物联网现状与研究前景

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【摘 要】本文从物联网的起源与概念出发，对物联网技术体系结构进行深入分析，将物联网细分为：应用层、公共服务层、中间件层、网络层、基础设备层。并从技术与应用方面分析了目前国内外的发展现状，提出日后的研究方向的建议，最后对未来物联网的憧憬。

【关键词】物联网；技术体系；发展现状；研究方向

0 引言

物联网是目前各类技术的整合体，它囊括了电子技术、自动化技术、通信技术、生物技术、机械技术、材料技术、人工智能等以往完全无关联技术。物联网产业在自身发展的同时，带来庞大的产业集群效应。据保守估计，传感技术在智能交通、公共安全、重要区域防入侵、环保、电力安全、平安家居、健康监测等诸多领域的市场规模均超过百亿甚至千亿。权威机构预测，到2020年，物物互联业务与现有人人互联业务之比将达到30∶1，物联网产业将有可能成为下一个万亿级的产业。美国《福布斯》杂志评论未来的物联网将比现有的Internet大得多，市场前景将远远超过计算机、互联网、移动通信等市场。

1 物联网的起源与概念

物联网的起源可以追溯到1991年美国麻省理工学院首次提出物联网的概念。1995年比尔・盖茨在《未来之路》一书当中也提及物物互联。1999年麻省理工学院Auto-ID实验室提出“物联网”一词，此时的物联网是依托射频识别（RFID）技术的物流网络[1]。直至2005年，国际电信联盟（ITU）《ITU互联网报告2005：物联网》预示着“物联网”时代的来临[2，4]。

目前，关于物联网（Internet of things）还没有统一标准定义。物联网概念最早由美国Auto-ID于1999年提出，即通过RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，依照规定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交互，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

2 物联网技术体系结构

根据感应、传输、服务三方面，按照功能垂直划分，物联网可分为应用层、网络层和感知层[3，5，6]，并从这三层可以细分为五层：

图1 物联网层次结构

应用层主要功能是处理和分析感知数据信息，为用户提供不同的服务，如PC上的各类应用软件，可以根据用户的需求定制开发功能不一的应用。

公共服务层为物联网应用提供公共服务，为应用层提供公共的数据处理和底层架构服务，如PC操作系统的职责，作为应用层的支撑，为应用层提供必要的接口共享公共数据，使应用层的开发变得更为简单可行。

中间件层负责数据存储管理、设备管理、服务管理、电源管理、QoS管理等。

网络层负责实现感知数据和控制信息的交互，网络层是物联网的枢纽，他可以建立在现有的通信网络之上为物联网上所有对象赋予唯一标示。

基础设备层包括物联网所涉及的各类物理设备，如传感器、RFID标签、RFID读写器、智能终端等。这些设备主要实现信息采集预处理、事件响应及用作用户终端或控制设备。

3 国内外发展现状

目前全球物联网还处于起步阶段，应用主要以RFID、传感器、M2M（Machine to Machine）等项目，大部分是试验性或小规模部署的处于探索和尝试阶段。但物联网应用规模正在逐步扩大，正在以点带面的趋势发展，据Visiongain最新所发行的联网汽车市场预测报告书显示，2013年，全球车联网市场规模预计将达到218.2亿美元，显然车联网已经成为物联网领域一个巨大金矿，正在带动各子物联网的蓬勃发展。

以传感器技术和RFID技术为代表的感知技术是目前发达国家重点发展的核心技术，RFID技术已步入成熟发展期。近距离无线通信技术目前面临多种技术并存的现状，其中IEEE 802.15.4技术影响最大，在低速低功耗无线技术方面正在研究适合智能电网和工业监控应用的增强技术。广域无线接入以蜂窝移动通信技术为代表，正在开展核心网和无线接入M2M增强技术的研究。

我国政府对物联网一直十分重视，从政策和宏观调控上大力支持物联网的发展，目前，我国已形成基本齐全的物联网产业体系，部分领域已形成一定市场规模，正在缩短与国外相关技术的差距，打破高端技术必须从国外引进的困境。“十二五”期间物联网重点投资智能电网、智能交通、智能物流等十大领域，预计到2015年将形成核心技术的产业规模2000亿元，近期国家发改委会同多部委印发了《物联网发展专项行动计划（2013-2015）》。计划包括了顶层设计、标准制定、技术研发、应用推广、产业支撑、商业模式、安全保障、政府扶持、法律法规、人才培养10个专项行动计划。国内三大电信运营商也在大力发挥自有优势，以其基础设施支撑服务用户，目前已初步实现一卡通服务、安防系统服务的支持。

4 物联网发展研究方向

物联网行业应用需求量大，潜在市场规模巨大，但现阶段物联网的发展存在诸多瓶颈[7]。

4.1 技术标准

目前，物联网在国际上还未有统一标准，物联网标准化是物联网建设中一项重要的工作，对物联网发展影响有非常重要。但当下物联网的发展都以国家或企业独立研发为主，各自的标准相差甚远，在利益的趋势下，技术的统一步履维艰，因为谁掌握了标准就意味着占据了市场的制高点。现有物联网标准不兼容问题严重，若这一技术标准形成，一些原本复杂的问题将不复存在。物联网的标准化主要射击以下几个方面：物理/数据接口、M2M接入标准、信息存储与传输标准化、通信协议标准化、服务标准化、测试与评价标准化、信息安全标准化[6，7]等。

4.2 安全与隐私保护

物联网的安全比互联网的安全问题更加艰巨与重要，往往是一个被广泛关注的话题，因为物联网的连接对象主要是机器或物，主要是它能控制物体，这样便使得安全隐患甚大，例如：RFID标签中的个人数据以及商业情报数据一旦被他人利用，损失将无可估量，同时，无论是智能家庭、多媒体娱乐、交通运输、灾害应急等领域，都被他人入侵而失控，我们将无法想象给人们带来多大的灾难。从这种种隐患我们可以得到研究方向主要包括：读取控制、隐私保护、用户认证、不可抵赖性、数据保密性、通讯安全、数据完整性、随时可用性。

4.3 软件、算法与方法

物联网的建成，网络上的终端数量将成几何倍数的增长，所要处理的数据量与运算量也将急剧增长，所以一种新型的网络协议和算法的支持以及高效节能的嵌入式操作系统的支持至关重要。物联网的数据传输也需要更加可靠的加密算法的支持，实现低耗能低存储的理念。在公共服务领域，更需优化QoS的资源优化调度算法，为大数据时代做好准备。

5 未来物联网的憧憬

物联网的不断完善必定给人们的生活带来质的飞跃，这些新的技术与服务给使用者带来进一步的效率、便利和安全。全球都有统一的物联网标准，安全机制完善得到充分完善，真正做到足不出户，知天下事做天下事，比如家庭办公、智能家庭、智慧城市等。可能只是一部手机或者一部可收发指令终端，便可操纵身边的所有事物，下班前，可以用终端对家里的厨房设定晚餐，而我们回到家中时只需享用美味的晚餐；例如谷歌的一款无人驾驶汽车，我们有希望日后将不需要人为驾驶汽车，全有统一控制中心协调统筹规划，遵照一定的规定和规则行事，根据不同路段及路况做出最优的决策，车祸的发生概率将极大的减小。如同看美国科技大片那般科技发达的未来正在袭来。

6 结束语

物联网一词虽然已被人熟知，但是物联网的概念一直在发展和变化，从最早的传感网到泛在网，让人们能够在任何时间、任何地点使用任何网络与任何人或物的信息交换，但目前，对物联网的应用还仅仅局限与部分行业与领域。物联网的构建也是以小范围区域形式的建设，全球物体之间的互动互联还有一段很长且艰苦道路要走。

一场信息产业革命正在席卷而来，将像互联网一样改变我们的交流方式与商业模式。物联网的发展也将是我国难得的一次发展机遇。抓住他才能让我国在新世纪拥有一席之地，使我国早日强大与富裕。

【参考文献】

[1]Luigi Atzoria， Antonio Ierab， Giacomo Morabitocthe. The Internet of Things：a survey[J]. Computer Networks， 2010， 54（15）： 2787-2805.

[2]物联网白皮书（2011）[R]. 工业和信息化部电信研究院，2011，5.

[3]吕廷杰.物联网的由来与发展趋势[J].信息通信技术，2010（2）：4-8.

[4]杨刚，沈沛意，郑春红.物联网理论与技术[M].北京：科学出版社，2010.

[5]李振汕.对物联网核心技术发展问题的探讨[J].硅谷，2011（1）：17-18.

[6]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2010-12：4.

[7]A. Nilssen. Security and privacy standardization in internet of things[C]// eMatch’09 - Future Internet Workshop. Oslo， Norway， September， 2009.