物联网关键技术及发展综述

物联网关键技术及发展综述
计算机应用技术
黄月华
11025008
物联网关键技术及发展综述
【摘要】在生活节奏快捷以及科技发达的今天，“物联网”逐渐成为人们热议的话题，本文阐述了物联网的概念与定义，介绍了物联网的关键技术，并对物联网的发展现状及未来展望进行了研究。

【关键词】物联网；RFID；传感技术；发展现状
一、物联网的概念与定义
物联网(Internet of Things),指的是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。

物联网是由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域，它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知的信息传送到用户终端。

物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。

物联网概念的问世,打破了之前的传统思维。

过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开:一方面是机场、公路、建筑物, 而另一方面是数据中心, 个人电脑、宽带等。

而在“物联网”时代, 钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施, 在此意义上, 基础设施更像是一块新的地球工地, 世界的运转就在它上面进行, 其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。

在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发数据，我们在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接，实现任何时间和任何地点的无处不在的网络连接。

二、国内外物联网发展现状
从国际上看，欧盟、美国、日本等国都十分重视物联网的工作，并且已作了大量研究开发和应用工作。

如美国把它当成重振经济的法宝，所以非常重视物联网和互联网的发展，它的核心是利用信息通信技术(ICT)来改变美国未来产业发展模式和结构(金融、制造、消费和服务等)，改变政府、企业和人们的交互方式以提高效率、灵活性和响应速度。

按欧盟专家讲，欧盟发展物联网先于美国，确实欧盟围绕物联网技术和应用作了不少创新性工作。

在北京全球物联网会议上，他们介绍了《欧盟物联网行动计划》(Internet of things—Anactionplan for Europe)其目的也是企图在“物联网”的发展上引领世界。

在国内，物联网有望在较短时间内为中国打造一个较成熟的智慧基础设施平台。

为了在第三波世界信息产业浪潮中能够与世界一流国家在技术上同步，中国政府高度重视物联网的技术研发和产业应用工作。

温家宝总理多次关注国内物联网的研究与发展工作，并提出了“感知中国”的概念。

2009年8月7日，他在无锡调研时，提出了把国家传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法，要求“在国家重大科技专项中,加快推进传感网发展”工业与信息化部提出要提早谋划传感网、物联网的发展，突破关键技术，开展应用示范，加强TD-SCDMA与传感网的密切结合，推进传感网与通信网融合发展。

物联网在中国迅速崛起得益于我国在物联网方面的几大优势：第一，我国早在1999年就启动了物联网核心传感网技术研究，研发水平处于世界前列；第二，在世界传感网领域，我国是标准主导国之一，专利拥有量高；第三，我国是目前能够实现物联网完整产业链的少数几个国家之一；第四，我国无线通信网络和宽带覆盖率高,为物联网的发展提供了坚实的基础设施支持；第五，我国己经成为世界第三大经济体,有较为雄厚的经济实力支持物联网发展。

目前，在“物联网”产业领域我国的技术研发水平处于世界前列。

中科院早在1999年就与世界主要国家几乎同步启动了传感器网络相关技术研究，在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机、移动基站等方面取得重大进展, 目前已形成从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链，典型的示范性应用也取得了良好的效果。

2009年10月24日，西安优势微电子公司宣布第一颗物联网的中国芯—“唐芯一号”芯片研制成功，可以满足各种条件下无线传感网、无线个域网、有源等物联网应用的特殊需要；12月上旬“乙太视讯网络信息服务系统”开发成功，该系统是物联网实现数据、语音、视讯三网合一的基础组件，也是物联网的核心架构组合的关键，这些成就为我国的物联网产业的发展奠定了基础。

此外，上海移动运用物联网技术为多个行业客户度身打造了集数据采集、传输、处理和业务管理于一体的整套无线综合应用解决方案。

国内高校在物联网方面的研究也正积极迅速地展开，如北京邮电大学于2009年9月与作为“感知中国”中心的无锡市就传感网技术研究和产业发展签署合作协议，无锡市将与北京邮电大学合作建设研究院，内容主要围绕传感网，涉及光通信、无线通信、计算机控制、多媒体、网络、软件、电子、自动化等技术领域，相关的应用技术研究、科研成果转化和产业化推广工作也同时被纳人议程。

为积极参与“感知中国”中心及物联网建设的科技创新和成果转化工作，保
持、扩大学校在物联网研究领域的优势，南京邮电大学及时调整科研机构和专业设置，成立了物联网与传感网研究院、物联网学院,并设立物联网专项科研项目，启动了“智慧南邮”平台建设，在校园内建设物联网示范区等。

此外，南京航空航天大学、西北工业大学等也正在加紧研发物联网技术,以迎接即将到来的“物联网时代”。

三、物联网研究中的关键技术
物联网本身的结构复杂，主要包括三大部分：首先是感知层，承担信息的采集，可以应用的技术包括智能卡、RFID电子标签、识别码、传感器等；其次是网络层，承担信息的传输，借用现有的无线网、移动网、固体网、互联网、广电网等即可实现；第三是应用层，实现物与物之间，人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。

目前影响全球物联网发展的4个最主要的技术有RFID识别技术，传感网络技术，智能运算技术和嵌入式技术。

(1)RFID识别技术
RFID(radio frequency identification, 射频识别)射频识别是一种非接触式的自动识别技术, 它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据, 识别过程无须人工干预, 可工作于各种恶劣环境。

RFID作为一种射频自动识别技术，通过物品标签与阅读器之间的配合，可以基于计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。

在“物联网”中，RFID正是让物品由“死”变“活”、“开口说话”，从而能够基于互联网自动进行信息交换的一种技术，其主要为物联网中物品的身份标识提供技术支持。

RFID标签中存储着数据格式规范的信息，通过RFID阅读器将物品的属性信息自动采集到系统中，实现对物品的自动识别；并按照一定的要求完成数据格式的转换，通过无线数据通信网络把它们传递到数据处理中心，便于后续“透明”管理。

(2)传感网络技术
传感器网络是物联网的核心,主要解决物联网中的信息感知问题。

物品总是在流动中体现它的价值或使用价值的,如果要对物品的运动状态进行实时感知,就需要用到传感器网络技术传感器网络通过散布在特定区域的成千上万的传感器节点,构建了一个具有信息收集、传输和处理功能的复杂网络,通过动态自组织
方式协同感知并采集网络覆盖区域内被查询对象或事件的信息,用于跟踪、监控和决策支持等,“自组织”、“微型化”和“对外部世界具有感知能力”是传感器网络的突出特点。

这里需要注意的是,传感网只是物联网感知、获取信息的一种重要的技术手段,不是物联网所涉及技术的全部,不能因为传感网在物联网中的核心地位,或者从局部利益或个人目的角度出发将物联网等同于传感器网络。

(3)智能运算技术
传感器得到的信息后，需要对其进行语义的理解、推理和决策，这些需要智能运算技术来完成。

智能运算需要泛在计算、普适计算，即无论何时何地，只要需要就可以通过各种设备访问到所需的信息进行实现智能控制。

主要的研究内容和方向包括：
①人工智能理论研究
智能信息获取的形式化方法；海量信息处理的理论和方法；网络环境下信息的开发与利用方法;机器学习。

②先进的人-机交互技术与系统
声音、图形、图像、文字及语言处理；虚拟现实技术与系统；多媒体技术。

③智能控制技术与系统
物联网就是要给物体赋予智能, 可以实现人与物体的沟通和对话, 甚至实现物体与物体互相间的沟通和对话。

为了实现这样的目标, 必须要对智能控制技术与系统实现进行研究。

例如：研究如何控制智能服务机器人完成既定任务(运动轨迹控制、准确的定位和跟踪目标等)。

④智能信号处理
信息特征识别和融合技术、地球物理信号处理与识别。

(4)嵌入式技术
嵌入式技术是将计算机技术、自动控制技术、通讯技术等多项技术综合起来与传统制造业相结合的技术,是针对某一个行业或应用开发出的智能化机电产品,所实现的产品具有故障诊断、自动报警、本地监控或远程监控等功能,能够实现管理的网络化、数字化和信息化。

“物联网”使物品具有了“信息生命”,将物理基础设施和信息基础设施有机地融为一个整体,使囊括其中的每一件物品都“活”了起来,具有“智慧”,能够主动或被动地与所属的网络进行信息交换,从而更好地服务于人们的生产与生活,这其中离不开嵌人式技术的广泛应用。

正是与嵌人式技术的结合,才使得对物品的标识以及传感器网络等的正常和低成本工作成为
可能,即把感应器或传感器嵌人和装备到如电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、大坝、油气管道、供水系统等各种物体中,形成物与物之间能够进行信息交换的“物联网”,并与现有的互联网整合起来,从而实现人类社会与物理系统的整合,让所有的物品都能够远程感知和控制,形成一个更加智慧的生产生活体系。

四、物联网的发展趋势与展望
当前，中国大力发展物联网产业的环境已经初步形成。

在政府层面，在江苏无锡以外，北京、上海、广东、福建、山东、浙江等信息产业较为发达的区域已经着手制定规划，部分大企业也开始进行市场进入研究。

物联网产业发展需要应用牵引与技术创新双轮驱动，即物联网产业的突破不仅仅在技术上，更在应用上。

未来可能的几个突破口主要有：
一是政府资金投入的方向。

2010年仍将保持积极的财政政策，考虑到物联网应用中有相当多政府公共管理与服务的领域，在交通、电力、环保、城市信息化等领域，物联网应用将有较快发展，将引发市场快速启动。

二是公众领域的相对成熟的应用方向。

智能家居、感知医护等概念已经获得了长期的市场教育，随着产品与技术的进一步成熟，市场需求将得到进一步的激发。

选择适当的细分领域切入将催生出新兴业态。

三是传统企业的应用方向。

物联网应用的一个重要方向是对传统产业的升级改造。

部分传统企业将物联网应用集成至自身的产品中，以实现产品升级，提升附加值与市场竞争力，企业自发的发展将产生更多物联网产业相关的延伸产业。

随着物联网技术的进步和物联网典型应用的逐步展开，国内物联网最有可能的发展演进路线是标准化工作取得快速进步，典型应用领域不断拓展最可能从防人侵系统、智能交通系统、智能电网、移动物联网综合应用系统、物流监控平台、汽车等大宗商品的供应链应用等开始并不断向其他领域扩展，关键技术逐渐成熟，管理机制得到规范，隐私保护与信息安全同步推进，商业模式借助应用成本降低等而合理化，信息无障碍取得阶段性成果，最后到理想的物联网状态网内不同对象间的信息交换具有便捷、高效、安全、低成本、自主式或智能化的特点，人与所处的环境和谐共生，形成一个有机的整体出现。

国内的物联网将从“感知中国”开始，但“感知”只是第一步，其目的还在于感知后信息的应用，因此，“智慧中国”应是国内物联网下一阶段更适宜的发展目标。

应用需求总是推动技术进步的不竭动力，建立人与物理环境间便捷联系的需求就是未来物联网发展不竭动力的源泉，环境的“智能化’体现了科技为人类服务的本质，也是物联网的基本内涵。

物联网就其本身来说, 代表了下一代信息发展技术, 随着各方面的共同力, 物联网技术会对中国整个经济起到积极推动作用。

五、结论
物联网是工业信息化发展的必然。

在过去的十几年间，计算机与网络技术的高速发展使得IT技术达到相对稳定的平台发展期。

一方面，IT基础设施的发展已经达到相当的规模，可以支撑工业信息化发展的需求；另一方面，传统工业的发展也到了发展瓶颈期，亟需通过信息化来提升。

物联网将物理基础设施与IT 基础设施进行结合，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，从这一点上讲，物联网产业极具想象力。

参考文献
【1】张应福物联网技术与应用[J]。

通信与信息技术，2010，（1）
【2】王保云物联网技术研究综述[J]。

电子测量与仪器学报，2009，（12）
【3】徐涛物联网技术发展现状及问题研究[A]。

电子商务，2010，(6)
【4】文浩 RFID、EPC与物联网。

热点聚焦，2009，(5)
【5】曹鹏、陈小健物联网浅谈。

网络与应用，2010,（5）
【6】邵威、李莉感知中国—我国物联网发展路径研究。

中国科技信息，2009(24)
【7】王亚唯物联网发展综述。

科技信息，2010，（3）
【8】陈明、王锁柱物联网的产生与发展[A]。

计算机教育，2010，（12）
自己的工作量。