物联网的发展与应用

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物联网的发展与应用

申屠志刚

择要：信息科学技能已经产生了三次海潮，第一次海潮是1980年PC机的出现，第二次海潮是1995年互联网的出现，而第三次海潮就是物联网的产生。物联网是当代信息技能发展到肯定阶段的一定产物，是当代技能的殊途同归与聚合效应，是信息技能体系性的创新与革命。本文叙述了物联网的汗青溯源与发展、界说、近况以及物联网的架构和关键技能，并举例先容了物联网的应用。

关键词：物联网 应用 互联网

第一章  物联网简介及发展历程 

物联网（英语：Internet of Things，缩写IoT）是互联网、传统电信网等信息承载体，让全部能利用独建功能的寻常物体实现互联互通的网络。物联网一样寻常为无线网，而由于每个人附近的装备可以到达一千至五千个，以是物联网大概要包罗500兆至一千兆个物体。在物联网上，每个人都可以应用电子标签将真实的物体上网联结，在物联网上都可以查出它们的详细位置。通过物联网可以用中心盘算机对呆板、装备、职员举行会集管理、控制，也可以对家庭装备、汽车举行遥控，以及搜索位置、防止物品被盗等，类似主动化操控体系，同时透过网络这些小事的数据，末了可以聚集成大数据，包罗重新计划门路以镌汰车祸、都市更新、劫难推测与犯罪防治、盛行病控制等等社会的巨大改变，实现物和物之间相联。

物联网将实际天下数字化，应用范围非常广泛。物联网拉近分散的信息，统整物与物的数字信息，物联网的应用范畴重要包罗以下方面：运输和物流范畴、工业制造、康健医疗范畴范围、智能环境（家庭、办公、工厂）范畴、个人和社会范畴等，具有非常广阔的市场和应用远景。

1985年，Peter T. Lewis 在提出这个概念。

1995年，比尔·盖茨在出书的《未来之路》一书中提及物互联。

1998年，麻省理工学院提出了当时被称作EPC体系的物联网构想。

1999年，在物品编码（RFID）技能上Auto-ID公司提出了物联网的概念。

2005年11月17日，天下信息峰会上，国际电信同盟发布了《ITU互联网陈诉2005：物联网》，此中指出“物联网”期间的到临。

2008年后，为了促进科技发展，探求经济新的增长点，各国政府开始器重下一代的技能规划，将眼光放在了物联网上。

2009年1月9日，IBM环球副总裁麦特·王博士做了主题为《构建聪明的地球》的演讲。提出把感应器嵌入和装备抵家居、电网、铁路、桥梁、隧道、公路、构筑、供水体系、大坝、油气管道等各种物体中，而且被广泛毗连，形成“物联网”，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理体系的整合。

2009年1月28日，IBM首席实行官彭明盛初次提出“聪明地球”这一概念，发起新政府投资新一代的聪明型根本办法。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。

2009年2月24日，2009IBM论坛上，IBM大中华区首席实行官钱大群.公布了名为“聪明的地球”的最新计谋。

第二章  物联网关键技能

所在资源

物联网的实现须要给每个物体分配唯一的标识或所在。最早的可定址性想法是基于RFID标签和电子产物唯一编码来实现的。

另一个来自语义网的想法是，用现有的定名协议，如同一资源标志符来访问全部物品（不但限于电子产物，智能装备和带有RFID标签的物品）。这些物品本身不能交谈，但通过这种方式它们可以被其他节点访问，比方一个强盛的中心服务器。

下一代互联网将利用IPv6协议，它拥有极大数目标所在资源，利用IPv6的步伐可以大概和险些全部接入装备举行通讯。这个体系将可以大概辨认任何一种物品

GS1/EPCglobalEPC Information Services（EPCIS）是这些想法的一个综合实践。这个体系被用来标识从航天、交通到消耗电子范畴的物品

人工智能

自主控制也并不依赖于网络架构。但如今的研究趋势是将自主控制和物联网连合在一起在未来物联网大概是一个非决定性的、开放的网络，此中自构造的或智能的实体和假造物品可以大概和环境交互并基于它们各自的目标自主运行。

架构

物联网体系很大概是一个事故驱动的架构，由下而上举行构建，并席卷各种子体系。因此，模子驱动和功能驱动的方式将会共存，体系可以大概较轻易地加入新的节点，并可以大概处理惩罚不测（Multi-agent systems, B-ADSc, etc.）。

在物联网中，一个事故信息很大概不是一个预先被决定的，有确定句法结构的消息，而是一种可以大概自我表达的内容，比方语义网。相应地，信息也不须要有着确定的协议来规范全部大概的内容，由于不大概存在一个“终极的规范”可以大概推测全部的信息内容。那种自上而下举行的尺度化是静态的，无法顺应网络动态的演化，因而也是不切实际的。在物联网上的信息应该是可以大概自我表明的，顺应一些尺度，同时也可以大概演化的。

体系

物联网中并不是全部节点都必须运行在环球层面上，比如TCP/IP层。举例来讲，许多末了传感器和实行器没有运行TCP/IP协议栈的本事，取而代之的是它们通过ZigBee、现场总线等方式接入。这些装备通常也只有有限的所在翻译本事和信息剖析本事，为了将这些装备接入物联网，须要某种署理装备和步伐实现以下功能：在子网中用“本地语言”与装备通讯；将“本地语言”和上层网络语言互译；补足装备短缺的接入本事。因此该类署理装备也是物联网硬件的告急构成之一。

别的，出于安全考量，家庭、办公室、工厂等环境大概接纳一个自治的物联网子网，有限定地与环球网互连。

M2M

Machine To Machine,以双方或是所依照的共通尺度，以信息笔墨举行交互的一种机制。

通讯协议

由于终极端毗连的‘物’有千百种，因此极难订定一种同一性的规格适当全部的应用，这是全部物联网体系面对的困难．如今无论是MQTT、CoAP还是AMQP这类物联网尺度都实行着将终端应用抽象化，集成进一个固定的通讯格式之内．

第三章  物联网的典范应用

智能制造

智能制造(Intelligent Manufacturing，IM)是一种由智能呆板和人类专家共同构成的人机一体化智能体系，它在制造过程中能举行智能运动，诸如分析、推理、判断、构思和决定等。通过人与智能呆板的相助共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造主动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。

谈起智能制造，起首应先容日本在1990年4月所提倡的"智能制造体系IMS"国际相助研究筹划。许多发达国家如美国、欧洲共同体、加拿大、澳大利亚等加入了该项筹划。该筹划共筹划投资10亿美元，对100个项目实行前期科研筹划。

毫无疑问，智能化是制造主动化的发展方向。在制造过程的各个环节险些都广泛应用人工智能技能。专家体系技能可以用于工程计划，工艺过程计划，生产调治，故障诊断等。也可以将神经网络和含糊控制技能等先辈的盘算机灵能方法应用于产物配方，生产调治等，实现制造过程智能化。而人工智能技能尤其适当于管理特殊复杂和不确定的题目。但同样显然的是，要在企业制造的全过程中全部实现智能化，如果不是完全做不到的事故，至少也是在迢遥的未来。有人以致提出如许的题目，下个世纪会实现智能主动化吗?而如果只是在企业的某个局部环节实现智能化，而又无法包管全局的优化，则这种智能化的意义是有限的。

2015年9月10日，工业和信息化部公布了2015年智能制造试点树模项目名单，天下范围内遴选出的46个智能制造试点树模项目进入该名单，其涉及了38个行业、21个地区。

工信部在2015年启动实行"智能制造试点树模专项办法"，重要是直接切入制造运动的关键环节，充实变更企业的积极性，注意试点树模项目标发展性，通过点上突破，形成有效的履历与模式，在制造业各个范畴加以推广与应用。

工信部部长苗圩在集会上表现，智能制造日益成为未来制造业发展的巨大趋势和核心内容，也是加快发展方式变化，促进工业向中高端迈进、创建制造强国的告急办法，也是新常态下打造新的国际竞争上风的一定选择。而推进智能制造是一项复杂而巨大的体系工程，也是一件新生事物，这须要一个不停探索、试错的过程，难以一挥而就，更不能急于求成。为此，"要用好试点树模这个告急抓手。"

智能汽车

在寻常车辆的根本上增长了先辈的传感器(雷达、摄像)、控制器、实行器等装置，通过车载传感体系和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换，使车辆具备智能的环境感知本事，可以大概主动分析车辆行驶的安全及伤害状态，并使车辆按照人的意愿到达目标地，终极实现更换人来利用的目标。

智能汽车与一样寻常所说的主动驾驶有所差异，它指的是利用多种传感器和智能公路技能实现的汽车主动驾驶。智能汽车起首有一套导航信息资料库，存有天下高速公路、寻常公路、都会门路以及各种服务办法(餐饮、旅店、加油站、景点、停车场)的信息资料;其次是GPS定位体系，利用这个体系准确定位车辆所在的位置，与门路资料库中的数据相比力，确定以后的行驶方向;门路状态信息体系，由交通管理中心提供实时的火线门路状态信息，如堵车、事故等，须要时实时改变行驶门路;车辆防碰体系，包罗探测雷达、信息处理惩罚体系、驾驶控制体系，控制与其他车辆的间隔，在探测到停滞物时实时减速或刹车，并把信息传给指挥中心和其他车辆;告急报警体系，如果出了事故，主动陈诉指挥中心举行救济;无线通讯体系，用于汽车与指挥中心的联结;主动驾驶体系，用于控制汽车的点火、改变速率和转向等。

通常对车辆的利用实质上可视为对一个多输入、多输出、输入输出关系复杂多变、不确定多干扰源的复杂非线性体系的控制过程。驾驶员既要继续环境如门路、拥挤、方向、行人等的信息，还要感受汽车如车速、侧向偏移、横摆角速率等的信息，然后颠末判断、分析和决定，并与本身的驾驶履历相比力，确定出应该做的利用动作，末了由身材、手、脚等来完成利用车辆的动作。因此在整个驾驶过程中，驾驶员的人为因素占了很大的比重。一旦出现驾驶员长时间驾车、疲屈驾车、判断失误的环境，很轻易造成交通事故。

通过对车辆智能化技能的研究和开发，可以进步车辆的控制与驾驶程度，保障车辆行驶的安全流畅、高效。对智能化的车辆控制体系的不停研究美满，相当于延伸扩展了驾驶员的控制、视觉和感官功能，能极大地促进门路交通的安全性。智能车辆的重要特点是以技能增补人为因素的缺陷，使得即便在很复杂的门路环境下，也能主动地利用和驾驶车辆绕开停滞物，沿着预定的门路轨迹行驶。

智能物流

智能物流就是利用条形码、射频辨认技能、传感器、环球定位体系等先辈的物联网技能通过信息处理惩罚和网络通讯技能平台广泛应用于物流业运输、仓储、配送、包装、装卸等根本运动环节，实现货品运输过程的主动化运作和高服从优化管理，进步物盛行业的服务程度，低落资源，镌汰天然资源和社会资源斲丧。物联网为物流业将传统物流技能与智能化体系运作管理相连合提供了一个很好的平台，进而可以大概更好更快地实现智能物流的信息化、智能化、主动化、透明化、体系的运作模式。智能物流在实行的过程中夸大的是物流 过程数据聪明化、网络协同化和决定聪明化。智能物流在功能上要实现 6 个"精确"，即正 确的货品、精确的数目、精确的所在、精确的质量、精确的时间、精确的代价，在技能上要实现:物品辨认、所在跟踪、物品溯源、物品监控、实时相应。

智能家居

让家庭更舒服，更方便，更安全，更符合环保。随着人类消耗需求和住宅智能化的不停发展，本日的智能家居体系将拥有更加丰富的内容，体系设置也越来越复杂。智能家居包罗网络接入体系、防盗报警体系、消防报警体系、电视对讲门禁区体系、煤气走漏探测体系、远程抄表(水表、电表、煤气表)体系、告急告急体系、远程医疗诊断及照顾护士体系、室内电器主动控制管理及开发体系、会集供冷热体系、网上购物体系、语音与传真(电子邮件)服务体系、网上教导体系、股票利用体系、视频点播、付费电视体系、有线电视体系等。

基于ARM方案及GPRS、3G、4G网络的可远程控制，智能家居体系的内容实现拓展。

智能都会

北京工商大学天下经济研究中心主任季铸教授以为，智能都会(Smart City)是以服从、调和、一连为根本坐标，以物理装备、电脑网络、人脑聪明为根本框架，以智能政府、智能经济、智能社会为根本内容的经济结构、增长方式和都会形态。

智能都会创建是一个体系工程。在智能都会体系中，起首都会管理智能化，由智能都会管理体系辅助管理都会，其次是包罗智能交通、智能电力、智能构筑、智能安全等根本办法智能化，也包罗智能医疗、智能家庭、智能教导等社会智能化和智能企业、智能银行、智能市肆的生产智能化，从而全面提升都会生产、管理、运行的当代化程度。

智能都会是信息经济与知识经济的融合体，信息经济的电脑网络提供了创建智能都会的根本条件，而知识经济的人脑聪明则将人类聪明变为都会发展的动能。北京工商大学天下经济研究中心主任季铸教授主持完成中国第一个都会智能管理体系--北京都会智能管理体系"(BCSMS)。在此根本上，季铸教授主持计划的"中国经济智能管理体系"(CESMS)也于2011年1月正式启动，中国经济被纳入智能管理轨道，2011年"天下经济智能预警体系(WESFS)也将投入运行，北京已经成为天下智能经济中心。

智能都会创建是智能经济的先导。2012年4月，北京、杭州、西安、武汉、宁波共同入选中国工程院建立的"中国聪明都会"试点都会名单。

智能交通

智能交通的发展跟物联网的发展是离不开的，只有物联网技能概念的不停发展，智能交通体系才气越来越美满。智能交通是交通的物联化体现。

21世纪将是公路交通智能化的世纪，人们将要接纳的智能交通体系，是一种先辈的一体化交通综合管理体系。在该体系中，车辆靠本身的智能在门路上自由行驶，公路靠自身的智能将交通流量调解至最佳状态，借助于这个体系，管理职员对门路、车辆的行踪将把握得一清二楚。

智能交通:智能交通是一个基于当代电子信息技能面向交通运输的服务体系。它的突出特点是以信息的网络、处理惩罚、发布、交换、分析、利用为主线，为交通到场者提供多样性的服务。

第四章  物联网行业近况与远景

就像互联网是管理末了1公里的题目，物联网着实须要管理的是末了100米的题目，在末了100米可毗连装备的密度远远凌驾末了1公里，特殊是在家庭，家庭物联网应用(即我们常说的智能家居)已经成为各国物联网企业尽力抢占的制高点，作为如今环球公认的末了100米重要技能管理方案ZigBee 得到了环球重要国家亘古未有的关注，这种技能由于相比于现有的WiFi、蓝牙、433M/315M等无线技能更加安全、可靠，同时由于其组网本事强、具备 网络自愈本事而且功耗更低，ZigBee的这些特点与物联网的发展要求非常贴近，如今已经成为环球公认的末了100米的最佳技能管理方案。

  在我国企业南京物联和深圳华为的长期一连的推动下，ZigBee技能不但在中国得到快速的发展，在环球也具备了肯定的影响力，特殊是在智能家居 范畴，许多天下500强企业纷纷将兼容南京物联的尺度作为一项根本的选择，这也为我国发展物联网营造了非常积极有利的外部环境。

发展趋势       

    物联网将是下一个推动天下高速发展的“告急生产力”，是继通讯网之后的另一个万亿级市场。

      业内专家以为，物联网一方面可以进步经济效益，大大节省资源；另一方面可以为环球经济的复苏提供技能动力。美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、器重物联网的研究，工业和信息化部会同有关部分，在新一代信息技能方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技能发展的政策步调。

在国家大力放肆推动工业化与信息化两化融合的大配景下，物联网将是工业以致更多行业信息化过程中一个比力实际的突破口。一旦物联网大规模遍及，无数的物品须要加装更加小巧智能的传感器，用于动物、植物、呆板等物品的传感器与电子标签及配套的接口装置数目将大大凌驾如今的手机数目。

　　按照如今对物联网的需求，在比年内就须要按亿计的传感器和电子标签。专家预计，2011年，内嵌芯片、传感器、无线射频的“智能物件”将凌驾1万亿个，物联网将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，这将大大推进信息技能元件的生产，给市场带来巨大商机。