引言:
随着信息技术、计算机技术、微电子技术的高速发展,信息产业已经经历了计算机、互联网和移动通讯网两次浪潮,而如今,人们正在迎来第三次浪潮--"物联网"。物联网的出现打破了之前的传统思维,物联网是一张连接世界万物的巨大信息网络,并与互联网相连接,通过物联网人们能更好的感知世界、控制物体的传输、移动、运行,从而使人与自然,人与世界更为和谐。温家宝总理2009年8月在江苏无锡考察时提出了"感知中国",推进物联网发展,11月底,温总理在江苏南京考察时再次表示,当前,流通行业要大力运用网络技术,特别是物联网技术,实现流通现代化。这掀起了全国各高校、研究机构、企业的关注,纷纷加入研究物联网的行列中来。
1、物联网概念
物联网至今都没有一个统一的定义,有人认为RFID的互联就是物联网,有人认为传感器网络就是物联网,有人认为M2M(MachinetoMachine)就是物联网,还有人认为物联网是互联网的客户端扩展到任何物品与物品之间。
物联网的具体定义在不同国家也没有一个统一的标准。一般国际通用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,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
欧盟有关物联网的定义是物联网是未来互联网的一部分,能够被定义为基于标准和交互通信协议的具有自配置能力的动态全球网络设施,在物联网内物理和虚拟的"物件"具有身份、物理属性、拟人化等特征,它们能够被一个综合的信息网络所连接。
2010年,在我国的政府工作报告中所附的注释对物联网有以下说明: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,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
2、物联网的起源及发展现状
1995年比尔·盖茨就在其著作《未来之路》中提出物联网(TheInternetofthings)的概念,但是由于当时无线网络、硬件及传感设备发展的限制,并未引起重视。1999年美国麻省理工学院(MIT)建立的自动识别中心(Auto-IDLabs)提出了以把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理为目的的网络无线射频识别(RFID)系统。其具体实施是将书籍、鞋、汽车部件等物体加上微小的识别装置,通过射频识别技术及无线传感器网络便可以知道物体的位置及状态等信息,从而实现智能管理。
在2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)发布的《ITU2005互联网报告:物联网》里指出:无所不在的"物联网"通信时代即将来临,世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用[3]。2006年3月,欧盟召开会议"FromRFIDtotheInternetofthings",对物联网进行了更深层次的描述。但是,到此时,物联网仍然没受到人们很大的关注。
2009年1月28日,在美国工商业领袖举行的"圆桌会议"上,IBM首席执行官彭明盛(SamPalmisano)首次提出"智慧地球"概念,希望通过加大对宽带网络等新兴技术的投入,振兴美国经济并确立美国的未来竞争优势。在获得美国总统奥巴马的积极回应后,这一计划随后上升为美国的国家战略,物联网再次引起广泛关注。现如今,物联网已经得到欧盟、韩国、日本等发达国家及地区的高度关注。
3、物联网的关键技术
国际电信联盟报告提出物联网主要有四个关键性的应用技术:标签事物的RFID,感知事物的传感网络技术Sensortechnologies,思考事物的智能技术Smarttechnologies,微缩事物的纳米技术Nanotechnology。
3.1射频识别(RFID)技术
射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术。它是利用无线射频识别技术识别目标对象并获取相关对象的信息。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合,可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。RFID从硬件上说应该包含两个部分:电子标签和识别器。

RFID技术的技术难点在于:1)RFID反碰撞防冲突问题;2)RFID天线研究;3)工作频率的选择;4)安全与隐私问题。
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3.2传感器网络技术
传感器是物体感知物质世界的"感觉器官",可以从声、光、电、热、力、位移、湿度等信号来感知,为物联网的工作采集、分析、反馈最原始的信息。
传感器网络节点的基本组成包括如下几个基本单元:传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)以及电源。此外,可以选择的其他功能单元包括:定位系统、移动系统以及电源自供电系统等[6]。在传感器网络中,节点可以通过飞机布撒或者人工放置的方法使其散布在所感知对象的附近。传感器节点通过"多跳"网络把数据发送给接受发送器(sink)Sink也可以用同样的方式将信息发送给各节点。Sink直接与Internet或通信卫星相连,通过Internet或通信卫星实现任务管理节点与传感器之间的通信。在节点损坏失效等问题出现的情况下,系统能够自动调整,从而确保整个系统的通信正常。
传感器网络综合了传感器技术、嵌入式技术、现代网络及无线通讯技术、分布式系统技术等。先通过传感器采集所需信息,同时通过嵌入式系统进行实时计算,再通过现代网络及无线通讯技术传输所得到的原始信息,最后传入上层服务器进行分布式处理。因此传感器网络的发展必须得到传感器技术、嵌入式技术及网络无线通讯技术的支撑。随着纳米技术的发展,微电子技术的发展嵌入式芯片已得到了飞速的发展,更多低功耗、实时性强、计算能力强的嵌入式芯片得到了普及。3G/4G,ZigBee,Wifi等无线技术的发展以及以IPv6为核心的下一代互联网的发展使得更多的物体能方便、有效地接入至物联网中。
传感器网络的技术难题在于对传感器网络自身的检测与控制,要对传感器网络的运行状态及信号传输通畅性进行监测,研究开发硬件节点和设备的诊断技术,实现对网络的控制。其次是传感器网络的安全问题,传感器网络除了具有一般无线网络所面临的信息泄露、信息篡改、重放攻击、拒绝服务等多种威胁外,还面临传感节点容易被攻击者物理操纵,并获取存储在传感节点中的所有信息,从而控制部分网络的威胁。
3.3智能技术
物联网所需的智能技术是海量信息的智能分析与控制。海量信息智能分析与控制是指依托先进的软件工程技术,对物联网的各种信息进行海量存储与快速处理,并将处理结果实时反馈给物联网的各种"控制"部件。智能技术是为了有效地达到某种预期的目的,利用知识分析后所采用的各种方法和手段。通过在物体中植入智能系统,可以使得物体具备一定的智能性,能够主动或被动的实现与用户的沟通。
智能分析与控制技术主要包括人工智能理论、人机交互技术、智能分析与控制系统等。通过一系列的智能分析与控制使物联网赋予物体"智能"以实现人与物交互、对话,甚至物与物交互、对话,从而完成各种功能。
3.4纳米技术
纳米技术,是研究结构尺寸在0.1~100nm范围内材料的性质和应用。纳米技术的发展使物联网中体积越来越小的物体能连入物联网中进行交互和连接。同时纳米技术也促进了传感器与嵌入式芯片所需的电子元器件越来越小,使得整个系统更小、更快、功耗更少、反应速度越快。
4、我国的物联网发展情况
目前物联网的应用还未具体成形,因此我国与西方发达国家在物联网上的发展站在同一个起跑线上。为了在第三波世界信息产业浪潮里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[9]。温家宝总理多次关注物联网的研究与发展情况,并提出了"感知中国"的概念。"感知中国",就是要通过拥有物联网关键领域的自主知识产权,形成优秀企业为代表的物联网产业群,实现社会的普遍信息服务,占据全球物联网产业的主导地位。
2009年8月7日,当温家宝在无锡调研时提出,要把国家传感网络中心设在无锡并辐射全国的想法,要求"在国家重大科技专项中,加快推进传感网发展"。工信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,我国已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,物联网关键技术在我国得到了广泛的应用:
RFID目前主要应用在电子票证/门禁管理、仓库/运输/物流、车辆管理、工业生产线管理、动物识别等领域,中央政府也将RFID产业列入"十一五"计划,相关部门投入大量资金实施了目前世界上最大的RFID项目(更换第二代居民身份证),各地也积极的实施交通一卡通、校园一卡通、电子身份证、动物管理、液化气钢瓶的安全检测、大学生电子购票防伪系统等项目。二维码技术方面,已广泛应用于动物溯源、汽车行业自动化生产线、公安、外交、军事等部门领域,比如中国移动与农业部合作推广的"动物标识溯源系统",已经有10亿存栏动物贴上了二维码。但目前我国物联网还处在零散应用的产业启动期,距离大规模产业化推广还存在很大差距。主要存在的问题有:对于不同的用户及用户需求,没有统一的标准和规范导致物联网开发、部署、维护的成本高。缺乏可持续的商业模式,物联网是一个整链,每一级都涉及不同的开发商、运营商、用户等,各个环节间的利益分配等还需有个标准。同时安全性问题包括国家安全、企业安全及用户安全等还需制定相应的法律法规来保护。
结论:
物联网被称为继计算机、互联网之后全球信息产业的第三次浪潮,据估计,物联网的产业规模将会是互联网的30倍之多,是一个极大规模的产业。物联网的发展是全世界信息社会发展的必然,我们必须把握这次机会,共同努力,物联网技术必然会对中国整个经济起到积极的推动作用。