物聯網文獻綜述【摘要】信息產業經過多年的高速發展，經歷了計算機、互聯網與移動通信網兩次浪潮，2000年后開始步入疲軟階段，整個行業的下一桶金在哪里?在此背景下，物聯網、智慧地球概念的提出立即得到全球的熱捧，其最大的動因就在于政府、企業各方都從中遠望到下一桶金的影子。物聯網被稱為世界信息產業第三次浪潮，代表了下一代信息發展技術，被世界各國當作應對國際金融危機、振興經濟的重點技術領域。物聯網的概念是在1999年提出的。當時基于互聯網、RFID技術、EPC標準，在計算機互聯網的基礎上，利用射頻識別技術、無線數據通信技術等，構造了一個實現全球物品信息實時共享的實物互聯網“Internetofthing簡稱物聯網），這也是在2003年掀起第一輪華夏物聯網熱潮的基礎。雖然目前國內對物聯網也還沒有一個統一的標準定義， 但從物聯網本質上看，物聯網是現代信息技術發展到一定階段后出現的一種聚合性應用與技術提升， 將各種感知技術、現代網絡技術和人工智能與自動化技術聚合與集成應用，使人與物智慧對話，創造一個智慧的世界。物聯網技術被稱為是信息產業的第三次革命性創新。物聯網的本質概括起來主要體現在三個方面：一是互聯網特征，即對需要聯網的物一定要能夠實現互聯互通的互聯網絡；二是識別與通信特征，即納入物聯網的“物”一定要具備自動識別與物物通信（M2M）的功能；三是智能化特征，即網絡系統應具有自動化、自我反饋與智能控制的特點。本文介紹了物聯網的相關概念、原理以及物聯網的核心技術，同時討論了物聯網的應用領域以及目前在我國物聯網的發展狀況及存在的問題。【關鍵字】物聯網互聯網RFID技術 人工智能 自動化傳感網物聯網物聯網的含義所謂物聯網(InternetofThings),指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。物聯網是由多學科高度交叉的新興前沿研究熱點領域，它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協作地實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息，通過嵌入式系統對信息進行處理，并通過隨機自組織無線通信網絡以多跳中繼方式將所感知的信息傳送到用戶終端。為了更好地定義物聯網，描述物聯網的特征，我們將物聯網與互聯網各自的基本特征比較如下表所示：物聯網、互聯網的特征比較分析表名稱聯接主體信息采集信息傳輸信息處理網絡社會現狀物聯網人與物物與物自動數字網絡化智能化現實互聯網人與人人工數字網絡化交換虛擬由上表可知，物聯網與互聯網有著顯著的區別，同時也存在著密切的聯系。物聯網是基于互聯網之上的一種高級網絡形態，物聯網和互聯網的共同點是：技術基礎是相同的，即它們都是建立在分組數據技術的基礎之上的。物聯網和互聯網的不同點是：用于承載物聯網和互聯網的分組數據網無論是網絡組織形態，還是網絡的功能和性能，對網絡的要求都是不同的。互聯網對網絡性能要求是：“盡力而為”的傳送能力和基于優先級的資源管理，對安全、可信、可控、可管等都沒有要求。物聯網對網絡的要求高得多，對實時性、安全可信性、資源保證性等都有很高的要求。因此從這方面來說，兩者是有差別的。1.2物聯網的原理物聯網是在計算機互聯網的基礎上，利用 RFID、無線數據通信等技術，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的“InternetofThings”。在這個網絡中，物品(商品)能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。其實質是利用射頻自動識別(RFID)技術，通過計算機互聯網實現物品(商品)的自動識別和信息的互聯與共享。物聯網中非常重要的技術是射頻識別(RFID)技術。RFID是射頻識別(RadioFrequencyIdentification)技術英文縮寫，是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，是目前比較先進的一種非接觸識別技術。以簡單RFID系統為基礎，結合已有的網絡技術、數據庫技術、中間件技術等，構筑一個由大量聯網的閱讀器和無數移動的標簽組成的，比 Internet更為龐大的物聯網成為RFID技術發展的趨勢。而RFID，正是能夠讓物品“開口說話”的一種技術。在“物聯網”的構想中，RFID標簽中存儲著規范而具有互用性的信息，通過無線數據通信網絡把它們自動采集到中央信息系統，實現物品(商品)的識別，進而通過開放性的計算機網絡實現信息交換和共享，實現對物品的“透明”管理。信息化革命的浪潮，物聯網被稱為信息技術移動泛在化的一個具體應用。物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算、泛在網絡的融合應用打破了之前的傳統思維，人類可以實現無所不知、識別技術與普適計算、泛在網絡的融合應用打破了之前的傳統思維，人類可以實現無所不在的計算和網絡連接。傳統的思路一直是將物理基礎設施和 IT基礎設施分開：一方面是機場、公路、建筑物，而另一方面是數據中心，個人電腦、寬帶等。而在“物聯網”時代，鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統一的基礎設施，在此意義上，基礎設施更像是一塊新的地球工地，世界的運轉就在它上面進行，其中包括經濟管理、生產運行、社會管理乃至個人生活。 “物聯網”使得人們可以更加精細和動態的方式管理生產和生活，管理未來的城市，達到“智慧”狀態，提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然間的關系。物聯網的關鍵技術技術是應用的基礎，物聯網要實現物與物之間的感知、識別、通信等功能需要有大量先進技術的支持。目前物聯網關鍵性的技術包括：感知事物的傳感器節點技術，聯系事物的組網和互聯技術，判別事物位置的全球定位系統，實現事物思考的應用技術，以及提高事物性能的新材料技術。傳感器節點技術傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理條件或化學組成，并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。目前傳感器節點技術的研究主要包括傳感器技術、RFID射頻技術、微型嵌入式系統。其中傳感器技術是研究的重點，因為傳感器節點技術是傳感網信息采集和數據預處理的基礎和核心，而傳感器技術則是傳感器節點技術的前提。隨著材料、工藝等技術的進步，傳感器已經實現了微型化、網絡化、信息化，但是在某些領域，尤其是傳感器供電技術方面，相關的研究遇到了很大的阻力。因為傳感器往往是依靠自身或者太陽能來進行供電的，而太陽能電池的供電效率以及可靠性都無法滿足要求，目前一個比較理想的途徑是大力研究無線電能傳輸技術和高性能鋰電池技術，定期對傳感器進行遠程充電，以大規模延長傳感器的使用時間。組網和互聯技術傳感器組網和互聯技術是實現物聯網功能的紐帶，目前這一領域的主要研究方向包括：構建新型分布式無線傳感網絡組網結構；基于分布式感知的動態分組技術；實現高可靠性的物聯網單元冗余技術；無縫接入、斷開和網絡自平衡技術。一個高效的物聯網是由數以萬計的傳感器節點構成的，而要使這些傳感器能夠相互協作，高效率的運行就必須有一個強大的組網和互聯技術作為支撐。在節點過多時關閉其中的某些節點以延長網絡的可用時間，當某些傳感器節點出現故障或者脫離網絡時能夠及時開啟備用的節點，在保證整個網絡各項功能滿足要求的前提下盡可能的延長網絡的使用時間。全球定位系統全球衛星定位系統(GPS)是一種結合衛星及通訊發展的技術，利用導航衛星進行測時和測距，從而實現物體的精確定位。全球衛星定位系統由三部分組成：空間部分一一GPS星座；地面控制部分一一地面監控系統；用戶設備部分一一GPS信號接收機。全球定位系統最主要的指標是定位的精度，目前主要的全球定位系統是美國的GPS，其精度在民用領域為30m，而為了打破美國在全球定位系統方面的壟斷地位，各國目前都在爭相發展全球定位系統，典型的例子有歐盟的“伽利略”衛星定位系統，俄羅斯的“格格納斯”衛星定位系統以及中國的“北斗”衛星定位系統。應用技術物聯網應用技術是根據具體的物聯網應用要求，在傳感器節點構成的網絡基礎上具體服務于特定行業或者實現特定功能的技術。按照具體的任務來分，物聯網應用技術主要包括：感知信息處理技術、系統軟件、傳感器應用抽象和標準化以及應用軟件及平臺技術。物聯網服務的行業領域極其廣泛，這決定了物聯網的工作平臺必須具有極高的開放性。因此，系統軟件、感知信息處理技術以及傳感器應用抽象和標準化將是研究的重點，也是為應用軟件及平臺技術打下堅實的基礎。從目前的趨勢來看，傳感器系統軟件將會走模塊化設計的思路，并且尋求一種基于新型開放性互聯平臺的層次化系統解決方案，其他應用技術都將基于這個平臺來研發。新材料技術新材料是指那些新近發展或正在發展之中的具有比傳統材料的性能更為優異的一類材料。為了進一步提高傳感器的性能，新材料技術是不可或缺的。物聯網新材料技術的研究主要包括：使傳感器節點進一步小型化的納米技術；提高傳感器可靠性的抗氧化技術；減小傳感器功耗的集成電路技術。可以預見，隨著新材料技術的發展，物聯網系統器件會變得更小、能耗更低、可靠性更高。物聯網的技術體系結構雖然物聯網的定義目前沒有統一的說法，但物聯網的技術體系結構基本得到統一認識，分為感知層、應用層網絡層感知網2.1應用層網絡層感知網2.1應信息的享、互等功【具體應用】應用層用層完成物品匯總、協同、共通、分析、決策能，相當于物聯智能家居智能交通智能電【廣域網通物流智能醫療智能農業PSTN、2G/3G移業監絡、離互聯網網理廣電網檢測專網應用層用層完成物品匯總、協同、共通、分析、決策能，相當于物聯紅外、藍牙、【數據分析處理其他無線 嬖據采集數據行耐…

各類傳感器、RFID、條碼、攝像頭……

動作執行部件網的控制層、決策層。物聯網的根本還是為人服務，應用層完成物品與人的最終交互，前面兩層將物品的信息大范圍地收集起來，匯總在應用層進行統一分析、決策，用于支撐跨行業、跨應用、跨系統之問的信息協同、共享、互通，提高信息的綜合利用度，最大程度地為人類服務。其具體的應用服務又回歸到前面提到的各個行業應用，如智能交通、智能醫療、智能家居、智能物流、智能電力等。網絡層網絡層完成大范圍的信息溝通，主要借助于已有的廣域網通信系統（如PSTN網絡、2G/3G移動網絡、互聯網等），把感知層感知到的信息快速、可靠、安全地傳送到地球的各個地方，使物品能夠進行遠距離、大范圍的通信，以實現在地球范圍內的通信。這相當于人借助火車、飛機等公眾交通系統在地球范圍內的交流。當然，現有的公眾網絡是針對人的應用而設計的，當物聯網大規模發展之后，能否完全滿足物聯網數據通信的要求還有待驗證。即便如此，在物聯網的初期，借助已有公眾網絡進行廣域網通信也是必然的選擇，如同上世紀90年代中期在ADSL與小區寬帶發展起來之前，用電話線進行撥號上網一樣，它也發揮了巨大的作用，完成了其應有的階段性歷史任務。感知層感知層是讓物品說話的先決條件，主要用于采集物理世界中發生的物理事件和數據，包括各類物理量、身份標識、位置信息、音頻、視頻數據等物聯網的數據采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技術。感知層又分為數據采集與執行、短距離無線通信2個部分。數據采集與執行主要是運用智能傳感器技術、身份識別以及其他信息采集技術，對物品進行基礎信息采集，同時接收上層網絡送來的控制信息，完成相應執行動作。這相當于給物品賦予了嘴巴、耳朵和手，既能向網絡表達自己的各種信息，又能接收網絡的控制命令，完成相應動作。短距離無線通信能完成小范圍內的多個物品的信息集中與互通功能，相當于物品的腳。物聯網的應用通過物聯網應用，人類社會將實現方便管理和精確管理，極大地提高管理的效率和準確率，因此，物聯網的應用是不可阻擋的世界潮流。應用中的信息流下圖表示的是物聯網的應用原理：首先是從現實世界獲取相關信息，然后通過網絡將信息傳遞至智能運算部件，經過信息處理與加工后，再將結果信息傳輸到相應部件，最后信息重返現實世界，驅動相應部件做出指定的操作。應用范圍物聯網用途廣泛，遍及國防和安全、能源與公共事業、交通運輸、建筑自動化、生產和制造等領域，在人類生產和生活的方方面面幾乎都能應用。國防和安全領域國防和安全一直是各國關注的焦點，而物聯網被許多軍事專家稱為“一個未探明儲量的金礦”，正在孕育軍事變革深人發展的新契機。目前，物聯網在國防領域的主要應用是戰場信息的整體化感知，從而實現戰場信息的實時監測和反饋，為作戰計劃的制定和實施提供必要的信息資源。物聯網在國防和安全領域研究的一個熱點是實現國防要素及作戰單元甚至整個國家軍事力量的全信息和全數字化狀態，也就是使國防科研、軍工企業及武器平臺等各個環節通過無線和有線網絡將其連接起來，使他們能夠協同工作，實現功效最大化。另一個熱點是武器裝備的智能化，配合智能機器人的研制，在運用物聯網將智能化作戰裝備和指揮系統相連，最終實現高精度、高可靠性、高效費比戰場攻擊和戰場人員的零傷亡。3.2.2能源與公共事業領域目前，物聯網在能源與公共事業領域的主要應用是自動抄表，實現包括電、水、氣等用戶使用量數據的自動讀取，以及隨后的根據使用量計算費用、寄發賬單，物聯網在能源領域的另一個應用是電力傳輸線路以及其它基礎設施的遠程監測和維護，鑒于能源領域，尤其是電力供應的連續性和實時性，相關的安全性指標將會十分苛刻。物聯網在能源與公共事業領域的研究熱點是智能電網的建設，智能電網的核心在于，構建具備智能判斷與自適應調節能力的多種能源統一入網和分布式管理的智能化網絡系統，可對電網與客戶用電信息進行實時監控和采集，且采用最經濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實現對電能的最優配置與利用，提高電網運行的可靠性和能源利用效率。可再生能源以及減少能源消耗已經成為物聯網在能源領域發展的巨大動因，而智能電網的建設恰好迎合了這樣的要求。一個可能的例子就是，通過遠程設施控制上千個大型風力發電機這樣一項極具挑戰性而效益明顯的工作。但可以預見，隨著物聯網技術水平的提高，電網的可靠性、效率、調峰調壓能力將會達到一個新的高度。交通運輸領域交通是國民經濟的重要組成部分，對于經濟和社會的發展有著巨大的助推作用，從最近的“高鐵經濟”中可以明顯的感受到。物聯網在交通領域的應用已經到了實質性階段。交通行業是一個普遍和成本低利潤行業，效率是關鍵。效率的提高是通過對車輛和司機的最佳利用以及節省燃料。物聯網應用到交通中，可以實現車輛和司機信息的實時獲取，從而為合理安排車輛和司機提供可靠的依據，并且可以進一步通過路況實時信息選擇合理的運行線路。目前，交通擁堵問題已經成為困擾每個特大城市發展的問題。而物聯網技術的發展則為這個問題提供了解決方案。基于物聯網的智能交通，通過采用非接觸式地磁傳感器來定時收集和感知區域內車輛的速度、車距等信息，多個終端節點將各自采集并初步處理后的信息通過匯聚節點匯聚到網關節點，進行數據融合，獲得道路車流量與車輛行使速度等信息，從而為路口交通信號控制提供精確的輸人信息從而實現了現有基礎設施條件下交通流量的錯峰調峰，可以有效減少城市擁堵情況的出現。建筑自動化領域建筑自動化、智能化一直是各國研究的熱點，但是由于技術的制約，停留在物件和房間自動化方面。物聯網的發展使得建筑物可以從整體角度實現智能化，由于國家總能源消耗的約1/3與加熱和冷卻建筑物有關，因此物聯網在建筑物智能化控制方面最大的應用是根據各棟建筑的設計，溫度等信息，控制相應的調溫設施，提高建筑物能源利用的效率，并且通過在建筑物上加裝太陽能發電設備進一步減小對于電網的依賴，并且在合適的時間可以將富余的電量回傳給電網。物聯網在建筑自動化領域的另一個主要應用是智能家居，屆時，家里的各種家具，電器會能夠與人交流，通過人的信息，家具以及電器能夠自動完成從最簡單的煮飯，到復雜的整理房屋，甚至招待客人等一系列的事務。生產和制造領域制造業是自動化應用最早，也是最廣泛的領域。隨著物聯網技術的發展，生產和制造業的自動化程度將會有質的提高，實現從原材料采購，庫存管理，資金管理到生產控制，銷售反饋的全過程監控和管理。目前，一些大型的制造業企業使用的遠程監控解決方案是基于內部解決方案和第三方解決方案，因此，物聯網在制造業的發展將會是未可限量的。物聯網的應用無疑將會大大減少人力成本，提高生產效率，加快商品的流通度，但是同時生產行業的高要求也會使基于制造業的物聯網的安全性達到前所未有的高度，尤其是在商業信息的保護，突發事件的處理能力上。我國物聯網的發展狀況及存在的問題國內在傳感器網絡方面處于發展初級階段。2009年8月溫家寶總理在考察無錫高新微納傳感網工程技術研發中心時指出，要積極創造條件，在無錫建立中國的傳感網中心（“感知中國”中心），發展物聯網。11月在首都科技界大會再次提出發展物聯網。各部門、各地區積極響應，紛紛出臺各項舉措，推動物聯網發展。《國家中長期科學與技術發展規劃》和“新一代寬帶移動無線通信網”重大專項中均將傳感網列入重點研究領域。但是我國物聯網發展也存在一些問題：（1）缺乏健全的政策和立法支持。國家與政府必須具有長遠的戰略眼