物联网：万物互联的时代即将到来

1）物联网的定义

目前关于物联网（Internet of Things，IOT）的定义还没有一个统一的标准，但就物联网本质而言，物联网既是新一代信息技术的高度集成与综合应用，也是“信息化”时代的重要发展阶段，最初是指利用感知设备、网络技术等实现物与物之间的相互连接。但随着信息技术的飞速发展，物联网的定义也随之不断地发生变化。

国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）于2005 年发布的《ITU 互联网报告2005：物联网》指出，物联网是指通过传感手段和一些相关设备对任何物品或物体进行感知，并按照约定的协议，实现与互联网的有效连接，进行信息交换和通信，以便完成对物体智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种新型网络。2009 年9 月，欧盟也提出了物联网的定义，即基于标准和交互通信协议具有自配置能力的动态全球网络设施，在物联网和虚拟的“物件”具有身份、物理属性、拟人化、使用智能接口等特征，并能无缝综合到信息网络中。工信部于2011 年5 月在《物联网白皮书》中提出，物联网是指通过依托网络进行计算、处理、传输、互联，实现人物、物物信息交互和无缝连接，来利用感知技术、拓展、网络延伸，智能装置感知识别通信网和互联网，并且依次实现对物理世界的精确管理、实时控制、科学决策，总体上包括感知层、网络层和应用层3 个大层次。

因此，物联网是指通过识别技术、传感器技术、智能通信技术等信息技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其物理、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成一个巨大网络，以实现物物、物人、人人等所有物品与网络的连接，进行信息交换、通信和智能处理。

2）物联网的起源

物联网的说法最早可追溯到1995 年比尔·盖茨撰写的《未来之路》一书中，但受限于当时感知设备、智能设施以及网络技术的发展，使其未能得到广泛认可。美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）继1998 年提出了当时被称作产品电子代码（Electronic Product Code，EPC）系统的“物联网”构想后，在1999 年美国召开的移动计算机和国际网络会议上，首先提出了物联网的概念，即依托射频识别（RFID）技术、电子代码等技术，并借助于互联网，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of Things”。

2003 年美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2005 年11 月17 日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（World Summit on the Information Society，WSIS）上，国际电信联盟发布了《ITU 互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，依托RFID、传感器等技术获取世界上任何物体信息，并利用互联网进行主动交换。

2008 年年底，国际商业机器公司在向美国政府提出的“智慧地球”战略中强调，利用物联网技术实现智慧型基础设施的建设，使得地球所有的物体“充满智慧”。欧盟分别于2009 年6 月和9 月发布了《欧盟物联网行动计划》《欧盟物联网战略研究路线图》，旨在构建新型物联网框架来引导世界物联网的发展。

我国于2010 年正式将物联网列为国家五大新兴战略性产业之一，并写入《政府工作报告》。之后为更好地推进物联网产业体系的发展，《物联网“十二五”发展规划》《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》《关于物联网发展的十个专项行动计划》及《中国制造2025》等多项政策不断出台，《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》指出“掌握物联网关键核心技术，基本形成安全可控、具有国际竞争力的物联网产业体系，成为推动经济社会智能化和可持续发展的重要力量”。

3）物联网的网络技术架构(www.xing528.com)

物联网通过传感器、电子代码、摄像头等设备对现实世界进行感知，并通过以互联网为核心的各种通信技术，对感知信息及控制信息等实现可靠传输，最后以大数据、云计算、人工智能等各种数据处理技术实现智能应用。因此，物联网的网络技术架构主要分为3 个层次，即感知层、网络层和应用层，详见图2.1。

图2.1　物联网的网络技术架构

（1）感知层

物联网要实现任何物体间的通信，离不开对“物”的感知。感知层作为物联网的感觉器官，用来识别物体、采集信息，主要由各种传感器以及传感器网关构成，包括传感器（如温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等传感器）、二维码标签、RFID 标签和读写器、摄像头、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）等感知终端。感知层是物联网发展和应用的基础，关键技术包括自动识别技术、传感器技术、嵌入式计算技术和无线通信技术等。其中，自动识别技术就是通过被识别物品和识别装置间的活动，自动获取识别物品的信息，并由后台计算机处理系统进行相应的转化；而传感器作为信息源，将物理世界中的物理量、化学量、生物量转化成可供处理的数字信号。通过嵌入式系统对信息进行处理，同时借助随机自组织无线通信网络，以多跳中继的方式将所感知的信息传递到接入的基站节点和网关。

（2）网络层

物联网的网络层是建立在现有的网络和互联网基础上，相当于人体的神经中枢，主要承担着对感知层获取的相关信息进行传递和处理功能。网络层根据感知层的业务特征，优化网络特性，实现感知层与应用层之间的互联互通，促进物与物、物与人、人与人之间的信息交流。网络层综合了各种通信技术（包括短距离无线通信技术、低功耗广域网技术、卫星通信技术、光纤通信技术等），以实现感知数据上传。无线通信是实现万物互联的基础，而多种通信技术并存与互补的趋势将更好地提升信息交互的效率。短距离无线通信技术是指利用各种无线传输技术（如蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、LiFi 等）在较小的范围内实现无线通信；为了满足远距离物联网设备的需求，低功耗广域网技术应运而生，主要由LoRa、Siafox、RPMA 等非授权频谱的专利技术和NB-IoT、EC-GSM、eMTC 等授权频谱的蜂窝技术构成，具有低宽带、低功耗、远距离及大容量等特点；卫星通信技术是以卫星作为中继站转发微波信号，实现多个地面站之间的通信，具有覆盖面广、通信容量大、传输质量好等特点；光纤通信技术就是运用光导纤维作为传输信号，以实现信息传递的通信方式，不仅有较大的信息容量，其在抗干扰能力、安全性能以及传输距离等方面均有较大的优势。

（3）应用层

应用是物联网发展的驱动力和目的。物联网的应用层是利用大数据、云计算、人工智能等技术对感知数据进行处理和分析，做出正确的决策和控制，以实现智能化服务。物联网的应用可分为监控型（例如物流监控、人脸识别和环境感知等）、查询型（例如智能监控、远程查表等）、控制型（例如智能交通、路灯控制和智能家居等）、扫描型（例如门禁系统、高速公路不停车收费等）等。为了更好地实现物联网的应用，智能化信息技术发挥着重要作用。如随着社交网络、物联网等的飞速发展，大量非结构化数据呈指数级增长，大数据技术可以用来表达批量处理或分析网络搜索索引产生的大量数据集；云计算作为下一代计算模式，以公开的标准和服务为基础，把互联网作为传输途径，提供安全、便捷、快速的数据储存和网络计算，在科学和商业等计算领域发挥着重要的作用；人工智能技术是在通信技术研究基础上的重要的新兴技术类型，能较大程度地实现物联网工作中内在驱动力的优化，切实改进当前物联网运用在网络应用、计算以及信息储存等方面的缺陷，提高其灵活性和运维性。