物联网研究进展与应用

物联网研究进展与应用摘要：简单介绍了物联网概念、体系架构与研究进展，以及物联网在物流等领域的应用。

本文的主要目的是对“物联网（internet of things）”作一个简单的介绍并分析了一些不足之处，使人们对物联网的相关方面有一个较为简单的了解。

关键词：物联网；体系架构；应用；中图分类号：g640 文献标识码：a 文章编号：1003-2851（2012）-12-0191-03物联网（internet of things）被认为是继计算机、互联网和移动通信网络之后的第三次信息化产业浪潮。

一时之间，许多发达国家纷纷出台物联网发展计划，进行相关技术与产业的研究与开发。

继美国推出“智慧地球”的战略计划之后，我国也相应的提出了“感知中国”的口号，并上升到战略地位。

一、物联网的起源1.物联网的由来1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中，提出了“物-物”相联的物联网雏形。

但是限于当时的技术条件，比尔·盖茨关于物联网的设想并没有引起太多的关注。

1998年，英国工程师kevin ashton在宝洁公司的一次演讲中提出了“物联网”的概念，认为物联网就是把所有物品通过射频识别等信息传感设备与因特网连接起来，实现智能化识别和管理[1]。

之后，在保洁公司和吉列公司的赞助下，kevin ashton与美国麻省理工学院的数位专家一起创立了一个rfid研究机构——自动识别中心（auto-id center），对物联网的概念进行了补充。

他们提出，在因特网的基础上，利用rfid、无线传感网络、数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“物联网”，在这个网络中，物品能够彼此进行“交流”，而无须人为干预[1]。

2005年国际电信联盟在发布的《itu互联网报告2005：物联网》报告中指出：无所不在的“物联网”通信时代即将到来。

itu在报告中指出，我们正站在一个新的通信时代的边缘，信息与通信技术（ict）的目标已经从满足人与人之间的沟通，发展到实现人与物、物与物之间的连接，无所不在的物联网通信时代即将来临[2]。

2.物联网的概念目前，不同国家和机构组织对物联网都有不同的理解和定义。

我国对物联网的定义是指“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，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，它是在互联网基础上延伸和扩展的网络”[3]。

简而言之，其实质就是“物物相连的互联网”[4]。

我们可以把它看作是互联网在现实世界的延伸和扩展，在利用原有的全球互联网的基础之上，给现实中的事物贴上标签，利用各种标识和传感技术，把现实事物的动态信息虚拟化；然后，利用互联网把这些虚拟化的信息传送到特定主机上去；再利用计算机进行各种分析、处理；最后，向原标识标签做出反应，从而达到智能化远程控制的目的。

也即，可以实现现实生活中的物物相连，物物相通[5]。

二、物联网体系架构目前公认的物联网体系架构是：感知层、网络层和应用层的3层结构；感知层用来感知事物的实时数据，网络层用于传输数据，应用层则是面向各种用户需求的应用。

1.感知层信息感知为物联网应用提供了信息来源，是物联网应用的基础。

数据收集是感知数据从感知节点汇集到汇聚节点的过程[6]。

简单来说，就是通过各种感知技术（rfid、二维码、传感器技术等）感知物体，采集物体的实时状态数据。

在传感技术方面，目前的传感器件是依靠敏感器件，而距离广泛应用要求还远远没有达到，解决传感器件朝着功耗更低、敏感度更高、稳定性更好、成本更低的方向发展是现在一个急需解决的问题。

图一物联网体系架构简图2.网络层网络层能够把感知到的信息进行传输，实现互联。

感知层感知到的大量信息都需要通过网络层进行传输，才能实现对这些信息的处理，以达到智能化管理和监控的目的。

物联网的核心应是以ipv6为基础的互联网，但不排除物联网节点能通过互联网的双向翻译网关或隧道机制与传统的ipv4终端主机通信[7]。

经过十多年的快速发展，移动通信网、互联网等技术已经比较成熟，基本上能够满足物联网数据传输的需要。

3.应用层伴随着物联网在不同领域中的普及，网络中的数据量将成几何倍数增长，应用层必须提高对这些数据的及时计算和反馈。

如何有效的改进已有的技术和方法或提出新的技术和方法来高效地管理和处理这些海量数据将是从数据中提取信息并进一步融合、推理和决策的关键[8]。

应用层是物联网与用户的接口，根据不同用户的不同需求，在物联网感知层和网络层的基础之上，我们可以开发各种不同的应用，来解决生活中的各种问题，给我们的生活带来便利，实现更加精细和准确的智能化管理。

例如：手机钱包、智能家电、绿色农业、智能交通等。

三、物联网研究进展1.国内研究进展2005年，我国rfid产业联盟正事宣布成立；2008年无锡市与中科院共同组建中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心；2009年6月，中科院发布了“创新2050科学技术与中国的未来，中国至2050年信息科技发展路线图”描述了物联网的发展战略图；2010年3月，旨在打造具有国际影响力的物联网创新基地和高端物联网产业链的中国首个物联网中心——上海物联网中心正式成立；2011年3月，重庆市首个国家级物联网示范基地正式落户南岸茶园新区。

从2009年温家宝提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家的五大新兴战略性产业之一。

但是，我国的物联网发展仍有许多不足之处，主要包括：观念问题，物联网的发展不是一朝一夕之事，我们应该做好长期、持久的准备，切勿急功近利[1]；技术问题：物联网是一个现有技术的融合，是互联网、移动通信网发展的产物，我们不能把它与现有的技术分离开来，在现有传感器等技术的基础上，融合与完善各种感知、通信技术，实现物物相连的智能化管理与控制[9]；导向问题：物联网是一个涵盖全球的计划，对于物联网的大的发展方向，政府应该起到导向的作用。

然后在各个行业、领域内得到完善，逐步实现由小到大、由具体领域到全行业的推广实施，最后发展到全球化的物联网。

2.国外研究进展2008年底，ibm提出“智慧地球”概念，建议将下一代的it技术运用在各行各业之中，将传感器嵌入和装备到全球各个角落的铁路、电网、桥梁、隧道、公路等各种物体中，并且普遍连接起来形成“物联网”，而后通过超级计算机将整个“物联网”整合起来，使人类能以更加精细和动态的方式管理生产、生活，最终形成“物联网+互联网=智慧地球”[10]。

美国政府对此给予积极回应，将发展物联网视为新的经济增长点，刺激经济复苏的钥匙。

2009年6月，欧盟宣布了《欧盟物联网行动计划》，确保欧洲在构建物联网的过程中起到主导作用[11]。

2009年10月，欧盟发布《欧盟物联网战略研究线路图》，提出到2010年、2015年、2020年的三个阶段的物联网研发路线图，提出物联网在航空航天、医药、能源等18个领域的应用[9]。

“u-japan”后提出了“i-japan”2009年8月，日本在继“e-japan”、的国家信息化战略，主要目的是通过大力发展电子政府和地方自治体，推动医疗、健康和教育的电子化，开拓支持日本中长期经济发展的新型产业[12]。

韩国也相应的提出了“u-korea”战略，建立有智能网络、先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态[13]。

四、物联网的应用1.物联网在物流方面的应用[14]在某种意义上说，物联网可以看成一个大的智能物流。

在物流业中物联网主要应用于如下四大领域：一是基于rfid等技术建立的产品的智能可追溯网络系统，如食品的可追溯系统、药品的可追溯系统等等。

这些智能的产品可追溯系统为保障食品安全、药品安全提供了坚实的物流保障；二是智能配送的可视化治理网络，这是基于gps卫星导航定位，对物流车辆配送进行实时的、可视化的在线调度与治理的系统。

很多先进的物流公司都建立与配备了这一网络系统，以实现物流作业的透明化、可视化治理；三是基于声、光、机、电、移动计算等各项先进技术，建立全自动化的物流配送中心，实现局域内的物流作业的智能控制、自动化操纵的网络。

如货物拆卸与码垛是码垛机器人，搬运车是激光或电磁到人的无人搬运小车，分拣与输送是自动化的输送分拣线作业、进库与出库作业是自动化的堆垛机自动化的操纵，整个物流作业系统与环境完全实现了全自动与智能化，是各项基础集成应用的专业网络系统；四是基于智能配货的物流网络化公共信息平台。

2.物联网在其他方面的应用物联网在车辆监管、企业安全生产、智能图书馆等方面都有着广泛的用途。

在车辆监管中的应用，通过传感器设备对城市车辆实时数据（包括道路运行车辆和停车场静止车辆）进行收集，并在已收集数据的基础上进行套牌、超速、限行等多种违法车辆的自动识别计算。

在企业安全生产中的应用，企业安全生产的关键问题在于安全事故的提前预警，在事故发生之前能够做出及时的处理。

瑞丰集团的化工生产安全监控系统通过视频监控、红外设防、温湿度、烟感、水浸、电源、易燃气体、重要生产设备等安全实时监控，系统采用b/s结构，工作人员可以通过pc机、智能手机等手持终端浏览器登录系统管理界面实时监控，当出现问题时，分析系统根据问题的级别选择不同的报警方式，工作人员可以在安全事故发生之前进行处理，并且分析系统也会根据分析结果进行相应的调整，以免事故的发生。

在智能图书馆中的应用，目前国内大部分图书馆采用传统的条形码识别与磁条以及计算机网络相结合的数字化管理模式存在诸多问题，如：借还、查找、乱架图书的整理等。

首先，感知层通过rfid技术，实现图书智能识别以及信息跟踪，并且在各个书库通过安装rfid芯片组成传感器网络，可以实时监控馆内的环境情况；然后，接入层利用现有的各种通信技术（3g网络、wifi等）对实时监测的信息进行交互，实现“物与物的交流”，汇总传输到管内机房并更新数据；再次，智能信息处理层负责物联网的云图书馆系统的管理、维护、操作等；最后，应用层提供图书馆业务的管理、维护、操作等web借口，如：图书编目、图书归架、自助图书借还等功能。

五、总结与展望1.总结物联网的研究和发展目前还处于起步阶段，国内外对物联网的概念和特征的理解还没有达成统一，物联网的系统架构仍没有形成统一的标准。

在继计算机、互联网、移动通信网之后，我国再次迎来物联网时代的挑战。

从计算机、互联网和移动通信网的发展来看，物联网的发展也不会是一帆风顺的，必然会走一些的弯路。

对此，应该注意以下几个方面：第一，保持开放的姿态，坚持对外合作。

物联网是一个全球性的课题，不是某一个地区，某一个国家的事情。

它是关系到全世界70多亿人口的事情，只有保持对外开放，吸收各国先进研究成果的同时，努力在关键技术上攻破难关，才能使自己在物联网时代的前沿保持不败之地；第二、保持国家重视，上升到战略性意义。