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    作者簡介：凌志浩（1957-），男，博士，華東理工大學教授，博士生導師。兼任教育部高等學校自動化專業教學指導分委員會委員，中國儀器儀表學會過程檢測控制分會常務理事，中國自動化學會儀表與裝置專業委員會委員，上海市信息學會常務理事，上海市自動化學會理事。主要從現場總線、無線傳感器網絡和物聯網、嵌入式系統應用等方面的教學和科研工作。

    摘要：在引出物聯網的來龍去脈后，敘述了物聯網的定義、技術框架，分析了當前物聯網所面臨和亟待解決的問題，討論了物聯網的關鍵技術、產業鏈和發展措施，介紹了國內外物聯網的一些應用及其具有應用優勢的領域。隨著物聯網技術的發展和推廣應用，必將推進經濟發展和社會進步，并為人類生活帶來革命性的變化。

    關鍵詞：物聯網；技術框架；關鍵技術；產業鏈；應用

    1 引言

    自1999年麻省理工學院自動標識中心（MIT Auto-ID Center）提出物聯網(The Internet of things) 概念后，國際電信聯盟（ITU）在2005 年發布的年度技術報告中也指出了“物聯網”通信時代即將來臨， 2009年，歐洲物聯網研究項目工作組(CERP-IoT)在歐盟委員會資助下制訂了《物聯網戰略研究路線圖》、《RFID 與物聯網模型》等意見書，同年日本也制定了i-Japan 計劃。2008年11月，美國IBM 公司總裁彭明盛在紐約對外關系理事會上發表了題為《智慧地球：下一代領導人議程》的講話，正式提出“智慧地球”（Smarter Planet）設想，2009年1月奧巴馬對此給予積極回應，認為“智慧地球” 有助于美國的“巧實力”(Smart Power)戰略，是繼互聯網之后國家發展的核心領域。2009年8月，溫家寶總理在考察中科院無錫高新微納傳感網工程技術研發中心時，明確指示要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術，并且明確要求盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”中心；并指出“要著力突破傳感網、物聯網的關鍵技術，及早部署后IP時代相關技術研發，使信息網絡產業成為推動產業升級，邁向信息社會的‘發動機’”。隨著中美兩國領導人的表態， 物聯網/傳感網作為“智慧地球”的核心技術之一，被各方提到空前的高度，被媒體廣為報道。

    以感知和智能為特征的新技術的出現及其相互融合，使得未來信息技術的發展由人類信息主導的互聯網向物與物互聯信息主導的物聯網轉變，既兼顧物與物的相聯，又涵蓋人與物的溝通和人與人的通信，構建更智能的泛在信息社會。目前，已被美國列為振興經濟的兩大工具之一，被歐盟定位成使歐洲領先全球的基礎戰略，被中國納入戰略性新興產業規劃重點。業界認為物聯網是繼計算機、互聯網、移動通信網之后信息產業的又一重大里程碑。從“智慧地球”到“感知中國”，“物聯網”已成為全球矚目的關鍵詞。 “智慧地球”是IBM對運用信息技術構建新的世界運行模型的愿景，而“感知中國”是對物聯網在中國泛在應用效果的概括。

    以上表明，物聯網/傳感網技術已成為當前各國科技和產業競爭的熱點，許多發達國家都加大對物聯網技術和智慧型基礎設施的投入與研發力度，力圖掄占科技制高點。我國也及時地將傳感網和物聯網列為國家重點發展的戰略性新興產業之一。

    2 物聯網技術

    2.1 物聯網

    物聯網(The Internet of things)是指在物理世界的實體中，部署具有一定感知能力、計算能力和執行能力的嵌入式芯片和軟件，使之成為智能物體，通過網絡設施實現信息傳輸、協同和處理，從而實現物與物、物與人之間的互聯。具體地說，就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中，然后將“物聯網”與現有的互聯網整合起來，實現人類社會與物理系統的整合。它是一種“萬物溝通”的、具有全面感知、可靠傳送、智能處理特征的、連接物理世界的網絡，可實現任何時間、任何地點及任何物體的連結，使人類可以更加精細和動態的方式管理生產和生活，達到“智慧”狀態，提高資源利用率和生產率水平，改善人和自然界的關系，從而提高整個社會的信息化能力。

    物聯網作為一種“物物相連的互聯網”，無疑消除了人與物之間的隔閡，使人與物、物與物之間的對話得以實現。由于整個物聯網的概念涵蓋了從終端到網絡、從數據采集處理到智能控制、從應用到服務、從人到物等方方面面，涉及到射頻識別(RFID)裝置、WSN 網絡、紅外感應器、全球定位系統、Internet 與移動網絡、網絡服務、行業應用軟件等眾多技術。在這些技術當中，又以底層嵌入式設備芯片開發最為關鍵，來引領整個行業的上游發展。

    2.2 物聯網的技術框架

    基于ITU的架構，物聯網的技術體系框架包括感知層技術、網絡層技術、應用層技術和公共技術。若以電信網的架構來看，主要是向下多了一個感知延伸層，上面多了更多的應用，如圖1所示。

                   

                               圖1 物聯網技術體系框架

    (1) 感知層：數據采集和感知主要用于采集物理世界中發生的物理事件和數據，包括各類物理量、標識、音頻、視頻數據。物聯網的數據采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技術。傳感器網絡組網和協同信息處理技術實現傳感器、RFID等數據采集技術所獲取數據的短距離傳輸、自組織組網以及多個傳感器對數據的協同信息處理過程。

    (2) 網絡層：實現更加廣泛的互聯功能，能夠把感知到的信息無障礙、高可靠、高安全地進行傳送，這需要傳感器網絡與移動通信技術、互聯網技術相融合。雖然這些技術已較成熟，基本能滿足物聯網的數據傳輸要求；但是，為了支持未來物聯網新的業務特征，現在傳統傳感器、電信網、互聯網可能需要做一些優化。

    (3) 應用層：主要包含應用支撐平臺子層和應用服務子層。其中應用支撐平臺子層用于支撐跨行業、跨應用、跨系統之間的信息協同、共享、互通等功能；應用服務子層包括智能交通、智能醫療、智能家居、智能物流、智能電力、環境監測和工業監控等行業應用。

    (4) 公共技術：公共技術不屬于物聯網技術的某個特定層面，而是與物聯網技術架構的三層都有關系，它包括標識與解析、安全技術、網絡管理和QoS管理。

    由此可見，“全面感知、可靠傳送和智能處理”是物聯網必須具備的三個重要特征，也是“智慧地球”所期望的“更徹底的感知、更全面的互聯互通、更深入的智能化”之核心所在。

    2.3 物聯網所面臨的問題

    盡管Forrester預測表明，到2020年世界上“物物互聯”的業務較“人與人通信”的業務，其發展前景及對經濟和社會的影響更巨大。然而，要真正實現物聯網，需要系統解決一系列問題，如核心技術、標準規范、產品研發、安全保護、產業規劃、體制機制、協調合作、推廣應用等技術問題和管理問題。

    (1) 突破核心技術。對于尚處于物聯網關鍵技術研發和規模化應用初始階段的中國，必須盡快突破核心技術，搶占制高點。首當其沖待攻克的核心技術包括傳感器技術、射頻識別技術、智能通信與控制技術、海量數據處理技術以及非IP數據交換技術、異構網絡融合技術、自治區域動態管理等技術。

    (2) 制定標準規范。作為處于產業發展初期的物聯網，確有許多影響物聯網發展的瓶頸亟待突破，缺乏統一標準體系和成熟商業模式已成為目前制約其發展的關鍵要素。因此，花大力氣制定相關的標準化體系、產業鏈體系、研發與應用項目規范等十分必要，它可為最終成為一種能被世界各國認可的統一的物聯網國際標準奠定基礎。

    (3) 關注信息安全。信息安全一直是困擾互聯網發展的痼疾，而在物聯網時代這個痼疾還將繼續威脅其生存和發展。物聯網中的物與物、物與人之間互聯，使用大量的信息采集和交換設備，信息采集和傳輸頻繁，承載著大量的國家經濟社會活動和戰略性資源，其信息安全和保護隱私等問題必須重點考慮和解決。如果物聯網安全問題得不到有效的解決，我國的產業安全、經濟安全乃至于國家安全都將被置于一個巨大的無底洞之中。因此，信息安全也是我國未來物聯網發展所面臨的一個根本問題。

    (4) 尋求統一協議。物聯網是互聯網的延伸，它是基于網絡的多種技術的結合，應該有相關協議標準做支撐。在物聯網核心層面是基于TCP/IP 協議；但是在接入層面，協議類別五花八門（如GPRS、短信、傳感器、TD-SCDMA 等），物聯網需要一個統一的協議棧。

    (5) 擴充IP地址。物聯網中的每個物品都需要被尋址，這就需要解決地址問題。由于物聯網需要更多的IP地址，這對目前即將耗盡的IPv4資源而言是無法支持的，那就需要IPv6來支撐。物聯網一旦使用IPv6地址，不盡會在IPv4向IPv6過渡過程中存在與IPv4的兼容性問題，而且對傳感網末梢節點如何承載IPv6 這種“重量級”通信協議，也需要有對策。

    (6) 推進官產學研用。物聯網作為新概念、新技術，其產業化推進還缺少國家級的產業戰略謀劃，這更需要有高級別的官產學研用聯盟來組織引導，官產學研用各司其職，集中資源，形成合力。眾所周知，物聯網熱潮源頭在科研院所和高效，他們側重基礎理論，能夠提供技術支持；但物聯網最終發展需要靠企業，通過大規模工程實踐牽引，形成物聯網的服務模式和商業模式，以應用為先導，兼顧國家安全需求和民用市場，這樣才能落在實際的應用上。

    3  物聯網關鍵技術和發展措施

    3.1 物聯網的關鍵技術

    基于未來信息產業的發展在由信息網絡向全面感知和智能應用兩個方向拓展、延伸和突破的需求，物聯網涉及從信息獲取、傳輸、存儲、處理、應用的全過程，材料、器件、軟件、系統、網絡各方面的創新都會促進物聯網的發展。因此，毫無疑問物聯網的關鍵技術包括物體標識、體系架構、通信和網絡、安全和隱私、服務發現和搜索、軟件服務與算法、硬件、能量獲取和存儲、設備微型小型化、標準等。

    而由國際電聯報告所提出物聯網關鍵性應用技術主要包括RFID、傳感器、智能技術和納米技術等四個。

    3.2 物聯網的產業鏈

    物聯網的研究和行進路徑主要包括信息匯聚、協同感知、泛在聚合3個階段，而每個階段的技術需求各異。如信息匯聚階段，其技術需求集中在先進傳感器和低功耗、小型化、高性能的新型傳感器設計與實現、短距離無線傳輸技術、低功耗技術和電磁兼容技術方面研發；協同感知階段，其技術需求集中在任務驅動的大規模自治組網技術、上下文感知技術、移動通信網絡與無線傳感器網絡無縫融合技術以及海量信息處理技術方面；泛在聚合階段，其技術需求集中在信息聚合理論、模糊控制技術、泛在異構網絡、人工智能、仿生學傳感器、納米材料以及生物芯片等方面。

    從產業鏈的角度來說，物聯網是以應用解決方案為核心、以傳感感知、傳輸通信、運算處理為關鍵環節的集成創新價值鏈，具體可以細分為標識、感知、處理和信息傳送四個環節，每個環節的關鍵技術分別為RFID、傳感器、智能芯片和運行商的無線傳輸網絡。綜上所述，在物聯網中，傳感是前提、計算是核心、安全是保障、網絡是基礎、應用服務是牽引，而標準則是支持物聯網產業鏈的重要基礎。

    3.3 突破物聯網技術的措施

    基于我國物聯網總體還處于起步階段的現狀，我國工信部已提出相關措施來推進物聯網技術創新以及產業與應用的發展，國家科技部也已著手973及重大科學研究計劃立項，重點就物聯網基礎理論、體系結構、關鍵技術、驗證平臺和示范應用等方面協同攻關。

    (1) 突破物聯網核心技術和重大關鍵共性技術，實現科技創新。加強行業和領域物聯網技術解決方案的研發和公共服務平臺建設，引導產業鏈上下游的協作，面向重點業務應用，協同開展物聯網重大技術攻關和應用集成創新，形成更多更好的具有自主知識產權的產品和技術品牌。

    (2) 制訂我國物聯網發展規劃，全面布局。重點發展高端傳感器、MEMS、智能傳感器和傳感器網絡節點、傳感器網關、超高頻RFID、有源RFID和RFID中間件產業等，重點發展物聯網相關終端和設備以及軟件和信息服務。

    (3) 選擇重點領域和重點工程，開展物聯網行業示范應用，通過應用引導和技術研發的互動式發展，帶動物聯網的產業發展。圍繞企業技術創新和應用的共性需求，建設物聯網技術、測試、信息等公共服務平臺。鼓勵支持物聯網與TD-SCDMA結合的技術和應用研究，通過物聯網應用促進TD-SCDMA產業鏈和技術的成熟，提升其產業鏈在物聯網應用過程中的整體價值。

    (4) 加快物聯網標準體系建設，確保我國在未來全球物聯網產業發展中占據有利地位，以保障物聯網技術的可持續發展。一，要做好頂層設計，以滿足產業需要，形成技術創新、標準和知識產權協調互動機制；二，應面向重點業務應用，加強關鍵技術的研究，建設標準驗證、測試和仿真等標準服務平臺，加快關鍵標準的制定、實施和應用；三， 建立跨行業、跨領域的物聯網標準化協作機制，加強產學研用各環節的協作；四，積極參與國際標準制定，加強國際交流合作。以此推動具有自主知識產權的創新研究成果和國內標準成為國際標準。

    4  物聯網的應用

    代表了下一代信息技術發展方向的物聯網就其本身而言，需要借助多種技術的結合才能實現。物聯網的發展離不開應用，未來一定是結合各個行業應用來發展，以提高人類的物質生活水平，促進企業生產和經營管理模式的改變。

    物聯網的用途較其它傳統網絡更為廣泛，遍及智能交通、智能電網、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監控、護理等等，涉及人類生活、工作、健康和社會領域的方方面面。目前，國內外物聯網的一些應用及其物聯網具有應用優勢的領域主要包括：生態環境的監測和保護、高效農業工程傳感監測、醫療健康應用、安全檢測與監控、物流管理和配送、軍事領域。中國電信透露的已開發的物聯網應用產品，已涵蓋了智能家居、智能醫療、智能城市、智能環保、智能交通、智能司法、智能農業、智能物流、智能校園、智能文博、M2M平臺等物聯網的主要應用領域。

    隨著社會生活、生產中不斷催生的新的需求，物聯網技術還將通過自身的創新來滿足用戶的需求，提供越來越廣泛的應用，為人們提供更好、更智能的服務，實現共促共榮的良好發展局面。

    5  結語

    互聯網和移動通信網的發展，改善了人與人之間的交流方式和的交流效率，縮短了時間和空間的距離；而“物聯網”引入了人與物之間的交流，成為改變人類生活的技術首選，其發展目標就是使得人們可以在任意時間、任意地點都可以與任何物品相聯，無疑為人類生活帶來了革命性的變化。

    如何立足國民經濟和社會發展對物聯網技術的重大需求，構建物聯網新型體系結構，突破物聯網設計和實施的關鍵技術，并以應用為導向來帶動物聯網技術的發展，需要繼續加大對物聯網基礎平臺和關鍵技術的投入，加快物聯網標準的建立，并以需求來驅動物聯網應用。筆者相信物聯網的推廣將會成為推進經濟發展和社會進步的驅動器。

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