(xiàn)物聯(lián)網需要解決一系列問題，主要集中體現(xiàn)在核心技術、標準規(guī)范、信息安全、隱私保護、產品研發(fā)等方面。

3.1  核心技術有待突破

目前,物聯(lián)網關鍵技術研發(fā)和規(guī)模化應用處于初始階段，其中，傳感器核心芯片和傳感器接入技術和中間件技術有待進一步發(fā)展。一是當前傳感器所能連接的通信距離受限，傳感器對外部工作環(huán)境指標要求較高，受外部環(huán)境影響較大。二是傳感器節(jié)點計算能力、存儲能力和通信能力不足，能量有限。另外，為了能夠快捷地實現(xiàn)傳感器網絡上的大量應用且保證應用程序的運行性能，傳感器網絡中間件技術將是未來傳感器網絡領域急需解決的問題。

3.2  標準規(guī)范有待統(tǒng)一

標準是推動物聯(lián)網應用的保障，統(tǒng)一標準體系的缺乏將阻礙物聯(lián)網的發(fā)展。目前，物聯(lián)網標準體系尚在建立，中國、美國、德國和韓國是世界物聯(lián)網領域標準的重要制定國。ISO/IEC在傳感網絡、IUT-T在泛在網絡、IEEE在近距離無線、IETF在IPv6的應用、3GPP在M2M等方面紛紛啟動了相關標準研究工作。由于物聯(lián)網發(fā)展涉及國家間巨大利益,制定一種能被世界各國認可的統(tǒng)一的物聯(lián)網國際標準，難度很大,短期內標準難以統(tǒng)一，規(guī)范協(xié)議難以形成。

3.3信息安全和保護隱私有待解決

信息與網絡安全是要保證被保護信息的機密性、完整性和可用性。與互聯(lián)網和移動通信網相比，物聯(lián)網還存在一些特殊的安全問題。

首先，物品的感知是物聯(lián)網應用的前提，射頻識別是物聯(lián)網的關鍵技術。物聯(lián)網中的物與物、物與人之間互聯(lián)是通過RFID(射頻識別)、傳感器、二維識別碼和GPS定位等技術來自由地自動感知和獲取物品信息的。如不加控制，物品的信息會不受限制地被掃描、定位及追蹤。這無疑對信息的隱私構成了極大的威脅。在數(shù)據處理過程中同樣存在隱私保護問題,如基于數(shù)據挖掘的行為分析等。因此要建立訪問控制機制，控制物聯(lián)網中信息采集、傳遞和査詢等操作,保證不會由于個人隱私或機構秘密的泄露而造成對個人或機構的傷害。

其次,加密在較多情況下仍然是保證實現(xiàn)信息機密性的重要手段,保密現(xiàn)在已經成為物聯(lián)網識別技術的關鍵問題。由于物聯(lián)網的多源異構性，使密鑰管理顯得更為困難，而對感知網絡的密鑰管理更是制約物聯(lián)網信息機密性的瓶頸。物聯(lián)網的安全特征體現(xiàn)了感知信息、網絡環(huán)境和應用需求的多樣性，其網絡的規(guī)模和數(shù)據的處理量大,決策控制復雜，給安全研究提出了新的挑戰(zhàn)。

第三,IP地址有待擴充。物聯(lián)網中的每個物件都需要一個唯一的IP地址，IPv4顯然已不能滿足地址需要，只能依靠IPv6來支撐。如何實現(xiàn)由IPv4向IPv6轉型以及妥善解決與IPv4的兼容等一系列問題，也需要引起足夠重視。

第四，設備生產成本需進一步降低。只有擴大物聯(lián)網應用規(guī)模，具備一定數(shù)量，物聯(lián)網相關設備生產成本才能降低到可以接受的程度，物品的網絡智能化特征才能發(fā)揮應有作用。

4  結論

物聯(lián)網產業(yè)是一個新興戰(zhàn)略產業(yè)，目前在全球范圍內尚處于起步階段，但機遇與挑戰(zhàn)并存，其未來的發(fā)展空間十分巨大。我國的物聯(lián)網產業(yè)與歐美等發(fā)達國家相比，仍存在一定的差距，但已經具備一定的產業(yè)技術和應用基礎口5。今后應重點在以下方面做出努力：

（1）加大研發(fā)投入，突破核心和關鍵技術

在物聯(lián)網最核心部分的傳感網芯片的研發(fā)上，國內RFID仍以低端為主。高端產品多為國外廠商壟斷,80%以上的高靈敏度、高可靠性傳感器仍需要進口，高端技術缺乏無疑將對國際標準制定競爭產生影響。并嚴重削弱我國在該產業(yè)上的話語權。在傳感器及傳感器網絡、芯片等關鍵設備制造、海量數(shù)據處理等核心技術上,我國應集中多方資源，協(xié)同開展物聯(lián)網重大技術攻關。

（2）加快物聯(lián)網標準的制定

標準、成本和技術一直是業(yè)界公認的阻礙物聯(lián)網發(fā)展的三大問題。統(tǒng)一標準是促進產業(yè)規(guī)?；l(fā)展的前提。標準化的缺失一直被認為是業(yè)內制約物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展的重要因素之一，因此，物聯(lián)網標準的制定和技術的研發(fā)同樣重要。目前，國內提供物聯(lián)網最核心部分RFID服務的大部分都是國外廠商的代理集成商。這些公司都堅持著自己的標準。各系統(tǒng)間不能互聯(lián)互通。我國必須抓住時機，加強國際交流與合作，更多地積極參與國際標準的制定，掌握制定標準規(guī)范話語權。

（3）加強政策引導，充分發(fā)揮典型物聯(lián)網應用的示范作用

目前，由于我國的物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展才剛剛起步，各企業(yè)的盈利狀況不佳,各地政府雖然出臺了各種物聯(lián)網發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃，但實質資金支持力度不夠。因而迫切需要政府以高瞻遠矚的戰(zhàn)略眼光出臺的政策，并給予本國相關物聯(lián)網企業(yè)更多地資金扶持，以期在核心技術上實現(xiàn)全面突破。另外，政府應以需求為導向，重點建設物聯(lián)網在公眾服務與重點行業(yè)的典型應用示范工程，確立以應用帶動產業(yè)發(fā)展的模式，引領物聯(lián)網產業(yè)的良性發(fā)展。最終將該產業(yè)的主導權控制在國內企業(yè)手中。

（4）完善與物聯(lián)網安全相關的法律法規(guī)建設，加強隱私保護

射頻識別是物聯(lián)網中很重要的關鍵技術，由此可能引發(fā)一系列信息安全方面的問題:第一，射頻識別標簽的基本功能是要保證任意一個標簽的標識或識別碼都能在遠程被任意的掃描并根據指令要求自動的、不加區(qū)別地將所存儲的信息傳輸給閱讀器。但這些信息一旦被別有用心的人截獲并非法牟利,就會造成隱私的泄露;第二，物聯(lián)網可通過實時的數(shù)據交換提高辦事效率和透明度。但同時也會將個人數(shù)據暴露無遺，并可能被商業(yè)機構或其他部門在用戶不知情的情況下非法使用;第三,在物聯(lián)網時代，如果沒有完善的安全防范技術和健全的法律制度，病毒對信息的侵擾和破壞將更甚于互聯(lián)網時代。因此，在物聯(lián)網的發(fā)展中，信息的有用性和私密性將不得不引起國家的高度重視。我們要密切關注物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展可能帶來的安全問題,加強法制和技術手段，進一步完善信息安全、知識產權、個人隱私保護等方面的法律法規(guī)建沒。

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