物联网技术与应用发展的探讨

摘　要：本文阐述了物联网的核心技术，介绍了物联网的应用，并就促进物联网的发展提出了几点意见。

关键词：物联网；技术；应用；措施
　　物联网（The Internet of things）的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。本文就物联网技术及应用探讨如下。
　　一、物联网的核心技术
　　物联网需要突破的核心技术包括传感技术、无线通信技术、计算机技术、网络技术。感知层是推动物联网产业快速平衡发展的着力点，需要突破接入标准、无线射频硬件技术、超低功耗技术、无线组网技术等关键技术。国际电信联盟(ITU)将射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术列为物联网关键技术。
　　1、建立在云计算基础上的中央处理技术
　　物联网最核心的是要提升中央处理能力。物联网智能化处理需要通过不同功能的M2M系统之间的信息链路共享，由中央处理单元协同各系统共同运作，将智能感应融入到整个社会的运转之中。中央处理单元应建立在分布式云计算基础上，以提供高速计算能力和容灾备份功能，保障整个物联网络的正常运转。运营商可以从建设基于云计算的M2M支撑运营中心入手，发挥BI数据分析优势，建立各M2M系统的关联协同机制，逐步提升运营中心的数据分析处理能力，最终形成具备智能化处理功能的“大脑”。
　　2、微机械加工技术与软件
　　智能传感器的制造基础是微机械加工技术，将硅进行机械、化学、焊接加工，再采用不同的封装技术来封装，近几年又发展了一种LIGA工艺（深层X射线光刻电镀成敏膜）用于制造传感器。智能传感器一般具有实时性很强的功能，尤其动态测量时常要求在几微秒内完成数据采集、计算、处理和输出。智能传感器的一系列功能都是在程序支持下进行。如功能多少、基本性能、方便使用、工作可靠，大都在一定程度上依赖于软件设计和其质量，这些软件主要有五大类，包括标度换算、数字调零、非线性补偿、温度补偿、数字滤波技术。
　　3、无线传感器网络（WSN）技术
　　无线传感器网络（Wireless Sensor Network,简称WSN)的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。WSN技术贯穿物联网的三个层面，是结合了计算、通信、传感器三项技术的一门新兴技术，具有较大范围、低成本、高密度、灵活布设、实时采集、全天候工作的优势，且对物联网其他产业具有显著带动作用。
　　4、射频识别（RFID）技术
　　射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象，并获取相关数据，识别无须人工干预，可工作于任何恶劣环境。RFID系统由阅读器、应答器(标签)和应用系统三部分组成，通过电波在响应媒介和询问媒介间传递信息。阅读器，一般是一台内含天线和芯片解码器的阅读(有时还可以写入)设备，可设计为手持式或固定式；阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别体的目的。通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。每个标签具有唯一的产品电子码EPC,EPC码可存入硅芯片做成的电子标签内，并附在被标识产品上，以被高层的信息处理软件识别、传递和查询，进而在互联网的基础上形成专为供应链企业服务的各种信息服务。应用系统，一般是由计算机支撑的有线或无线管理系统，视不同应用要求，对于实时型的智能型控制器，不一定必须要有后台应用系统。
　　5、传感器技术
　　传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。传感技术主要研究关于从自然信源获取信息，并对之进行处理(变换)和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术。传感技术的核心即传感器，它是负责实现物联网中物与物、物与人信息交互的必要组成部分。目前无线传感器网络的大部分应用集中在简单、低复杂度的信息获取上，只能获取和处理物理世界的标量信息，然而这些标量信息无法刻画丰富多彩的物理世界，难以实现真正意义上的人与物理世界的沟通。为了克服这一缺陷，既能获取标量信息，又能获取视频、音频和图像等矢量信息的无线多媒体传感器网络应运而生。作为一种全新的信息获取和处理技术，无线多媒体传感器网络更多地关注于信息的采集和处理，利用压缩、识别、融合和重建等多种方法来处理信息，以满足无线多媒体传感器网络多样化应用的需求。
　　6、智能嵌入技术
　　嵌入式技术是将计算机作为一个信息处理部件,嵌入到应用系统中的一种技术,也就是说,它将软件固化集成到硬件系统中,将硬件系统与软件系统一体化。控制器(MCU)已经在家庭和工业的各个领域得到了应用,通称嵌入式系统,因为计算机芯片是嵌入在有关的设备中的,没有自己独立的外壳。目前大多数嵌入式系统还处于单独应用的阶段,以MCU为核心,与一些监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。Internet现已成为社会重要的基础信息设施之一,是信息流通的重要渠道,如果嵌入式系统能够连接到Internet上面,则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方。
　　二、物联网的应用
　　物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。目前物联网已在智能电网、智能交通、智能物流、金融服务业、公共安全等领域得到应用，示范效应初步显现。
　　1、智能家居
　　在南京邮电大学物联网研究院的实验室里，一些“物联网”产品已经初见雏形。研究者通过电子芯片将手机设定为控制中心，然后通过手机短信的方式，发送英文“室内温度的监测指令”，约5秒钟后，手机收到回信：室内温度32.29℃。手机同时还能控制家庭电器。中午在家淘好米，晚上回家之前发送一条短信，电饭锅就会立刻开始煮饭。
　　2、医疗监控
　　医护领域的物联网 应用主要在人体的监护和生理参数的测量等方面，可以对于人体的各种状况进行监控，将数据传送到各种通信终端上。医生坐在办公室里，通过病人身上的一个小传感器，就可24小时获知病区内所有病人的脉搏、体温、血糖等身体状况。病人家属经过授权，也可通过网络随时共享这些信息。这套“医疗健康护理系统”目前已经在启东一家医院使用。监控的对象不一定是病人，可以是常人。各种传感器可以把测量数据通过无线方式传送到专用的监护仪器或者各种通信终端上，如PC、手机、PDA等。人体表面或者内部大约可以布署10～20个各类传感器。
　　3、智能交通
　　目前RFID在安防领域的应用主要是高速不停车收费系统。除了红外防盗，RFID同样也开始得到广泛应用，只要在汽车的任意处嵌上一块存有车主姓名、车型、车牌号等个人信息的射频标签，车辆可以自动“认出”主人。如果偷车者没对这个标签进行解码，车辆则会自动报警。
　　4、智能照明
　　目前，无锡物联网产业研究院正在做关于物联网应用于建筑节能降耗领域的实验。除了电源和插座，所有的照明都可以通过物联网进行精确的、局部的控制和感知照明。没有人的时候过一段时间某个区域就灭灯了。或者，一个大会议厅，有些地方有人在，有些地方没有人在，就可以把没人的地方的灯自动关掉。这样整个大楼的照明可以实现无开关的照明，所有的公用照明不设开关，全部根据是否有人来控制照明系统。
　　5、环保监控
　　为了帮助政府应对太湖的蓝藻危机，中科院在太湖中放置若干传感装置，一旦蓝藻素升高，或水温有变化、有暴发蓝藻的可能，传感器会及时发出预警，这样决策机关就能及时得到信息，并作出应对。在环保监测上，如发生气体泄漏、水体污染等事件，工作人员可随身携带一箱生化传感器，像播种那样在一定范围内随机散布，数十个传感器就能无线联网，随时“跟踪”有害物质的扩散路径，实时向指挥部“发报”。
　　在未来，智能化物联应用将随处不在，当气象感应系统预知台风来袭时，交通感应单元自动通知渔船返港，高速关闭，划定居民转移区域；当车祸发生时路面监控系统自动通知急救医院并提供最佳路线，GPS系统提示来往该路段车辆绕行；每月公共服务系统自动记录水电煤气费用通知户主后在银行账号中自动扣款……这一切都会带来人类生活颠覆性的变革和巨大的商机。
　　三、促进物联网的发展
　　1、促进政策扶持
　　对于复杂的物联网，必须要有政府的政策支持，政府必须要有专门人和专门的机构来研究和协调，物联网才能有真正意义的发展，否则，它只能小有成就，而不会大有作为。物联网不是一个小产品，也不是只是一个小企业可以做出来，做起来，它不仅需要技术，它更是牵涉到各个行业，各个产业，需要多种力量的整合。这就需要国家的产业政策和立法上要走在前面，要制定出适合这个行业发展的政策和法规，保证行业的正常发展。
　　2、加强统一协调
　　物联网发展过程中，传感、传输、应用各个层面会有大量的技术出现，可能会采用不同的技术方案。如果各行其是，那结果是灾难的，大量的小而破的专用网，相互无法连通，不能进行联网，不能形成规模经济，不能形成整合的商业模式，也不能降低研发成本。因此，物联网现有的RFID射频技术、短距离无线传输技术尚无统一标准，应整合相关产业的技术标准，尽早推动国家标准的建立，这是物联网马上就要面对问题。开始时，这个问题解决得好，以后就很容易，开始解决不好，积重难返，那么以后问题就很难解决。
　　3、促进管理平台建设
　　传感是容易的，但是感知的信息，如果没有一个庞大的网络体系，不能进行管理和整合，那这个网络就没有意义。因此，建立一个全国性的，庞大的，综合的业务管理平台，把各种传感信息进行收集，进行分门别类的管理，进行有指向性的传输，这就是一个大问题。一个小企业甚至都可以开发出传感技术，开发出传感应用。但是一个小企业没有办法建立起一个全国性高效率的网络。没有这个平台，各自为政的结果一定是效率低，成本高，很难发展起来，也很难起到效果。
　　4、加强安全体系研究
　　物联网目前的传感技术主要是RFID，植入这个芯片的产品，是有可能被任何人进行感知的，它对于产品的主人而言，有这样的一个体系，可以方便的进行管理。但是，它也存在着一个巨大的问题，其他人也能进行感知，比如产品的竞争对手，那么如何做到在感知、传输、应用过程中，这些有价值的信息可以为我所用，却不被别人所用，尤其不被竞争对手所用。这就需要在安全上下功夫，形成一套强大的安全体系。现在应该说，会有哪些安全问题出现，如何应对这些安全问题，怎么进行屏蔽都是一些非常复杂的问题，甚至是不清晰的。
　　5、促进应用开发
　　物联网的价值不是一个可传感的网络，而是必须各个行业参与进来进行应用，不同行业，会有不同的应用，也会有各自不同的要求，这些必须根据行业的特点，进行深入的研究和有价值的开发。这些应用开发不能依靠运营商，也不能仅仅依靠所谓物联网企业，因为运营商和技术企业都无法理解行业的要求和这个行业具体的特点。很大程度上，这是非常难的一步，也是需要时间来等待。　　
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