物聯(lián)網(wǎng)作為一種全新的信息傳播方式，已經(jīng)受到越來越多的重視。人們可以讓盡可能多的物品與網(wǎng)絡實現(xiàn)任何時間、地點的連接，從而對物體進行識別、定位、追蹤、監(jiān)控，進而形成智能化的解決方案，這就是物聯(lián)網(wǎng)帶給人們的生活方式。
1、物聯(lián)網(wǎng)的概念及其外延
1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念
物聯(lián)網(wǎng)的概念，于1999年由麻省理工學院Auto-ID研究中心提出，它是把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化的識別和管理。受制于當時的技術(shù)發(fā)展，人們在考慮將物體連接起來的技術(shù)時，除了射頻識別技術(shù)外，沒有更多的其他方法，目前看來，這顯然是不能接受的。2005年，ITU-T發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，對“物聯(lián)網(wǎng)”涵義進行了擴展，報告分別從物聯(lián)網(wǎng)的概念、涉及到的技術(shù)、潛在的市場、面臨的挑戰(zhàn)、世界的發(fā)展機遇和未來的生活展望6大方面進行了闡述，報告以這樣的形式闡述了物聯(lián)網(wǎng)的概念：信息世界和通訊技術(shù)已經(jīng)有了新的維度：任何人、任何物體，都能夠在任何時間、任何地點以多種多樣的形式連接起來，從而創(chuàng)建出一個新的動態(tài)的網(wǎng)絡——物聯(lián)網(wǎng)。
除了上述兩種物聯(lián)網(wǎng)概念外，現(xiàn)在普遍接受的物聯(lián)網(wǎng)概念是指通過信息傳感設備，運用射頻識別(RadioFrequencyIdentification，RFID)、紅外感應、全球定位系統(tǒng)(GPS)、激光掃描等技術(shù)，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡，其中，全面感知、可靠傳遞、智能處理，是物聯(lián)網(wǎng)的3大特征。
1.2 物聯(lián)網(wǎng)的外延
要理解物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵，除了對物聯(lián)網(wǎng)的概念有所了解外，還必須清楚傳感網(wǎng)、泛在網(wǎng)、M2M、因特網(wǎng)、移動網(wǎng)等與物聯(lián)網(wǎng)密切相關的概念，圖1給出了這幾種概念之間的關系，其中陰影部分為物聯(lián)網(wǎng)的范疇。
泛在網(wǎng)也被稱作無所不在的網(wǎng)絡，包括3個層次的內(nèi)容：(1)無所不在的基礎網(wǎng)絡。(2)無所不在的終端單元。(3)無所不在的網(wǎng)絡應用。其將4A作為主要特征，即可以實現(xiàn)在任何時間(Anytime)、任何地點(Anywhere)，任何人(Anyone)、任何物(Anything)都能方便地通信；傳感網(wǎng)，一般指無線傳感器網(wǎng)絡WSN(WirelessSensorNetwork)，是指隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點，通過自組織的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡。傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的最大區(qū)別就在于傳感網(wǎng)不強調(diào)對物體的標識，僅僅感知到信號，但并不一定明確標識出是眾多被感知物體中的哪一個；M2M是指“機器對機器通信(MachinetoMachine)”，作為實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)最常見、最普遍，也是最具有可行性的方法，M2M的應用幾乎涵蓋了各行各業(yè)，其在現(xiàn)階段以及以后相當長的一段時間內(nèi)，都將是物聯(lián)網(wǎng)研究和應用的主力軍。
從本質(zhì)上講，泛在網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、M2M實際上表達的是同一個思想，即將信息交互從人與人之間擴大到人與物、物與物之間，從而實現(xiàn)通信應用范疇的極大擴展，以“信息化、智能化”改變?nèi)藗兊纳罘绞?。之所以會產(chǎn)生概念表述的不同，是由于其出發(fā)角度的不同。泛在網(wǎng)主要以人為主體，通過泛在的網(wǎng)絡構(gòu)成、泛在計算以及泛在的網(wǎng)絡應用滿足人們的各種需求；傳感網(wǎng)重點強調(diào)對于信息的感知，通過對數(shù)據(jù)進行采集、處理、融合和路由完成對于各種具體應用的數(shù)據(jù)支持；M2M則主要關注節(jié)點之間的通信，通過節(jié)點之間的信息交流，使機器設備不再是信息孤島，實現(xiàn)對設備和資產(chǎn)有效地監(jiān)控與管理。對于泛在網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、M2M之間的關系，應以辯證的方法認識到，其內(nèi)涵是在不斷變化的。
2、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)
關于物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)，學術(shù)界有諸多不同觀點。文獻提出物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)應包括3個層次：感知層、網(wǎng)絡層和應用層。文獻提出物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)應包括4個層次：感知層、傳輸層、處理層和應用層。表1對兩者的層次結(jié)構(gòu)進行了對比。文中較為贊同文獻的提法。其中指出，物聯(lián)網(wǎng)概念模型已經(jīng)無法采用傳統(tǒng)的分層模型進行描述，采用物品、網(wǎng)絡、應用三維模型建立了物聯(lián)網(wǎng)的概念模型，構(gòu)成由信息物品、自主網(wǎng)絡、智能應用為構(gòu)件的物聯(lián)網(wǎng)概念模型。圖2為物聯(lián)網(wǎng)三維概念模型。文獻認為，采用分層模型構(gòu)造物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)以及實現(xiàn)模型，得出的結(jié)果較為零散且需要進一步分類，從理論上可以說明，物聯(lián)網(wǎng)是一個復雜的系統(tǒng)，無法采用二維分層模型構(gòu)造其邏輯模型。采用物聯(lián)網(wǎng)三維概念模型可以部分解釋物聯(lián)網(wǎng)研究和開發(fā)中存在的一些爭議。
2.2 物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈可細分為標識、感知、信息傳送和數(shù)據(jù)處理這4個環(huán)節(jié)，其中的核心技術(shù)主要包括射頻識別技術(shù)，傳感技術(shù)，網(wǎng)絡與通信技術(shù)和數(shù)據(jù)的挖掘與融合技術(shù)等。
(1)射頻識別技術(shù)。RFID技術(shù)是一種無接觸的自動識別技術(shù)，利用射頻信號及其空間耦合傳輸特性，實現(xiàn)對靜態(tài)或移動待識別物體的自動識別，用于對采集點的信息進行“標準化”標識。鑒于RFID技術(shù)可實現(xiàn)無接觸的自動識別，全天候、識別穿透能力強、無接觸磨損，可同時實現(xiàn)對多個物品的自動識別等諸多特點，將這一技術(shù)應用到物聯(lián)網(wǎng)領域，使其與互聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品的跟蹤與信息的共享，在物聯(lián)網(wǎng)“識別”信息和近程通訊的層面中，起著至關重要的作用。另一方面，產(chǎn)品電子代碼(EPC)采用RFID電子標簽技術(shù)作為載體，大大推動了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用。
(2)傳感技術(shù)。信息采集是物聯(lián)網(wǎng)的基礎，而目前的信息采集主要是通過傳感器、傳感節(jié)點和電子標簽等方式完成的。傳感器作為一種檢測裝置，作為攝取信息的關鍵器件，由于其所在的環(huán)境通常比較惡劣，因此物聯(lián)網(wǎng)對傳感器技術(shù)提出了較高的要求。一是其感受信息的能力，二是傳感器自身的智能化和網(wǎng)絡化，傳感器技術(shù)在這兩方面應當實現(xiàn)發(fā)展與突破。
將傳感器應用于物聯(lián)網(wǎng)中可以構(gòu)成無線自治網(wǎng)絡，這種傳感器網(wǎng)絡技術(shù)綜合了傳感器技術(shù)、納米嵌入技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)、無線通訊技術(shù)等，使各類能夠嵌入到任何物體的集成化微型傳感器協(xié)作進行待測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、采集，并將這些信息以無線的方式發(fā)送給觀測者，從而實現(xiàn)“泛在”傳感。在傳感器網(wǎng)絡中，傳感節(jié)點具有端節(jié)點和路由的功能：首先是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，其次是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合和路由，綜合本身采集的數(shù)據(jù)和收到的其他節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)到其他網(wǎng)關節(jié)點。傳感節(jié)點的好壞會直接影響到整個傳感器網(wǎng)絡的正常運轉(zhuǎn)和功能健全。
(3)網(wǎng)絡和通信技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)涉及到近程通訊技術(shù)和遠程運輸技術(shù)。近程通訊技術(shù)涉及RFID，藍牙等，遠程運輸技術(shù)涉及互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)、網(wǎng)關等技術(shù)。
作為為物聯(lián)網(wǎng)提供信息傳遞和服務支撐的基礎通道，通過增強現(xiàn)有網(wǎng)絡通信技術(shù)的專業(yè)性與互聯(lián)功能，以適應物聯(lián)網(wǎng)低移動性、低數(shù)據(jù)率的業(yè)務需求，實現(xiàn)信息安全且可靠的傳送，是當前物聯(lián)網(wǎng)研究的一個重點。傳感器網(wǎng)絡通訊技術(shù)主要包括廣域網(wǎng)絡通信和近距離通信等兩個方面，廣域方面主要包括IP互聯(lián)網(wǎng)、2G／3G移動通信、衛(wèi)星通信等技術(shù)，而以iPv6為核心的新聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，更為物聯(lián)網(wǎng)的提供戶高效的傳送通道；在近距離方面，當前的主流則是以IEEE802.15.4為代表的近距離通信技術(shù)。
M2M技術(shù)也是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的關鍵。與M2M可以實現(xiàn)技術(shù)結(jié)合的遠距離連接技術(shù)有GSM、GPRS、UMTS等，WIFI、藍牙、ZigBee、RFID和UWB等近距離連接技術(shù)也可以與之相結(jié)合，此外還有XML和Corba，以及基于GPS、無線終端和網(wǎng)絡的位置服務技術(shù)等。M2M可用于安全監(jiān)測、自動售貨機、貨物跟蹤領域，應用廣泛。
(4)數(shù)據(jù)的挖掘與融合。從物聯(lián)網(wǎng)的感知層到應用層，各種信息的種類和數(shù)量都成倍增加，需要分析的數(shù)據(jù)量也成級數(shù)增加，同時還涉及到各種異構(gòu)網(wǎng)絡或多個系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的融合問題，如何從海量的數(shù)據(jù)中及時挖掘出隱藏信息和有效數(shù)據(jù)的問題，給數(shù)據(jù)處理帶來了巨大的挑戰(zhàn)，因此怎樣合理、有效的整合、挖掘和智能處理海量的數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)的難題。結(jié)合P2P、云計算等分布式計算技術(shù)，成為解決以上難題的一個途徑。云計算為物聯(lián)網(wǎng)提供了一種新的高效率計算模式，可通過網(wǎng)絡按需提供動態(tài)伸縮的廉價計算，其具有相對可靠并且安全的數(shù)據(jù)中心，同時兼有互聯(lián)網(wǎng)服務的便利、廉價和大型機的能力，可以輕松實現(xiàn)不同設備間的數(shù)據(jù)與應用共享，用戶無需擔心信息泄露，黑客入侵等棘手問題。云計算是信息化發(fā)展進程中的一個里程碑，它強調(diào)信息資源的聚集、優(yōu)化和動態(tài)分配，節(jié)約信息化成本并大大提高了數(shù)據(jù)中心的效率。
2.3 物聯(lián)網(wǎng)的標準現(xiàn)狀
由于物聯(lián)網(wǎng)涵蓋的內(nèi)容和涉及到的技術(shù)廣泛，目前國際參與物聯(lián)網(wǎng)標準制定的組織眾多，尚無一個組織制定出完整的物聯(lián)網(wǎng)標準體系。表2列出了主要國際標準制定組織及其研究方向。
我國研究物聯(lián)網(wǎng)的標準組織主要有傳感器網(wǎng)絡標準工作組(WGSN)和中國通信標準化協(xié)會(CCSA)。WGSN是由國家標準化管理委員會批準籌建，全國信息技術(shù)標準化技術(shù)委員會批準成立并領導，從事傳感器網(wǎng)絡標準化工作的全國性技術(shù)組織。目前WGSN已經(jīng)建立了若干的標準制定項目組，其中，協(xié)同信息處理支撐服務及接口在國際標準化組織中推動了目前一個新的工作項目，2010年3月，這項標準已經(jīng)通過了新工作項目的投票，即將啟動國際標準化的制定工作。CCSA于2010年成立了泛在網(wǎng)技術(shù)工作委員會(TC10)，專門從事物聯(lián)網(wǎng)相關的研究工作，先后啟動了《無線泛在網(wǎng)絡體系架構(gòu)》、《無線傳感器網(wǎng)絡與電信網(wǎng)絡相結(jié)合的網(wǎng)關設備技術(shù)要求》等標準的研究與制定，但尚沒有發(fā)布標準文稿。
3、結(jié)束語
隨著技術(shù)、標準和體制的不斷成熟和完善，物聯(lián)網(wǎng)將對改善人們的生活方式帶來便捷的作用。但物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展仍處于初級階段，實現(xiàn)過程中仍然存在一定的問題，比如安全、標準、商業(yè)模式等，需要努力攻克核心技術(shù)，盡快制定物聯(lián)網(wǎng)國際標及一系列相應的配套法律規(guī)范，不斷地將其完善。
