浅析物联网技术及国内外物联网发展形势

浅析物联网技术及国内外物联网发展形势张庆增摘要：物联网因其巨大的发展前景而引起各国政府、学术界及工业界的极大关注。本文主要介绍了物联网的基本概念、基本属性和特征及，描述了物联网的体系构成及各国物联网的发展状况和物联网的发展趋势。关键字：物联网传感器网络射频识别技术体系结构社会影响发展状况1物联网及其体系结构1.1概念：1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议首先提出物联网(InternetofThings)这个概念。1999年MITAuto-ID中心的Ashton教授在研究RFID时最早提出来的。提出了结合物品编码、RFID和互联网技术的解决方案。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internetofthings”（简称物联网），这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。传感网是基于感知技术建立起来的网络。中科院早在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布《ITU互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念。物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。2008年底IBM向美国政府提出的“智慧地球”战略，即把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓“物联网”，实现实时的、智慧的、动态的管理和控制。2010年11月3日，温家宝总理在人民大会堂向首都科技界发表“让科技引领中国可持续发展”的文章，指出：要着力突破传感网、物联网关键技术。可见发展物联网技术已经成为我国转变经济发展方式，推动我国经济发展的战略性支柱之一。1.2基本属性及基本特征：物联网是互联网向物理世界的延伸和扩展，互联网可以做为物联网传输信息的重要途径之一，而传感网作为自组织网络方式属于物联网中重要的一类感知技术。物联网具有其基本属性，实现了任何人、任何物体在任何时间、任何地点，使用任何路径\网络以及任何设备的链接。因此物联网的相关属性包括集中，内容，收集，计算，通讯以及场景的连通性。这些属性表现的是人们与物体之间或物体与物体之间的无缝连接。物联网的特征：1）它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。2）它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。3）物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。1.3核心技术——RFID(射频识别技术)．1.3.1什么是RFIDRFID是RadioFrequencyIdentification的缩写，即射频识别。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。1.3.2组成最基本的RFID系统由三部分组成：1)标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；2)阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式3)天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。1.3.3工作原理：电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面；阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主机进行相关处理。1.3.4RFID电子标签标准：现在国际上有两家权威的RFID电子标签标准研究机构，代表着国际电子标签标准的发展方向。一个是1999年成立总部位于美国麻省理工学院的自动ID中心，另一个是2003成立的日本泛在ID中心，上述两个中心推出的标准化规格有一些差别。我国RFID电子标签技术的生产和应用领域仅有一些行业标准，各厂家自主开发的射频标签产品在容量、信息格式等方面不一致，不兼容。因此我国应尽快制定出具有我国自主知识产权的“电子标签”国家标准，同时和国际目前的相关标准相兼容，以促进中国的“电子标签”发展的标准化和规范化。2.物联网架构2.1感知层即利用RFID、传感器、二维条码等随时随地获取物体的信息2.1.1感知层的作用（1）感知和识别物体（2）采集和捕获信息2.1.2感知层实现方式（1）RFID标签和读写器（2）M2M（machinetomachine）终端和传感器（3）传感器网络和网关（4）摄像头和监控（5）GPS/北斗定位授时（6）智能家居网关2.1.3感知层突破方向（1）更敏感和更全面的感知能力（2）解决低功耗的问题（3）解决小型化和低成本问题2.2网络层通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确的地传递出去。2.2.1网络层作用（1）连接感知层和应用层（2）随时随地的连接实现（3）当前最成熟的部分2.2.2网络层主要层次（1）接入网：无线/光纤各种类型的接入形式（2）核心网：统一IP协议上的大带宽的可靠网络（3）业务支撑平台：业务统一管理部署和运营支撑2.2.3网络层突破方向（1）扩展规模，以实现无处不在（2）业务可扩展的管理运营能力（3）简化结构，上下层面融合2.3应用层即把感知层得到的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。2.3.1应用层作用（1）信息技术与行业专业技术结合（2）实现广泛智能化应用的解决方案集合2.3.2应用层主要应用方向（1）智能家居（2）智能交通（3）智能城管（4）智能电力（5）智能医疗（6）智能通信服务2.3.3应用层突破方向（1）信息技术与行业的深度融合（2）信息的社会化共享和安全保障（3）基于云计算的应用整体架构3物联网的发展状况及社会影响3.1国外物联网的发展概况：目前国外对物联网的研发、应用主要集中在美、欧、日、韩等少数国家。美国是物联网技术的主导和先行国之一，较早开展了物联网及相关技术的研究与应用。据美国《科学时报》报道，在美国国家自然科学基金会（NSF）资助下，马萨诸塞州剑桥城于2007年就着手打造全球第一个全城无线传感网。但是，掀起物联网关注热潮应当是在2009年1月IBM提出智慧地球之后。2009年1月，在奥巴马总统与美国工商界领袖举行的一次会议上，IBM首席执行官彭明盛提出了智慧地球概念，并建议美国政府投资新一代智慧型基础设施。奥巴马对此给予积极回应：经济刺激资金将会投入到宽带网络等新兴技术中去，毫无疑问，这就是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式。这将智慧地球提升为国家层级的发展战略，将新能源和物联网列为振兴经济的两大武器，从而引起全球的广泛关注。同时，物联网产业引发全美工商界的高度关注，并认为智慧地球有望成为又一个信息高速公路计划，从而在世界范围内引起轰动。欧盟制定了欧洲行动计划，科学规划未来发展路线。欧盟早在2006年就成立工作组，专门进行RFID技术研究，并于2008年发布《2020年的物联网--未来路线》。2009年6月，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》（InternetofThings-AnactionplanforEurope），提出了包括监管、隐私保护、芯片、基础设施保护、标准修改、技术研发等在内的14项框架内容，主要有管理、隐私及数据保护、芯片沉默的权利、潜在危险、关键资源、标准化、研究、公私合作、创新、管理机制、国际对话、环境问题、统计数据和进展监督等一系列工作。这项框架内容对物联网未来发展以及重点研究领域给出了明确的路线图，确保欧洲在建构物联网过程中起主导作用。2009年10月，欧盟委员会以政策文件的形式对外发布了物联网战略，提出要让欧洲在基于互联网的智能基础设施发展上领先全球，除了通过ICT研发计划投资4亿欧元，启动90多个研发项目以提高网络智能化水平外，欧盟委员会还将于2011年～2013年间每年新增2亿欧元进一步加强研发力度，同时拿出3亿欧元专款，专门支持物联网相关公私合作短期项目建设。欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）在其报告InternetofThingsin2020中分析预测，未来物联网的发展将经历4个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2011年～2015年物体互联，2015年～2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。就目前而言，许多物联网相关技术仍在开发测试阶段，离不同系统之间融合、物与物之间的普遍链接的远期目标还存在一定差距。日本政府自20世纪90年代中期以来相继制定了e-Japan、u-Japan、i-Japan等多项国家信息技术发展战略，从大规模开展信息基础设施建设入手，稳步推进，不断拓展和深化信息技术应用，以此带动本国社会、经济发展。日本政府早在2004年就推出了u-Japan计划，着力于发展泛在网及相关产业，并希望由此催生新一代信息科技革命。2008年，日本总务省提出u-JapanxICT政策。x代表不同领域乘以ICT的含义，一共涉及三个领域：产业xICT、地区xICT、生活（人）xICT。将u-Japan政策的重心从之前的单纯关注居民生活品质提升拓展到带动产业及地区发展，即通过各行业、地区与ICT的深化融合，进而实现经济增长的目的。为了确保在信息时代的国际竞争地位，2009年7月日本IT战略本部颁布了日本新一代的信息化战略--i-Japan战略，并于2009年8月日本又将u-Japan升级为i-Japan战略，提出智慧泛在构想，将传感网列为其国家重点战略之一，致力于构建一个个性化的物联网智能服务体系，充分调动日本电子信息企业积极性，确保日本在信息时代的国家竞争力始终位于全球第一阵营。为了让数字信息技术融入每一个角落，首先将政策目标聚焦在三大公共事业：电子化政府治理、医疗健康信息服务、教育与人才培育，提出到2015年，透过数位技术达到新的行政改革，使行政流程简化、效率化、标准化、透明化，同时推动电子病历、远程医疗、远程教育等应用的发展。同时，日本政府希望通过物联网技术的产业化应用，减轻由于人口老龄化所带来的医疗、养老等社会负担。韩国政府自1997年起出台了一系列推动国家信息化建设的产业政策，包括RFID先导计划、RFID全面推动计划、USN领域测试计划等。实现建设U化社会的愿景，韩国政府持续推动各项相关基础建设、核心产业技术发展，RFID/USN（传感器网）就是其中之一。继日本提出u-Japan战略后，韩国也在2006年确立了u-Korea战略，并制定了详尽的IT839战略，重点支持泛在网建设。u-Korea旨在建立无所不在的社会（UbiquitousSociety），也就是在民众的生活环境里布建智能型网络（如IPv6、BcN、USN）、最新的技术应用，如DMB（