物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)與應用分析

所謂“物聯(lián)網(wǎng)”（InternetofThings），最早由麻省理工學(xué)院(MIT)提出，指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò )。它是新的信息技術(shù)變革，是繼PC、互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)之后第四次技術(shù)變革，有重大的科學(xué)意義和應用價(jià)值。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)有密切的關(guān)系。物聯(lián)網(wǎng)是利用無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)建立起來(lái)的，它把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和寬帶接入傳輸、無(wú)線(xiàn)通信結合起來(lái)形成了寬帶移動(dòng)的互聯(lián)網(wǎng)，再把物品結合起來(lái)形成了物聯(lián)網(wǎng)。
　　

一、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎

　　(一)實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境和條件

　　有人說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)=RFID+傳感器+互聯(lián)網(wǎng)，這是形象的比喻，但不嚴謹。實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境和條件主要有：互聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )基礎；無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)是實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎；計算機應用是實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的內部條件；標準化是實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵；立法是保障物聯(lián)網(wǎng)順利運行的社會(huì )環(huán)境。從技術(shù)上講，要實(shí)現物品間的連接，傳感器是不可或缺的。要通過(guò)傳感器把物品標簽上所存儲的信息傳達給另外一個(gè)物品和另外的人，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò )系統自動(dòng)的、實(shí)時(shí)的對物體進(jìn)行識別、定位、追蹤、監控并觸發(fā)相應事件。這一系列工作都離不開(kāi)傳感器，所以，又有人稱(chēng)物聯(lián)網(wǎng)為“傳感器網(wǎng)”。

　　像互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遵循開(kāi)放的原則一樣，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也必須遵循開(kāi)放的原則。物聯(lián)網(wǎng)的體系結構、管理、命名、接口、公開(kāi)的服務(wù)、所采用的頻譜等都決定了物聯(lián)網(wǎng)必須遵循開(kāi)放的原則。如果不實(shí)行開(kāi)放的原則，則不可能實(shí)現全球的鏈接。

傳感器結點(diǎn)將物理世界連接到了互聯(lián)網(wǎng)

　　(二)物聯(lián)網(wǎng)的六大基礎技術(shù)要素

　　物聯(lián)網(wǎng)的六大基礎技術(shù)要素包括互聯(lián)網(wǎng)、RFID、讀寫(xiě)器、物聯(lián)網(wǎng)中間件、物聯(lián)網(wǎng)名稱(chēng)解析系統、物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)系統。這里只對其中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述。

　　首先，名稱(chēng)解析服務(wù)（ONS）。名稱(chēng)解析服務(wù)系統，類(lèi)似于互聯(lián)網(wǎng)的DNS，要有授權，并且有一定的組成架構。類(lèi)似于互聯(lián)網(wǎng)需要域名服務(wù)器DNS一樣，在物聯(lián)網(wǎng)中要有ONS。把每一種物品的編碼進(jìn)行解析提供相應的內容，再通過(guò)URLs服務(wù)獲得相關(guān)產(chǎn)品的進(jìn)一步信息。這就跟在互聯(lián)網(wǎng)上沒(méi)有域名是不能找見(jiàn)IP地址一樣。

　　其次，中間件技術(shù)。中間件有兩大功能，一是兩大平臺；二是通信。首先要為上層服務(wù)提供應用，同時(shí)，要連接操作系統，保持系統正常運行狀態(tài)。中間件還要支持各種標準的協(xié)議和接口，如要支持RFID以及配套設備的信息交互和管理，同時(shí)，還要屏蔽前端的復雜性。一般的中間件是屏蔽了系統軟件的復雜性，而物聯(lián)網(wǎng)的中間件主要是屏蔽了前端硬件的復雜性，特別是像RFID讀寫(xiě)器的復雜性。中間件的特點(diǎn)，第一是獨立于架構，第二是支持了數據流的控制和傳輸，同時(shí)支持了數據處理的功能。

　　再次，信息服務(wù)系統。國際上多采用了EPC系統，采用PML語(yǔ)言來(lái)標記每一個(gè)實(shí)體和物品，再通過(guò)RFID標簽對實(shí)體標記進(jìn)行分類(lèi)，同時(shí)構建數據庫，提供數據存儲，開(kāi)發(fā)應用系統，提供查詢(xún)服務(wù)。同樣，物聯(lián)網(wǎng)也有管理，類(lèi)似于互聯(lián)網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò )管理。目前，物聯(lián)網(wǎng)大多是基于SMNP建設的網(wǎng)管系統，和一般的網(wǎng)管系統雷同。

　　(三)其他關(guān)鍵技術(shù)

　　互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)的發(fā)展催生了物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的基礎技術(shù)還包括電子數據的交換（EDI）、地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）、射頻識別技術(shù)（RFID）等關(guān)鍵技術(shù)。

　　物聯(lián)網(wǎng)起源于電子數據交換。在國際海運運輸過(guò)程中，必須實(shí)現國際化標準的電子數據標簽的交換。我國集裝箱已經(jīng)全部實(shí)現了海運運輸的電子標簽交換，但是標箱到港口轉鐵路、公路運輸的過(guò)程，現代化管理的鏈條就斷了。目前，上海港做得最好，上海港集裝箱只有1.8%的箱可以自動(dòng)接入鐵道系統，其他只能手動(dòng)錄入。

　　做好物聯(lián)網(wǎng)，還要有地理信息系統、衛星定位系統。了解地球上的物品定位，離不開(kāi)地理信息。物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮了很重要的作用，包括地理位置、查詢(xún)、運輸路線(xiàn)，服務(wù)范圍，物流網(wǎng)布局，都離不開(kāi)地理信息。

　　物聯(lián)網(wǎng)更離不開(kāi)全球定位系統。通過(guò)全球定位系統才能真正實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)和物流的全球現代化。目前我國主要使用的是由美國研發(fā)的全球定位系統，我國也開(kāi)始開(kāi)發(fā)自己的定位系統，如北斗星定位系統正在不斷發(fā)展。

　　物聯(lián)網(wǎng)離不開(kāi)射頻識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)應用經(jīng)過(guò)長(cháng)期的發(fā)展過(guò)程，現在和移動(dòng)信息化實(shí)現了有機結合，有助于物流、資金流、信息流的三流合一，應用范圍非常廣泛。射頻識別技術(shù)工作原理簡(jiǎn)單。射頻識別技術(shù)的商用，才促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。射頻系統RFID系統主要包括RFID標簽、RFID閱讀器、RFID中間件、電子產(chǎn)品代碼（EPC）信息系統和對象命名服務(wù)（ONS）等。

　　射頻識別系統由標簽和讀寫(xiě)器（含天線(xiàn)）兩部分組成。讀寫(xiě)器在一個(gè)區域內發(fā)射射頻能量形成電磁場(chǎng)，其作用距離和范圍的大小取決于發(fā)射功率和天線(xiàn)。標簽通過(guò)作用域時(shí)被觸發(fā)，發(fā)送存儲在標簽中的數據，同時(shí)根據讀寫(xiě)器的指令改寫(xiě)存儲在標簽中的數據。讀寫(xiě)器可與標簽之間可以進(jìn)行通信。標簽有很多種，有主動(dòng)式、被動(dòng)式；讀寫(xiě)方式有只讀方式和讀寫(xiě)性標簽。

　　現在，電子標簽成本在降低，形式在多樣化，應用廣泛。如廣東地區很多工廠(chǎng)的每一個(gè)工位上都有標簽，每一個(gè)標簽都注釋了每一個(gè)工序，工作流都記在在標簽上，能準確定位工位出現的問(wèn)題。

　　形成物聯(lián)網(wǎng)要靠商品的統一編碼，沒(méi)有商品統一的編碼，就沒(méi)有物聯(lián)網(wǎng)。歐美提出的EPC（ElectronicProductCode)電子產(chǎn)品編碼是支持物聯(lián)網(wǎng)的主要支撐。EPC系統由編碼體系、射頻識別系統及信息網(wǎng)絡(luò )組成，目前比較成功的EPC網(wǎng)絡(luò )，主要是與應用物流領(lǐng)域。我國也成立了EPC-globalChina，研究如何使這一編碼技術(shù)做到本地化兼容性、科學(xué)性、全面性、合理性，沒(méi)有歧視性。

　　另外的技術(shù)，就是無(wú)線(xiàn)通信和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)離不開(kāi)這些內容。此外，物聯(lián)網(wǎng)與云計算互相促進(jìn)，為大數據量傳輸、多媒體應用、電子政務(wù)、電子商務(wù)、電子圖書(shū)館等突破了網(wǎng)絡(luò )瓶頸，正得到快速發(fā)展。

二、物聯(lián)網(wǎng)應用發(fā)展動(dòng)向

　　物聯(lián)網(wǎng)的運用非常廣泛，大到軍事反恐、城建交通，小到家庭個(gè)人。當物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通訊網(wǎng)相連時(shí)，可隨時(shí)隨地全方位“感知”對方，人們的生活方式將從“感覺(jué)”跨入“感知”的階段，從“感知”到“控制”。物聯(lián)網(wǎng)應用前景非常廣泛。

　　(一)物聯(lián)網(wǎng)成為信息社會(huì )發(fā)展的亮點(diǎn)，建設分為幾個(gè)階段：

第一個(gè)階段是大型機、主機的聯(lián)網(wǎng)；
第二個(gè)階段是臺式機與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)；
第三個(gè)階段是手機等一些移動(dòng)設備的互聯(lián)；
第四階段是把各種嵌入式芯片，把嵌入式的東西和互聯(lián)網(wǎng)鏈接興起階段，把與人們日常生活緊密相關(guān)的家用電器工業(yè)設備連接起來(lái)，加入互聯(lián)互通的行列，這種應用是極為廣闊的。

　　(二)物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)應用層次

　　一是傳感網(wǎng)絡(luò )，即以二維碼、RFID、傳感器為主，實(shí)現“物”的識別。
二是傳輸網(wǎng)絡(luò )，即通過(guò)現有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò )、通信網(wǎng)絡(luò )或未來(lái)的NGN網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現數據的傳輸與計算。這其中，前三項技術(shù)已經(jīng)成熟，NGN網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是市場(chǎng)新方向。接入網(wǎng)的光纖化是整個(gè)NGN計劃中投資最大也是最重要的部分。
三是應用網(wǎng)絡(luò )，即輸入輸出控制終端，可基于現有的手機、PC等終端進(jìn)行。由此可以看到，“物聯(lián)網(wǎng)”的關(guān)鍵在于射頻標簽（RFID）、傳感器、嵌入式軟件及傳輸數據計算等領(lǐng)域。這個(gè)環(huán)節涉及所有網(wǎng)絡(luò )的大連接，電子信息、電子設備都受益。物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)將涉及能源、金融和保險系統、交通系統、追蹤系統、醫療保健系統和氣候系統、基礎設施等方面。

　(三)物聯(lián)網(wǎng)應用的重點(diǎn)領(lǐng)域

　　物聯(lián)網(wǎng)最重要的應用是現代物流領(lǐng)域。最近，工信部和商務(wù)部、發(fā)改委、交通部等八個(gè)部門(mén)正在制定現代物流的發(fā)展規劃，明確提出要把物聯(lián)網(wǎng)作為現代物流業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。

　　目前，我國物流的成本偏高，占總生產(chǎn)成本的18%-20%，有數據統計，去年我國的物流成本由去年全年的18.6%下降至今年上半年的18.4%，下降0.2個(gè)百分點(diǎn)，但仍遠遠高于國外水平，我國物流發(fā)展需要物聯(lián)網(wǎng)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的建設，形成集成化的信息平臺，實(shí)現物流系統的現代化，通過(guò)現代化管理從物流業(yè)的小外包實(shí)現真正的現代化外包。把企業(yè)的局部的物流擴展到全社會(huì )的物流，最大限度地降低成本，實(shí)現物流系統現代化。如在物流通關(guān)過(guò)程中，廣東省經(jīng)濟信息化委員會(huì )與香港進(jìn)行試點(diǎn)：“港澳通關(guān)一體化試點(diǎn)工程”利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢避免的雙重征稅、雙重通關(guān)的問(wèn)題。所以，以物聯(lián)網(wǎng)建設為抓手，來(lái)推動(dòng)物流信息技術(shù)的應用和推動(dòng)標準體系建設是下一階段的重要工作。

　　城市資源規劃系統也是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要應用。有ERP、IRP、GRP系統，也需要CRP系統，即城市資源規劃系統。建設這樣一個(gè)子系統也需要物聯(lián)網(wǎng)和寬帶無(wú)線(xiàn)接入，把城市資源“城市水、電、氣、熱資源管理運營(yíng)平臺”，“城市靜態(tài)交通泊車(chē)管理運營(yíng)平臺”，“城市消防安全監管運營(yíng)平臺”等系統整合起來(lái)。通過(guò)建立城市EPC信息港，通過(guò)城市電子商務(wù)平臺，把各種指揮中心資源應用平臺緊密聯(lián)系，依托物聯(lián)網(wǎng)是可以實(shí)現的，這既是電子政務(wù)的應用，也是物聯(lián)網(wǎng)的應用，能發(fā)揮綱舉目張、承上啟下的作用。類(lèi)似的應用還有藥品的防偽監督管理。

　　總之，物聯(lián)網(wǎng)的應用，從智慧城市到智慧地球，從感知城市到感知中國、感知世界，信息網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)信息化開(kāi)辟了人與機、機與機/傳感器網(wǎng)融合的可能，使我們的工作生活時(shí)時(shí)聯(lián)通、事事鏈接，物聯(lián)網(wǎng)將成為信息化建設的下一個(gè)機遇，也將成為世界經(jīng)濟復蘇的新亮點(diǎn)。