物聯網概述及發展歷程
物聯網概述及發展歷程
◎16級網新陳智超、程盈莉、丁芳
導讀：在科學技術日漸發達的今天，互聯網技術的應用已經不是什麼新鮮事，那麼物聯網呢？作為當下智能家居以及智慧城市建設的中堅力量，物聯網將應用於各個領域，並引領人們進入更加智能化的時代。
一.
物聯網的定義
物聯網的定義有多種,且隨著近年各種感知技術、自動識別技術、寬頻無線網技術、人工智慧技術、機器人技術以及雲計算、大數據與移動通信等關聯領域的發展,物聯網的內涵也在不斷地完善與演進,此處列舉幾則代表性定義。
? 定義1:由具有標識、虛擬個體的物體或對象所組成的網路,這些標識和個體運行在智能空間,使用智慧的介面與用戶、社會和環境的上下文進行連接和通信。
——2008年5月,歐洲智能系統集成技術平台(Eposs)
? 定義2:The Internet of Things refers to a network of objects, such as household appliances(物聯網即「像家用電器一樣的物體的互聯網路」)。
——英文百科 Wikipedia
?定義3:物聯網是未來互聯網的整合部分,它是以標準,互通的通信協議為基礎,具有自我能力的全球性動態網路設施,在這個網路中,所有實質和虛擬的物品都有特定的編碼和理特性,通過智能界面無縫連接,實現信息共享。
——2009年9月,歐盟第七框架RFID和互聯網項目組報告
?定義4:物聯網是通過信息感測設備,按照約定的協議,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網路。它是在互聯網基上延伸和擴展的網路。——2010年3月,我國政府工作報告所附註釋中物聯網的定義
?定義5:物聯網是一個將物體、人、系統和信息資源與智能服務相互連接的基礎設施,可以利用它來處理物理世界和虛擬世界的信息並做出反應。
——2014年,ISO/ IEC JTCI SWG5物聯網特別工作組
二.
物聯網的特點
(1)物聯網的技術特點
「 The Internet of Things」可理解為「物物相連的互聯網」,但互聯網( Internet)是計算機網路,故物聯網有以下特點:
?以互聯網為基礎物聯網是在計算機互聯網基礎上構建起的物品間的連接,故它可視為是計算機的延伸和擴展而成的網路。
?多源數據支持用戶端已擴展到眾多物品之間,通過數據交換和通信來實現各項具體業務,故物聯網常以大數據為計算與處理環境,以雲計算為後端平台。
?智能化物聯網具有自動化、互操作性與智能控制性等特點。
?系統化任何規模的物聯網應用,都是一個集成了感知、計算、執行與反饋等的智能系統。
(2)物聯網的應用特點
物聯網的應用以社會需求為驅動,以一定的技術與產業發展等為條件,其特點如下：
?感知識別普適化社會信息化產生了無所不在的感知、識別和執行的需要以及將物理世界和信息世界融合需求。
?異構設備互聯化各種異構設備利用通信模塊和協議自組成網,異構網路通過網關互通互聯。
?聯網終端規模化物聯網是在社會信息化發展到一定水平的基礎上產生的,此時,大量不同物品均已具有通信和前端計算與處理功能,成為網路終端,5~10年內聯網終端規模有望突破百億數量級。
?管理調控智能化物聯網中,物物互聯並非僅僅是彼此識別、組網、執行特定任務而已,它的價值很大部分體現在高效可靠的大規模數據組織、智能運籌、機器學習、數據挖掘、專家系統等決策手段的實現上,並將其廣泛應用於各行各業。
?應用服務集成化以工業生產為例,物聯網技術覆蓋了原材料引進、生產調度、節能排、倉儲物流到產品銷售、售後服務等各個環節。
?經濟發展跨越化物聯網技術有望成為國民經濟發展從勞動密集型向知識密集型從資源浪費型向環境友好型轉變過程中的重要動力。(3)物聯網的其他特點
從感測信息角度來看,物聯網具備以下特點:
?多信息源物聯網由大量的感測器組成,每個感測器都是一個信息源。
?多種信息格式感測器有不同的類別,不同的感測器所捕獲、傳遞的信息內容和格式會存在差異。
?信息內容實時變化感測器按一定的頻率周期性地採集環境信息,每一次新的採集就會得到新的數據。
從對感測信息的組織管理角度來看,物聯網具備以下特點：
?信息量大物聯網中每個感測器定時採集信息,不斷地積累,形成海量信息。
?信息的完整性不同應用會使用感測器採集到的部分信息,存儲的時候必須保證信息的完整性,以適應不同的應用需求。
?信息的易用性信息量規模的擴大導致信息的維護、查找、使用的困難也迅速增加,為在海量的信息中方便找出需求的信息,要求信息具有易用性。
從這些角度出發,就要求物聯網前端具有對海量的感測信息進行抽取、鑒別與過濾功能對後台則應具備分析、比對、判別、多形態呈現、警示與控制執行等智慧型功能。
三.
物聯網的應用前景
近期,物聯網的概念頻頻出現在我國各大媒體,各級政府、論壇均把物聯網視為提升產業轉型、提高生產效率的國家信息化基礎設施,部分專家甚至認為物聯網將為我國帶來幾千億的市場規模。
物聯網的市場前景可以說是廣闊的,如在軍事領域,通過無線感測網,可將隱蔽分布在戰場上的感測器所獲取的信息回傳給指揮部;在民用領域,物聯網在家居智能化、環境監測、醫療保健、災害預測、智能電網等方面得到廣泛應用;在工商業領域,物聯網在工業自動化、空間探索等方面都得到廣泛應用。未來,全球物聯網應用將朝著規模化、協同化和智能化方向發展,同時以物聯網應用帶動物聯網產業將是各國的主要發展方向。
(一)規模化發展
隨著世界各國對物聯網應用的不斷推進,物聯網的應用在各領域中的規模將不斷擴大,尤其是一些政府推動的國家級項目,如美國智能電網、日本 i-japan、韓國物聯網先導應用工程等,將吸引大批有實力的企業進入物聯網領域,大大推進物聯網的應用進程,為擴大物聯網產業規模起到積極作用。
(二)協同化發展
隨著產業和標準的不斷完善,物聯網應用將朝智能化和協同化方向發展,形成不同物體間、不同企業間、不同行業乃至不同地區或國家間的物聯網信息的互聯、互通、互操作,最終形成可服務於不同行業和領域的全球化物聯網應用體系。
(三)智能化發展
物聯網應用將從目前簡單的物體識別和信息採集走向真正意義上的物聯網,感知、網路交互和應用平台可控可用,實現信息在真實世界和虛擬空間之間的智能化流動。
(四)重點應用領域
結合各國國情,優先發重點行業應用以帶動物聯網產業。現階段,物聯網應用處於起步階段,產業支撐力度不足,行業需求尚需引導。一個成熟的應用需要多年培育和扶持,更需要政府通過政策加以引導和扶持。未來幾年,各國都將結合本國優勢產業,確定物聯網應用的重點行業和領域,尤其是電力、交通、物流等全國性基礎設施以及能大力推進國民經濟發展的重點經濟領域,這些將成為物聯網規模發展的主要方向。
物聯網在各行各業的應用不斷深化,將催生大量的新技術、新產品、新應用、新模式,其在重點行業和重點領域應用水平明顯提高。從物聯網的市場來看,前瞻產業研究院發布的《中國物聯網行業應用領域市場需求與投資預測分析報告顯示,未來幾年我國物聯網行業將持續快速發展,年均增長率30%左右,到2018年,物聯網行業市場規模將超過1.5萬億元。
四.
物聯網的實踐應用
（一）精緻農業
物聯網的出現,使以定位為主的「精準農業」擴展到能自動識別、作物生長跟蹤、環境感測耕作優化等領域。微觀上,它通過分布在田間或大棚內的多種感測器,動態感測與跟蹤控制作物的長勢並進行最佳管理;在禽蛋畜牧業中,它能識別跟蹤每頭牲畜的成長防疫情況;農產品加工上,能實現從田間和飼養棚場到採摘、儲藏、保鮮、加工、分級、運輸,再跟蹤到店鋪零售甚至消費者餐桌上的全程數據,確保食品生產管理的可溯源化,極大地提高了公眾衛生與食品安全水平。故從發展趨勢來看,稱「精緻農業」或更能反映物聯網時代農業信息化的特徵。
（二）食品監管
食品是特殊商品,其生產、儲運、加工與銷售都有嚴格的管理要求。各國實踐表明,為防止各類有害食品、假冒偽劣食品進入消費者餐桌,採用信息化手段進行監管,建立完善的信息生成、採集、識別與跟蹤保障體系,覆蓋原料、生產、存儲、銷售等各環節,讓主管機構和消費者隨時查驗到食品信息,才能讓公眾買得放心,吃得安心。
物聯網在食品管理領域的應用才剛剛開始,即展示了無比廣闊的發展空間。在監管領域宏觀上可為國家相關政策與技術法規的落實提供一系列精細化、靈敏化的監測與管理技術手段;微觀上,能針對個人身體情況建立科學衛生的飲食習慣、開展個性化服務。在食品打假防偽領域,物聯網更能以多樣化手段提供功能更強大的存證、識別、溯源與追蹤手段,確保人類食品鏈的安全。
（三）智能家居
智能家居( Smart Home)是以住宅為平台,利用計算機技術、網路通信技術、綜合布線技術、安全防範技術、自動控制技術、音視頻技術等將家居生活有關的設施集成,構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統,提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性,並實現環保節能的居住環境。
智能家居通過物聯網技術將家中的各種設備(如音視頻設備、照明系統、窗帘控制、空調控制、安防系統、數字影院系統、影音伺服器、影櫃系統、網路家電等)連接到一起,提供家電控制、照明控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、環境監測、暖通控制、無線轉發以及可編程定時控制等多種功能和手段。與普通家居相比,智能家居不僅具有傳統的居住功能,並在智能化、信息化、人性化、節能化等方面具有獨特的優勢。
（四）環保領域
節能減排( Energy Saving Emission Reduction)是指節約物質資源和能量資源,減少廢棄物和環境有害物(包括三廢和雜訊等)排放。其目標是加強用能管理,採取技術上可行、經濟上合理以及環境和社會可以承受的措施,從能源生產到消費的各個環節,降低消耗、減少損失和污染物排放、制止浪費,有效、合理地利用能源。
我國經濟快速增長,各項建設取得巨大成就,但也付出了巨大的資源和環境被破壞的代價。經濟發展與資源環境被破壞的矛盾日趨尖銳,資源供給不足、能源利用率低已經成為經濟社會全面發展和全面建設小康社會的重要制約因素。採用物聯網技術,可對各種能源進行精確化與動態化感測與計量,實現智能化管理。因此物聯網技術在這一領域有極大的應用空間。
（五）旅遊服務
物聯網技術可從動態感知、人景交互、個性化行程規劃與導遊等方面推動旅遊產業的變革,實施手段為信息服務、體驗改善、虛實場景結合、創新業務與智能管理等方面。
物聯網技術還改善了自助導遊方式。RFID、藍牙、NFC與紅外感應技術等都可提供實物或情景感應信息服務。當遊客到達某一區域時,可能不知道一件器物或場景後蘊含的歷史事件及文化背景,而當系統感應到遊客時,就能自動開啟導覽系統進行講解。進一步,物聯網基於對象場景感應與驅動技術,將旅遊提升到數字內容創意與虛擬體驗層面上。使得觀測場景與對象的影像、文字、語音等經數字化加工渲染後,以虛擬實現(VR)呈現,使旅客能穿越歷史身臨其境。更進一步的發展,將使遊客與場景和對象產生互動,帶來全新體驗。同時,系統可通過客戶識別和定位,使旅遊規劃更合理、高效與安全。
（六）生產監控
生產監控是指對工業生產中的加工設備、重要裝置、生產環境、空間結構、作業區域、相關人員等進行監測與控制,目的是保證生產的安全與穩定運行,一旦發現問題便及時報警或自動採取相應措施。
物聯網在該領域的應用,將實現對人、事、物的統一監控,建立起工程、生產的安全應用值鏈,自動分析與綜合評估。具體說,物聯網生產監控主要體現在對象跟蹤、環境感知、設備護、感測驅動決策、自動控制等功能的應用上。
（七）智能交通
智能交通系統( Intelligent Transportation System,ITS)是將信息技術、通信技術、感測技術及微處理技術等有效集成運用於交通運輸領域的綜合管理系統,目標是將道路、駕乘人員和交通工具等有機結合在一起,建立三者間的動態聯繫,使駕駛員能實時了解道路交通以及車輛狀況,減少交通事故,降低環境污染,優化行車路線,以安全和經濟的方式到達目的地。同時管理人員通過對車輛、駕駛員和道路信息的實時採集來提高管理效率,更好地發揮交通基礎設施效能，提高交通運輸系統的運行效率和服務水平，為公眾提供高效、安全、便捷、舒適的出行服務。
（八）商務應用
商業一直是各種新技術、新理念最先導入的領域,從POS機(點銷售機)到多功能智能Kiosk(自助銷售機),從商品一維條形碼到二維碼和RFID標識,從實體商店到虛擬網店,從定型商品到可為消費者量身訂製的商品,從現場現金結算到刷卡結算、再到手機結算,從櫃檯支付到統一通關、再到無通關結算,從客戶逐一查看每種商品上的文字說明,到手機感應檢索查詢並比較多種商品,從簡單的價格、保質期數據到產地、生產過程與安全溯源等相關信息,商業領域在信息技術推動下,正朝著更注重消費者體驗、提供更多更全面的信息、從單源單向零售到多元多向的感應式交易趨勢發展。
美國新型通信與自助銷售機公司 Rivet Digital用用「4I"(即「 Impact、 mpression、 Interaction和 Insight」)來描述新型商業的特徵,要求給消費者帶來更多的影響力( Impact),依靠多媒體手段給消費者帶來更深的感官印象( Impression),通過與商家的互動( Interaction)給消費者帶來更多價值,商家能在大量採集消費者使用喜好與購買行為等的分析中洞察(Insight)消費者潛在需求,並可迅速做出調整與改進等為目標,這些都將成為物聯網在此領域應用的主要需求點。
（九）醫療保健
物聯網技術在醫療領域的應用已涉及常規身體狀況監測、健康飲食管控、特定體況監測運動助理及其他醫護輔助等,服務對象包括從中老年到嬰幼兒及殘障人士的所有群體。具體應用為對象遠程、常態監控和多項生理參數動態採集、儲存、分析與交換等,形成遠程監測與遠程醫療( Telemonitoring、 Telemedicine)這一新興醫學學科。物聯網技術將醫護資源從醫院和專業護理機構延伸擴展到社區、家庭及辦公場所,整合成覆蓋社會的護理保健網路,形成以個人護理為中心的泛在健康管理(TU- Health Management)體系。新型業態鏈驅動物聯網落戶家庭中的各種新型監測與感測設備、運營端的新型服務支撐模式、系統集成端、醫護數據中心通信平台以及遠程健康教育等。
（十）可穿戴設備
自谷歌眼鏡推出以來,內嵌物聯網技術的各種穿著物品及配件就被稱為「智能可穿戴設備」,簡稱可穿戴設備,成為智能終端產業的新熱點。各大廠商紛紛進軍這一領域,各種新款可穿戴產品層出不窮。可穿戴設備以具備部分計算功能、可連接手機及各類終端的攜帶型附件形式存在。主流產品包括各種肢體穿戴類產品,如以手為支撐的手錶、環帶類產品;以腳為支撐的鞋、襪及其他腿上佩戴產品;以頭部為支撐的眼鏡、頭盔、頭帶等;以軀幹為支撐的智能背心、書包、拐杖、腰帶及配飾等形態。
五.
物聯網發展面臨的問題
(1)國家安全問題
2009年2月24日,IHBM大中華區首席執行官錢大群在2009IBM論壇上公布了名為「智慧地球」最新策略。針對中國經濟的狀況,錢大群表示,中國的基礎設施建設空間廣闊,而且中國政府正在以巨大的控制能力、實施決心以及配套資金等對必要的基礎設施進行大規模建設,「智慧地球」戰略將會產生更大的價值。
對此,原中國工信部部長李毅中在2010年4月表示,要警惕IBM的智慧地球陷阱。他認為,通過感測網和互聯網的應用,「智慧地球」可極大提高效率,產生更大的效益,但美國試圖利用其信息網路技術,控制各國的經濟,我國發展戰略性新興產業時,必須提高警情,不能受制於人。因此,我國要大力發展3G、物聯網等新興產業。但對於外國這些新的理念和新的略,既要有所啟迪,也要有所警惕。在IBM的宣傳中,「智慧地球」所包括的領城極為廣證,有電網鐵路、橋樑、隧道、公路、建築、供水系統、大壩、油氣管道等。這些領域涉及了民生基建和國家戰略,甚至是軍事領域的信息。專家認為,如果這些信息被國外T巨頭獲取或被他國操縱,其後果是不可想像的。
同時,我國物聯網研究與國際同步,我國的物聯網研發和應用也有一定的基礎,在國際水平線上,我國並不落後。因此,在建設和實施物聯網系統中,如何保證企業、政府和國家信息安全,是第一位的戰略性問題。
(2)個人隱私問題
在物聯網中,人們自身及其使用的各類物品都可能隨身攜帶各類標識性電子標籤,因而很容易在其未知的情況下被定位和跟蹤,這勢必會使個人行蹤及相關隱私受到侵犯。因此,如何確保標籤物的擁有者個人隱私不受侵犯就成為物聯網推廣中的關鍵問題之一一。這不僅是技術問題,還涉及法律、道德與政治等問題。
(3)物聯網商業模式問題
物聯網既涉及一批高科技產品的銷售,更涉及這些產品所提供的服務項目與內容,而這些服務又往往通過電信或移動通信運營商的平台進行。因此,一條完整的產業鏈將涉及新產品研發、新服務創意、包裝營銷、上線運行、維護管理、收益分配等。如何建立一條滿足各方利益共贏發展的價值鏈,是確保這一產業蓬勃發展的前提。同時,物聯網的產業化必然需要晶元製造廠商、感測設備生產廠、系統解決方案廠商、移動運營商等上下游廠商的通力配合,而在各方利益機制及商業模式尚未成型的背景下,必然影響到物聯網的普及。
(4)物聯網相關政策法規
物聯網的普及不僅需要各種技術,更牽涉到各個行業,各個產業乃至各家企業間的通力協作與力量的整合。這就需要國家在相關產業政策的立法上要走在前面,要制定出適合這個行業發展的政策法規,保證行業的正常發展。
(5)技術標準的統一與協調
互聯網的蓬勃發展,歸功於其標準化問題解決得非常好,如全球傳輸與地址協議TCPP、路由器協議、終端的構架與操作系統等。物聯網領域,感測、識別、通信、應用等各層面都會有大量的新技術出現,需要儘快統一各項技術標準。如目前Ipy4協議已不能滿足互聯聯網的需求,Ipv6的開發已成為行業發展的必然,但這又涉及大批的路由器將被更換;此外,物聯網中大量無線設備的使用,又將帶來頻道擁堵問題,相關管理辦法與標準也需制定。
(6)管理平台的開發
物聯網時代,聯網對象數量將數百倍地超過互聯網,聯網後的信息傳輸與處理量更是數以2.1萬倍地超過互聯網,相應的管理平台是不可或缺的。因此,建立龐大的、綜合性業務管理平台,提供從標識層、通信層、業務層、行業層到地域層等各方面的信息管理,是確保物聯網正常運行的基礎。
(7)行業內內的安全體系
除國家安全外,基於RFID感測技術的各類應用也涉及行業安全問題。如植入RFID晶元的物體,其中的數據有可能被任何識讀器感知識讀,這對物主的管理雖然方便,但也可能被其他人進行識讀。對於涉及商業活動中的許多對象,如何防止其傳輸、應用中各種有價值的信息被競爭對手獲取和利用,這就涉及行業安全體系的建立問題。
(8)應用的開發
物聯網可創造出許多前所未有的應用,並正在人們的生產與生活中普及。一些相關應用已經出現產品,但還僅停留在概念階段,如美國通用汽車公司發布的物聯網概念車等,進行實際應用的產品較少,一些應用仍處於運營商的體驗廳的概念性產品階段,相關的創新應用明顯不足。物聯網如同互聯網一樣,許多應用的開發需要進行大量的投入、嘗試、調查、實證與評估。這些應用開發不能僅依靠運營商,也不能僅依靠物聯網企業,還需要與大量的傳統產業、傳統應用、日常生活等結合,才能研發出既有實際意義,又有經濟效益的應用來。
參考文獻及註解：
1.李輝.>.北京理工大學出版社，2017.4
2．田景熙.>(第二版).東南大學出版社，2017.7
3.異構：指兩個或以上的無線通信系統採用了不同的接入技術，或者是採用相同的無線接入技術但屬於不同的無線運營商。
4.RFID：（Radio Frequency Identification）技術，射頻識別，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標並讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。
5.NFC：（near field communication）近場通信又稱近距離無線通信，是一種短距離的高頻無線通信技術，允許電子設備之間進行非接觸式點對點數據傳輸，交換數據。
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