物联网应用论文：浅议物联网的应用与发展
物联网应用论文：浅议物联网的应用与发展
摘要：本文首先介绍了物联网的概念及技术体系，在对应用领域做出总结的基础上，给出
了未来的研究方向与挑战。
关键词：物联网射频识别传感器
中图分类号：F40文献标识码：A文章编号：1007-9416（2011）05-0085-02 2009年，随着温家宝总理“感知中国”和IBM公司“智慧地球”建设理念的提出，“物联网”这一新兴研究领域随之蓬勃地发展起来。“物联网”通俗易懂的解释可以是“物体与物体相连的网络”。通过传感器、射频识别技术将人与物，物与物进行互联，从而实现彼此的信息交换。随着硬件、软件、内容提供商和厂家的积极准备和介入，适用于多个领域和行业的物联网硬件、软件及应用系统相继研发并投入使用。物物互联的物联网时代已经到来，世界上的许多物品，从房屋到汽车，从轮胎到手机等等都可以通过因特网进行信息交换。这是一个让人兴奋而又激动的时代，该时代在为研究者提供机遇的同时，也提出了不少挑战。本文将从物联网的概念出发，介绍物联网的关键技术，并通过对现有应用领域的研究，提出未来的研
究方向与面临的挑战。
1、物联网的概念和发展
物联网是把所有物品通过射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）、条码与二维码、全球定位系统何其他基于物—物通信模式（Machine to Machine，M2M）的短距无线网络，通过各种接入网与互联网结合形成的一个巨大智能网络，可实现智能化识别、定位、
跟踪、监控和管理。
物联网把我们生活中的各类物品和它们的属性标识后连到一张巨大的互联网上。这使得原来只是人与人交互的互联网升级为连接世界万物的物联网了。通过网络，人们可以得到各类事物的信息，对这些信息的处理、提取并合理运用将使人们的生产和生活都大受裨益。
作为一个新兴产业，物联网从诞生到广泛应用需要经历四个阶段。第一阶段为设想阶段，是产业发展的最初时期；第二阶段是技术研发阶段；第三阶段为实验阶段。在技术研发的水平达到一定程度时，就可以进行小范围的试用和检测，这是从理论走向实践的一步。国内的研究也在同步前行，如中国移动、电信和联通三大电信运营商业开始尝试物联网业务。中国移动的手机钱包和手机购电业务，该业务也可以应用于超市、餐厅等小额支付场合；中国联通的无线环保检测平台通过3G网络，可实现对水表、灌溉、水文、水质等动态数据进行检测，又可对空气质量、碳排放和噪音进行检测；第四阶段为全国推广阶段，也是投入资金最大的时期。同时，一旦大规模商用，大量基础设施的建设和终端产品的全面推广必将推动电信、信息存储处理、IT服务整体解决方案等众多市场的发展。
2、物联网的技术体系
物联网是一种非常复杂、形式多样的系统技术应用。在这个技术体系中，物联网的技术构成主要体现在感知层、传输层、支撑层和应用层4个层次上。
(1)感知层包括射频识别技术和新兴的传感器网络技术。传感器网络感知主要通过各种类型的传感器对物质属性、环境状态、行为态势等静、动态的信息进行大规模、分布式的信息获取与状态辨识，针对具体感知任务，常采用协同处理的方式对多种类、多角度、多尺度的信息进行在线计算，并与网络中的其他单元共享资源进行交互与信息传输。如果再扩展一步，有些应用中还需要通过执行器对感知结果做出反应，对整个过程进行智能控制。
(2)传输层其主要功能是直接通过现有的互联网或移动通信网（如全球移动通讯系统
（Global System Mobile Communication, GSM）、TD_SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)）、无线接入网(WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，微波存取全球互通)、无线局域网（Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线保真)）、卫星网等基础网络设施，对来自感知层的信息进行接入和传输。
(3)支撑层在高性能计算技术的支撑下，将网络内大量或海量的信息资源通过计算整合成一个可以互联互通的大型智能网络，为上层服务管理和大规模行业应用建立起一个高效、可靠和可信的支撑技术平台。例如，通过能力超级强大的中心计算及存储机群（如云计算等）和智能信息处理技术，对网络内的海量信息进行实时的高速处理，对数据进行智能化的挖掘、
管理、控制与存储。
(4)应用层根据用户的需求可以构建面向各类行业实际应用的管理平台和运行平台，并根据各种应用的特点集成相关的内容服务，这里必须结合不同行业的专业知识和业务模型，以完成更加精细和准确的智能化信息管理。例如，当对自然灾害、环境污染等进行预测预警时，就需要相关生态、环保等等多学科领域的专门知识和行业专家的经验。
物联网各层次间既相对独立又紧密联系。为了更好地服务于某一具体应用，各层间资源
需要协同分配与共享。
实现物联网的关键技术主要包括：射频识别技术与无线传感器网络技术，通信和网络技术，软件技术，硬件技术，数据处理技术和安全保护。射频识别技术用于标识物体和对客观环境的物理属性的传感；由于单个标识或传感设备在物联网中使用的意义不大，所以通信与网络技术成为必不可少的关键技术；硬件技术的支持是所有传感设备、计算设备、通信设备和控制设备的基础；由于物联网的特点，在硬件方面要求终端设备是嵌入式集成系统，要求低功耗、低延迟、小型化、易安置和低成本。而在服务器方面要求逐步向高性能的集群、云计算过渡；基于硬件，软件与算法设计嵌入式操作系统和各类应用软件、控制软件；地球上所有物体的所有属性信息都转变为数据在互联网中流通，这就需要很强的数据处理技术来对网络上的海量数据进行处理和管理；在涉及面广的物联网上，安全保障显得尤为重要。
3、物联网的应用与挑战
物联网的应用领域包括航天、通信、智能建筑、医疗健康、生产制造、军事、安全隐私、环境监控、娱乐多媒体和交通运输等。已有的实际案例包括：医疗辅助系统：让病人身穿带有射频识别和传感器的衣物，可以得到病人的心跳电压等健康信息并上传网络，医生可以通过PDA等设备进行远程即时诊断并安排护士帮助病人治
疗。
提醒系统的应用大大方便了人们的生活。有文献设计了一种在日常工具上的自动提醒系统。例如，在雨伞上加了一个小装置，可以通过网络获知室外是否下雨，若下雨或即将下雨，则在用户出门时自动发出声音，提醒带雨伞出门。文献设计了一个能在电器浪费电能时提醒主人并自动关闭部分电器的家庭节能系统。老人摔倒提醒系统通过在老年人身上安装加速度与重力传感器，当老人摔倒时发送短信通知家人。
智能交通方面：上海交大的TIG项目在2005年就开始运行。通过收集上海四千辆出租车的实时信息，结合历史数据来计算实时路况。该系统还有计算最优路径，公交车到站时间
等应用。
酒类信息系统：通过扫描酒类饮品的电子标签，利用收集或其他职能手持设备可以在网络上寻找并显示这一酒类的详细介绍和价格对比，方便用户采购；
对象识别系统：通过摄像头取景，可以辨别出所拍摄景物并给予相关详细信息。该系统
可应用于旅游和迷路情况下。
物联网的应用无疑给人们的生产和生活带来了极大的便利，但也提出了很多的挑战。具
体如下：
网络上的数据处理能力有待加强。如果地球上所有的物体都被标识，它们的所有属性信息都转变为数据在互联网中流通，那将给现有的网络在数据的管理与处理上带来许多新的挑战。比如必须建立大规模数据中心，数据在市场上的运行模式需要数据运营商来运作，针对
物联网的搜索引擎将被开发。
网络安全保障有待加强。互联网上病毒肆虐，在涉及面更广的物联网上，安全保障就显得更加重要了。另一道影响普及的原因是个人隐私问题，谁也不愿意把自身行为完全暴露，而物联网的目的又是把所有事物及其属性连入网中。这两点存在明显的矛盾，需要找到一个
平衡点才能让物联网真正普及。
RFID系统的安全性有待加强。作为物联网的主要传感技术，植入这个芯片的产品，有可能被所有人感知。如何做到感知、传输、应用过程中，信息不被他人利用，需要加强RFID
系统的安全性；
物联网相关标准有待统一。目前各国政府、产业和市场各方对其内涵和外延认识不清，可能使各国政府对物联网技术和产业的支持方向和力度产生偏差，严重影响物联网产业的健
康发展；
物联网的管理平台有待建设。在物联网中传感是很容易的，但是感知的信息如果没有一个庞大的网络体系，不能进行管理和整合，那么，整个物联网无法实现；需要建立更多的面向国内外市场需求、面向第三方、非竞争性的、具有公信力的物联网产业技术创新平台。这是比互联网更大的一个工程，有人预测该产业比互联网大30倍，也将是一个万亿元级的通
信业务。
4、结语
实现物体与物体互联的物联网，能够给人们的生活带来巨大的变化。这一变化要远大于互联网所产生的影响。随着研究者们对物联网的关注和研究，与其相关的应用已经走进我们的日常生活。但要达到物联网的远大发展目标，还需要解决很多的实际问题。但随着信息产业部门、软件和硬件技术的发展，政府政策的支持和标准的统一，安全问题的妥善解决，物联网一定会对工业生产，社会生活等诸多领域产生深远的影响。