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浅谈物联网技术与应用

摘要:

当今说到什么技术最热门，哪项科技最有发展潜力，物联网，这一名词定然随着问题一起浮现。物联网涉及到众多领域对市场的推动有着重大的影响。它既大量运用了互联网技术，又对互联网的进行了更大面积扩展与提高。在2010年的上海世博会上，可以看到未来智能化管理发电、供电、输电以及用电的概念产品，这些都不是遥不可及的事情了。在未来，我们的生活中将随处可见物联网的应用，气象感应系统智能预测灾害天气时，感应单元自动通知渔船、车辆及时返港，迅速关闭，智能划定居民安全转移地域；发生车祸时，交通监控系统迅速通知救护车并为其规划最佳路线，GPS指引该路段来往车辆绕行；通过分析收集到的大数据，得到对用户最有利的日程方案，智能调整日程......

这一切都将为人类的生活方式带来翻天覆地的变化。

关键词：物联网、大数据、云计算、RFID、嵌入式、智能家居

正文：

物联网（ Internet of Things ）的概念最早是在1999年由麻省理工大学凯文·阿什顿(Kevin Ashton)教授提出的，被视为互联网的应用扩展，应用创新是物联网的发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。尽管上述场景令人难以置信，但随着

“物联网”的发展，类似场景终将成为现实。

物联网这个概念产生的背景，至少有两个因素，一是世界的计算机及通讯科技已经发生了巨大颠覆性的改变，尤其是互联网这样的通信技术基本发展成熟；二是物质生产科技发生了巨大的变化，使物质之间的产生相互联系的条件成熟，没有瓶颈。

阿什顿相信物联网能改变我们所处的这个世界，因为“如果我们拥有能够感知一切的电脑存在，那么我们就能够感知一切事物”。他认为，计算机最终能够自主产生及收集数据，而无需人工干预，因此将推动物联网的诞生。简单来说，物联网的理念在于物体之间的通信，以及相互之间的在线互动。这是一项很难想象的技术进步，但正逐渐展现在我们眼前。

从第一次提出到现在，阿什顿的这一论断成了物联网的标志性描述，并且这一愿景如今在商业上也成为了现实。然而，尽管物联网已成为我们耳熟能详的名词，但它背后还有很多更深层次的意义值得挖掘。

那些围绕物联网更深层含义的各种探讨中，关于其可能性的讨论最为常见，人们对此津津乐道，做了许许多多的“假设”。特别地，当把物联网与我们的消费市场相结合时，它能够带来怎样的可能性。关于物联网将为我们带来怎样的便捷，以及如何改变我们的日常生活，市场上充满了各种各样有趣的想法。从“假设”出发，我们能将物联网与人类生活的方方面面联系起来，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、环境监测、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。这些想法看起来很宏大，有可能实现吗？答案当然是肯定的。目前，用于病患照看、食品跟踪、智能交通等领域的物联网解决方案已在逐步发展。

物联网利用先进的传感技术、网络通信技术实现的物与物之间的互联通信，以方便识别和管理，并在此基础上产生一系列应用。物联网产业链可细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，关键技术包括RFID、传感器、智能芯片和无线传输网络。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，通过大数据与云计算实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在

能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平。

物联网的发展离不开大数据和云计算。依靠大数据可以提供足够有利的资源，同时，大数据也推动了物联网的发展；云计算带来的高效率的运算模式正好可以为物联网提供良好的应用基础。没有云计算的发展，物联网也就不能顺利实现，而物联网的发展又推动了云计算技术的进步，两者又缺一不可。新时代的发展提出更高的要求，这是一种智慧化的新形态，其外在表现就是物联网，而其内涵就表现为大数据。简单来说，物联网的应用，其内在本质就利用了大数据，大数据是物联网的血液，云计算及时物联网的大脑。

大数据与物联网之间的关系是相铺相成的。物联网产生大数据。美国人前几年医院一年产生500个数据、4TB数据等各种的数据通过传感器产生，也有在网上直接产生的，我们现在处于大数据时代，物联网一分钟可以产生非常多的东西，苹果下载2万余次，一分钟会上传10万条新微博，全世界物联网上虚拟网络上，产生了大量的数据。

众所周知，物联网时代所创造的数据将不会是互联网时代数据所能比拟的，物联网时代一辆汽车甚至一个冰箱都有一个独立的ip地址，都能依照自己系数的改变生成数据。那么这么多的数据存在，我们又如何保护它的安全和个人隐私呢?或许这个问题永远没有答案，这里借用爱因斯坦的著名理论来解释就是：“只有相对的自由，没有绝对的隐私”。

物联网产生的大数据与一般的大数据有不同的特点。物联网的数据是异构的、多样性的、非结构和有噪声的，更大的不同是它的高增长率。物联网的数据有明显的颗粒性，其数据通常带有时间、位置、环境和行为等信息。物联网数据可以说也是社交数据，但不是人与人的交往信息，而是物与物，物与人的社会合作信息。大数据助力物联网，不仅仅是收集传感性的数据，实物跟虚拟物要结合起来。譬如，今天成都交通堵塞，但是并不知道堵塞原因，如果政府发布消息和市民微博发布消息结合起来就知道发生什么事。

物联网要过滤，过滤要有一定模式，那么这就涉及到物联网发展的另一个重

要因素——云计算。云计算这个概念产生的背景，和物联网一样，也至少有两个因素，一是存在用户对大规模计算能力的需求，比如随着社交类、视频类访问量的激速增长，如何有效地为如此巨大的用户群体服务，让他们参与时能够享受方便、快捷的服务，成为这些网站不得不解决的一个问题；二是Google之类的大公司搭建有强大计算能力的服务器集群，正是因为一方对计算能力的需求，而另一方能够提供这样的计算能力，于是云计算就应运而生。

2006年谷歌推出了“Google 101计划”，并正式提出“云”的概念和理论。随后亚马逊、微软、惠普、雅虎、英特尔、IBM等公司都宣布了自己的“云计划”，云安全、云存储、内部云、外部云、公共云、私有云……一堆让人眼花缭乱的概念在不断冲击人们的神经。

随着物联网的发展，未来物联网将势必产生海量数据，而传统的硬件架构服务器将很难满足数据管理和处理要求。如果将云计算运用到物联网的传输层与应用层，采用云计算的物联网，将会在很大程度上提高运行效率。可以说，如果把

物联网当作一台主机的话，云计算就是它的CPU。如果物联网运营平台能够架构在云计算之上，让云计算为其服务，既能够降低初期成本，又解决了未来物联网规模化发展过程中对大数据的存储和计算问题。

物联网与云计算是基础与上层建筑的关系；物联网是智慧地球，云计算是智慧服务；物联网是物联基础，云计算是软件服务。

有了大数据和云计算的支撑，物联网的发展已经完成了一半，而另一半就在于硬件设备的支持。前面提到物联网包括支撑层、感知层、传输层、平台层，以及应用层五个层级，关键技术包括传感器技术、RFID标签和嵌入式系统技术。

感知层在物联网体系中处于信息采集的最前端,对物联网的实现起着基础性作用;在感知层中最重要的技术就是RFID技术。

物联网在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个真正覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品（商品）的识别，进而通过开放新的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。

“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，而令一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆与芯片、宽带被整合为统一的基础设施，RFID就是他们的纽带。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、生产运行乃至个人生活。

物

联

网

技

术

架

构

示

意

图

但RFID的应用中,有一些不足之处:RFID作用范围小(通常只有10m)、应用领域还不广泛(只在一些要求特殊的领域)、标准不统一(没有一个标准化的方法,物联网的体系结构、识别方法、协议、频率都有所差异,这将成为物联网发展的瓶颈)等。

从以上不足可以看出,目前的物联网技术还未成熟,有待发展。但是,毋庸置疑,物联网具有极大的发展潜力——因为物联网和嵌入式系统全面结合，将会是物联网发展的一次飞跃。

联接在互联网上的嵌入式系统（图）

嵌入式系统在物联网中的地位概括成一句话：那就是它是物联网的物联基因，且是以唯一的一个姿态存在着。由于互联网是无法自然的延伸到物联网，想要让两者自然结合那就必须要依靠嵌入式系统，这样就保证了嵌入式系统所存在的特性，包括物感，物控，物-物之间交互，人-物之间交互。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是互联网与嵌入式系统发展到最高级阶段的融合。嵌入式系统是物联网的重要技术组成，研究嵌入式系统的特点，有助于深刻地、全面地理解物联网的本质。

如果说其他技术涉及到的是“物联网”的某个特定方面，如感知、计算、通信等，嵌入式技术则是“物联网”中各种物品的表现形式，在这些嵌入式设备中综合运用了其他各项技术。

物联网不是科技狂想，而是又一场科技革命。物联网使物品和服务功能都发生了质的飞跃，这些新的功能将给使用者带来进一步的效率、便利和安全，由此形成基于这些功能的新兴产业。它基本上可以分为十大领域：智能电网、智能交通、智能物流、智能家居、环境与安全检测、医疗保健、国防军事、精细农牧业、金融与服务业、工业与自动化控制。

从前面嵌入式的图解中可以看出，物联网将融入我们生活的方方面面，这些产业都将摆脱传统的工业模式，最终形成以物联网为基础的新型产业。

比尔·盖茨曾经说过：“在不远未来，没有智能家居系统的住宅会像今天不能上网的住宅一样不符合潮流”。由此可见，物联网在智能家居中的应用前景。物联网技术是智能家居重要的核心技术支撑，智能家居则是物联网技术在家庭中的最好体现方式。

智能家居在经过了数年发展的高歌猛进，2014年可以称为“智能家居的新纪元”。对于智能家居的研发，三星推出了智能电视、智能洗衣机、智能冰箱、

智能电灯等单品，还推出了专属的智能家居软件平台SmartHome 。而国内智能家居领军企业物联传感，则是比这些国际巨头的动作更早更快，物联传感凭借在智能家居市场上的敏锐嗅觉，获得了众多智能家居方面的专利，不仅获得了行业的发言权，还守住了战略要喉。成为了集软硬件研发、生产、销售于一体，全世界唯一一家拥有全套

ZigBee 无线技术解决方案的公司。多媒体通讯安防报警家电控制

照明控制

终端控制家庭影院

远程控制

家庭网关

家庭控制中心

移动网络

无线接入

固定网络

有线电视信号分配&共享探测感应信号

远程控制&

安防报警

红外/蓝牙控制

基于物联网的智能家居示意图

作为物联网概念在家庭领域的重要转化，智能家居是以家为中心，强调家的智能性，通过物理网与云计算作为核心技术，包括家居灯光控制、电器控制、影音娱乐自动化系统、家居安防系统、智能温湿度感应系统以及综合布线系统等多方面。近年来，智能家居系统在中国被越来越多懂得生活、享受生活的人士所推崇，同时，国内智能家居行业标准随着国家相关规定及标准的逐渐建立以及中国智能家居产业联盟的成立，智能家居已经成为目前业界最具前景的领域。

“智能家居发展到最后，应当是一种无需借助任何终端设备，就可直接将人的感官感受传递给家居设备，让它们能够读懂人的心思。这便是物联网时代所提倡的‘传感’——我感觉空调温度低了、有些冷了，这时空调能够感知并自动将温度调高；我感觉地脏了，清洁机器人就能自动去擦地，”南京物联有限公司媒体发言人张晓君在接受媒体采访时表示，“这是真正意义上的智能家居——家居设备与人脑直接‘对话’”。

物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。

任何新兴产业都是建立在旧有产业的基础之上，但又不同于旧有产业，工业革命、互联网革命无不如此，今天我们站在了物联网的船头，互联网的影响力无处不在，很多人仍然抱有习惯性的思维，从互联网的角度看待和讨论物联网，而这正大大削弱和制约着物联网的创新发展。

物联网不仅是简单意义上的物物相联，它在更深的层次上是一个全球性的生态系统，在这个生态系统中，人类仅仅是其中非常小的一部分，但人类的参与是其中最重要的特征，参与的形式不再停留在基本的生存生活阶段，而会过渡到更高级的感知自然，认知自然，理解自然，顺应自然，利用自然的新阶段。如果说互联网的发展推动了人类对于自身的认识，那么物联网的发展将极大提升人类认识自然、认识自身的能力。

【1】刘云浩——《物联网导论》

【2】何立民——《从嵌入式系统视角看物联网技术》【3】杨刚——《物联网理论与技术》

【4】赵军辉——《射频识别技术与应用》

【5】向忠宏——《智能家居》