物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)與應(yīng)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(shè)備，如射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(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)、無線通信技術(shù)之后第四次技術(shù)變革，有重大的科學(xué)意義和應(yīng)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)是利用無所不在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立起來的，它把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和寬帶接入傳輸、無線通信結(jié)合起來形成了寬帶移動(dòng)的互聯(lián)網(wǎng)，再把物品結(jié)合起來形成了物聯(lián)網(wǎng)。
　　

一、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)

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

　　有人說，物聯(lián)網(wǎng)=RFID+傳感器+互聯(lián)網(wǎng)，這是形象的比喻，但不嚴(yán)謹(jǐn)。實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境和條件主要有：互聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)；無線傳感器網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)；計(jì)算機(jī)應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)部條件；標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵；立法是保障物聯(lián)網(wǎng)順利運(yùn)行的社會(huì)環(huán)境。從技術(shù)上講，要實(shí)現(xiàn)物品間的連接，傳感器是不可或缺的。要通過傳感器把物品標(biāo)簽上所存儲(chǔ)的信息傳達(dá)給另外一個(gè)物品和另外的人，再通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自動(dòng)的、實(shí)時(shí)的對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件。這一系列工作都離不開傳感器，所以，又有人稱物聯(lián)網(wǎng)為“傳感器網(wǎng)”。

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

傳感器結(jié)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(chǔ)技術(shù)要素

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

　　首先，名稱解析服務(wù)（ONS）。名稱解析服務(wù)系統(tǒng)，類似于互聯(lián)網(wǎng)的DNS，要有授權(quán)，并且有一定的組成架構(gòu)。類似于互聯(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(yīng)的內(nèi)容，再通過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)上沒有域名是不能找見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(tái)；二是通信。首先要為上層服務(wù)提供應(yīng)用，同時(shí)，要連接操作系統(tǒng)，保持系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)。中間件還要支持各種標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和接口，如要支持RFID以及配套設(shè)備的信息交互和管理，同時(shí)，還要屏蔽前端的復(fù)雜性。一般的中間件是屏蔽了系統(tǒng)軟件的復(fù)雜性，而物聯(lián)網(wǎng)的中間件主要是屏蔽了前端硬件的復(fù)雜性，特別是像RFID讀寫器的復(fù)雜性。中間件的特點(diǎn)，第一是獨(dú)立于架構(gòu)，第二是支持了數(shù)據(jù)流的控制和傳輸，同時(shí)支持了數(shù)據(jù)處理的功能。

　　再次，信息服務(wù)系統(tǒng)。國際上多采用了EPC系統(tǒng)，采用PML語言來標(biāo)記每一個(gè)實(shí)體和物品，再通過RFID標(biāo)簽對(duì)實(shí)體標(biāo)記進(jìn)行分類，同時(shí)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，提供查詢服務(wù)。同樣，物聯(lián)網(wǎng)也有管理，類似于互聯(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(shè)的網(wǎng)管系統(tǒng)，和一般的網(wǎng)管系統(tǒng)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(chǔ)技術(shù)還包括電子數(shù)據(jù)的交換（EDI）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）等關(guān)鍵技術(shù)。

　　物聯(lián)網(wǎng)起源于電子數(shù)據(jù)交換。在國際海運(yùn)運(yùn)輸過程中，必須實(shí)現(xiàn)國際化標(biāo)準(zhǔn)的電子數(shù)據(jù)標(biāo)簽的交換。我國集裝箱已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了海運(yùn)運(yùn)輸?shù)碾娮訕?biāo)簽交換，但是標(biāo)箱到港口轉(zhuǎn)鐵路、公路運(yùn)輸?shù)倪^程，現(xiàn)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(tǒng)，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(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)。了解地球上的物品定位，離不開地理信息。物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮了很重要的作用，包括地理位置、查詢、運(yùn)輸路線，服務(wù)范圍，物流網(wǎng)布局，都離不開地理信息。

　　物聯(lián)網(wǎng)更離不開全球定位系統(tǒng)。通過全球定位系統(tǒng)才能真正實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和物流的全球現(xiàn)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(tǒng)，我國也開始開發(fā)自己的定位系統(tǒng)，如北斗星定位系統(tǒng)正在不斷發(fā)展。

　　物聯(lián)網(wǎng)離不開射頻識(shí)別技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用經(jīng)過長期的發(fā)展過程，現(xiàn)在和移動(dòng)信息化實(shí)現(xiàn)了有機(jī)結(jié)合，有助于物流、資金流、信息流的三流合一，應(yīng)用范圍非常廣泛。射頻識(shí)別技術(shù)工作原理簡單。射頻識(shí)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(tǒng)RFID系統(tǒng)主要包括RFID標(biāo)簽、RFID閱讀器、RFID中間件、電子產(chǎn)品代碼（EPC）信息系統(tǒng)和對(duì)象命名服務(wù)（ONS）等。

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)由標(biāo)簽和讀寫器（含天線）兩部分組成。讀寫器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射射頻能量形成電磁場，其作用距離和范圍的大小取決于發(fā)射功率和天線。標(biāo)簽通過作用域時(shí)被觸發(fā)，發(fā)送存儲(chǔ)在標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)讀寫器的指令改寫存儲(chǔ)在標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。讀寫器可與標(biāo)簽之間可以進(jìn)行通信。標(biāo)簽有很多種，有主動(dòng)式、被動(dòng)式；讀寫方式有只讀方式和讀寫性標(biāo)簽。

　　現(xiàn)在，電子標(biāo)簽成本在降低，形式在多樣化，應(yīng)用廣泛。如廣東地區(qū)很多工廠的每一個(gè)工位上都有標(biāo)簽，每一個(gè)標(biāo)簽都注釋了每一個(gè)工序，工作流都記在在標(biāo)簽上，能準(zhǔn)確定位工位出現(xiàn)的問題。

　　形成物聯(lián)網(wǎng)要靠商品的統(tǒng)一編碼，沒有商品統(tǒng)一的編碼，就沒有物聯(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(tǒng)由編碼體系、射頻識(shí)別系統(tǒng)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(yīng)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，沒有歧視性。

　　另外的技術(shù)，就是無線通信和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)離不開這些內(nèi)容。此外，物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算互相促進(jìn)，為大數(shù)據(jù)量傳輸、多媒體應(yīng)用、電子政務(wù)、電子商務(wù)、電子圖書館等突破了網(wǎng)絡(luò)瓶頸，正得到快速發(fā)展。

二、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展動(dòng)向

　　物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用非常廣泛，大到軍事反恐、城建交通，小到家庭個(gè)人。當(dāng)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(duì)方，人們的生活方式將從“感覺”跨入“感知”的階段，從“感知”到“控制”。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(shè)分為幾個(gè)階段：

第一個(gè)階段是大型機(jī)、主機(jī)的聯(lián)網(wǎng)；
第二個(gè)階段是臺(tái)式機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)；
第三個(gè)階段是手機(jī)等一些移動(dòng)設(shè)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?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)的家用電器工業(yè)設(shè)備連接起來，加入互聯(lián)互通的行列，這種應(yīng)用是極為廣闊的。

　　(二)物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)應(yīng)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(xiàn)“物”的識(shí)別。
二是傳輸網(wǎng)絡(luò)，即通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)或未來的NGN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計(jì)算。這其中，前三項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，NGN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是市場新方向。接入網(wǎng)的光纖化是整個(gè)NGN計(jì)劃中投資最大也是最重要的部分。
三是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，即輸入輸出控制終端，可基于現(xiàn)有的手機(jī)、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(biāo)簽（RFID）、傳感器、嵌入式軟件及傳輸數(shù)據(jù)計(jì)算等領(lǐng)域。這個(gè)環(huán)節(jié)涉及所有網(wǎng)絡(luò)的大連接，電子信息、電子設(shè)備都受益。物聯(lián)網(wǎng)未來將涉及能源、金融和保險(xiǎn)系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、追蹤系統(tǒng)、醫(yī)療保健系統(tǒng)和氣候系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施等方面。

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

　　物聯(lián)網(wǎng)最重要的應(yīng)用是現(xiàn)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)部門正在制定現(xiàn)代物流的發(fā)展規(guī)劃，明確提出要把物聯(lián)網(wǎng)作為現(xiàn)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(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(yuǎn)遠(yuǎn)高于國外水平，我國物流發(fā)展需要物聯(lián)網(wǎng)。通過物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，形成集成化的信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)的現(xiàn)代化，通過現(xiàn)代化管理從物流業(yè)的小外包實(shí)現(xiàn)真正的現(xiàn)代化外包。把企業(yè)的局部的物流擴(kuò)展到全社會(huì)的物流，最大限度地降低成本，實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)現(xiàn)代化。如在物流通關(guān)過程中，廣東省經(jīng)濟(jì)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)的問題。所以，以物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)為抓手，來推動(dòng)物流信息技術(shù)的應(yīng)用和推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)是下一階段的重要工作。

　　城市資源規(guī)劃系統(tǒng)也是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要應(yīng)用。有ERP、IRP、GRP系統(tǒng)，也需要CRP系統(tǒng)，即城市資源規(guī)劃系統(tǒng)。建設(shè)這樣一個(gè)子系統(tǒng)也需要物聯(lián)網(wǎng)和寬帶無線接入，把城市資源“城市水、電、氣、熱資源管理運(yùn)營平臺(tái)”，“城市靜態(tài)交通泊車管理運(yùn)營平臺(tái)”，“城市消防安全監(jiān)管運(yùn)營平臺(tái)”等系統(tǒng)整合起來。通過建立城市EPC信息港，通過城市電子商務(wù)平臺(tái)，把各種指揮中心資源應(yīng)用平臺(tái)緊密聯(lián)系，依托物聯(lián)網(wǎng)是可以實(shí)現(xiàn)的，這既是電子政務(wù)的應(yīng)用，也是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，能發(fā)揮綱舉目張、承上啟下的作用。類似的應(yīng)用還有藥品的防偽監(jiān)督管理。

　　總之，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)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)信息化開辟了人與機(jī)、機(jī)與機(jī)/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(shè)的下一個(gè)機(jī)遇，也將成為世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的新亮點(diǎn)。