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物聯網的概念是什麼?

誕生髮展
物聯網(InternetofThings)這個詞,國內外普遍公認的是MITAuto-ID中心Ashton教授1999年在研究RFID時最早提出來的。1999年誕生,2005年普及,2009年大發展。在2005年國際電信聯盟(ITU)釋出的同名報告中,物聯網的定義和範圍已經發生了變化,覆蓋範圍有了較大的拓展,不再只是指基於RFID技術的物聯網。
物聯網的概念是在1999年提出的。當時基於網際網路、RFID技術、EPC標準,在計算機網際網路的基礎上,利用射頻識別技術、無線資料通訊技術等,構造了一個實現全球物品資訊實時共享的實物網際網路“Internet of things”(簡稱物聯網),這也是在2003年掀起第一輪華夏物聯網熱潮的基礎。
自2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”以來,物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一,寫入“政府工作報告”,物聯網在中國受到了全社會極大的關注,其受關注程度是在美國、歐盟、以及其他各國不可比擬的。

物聯網的概念與其說是一個外來概念,不如說它已經是一個“中國製造”的概念,他的覆蓋範圍與時俱進,已經超越了1999年Ashton教授和2005年ITU報告所指的範圍,物聯網已被貼上“中國式”標籤。
二、什麼是物聯網?
物聯網即通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、鐳射掃描器、氣體感應器等資訊感測裝置,按約定的協議,把任何物品與網際網路連線起來,進行資訊交換和通訊,以實現智慧化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網路技術。
這有兩層意思:第一,物聯網的核心和基礎仍然是網際網路,是在網際網路基礎上的延伸和擴充套件的網路;第二,其使用者端延伸和擴充套件到了任何物品與物品之間,進行資訊交換和通訊。
簡而言之,物聯網就是“物物相連的網際網路”,被視為網際網路的應用拓展,應用創新是物聯網發展的核心,以使用者體驗為核心的創新2.0是物聯網發展的靈魂。
用通俗的話來講,物聯網就是讓所有的東西都“連”起來,關鍵要有三件東西:感應處理終端,傳輸通道,控制處理平臺。這樣就可以讓本來沒有生命的東西能“感應”並“處理”資訊,通過傳輸的網路傳送到指定的地方或人那裡,反過來還可以進行控制和指揮。
物聯網是人與物、物與物之間相互通訊的網路,是智慧城市的感知技術。在兩化融合領域,物聯網技術已在產品資訊化、生產製造、經營管理、節能減排、安全生產等領域等到了應用。在電子政務領域,物聯網技術在公安、國土、環保、交通、海關、海關、質檢、安監、林業等政府主管部門得到初步應用。
三、物聯網的特徵及分類
1、和傳統的網際網路相比,物聯網有其鮮明的特徵
首先,它是各種感知技術的廣泛應用。物聯網上部署了海量的多種型別感測器,每個感測器都是一個資訊源,不同類別的感測器所捕獲的資訊內容和資訊格式不同。感測器獲得的資料具有實時性,按一定的頻率週期性的採集環境資訊,不斷更新資料。
其次,它是一種建立在網際網路上的泛在網路。物聯網技術的重要基礎和核心仍舊是網際網路,通過各種有線和無線網路與網際網路融合,將物體的資訊實時準確地傳遞出去。在物聯網上的感測器定時採集的資訊需要通過網路傳輸,由於其數量極其龐大,形成了海量資訊,在傳輸過程中,為了保障資料的正確性和及時性,必須適應各種異構網路和協議。
還有,物聯網不僅僅提供了感測器的連線,其本身也具有智慧處理的能力,能夠對物體實施智慧控制。物聯網將感測器和智慧處理相結合,利用雲端計算、模式識別等各種智慧技術,擴充其應用領域。從感測器獲得的海量資訊中分析、加工和處理出有意義的資料,以適應不同使用者的不同需求,發現新的應用領域和應用模式。
2、“物”的涵義
這裡的“物”要滿足以下條件才能夠被納入“物聯網”的範圍:
1)要有資料傳輸通路;
2)要有一定的儲存功能;
3)要有CPU;
4)要有作業系統;
5)要有專門的應用程式;
6)遵循物聯網的通訊協議;
7)在世界網路中有可被識別的唯一編號。
3、物聯網分類
1)私有物聯網(Private IoT): 一般面向單一機構內部提供服務;
2)公有物聯網(Public IoT):基於網際網路(Internet)向公眾或大型使用者群體提供服務;
3)社群物聯網(Community IoT):向一個關聯的“社群”或機構群體(如一個城市政府下屬的各委辦局:如公安局、交通局、環保局、城管局等)提供服務;
4)混合物聯網(Hybrid IoT):是上述的兩種或以上的物聯網的組合,但後臺有統一運維實體。
四、物聯網的技術架構:
物聯網主要由感知層、網路層、應用層組成。
1)感知層。由各種感測器構成,包括溫溼度感測器、二維碼標籤、RFID標籤和讀寫器、攝像頭、紅外線、GPS等感知終端,感知層是物聯網識別物體、採集資訊的來源。
2)網路層。由各種網路,包括網際網路、廣電網、網路管理系統和雲端計算平臺等組成,是整個物聯網的中樞,負責傳遞和處理感知層獲取的資訊。
3)應用層。是物聯網和使用者的介面,它與行業需求結合,實現物聯網的智慧應用。
五、物聯網的關鍵技術:
物聯網的核心技術主要包括射頻識別技術,感測技術,網路與通訊技術和資料的挖掘與融合技術等。
1)射頻識別技術。
RFID技術是一種無接觸的自動識別技術,利用射頻訊號及其空間耦合傳輸特性,實現對靜態或移動待識別物體的自動識別,用於對採集點的資訊進行“標準化”標識。鑑於RFID技術可實現無接觸的自動識別,全天候、識別穿透能力強、無接觸磨損,可同時實現對多個物品的自動識別等諸多特點,將這一技術應用到物聯網領域,使其與網際網路、通訊技術相結合,可實現全球範圍內物品的跟蹤與資訊的共享,在物聯網“識別”資訊和近程通訊的層面中,起著至關重要的作用。另一方面,產品電子程式碼(EPC)採用RFID電子標籤技術作為載體,大大推動了物聯網發展和應用。
從分類上看,RFID技術根據電子標籤工作頻率的不同通常可分為低頻系統(125kHz、134.2kHz),高頻系統(13.56MHz),超高頻(860MHz-960MHz)和微波系統(2.45GHz、5.8GHz)等。低頻和高頻系統的特點是閱讀距離短、閱讀天線方向性不強等,其中,高頻系統的通訊速度也較慢。兩種不同頻率的系統均採用電感耦合原理實現能量傳遞和資料交換,主要用於短距離、低成本的應用中。
超高頻、微波系統的標籤採用電磁後向散射耦合原理進行資料交換,閱讀距離較遠(可達十幾米),適應物體高速運動,效能好;閱讀天線及電子標籤天線均有較強的方向性,但該系統標籤和讀寫器成本都比較高。
根據電子標籤供電方式的不同,電子標籤又可分為無源標籤(PassiveTag)、半有源標籤(Semi-PassiveTag)和有源標籤(ActiveTag)三種。
無源電子標籤不含電池,它接收到讀寫器發出的微波訊號後,利用讀寫器發射的電磁波提供能量,無源標籤一般免維護,重量輕、體積小、壽命長、較便宜,但其閱讀距離受到讀寫器發射能量和標籤晶片功能等因素限制;
半有源標籤內帶有電池,但電池僅為標籤內需維持資料的電路或遠距離工作時供電,電池能量消耗很少;有源標籤工作所需的能量全部由標籤內部電池供應,且它可用自身的射頻能量主動傳送資料給讀寫器,閱讀距離很遠(可達30米),但壽命有限,價格昂貴。
在未來的幾年中,RFID技術將繼續保持高速發展的勢頭。電子標籤、讀寫器、系統整合軟體、公共服務體系、標準化等方面都將取得新的進展。隨著關鍵技術的不斷進步,RFID產品的種類將越來越豐富,應用和衍生的增值服務也將越來越廣泛。
RFID晶片設計與製造技術的發展趨勢是晶片功耗更低,作用距離更遠,讀寫速度與可靠性更高,成本不斷降低。晶片技術將與應用系統整體解決方案緊密結合。
標籤封裝技術將和印刷、造紙、包裝等技術結合,導電油墨印製的低成本標籤天線、低成本封裝技術將促進RFID標籤的大規模生產,併成為未來一段時間內決定產業發展速度的關鍵因素之一。讀寫器設計與製造的發展趨勢是讀寫器將向多功能、多介面、多制式、並向模組化、小型化、行動式、嵌入式方向發展。同時,多讀寫器協調與組網技術將成為未來發展方向之一。
RFID技術與條碼、生物識別等自動識別技術,以及與網際網路、通訊、感測網路等資訊科技融合,構築一個無所不在的網路環境。海量RFID資訊處理、傳輸和安全對RFID的系統整合和應用技術提出了新的挑戰。RFID系統整合軟體將向嵌入式、智慧化、可重組方向發展,通過構建RFID公共服務體系,將使RFID資訊資源的組織、管理和利用更為深入和廣泛。
2)感測器技術
資訊採集是物聯網的基礎,而目前的資訊採集主要是通過感測器、感測節點和電子標籤等方式完成的。感測器作為一種檢測裝置,作為攝取資訊的關鍵器件,由於其所在的環境通常比較惡劣,因此物聯網對感測器技術提出了較高的要求。一是其感受資訊的能力,二是感測器自身的智慧化和網路化,感測器技術在這兩方面應當實現發展與突破。
將感測器應用於物聯網中可以構成無線自治網路,這種感測器網路技術綜合了感測器技術、納米嵌入技術、分散式資訊處理技術、無線通訊技術等,使各類能夠嵌入到任何物體的整合化微型感測器協作進行待測資料的實時監測、採集,並將這些資訊以無線的方式傳送給觀測者,從而實現“泛在”感測。
在感測器網路中,感測節點具有端節點和路由的功能:首先是實現資料的採集和處理,其次是實現資料的融合和路由,綜合本身採集的資料和收到的其他節點發送的資料,轉發到其他閘道器節點。感測節點的好壞會直接影響到整個感測器網路的正常運轉和功能健全。
3)網路和通訊技術
物聯網的實現涉及到近程通訊技術和遠端運輸技術。近程通訊技術涉及RFID,藍芽等,遠端運輸技術涉及網際網路的組網、閘道器等技術。
作為為物聯網提供資訊傳遞和服務支撐的基礎通道,通過增強現有網路通訊技術的專業性與互聯功能,以適應物聯網低移動性、低資料率的業務需求,實現資訊保安且可靠的傳送,是當前物聯網研究的一個重點。感測器網路通訊技術主要包括廣域網路通訊和近距離通訊等兩個方面,廣域方面主要包括IP網際網路、2G/3G行動通訊、衛星通訊等技術,而以iPv6為核心的新聯網的發展,更為物聯網的提供戶高效的傳送通道;在近距離方面,當前的主流則是以IEEE802.15.4為代表的近距離通訊技術。
M2M技術也是物聯網實現的關鍵。與M2M可以實現技術結合的遠距離連線技術有GSM、GPRS、UMTS等,WIFI、藍芽、ZigBee、RFID和UWB等近距離連線技術也可以與之相結合,此外還有XML和Corba,以及基於GPS、無線終端和網路的位置服務技術等。M2M可用於安全監測、自動售貨機、貨物跟蹤領域,應用廣泛。
4)資料的挖掘與融合
從物聯網的感知層到應用層,各種資訊的種類和數量都成倍增加,需要分析的資料量也成級數增加,同時還涉及到各種異構網路或多個系統之間資料的融合問題,如何從海量的資料中及時挖掘出隱藏資訊和有效資料的問題,給資料處理帶來了巨大的挑戰,因此怎樣合理、有效的整合、挖掘和智慧處理海量的資料是物聯網的難題。結合P2P、雲端計算等分散式計算技術,成為解決以上難題的一個途徑。
雲端計算為物聯網提供了一種新的高效率計算模式,可通過網路按需提供動態伸縮的廉價計算,其具有相對可靠並且安全的資料中心,同時兼有網際網路服務的便利、廉價和大型機的能力,可以輕鬆實現不同裝置間的資料與應用共享,使用者無需擔心資訊洩露,黑客入侵等棘手問題。雲端計算是資訊化發展程序中的一個里程碑,它強調資訊資源的聚集、優化和動態分配,節約資訊化成本並大大提高了資料中心的效率。
六、物聯網與網際網路的區別
網際網路對於物聯網而言,有點類似“父與子”的關係,畢竟物聯網是以網際網路為基礎核心發展起來的新一代資訊網路。不過在使用形式上有著一定差別。
1)物聯網的覆蓋範圍要遠大於網際網路絡
網際網路和物聯網可以從他們的主要作用來區別兩者的不同之處,網際網路的產生是為了人通過網路交換資訊,其服務的主體是人。而物聯網是為物而生,主要為了管理物,讓物自主的交換資訊,間接服務於人類。
既然物聯網為物而生,物比人笨,因此,物聯網的真正實現必然比網際網路的實現更難。另外,從資訊的進化上講,從人的互聯,到物的互聯,是一種自然的遞進,本質上網際網路和物聯網都是人類智慧的物化而已,人的智慧對自然界的影響才是資訊化程序本質的原因。
物聯網比網際網路技術更復雜、產業輻射面更寬、應用範圍更廣,對經濟社會發展的帶動力和影響力更強。但是沒有網際網路作為物聯網的基礎,那麼物聯網將只是一個概念而已。網際網路著重資訊的互聯互通和共享,解決的是人與人的資訊溝通問題。這樣就為物聯網關於通過人與人、人與物、物與物的相聯,解決的是資訊化的智慧管理和決策控制問題而提供前期的溝通渠道。
特別是物聯網通過IPV6技術賦予任何電子產品一個固定IP,並接入網路,真正意義上將把智慧城市及智慧家居等概念逐一變成現實;
2)網際網路使用者通過端系統的伺服器、桌上型電腦、筆記本和移動終端訪問網際網路資源,傳送或接收電子郵件;
閱讀新聞;寫部落格或讀部落格;通過網路電話通訊;在網上買賣股票,定機票、酒店。而物聯網中的感測器結點需要通過無線感測器網路的匯聚結點接入網際網路;RFID晶片通過讀寫器與控制主機連線,再通過控制結點的主機接入網際網路。因此,由於網際網路與物聯網的應用系統不同,所以接入方式也不同。
物聯網應用系統將根據需要選擇無線感測器網路或RFID應用系統接入網際網路。網際網路需要人自己來操作才能得到相應的資料,而物聯網資料是由感測器或者是RFID讀寫器自動讀出的。這個環節中,物聯網更多要依靠無線傳輸來達到一個聯網目的,3G、4G都將是其理想的網路型別。
3)物聯網涉及的技術範圍更廣
物聯網運用的技術主要包括無線技術、網際網路、智慧晶片技術、軟體技術,幾乎涵蓋了資訊通訊技術的所有領域。而網際網路只是物聯網的一個技術方向。網際網路只能是一種虛擬的交流,而物聯網實現的就是實物之間的交流。所以技術導致物聯網未來發展的前景是網際網路的好十幾倍都不止。
七、雲端計算與物聯網的關係
由於很多時候雲端計算和物聯網經常在同一個場景中出現,所以很多人認為二者之間有著密切的聯絡。其實從技術的角度來說,物聯網和雲端計算還著實沒有什麼太多的聯絡。而如果從工作架構的角度分析的話,物聯網則可以認為是承載雲端計算技術的一個平臺。
1)藉助雲端計算技術的支援,物聯網則可以更好的提升資料的儲存以及處理能力
從而使自身的技術得到進一步的完善。而如果失去雲端計算的支援,物聯網的工作效能無疑會大打折扣,而在和其他傳統的技術相比,它的意義也會大大的降低。所以說物聯網對雲端計算有著很強的依賴性。
2)但是對於雲端計算技術來說,物聯網只是其眾多的應用載體之一
儘管物聯網對雲端計算有著很強的依賴,但作為諸多載體的一種,雲端計算對於物聯網可真沒有啥“特殊的感情”。甚至就像櫃檯與貨物的關係一樣,貨物在哪個臺子上都會使這個櫃檯受到更多的關注,而如果櫃檯失去了貨物,那麼,無論是作用還是關注度都會隨之而降低。所以,雲端計算對於物聯網只是普通的“合作關係”,並沒有什麼太特殊的聯絡,如果用戀愛關係來形容的話,物聯網對雲端計算更似單相思!
3)從目前的發展前景來看,物聯網和雲端計算之間的聯絡將會向著越來越緊密的方向發展
在雲端計算技術的支援下,被賦予了更強工作能力的物聯網,在我國的使用率呈現逐年遞增的趨勢,而所涉及的領域也隨之越來越廣泛。
在去年的時候,我國的RFID技術已經成為世界排名第三的應用市場,而當前被各個領域廣泛應用的二維碼識別技術,其實也是物聯網RFID技術中的一種。所以說,雲端計算承載物聯網在我國有著更加廣闊的發展空間。
八、物聯網發展中存在的問題:
1)觀念問題
物聯網是未來10-20年戰略性新型產業,現在僅僅是起步。而我們的媒體和政府往往會急功近利,有些地方,要5年達到幾千億;有些城市要3-5年過上“物聯網生活”。這些宣傳不利於物聯網技術與產業的順利發展,甚至會阻礙發展。因此,我們應做到長期、持續的準備,這也許是中國人21世紀初引領世界科技浪潮的一次絕好機會,希望所有專業人士把握好時機。
2)技術問題
物聯網的一個基礎是感測器,因此感測器是物聯網很重要的技術。由於感測技術的多樣性和複雜性,物聯網一定比網際網路和通訊網面臨更多的技術難題,因此,物聯網的關鍵技術絕不是幾項,而是很多很多和應用相結合的關鍵技術,共性的技術問題有,更多的是個性的技術。所以各個相關企業應分頭解決。
3)執行問題
物聯網是一項應用技術,政府專案的示範效應很重要。可是,多個省市都存在著“跟風”現象,“只打雷,不下雨”或“雷聲大,雨點小”。轟轟烈烈開會,慢慢悠悠規劃,鬆鬆垮垮做事。因此我們必須抓住一項或幾項具體的應用,進而完善及推而廣之。
未來五年,真正意義的全球物聯網很難實現,但我們要逐步從局域物聯網、行業物聯網走向全國物聯網。近期的關鍵在於感測器及細分市場的應用軟體。
九、物聯網技術在智慧城市中的應用
目前,物聯網技術已在產品資訊化、生產製造環節、經營管理環節、節能減排、安全生產等領域得到應用。並在公安、國土、環保、交通、海關、海關、質檢、安監、林業等政府主管部門得到初步應用,取得了良好的效果。
1)產品資訊化:在汽車、家電、工程機械船舶等行業通過應用物聯網技術,提高了產品的智慧化水平。
2)在生產製造領域的應用:應用於生產線過程的檢測、實時引數採集、生產裝置與產品監控管理等。
3)在經營管理領域的應用:應用於物流管理、生產管理等。
4)在節能減排應用:主要在鋼鐵、有色金屬、電力、化工、紡織、造紙等高能耗、高汙染行業應用。
5)在安全生產領域的應用:主要在煤炭、鋼鐵、有色等行業保障安全生產的重要技術手段,利用物聯網技術對礦山井下人、機、環境進行監控。
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