物联网概述

物联网概述

1 物联网的基本定义

物联网（The Internet of things）直观上是一类连接物品的互联网, 是下

一代网络和互联网发展的必然产物【3】。其原意是用互联网将世界上的物体都连

接在一起，使世界万物都可以主动上网。这有两层意思：第一，物联网的核心和

基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延

伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义

是通过射频识别、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，把任何物品与互联网相连接，使物质世界被极大程度地数据化并赋

予生命，使物体会“说话”、会“思考”、会“行动”，以实现对物品的智能化识

别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。【1】

物联网系统是一类复杂的系统, 物联网技术是一类复杂的技术, 物联网是

一类容易引起混淆的网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的

连接，方便识别、管理和控制。 它将人类生存的物理世界网络化和信息化，将

分离的物理世界和现实世界的任何物体进行互联，并与信息空间进行互联整合，

按照人们的需求进行处理并及时反馈处理结果。它代表着下一代网络的发展趋

势，已成为当前的一项热点技术。

1.1物联网的发展

物联网的发展可分为四个阶段:第一个阶段是大型机、主机的联网;第二个阶

段是台式机、笔记本与互联网相联;第三个阶段是手机等一些移动设备的互联;

第四阶段是嵌入式互联网兴起阶段, 所有的各种专业设备，更多与人们日常生活

紧密相关的应用设备,包括家用电器、医疗设备、工业机器等等，全部都可以联

网，最终形成全球统一的物联网，彻底改变人们的生活方式。在现实生活中已可

见物联网的具体应用, 如远程防盗、高速公路不停车收费、智能图书馆、远程电

力抄表等。只不过这些仅是物联网的邹形还尚未形成一个庞大的网络。物联网给

我们构建了一个十分美好的蓝图在未来我们可以想象通过物物相连的庞大网络

实现智能交通、智能安防、智能监控、智能物流以及家庭电器的智能化控制。

1.2 物联网的特征 和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征。

首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感

器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格

式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，

不断更新数据。

其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心

仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确

地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数

量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，

必须适应各种异构网络和协议。

再次，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，

能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模

式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加

工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应

用模式。 2 物联网的体系结构

根据物联网的服务类型和节点等情况，给出一个划分为由感知层、接入层、

网络层和应用层组成的4 层物联网体系结构，如下图：

（1）感知层。感知层主要功能是信息感知与采集，主要包括二维码标签和识读

器、RFID标签和读写器、摄像头、各种传感器、视频摄像头等。如温度感应器、

声音感应器、震动感应器、压力感应器、RFID读写器、二维码识读器等，完成

物联网应用的数据采集和设备控制。

（2）接入层。接入层由基站节点（Sink 节点）和接入网关（Access Gateway）

组成，完成应用末梢各节点信息的组网控制和信息汇集，或完成向末梢节点下发

信息的转发等功能。也就是在末梢节点之间完成组网后，如果末梢节点需要上传

数据，则将数据发送给基站节点，基站节点收到数据后，通过接入网关完成和承

载网络的连接；当应用层需要下传数据时，接入网关收到承载网络的数据后，由

基站节点将数据发送给末梢节点，从而完成末梢节点与承载网络之间的信息转发

和交互。接入层的功能主要由传感网（指由大量各类传感器节点组成的自治网络）

来承担。

（3）网络层。网络层包括各种通信网络与物联网形成的承载网络。承载网络主

要是现行的通信网络，如2G 网络、3G 网络、4G网络，或者是计算机互联网、

移动通信网、企业网等，完成物联网接入层与应用层之间的信息通信。

（4）应用层。应用层由各种应用服务器组成（包括数据库服务器），主要功能包

括对采集数据的汇聚、转换、分析，以及用户层呈现的适配和事件触发等。对于

信息采集，由于从末梢节点获取了大量原始数据，且这些原始数据对于用户来说

只有经过转换、筛选、分析处理后才有实际价值；这些有实际价值内容的应用服

务器将根据用户的呈现设备不同完成信息呈现的适配，并根据用户的设置触发相

关的通告信息。同时当需要完成对末梢节点控制时，应用层还能完成控制指令生

成和指令下发控制。应用层要为用户提供物联网应用UI 接口，包括用户设备（如

PC、手机）、客户端等。除此之外，应用层还包括物联网管理中心、信息中心等

利用刚络的能力对海量信息进行智能处理的云计算功能。 3物联网应用的关键领域

物联网4大关键领域

1. RFID；一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，

而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

2.传感网。机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络，借助于节点中内置的传感器测量周边环境中

的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强

度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等物质现象。

3. M2M。 M2M（Machine-to-Machine/Man）是一种以机器终端智能交互为核

心的、网络化的应用与服务。它通过在机器内部嵌入无线通信模块，以无线通信

等为接入手段，为客户提供综合的信息化解决方案，以满足客户对监控、指挥调

度、数据采集和测量等方面的信息化需求。M2M根据其应用服务对象可以分为个

人、家庭、行业三大类。

4. 两化融合。两化融合是信息化和工业化的高层次的深度结合, 是指

以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，走新型工业化道路；两化融

合的核心就是信息化支撑，追求可持续发展模式。 4 物联网应用模式

根据其实质用途可以归结为三种基本应用模式：

对象的智能标签。通过二维码，RFID等技术标识特定的对象，用于区分对

象个体，例如在生活中我们使用的各种智能卡，条码标签的基本用途就是用来获

得对象的识别信息；此外通过智能标签还可以用于获得对象物品所包含的扩展信

息，例如智能卡上的金额余额，二维码中所包含的网址和名称等。

环境监控和对象跟踪。利用多种类型的传感器和分布广泛的传感器网络，可

以实现对某个对象的实时状态的获取和特定对象行为的监控，如使用分布在市区

的各个噪音探头监测噪声污染，通过二氧化碳传感器监控大气中二氧化碳的浓

度，通过GPS标签跟踪车辆位置，通过交通路口的摄像头捕捉实时交通流程等。

对象的智能控制。物联网基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络

用获取的数据进行决策，改变对象的行为进行控制和反馈。例如根据光线的强弱

调整路灯的亮度，根据车辆的流量自动调整红绿灯间隔等。 5前景展望

5.1 物联网的用途

物联网用途广泛，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。

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，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，改善人与自然间的关系。

毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变

化。

6.2 展望

“物联网前景非常广阔，它将极大地改变我们目前的生活方式。”南京航空

航天大学国家电工电子示范中心主任赵国安说。业内专家表示，物联网把我们的

生活拟人化了，万物成了人的同类。在这个物物相联的世界中，物品（商品）能

够彼此进行“交流”，而无需人的干预。物联网利用射频自动识别（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。可以说，

物联网描绘的是充满智能化的世界。在物联网的世界里，物物相连、天罗地网。

虽然物联网离真正进入大规模实用阶段仍需一段相当长的时间，但在现实生

活中我们已经可以看到物联网的具体应用，如远程防盗、高速公路不停车收费、

智能图书馆、远程电力抄表、节能环保监控等，只不过这些仅仅是物联网的雏形，

还尚未形成一个庞大的网络。物联网给我们构建了一个十分美好的蓝图，正如“智

慧的地球”中所描述，在未来，通过物物相联的庞大网络实现智能交通、智能安

防、智能监控、智能物流以及家庭电器的智能化控制，物联网将会彻底改变我们

的生活方式。

【1】朱燕，黄明科，物联网的发展和应用探讨，《电信网技术》2010 年11 月第11 期 【2】张方风，申贵成，我国物联网发展思考，计算机系统应用，2010年8月 【3】沈苏彬, 范曲立, 宗平, 等. 物联网的体系结构与相关技术研究[ J] . 南京邮电大学学报: 自然科学版, 2009, 29( 6 ): 1 - 11.