物联网的研究进展与未来展望

引言

物联网（InternetofThings）被认为是继计算机、互联网和移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。物联网一词最早是在1999年由美国麻省理工Auto-IDCenterC自动识别研究中心）提出来的。日本早在2004年就提出了“U-Japan”战略计划，韩国在2006年提出“U-Korea”战略,这些都是从国家工业角度提出的重大信息发展计划。2009年1月8日，IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”这一概念，他提出“互联网+物联网=智慧地球”，物联网被美国政府列为振兴经济的一大重点。

在我国国内，借助政府层面的推动以及政策的支持，物联网正在快速得到市场的积极响应工。2009年8月，温家宝在中科院无锡高科微纳传感网络工程技术研发中心考察时，提出了建立中国的传感中心，或者叫“感知中国2009年秋，在北京国际通信展期间，中国移动正式推出关于“物联网”的家庭安防等应用。

1  物联网的定义

物联网的概念最早是由美国麻省理工学院的Auto-IDCenter（自动识别研究中心）在1999年提出来的。他们对物联网的定义为：物联网是指通过RFID（RadioFrequencyIdentification,射频识别）、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，把任何商品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

2009年9月，在北京举办的物联网与企业环境中欧研讨会上，欧盟委员会信息和社会媒体司RFID部门负责人LorentFerderix博士给出了欧盟对物联网的定义:物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并可与信息网络无缝整合。

温家宝总理在十一届人大三次会议所作的政府工作报告中对物联网的定义为:物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

中国工程院院士、航天科工集团公司二院科技委常务副主任李伯虎对物联网的定义是:物联网是通过识别、感知技术与设备获取物体/环境的静/动态信息，再由网络传输通信技术与设备进行信息/知识的交换和通信，并最终经智能信息/知识处理技术与设备实现物体/物理世界的智能化管理与控制的一种“人物互联、物物互联、人人互联”的高效能、智能化网络。

2 物联网的层次结构

从技术架构上看,物联网可分为三层:感知层、网络层和应用层。

感知层是由各种传感器以及传感网关构成的，该层的主要任务是对物体的各种信息的及时、全面的感知、识别、釆集、捕获。感知层所用的技术主要有二维码、射频识别、电子代码、传感器及GPS终端、全球定位系统、自组织传感器网络等技术。感知技术和设备要向多功能、低功耗、小型化、高可靠、低成本及多传感器信息融合方向发展,使感知层具备更敏感、更全面的感知能力；

网络层是由各种私有网络、有线和无线网络、网络管理系统和云计算平台组成的，该层的主要任务是基于多网融合化的网络实现物联网信息的可靠传输。网络层所用的主要技术有基于协议的天/地、有线/无线通信网与互联网等技术。传输技术和设备正继续向安全、高可靠、多媒体、高带宽、融合化方向发展；

应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用，该层的主要任务是通过对物联网信息的处理实现对物联网世界中物理的识别、定位、跟踪、运算、监控、管理。该层的主要技术是与应用领域融合的各类基于人机友好截面、高效能计算机、云计算服务、智能科学等技术的识别、定位、跟踪、运算、监控、管理、处理等技术。信息处理技术与设施正向智能化、普适化、高效能方向发展。

3 物联网的关键技术

国际电信联盟(ITU)报告提出，物联网的四个关键性技术为RFID(射频识别技术,RadioFrequencyIdentification)、传感器、智能技术、纳米技术。而RFID又称为四大技术之首，是物联网的构建基础和核心。

3.1  RFID射频识别技术

RFID是一种高级的自动识别技术，利用它可通过无线射频方式进行非接触式的全双工数据通信，以实现对实物目标的识别。RFID技术兴起于20世纪80年代，随着超大规模集成电路的发展，到了20世纪90年代进入了实用阶段。RFID作为一种具备巨大发展前途的应用技术，不仅在物流领域具有强大的应用优势，同时在商业、交通、医疗、军事等领域也有着广泛的发展前途。

RFID具有快速读写、可远距离、长期跟踪管理等特点，被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一。与条码的功能相比，RFID在标签信息容量、一次读取数量、读取距离、读写能力更新、读取方便性、恶劣环境适应性等方面都大大优于条码。

3.2  传感技术

传感技术是研究从自然信息源获取的信息，并对所获取的信息进行处理和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别等技术。传感器技术同计算机技术、通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。对于物联网来说，传感技术涉及到物联网中信息的采集和处理。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将被测量转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。信息处理主要是指对收集到的信息所进行的变化，在信息处理的过程中不会增加信息量。识别技术主要是对处理过的信息进行分辨和归类，利用提取的信息特征与对象的关联模型进行分类和识别。

3.3  散入式智能技术

嵌入式智能代理技术是把智能代理和嵌入式软件融合在一起，充分发挥二者的优势,从而提升整个系统性能的一种技术。嵌入式智能技术的应用十分广泛，如智能家居、智能交通、智能汽车、导航系统等。嵌入式智能技术是在Internet的基础上产生和发展的,能够安全和快速地与外界进行信息交换的一种技术。在物联网中,通过嵌入式智能技术能够实现物品的智能化，使物品可与人或机器进行信息交换。

3. 4  纳米技术

纳米技术是指能操作细小到0.1-100nm物件的一类高新技术。纳米技术不是物联网的专有技术，早在1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中就提出了分子纳米技术,他认为可以任意的组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。生物芯片和生物传感器等都可归于纳米技术范畴。纳米技术可以使传感器尺寸更小，精确度更高，可以大大的改善传感器的性能。

4 物联网的应用

物联网技术将在全球范围内影响生产和生活的方方面面物联网的应用已经深入到了各个领域，包括车辆管理、工业生产线管理、动物识别、智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监控、老人护理、个人健康、零售业、自动化以及电信产业、国家安全、物流、航空航天、环境监管、远程控制等公共服务或特殊行业应用领域，具体应用如手机支付、全球眼、空气温湿感应器等。物联网的应用分类可以分为：数据采集应用、自动化控制应用、日常便利性应用、定位类应用等。

4. 1  物流管理

EPC系统是由EPCglobal提出的，主要是针对物流领域建立的物联网，其目的是增加供应链的可视性和可控性，使整个物流领域能够借助RFID技术获得更大的经济效益。

基于EPC的物联网是在计算机互联网的基础上，利用全球统一的物品编码技术、射频识别技术、无线数据通信技术等，实现全球范围内的单件产品的跟踪和追溯。在产品生产完成时，贴上存储有EPC码的电子标签，该EPC码成为产品的唯一标识，以此EPC编码，能实时的在物联网上査询和更新产品的相关信息，也可以实现对该物品的追踪。物联网系统中的RFID阅读器可控制射频模块向电子标签发射和读取信号，并接受标签的应答信号，同时可将对象标识信息连带电子标签上的其他信息传输到Savant系统一并处理。

4.2  日常生活

物联网在日常生活中的应用主要有交通卡、新型支付、智能家庭、工业和楼宇自动化。事实上，在物联网的应用中，手机起到了很大的作用。通过手机与RFID的链接，可以及时掌握生活以及工作中的很多信息，同时可以通过手机来控制相关设备。与手机号码绑定的手机支付只需用短信确认交易金额等信息即可完成交易山」。目前已实现手机支付的范围包括手机购彩票,手机购电影票，手机影音书刊俱乐部等。通过手机和银行帐号绑定，利用手机钱包就可以进行商品买卖、支付保险、交通养路费、水电费等项。

4. 3  数据采集

数据采集类应用主要体现在公共事业基础设施、机械制造、零售业连锁行业和质量监管行业。沃尔玛2005年已有100个供应商的货箱货盘开始采用RFID/EPC标签加上2006年第二批的200家以及2007年的300家。到2007年初沃尔玛采用RFID/EPC的供应商超过600家。同时，到2005年十月底，沃尔玛已有500家商店、俱乐部和5个配送中心采用了RFID/EPC技术。

4.4  对物联网应用的研究

在物联网应用的同时，对于物联网应用的研究也在不断的发展中。贾凯，刘建生研究了物联网在我国医药流通中的应用。分析了物联网在医药流通中的应用框架和应用流程。指出应用框架整体上可分为射频识别系统和信息网络系统两部分。研究对流通过程中廣品的追踪和识别，从而达到对药品信息及时、准确地采集与共享。谢勇，王红卫研究了基于物联网的自动入库管理系统。通过物联网来获取产品的详细信息并自动生成入库单,在产品识别和产品信息的获取两个方面，利用电子标签作为产品识别的手段,利用物联网来获取入库产品的详细信息。在无线城市的研究方面，洪煜，李粤项认为物联网概念的提出为解决缺乏核心应用这个问题提供了一条思路，对人类而言，神经是身体感应外界刺激最为敏感的工具,而物联网就是无线城市的一条神经系统。高嵩，马斌，孙伟松研究了物联网在特种设备检验方面的应用空。

5 存在的问题

物联网的发展仍然处在一个起步阶段，还不成熟，无论是规划、技术、管理、协调、合作等方面，都有很多问题有待解决。本文认为，在这些问题中，最受关注的是安全问题和统一标准问题。

5.1  安全问题

物联网不只是M2M（MachinetoMachine，"机器”对“机器”）之间的联系，它也包括人、机器和无线终端之间的联系口」。物联网应用的日益普及，也使得它所涉及的安全问题越来越突出。大量的数据及用户隐私如何得到保护，就成为有待解决的问题。在射频识别系统中，电子标签会被大量使用，任何物体中都有可能会植入电子标签，当植入电子标签的物体进入到能够识别的区域时，就会受到扫描、追踪，其中的信息会被读取，这对该物体的所有者来说既是侵犯其隐私。电子标签中的信息如果被恶意修改，将带来无法估量的损失。因此，企业之间应采用安全的私有连接，数据应该进行加密，而且应采用某种健壮的密钥体系来进行身份验证，以防御数据监听、篡改、破坏以及身份伪造等无意或恶意的网络攻击行为"。