物联网技术的现状与发展.doc

物联网技术的 现状 与 发展导语：随着经济的迅速发展和科学技术的日新月异，人们的生活也愈加便利，有了智能手机、电脑、iphone、ipad等高科技产品。其中，最重要的且具有划时代意义的就是互联网的出现与应用了。互联网不仅开阔了人们的视野，省去了舟车劳顿，而且在各个方面上将世界连成了一个密不可分的整体，让世界进入了一个网络化、数字化的时代。然而，就现在而言，互联网已远远不能满足人们生活的需求了。所以，一种新兴的网络正在慢慢地兴起，这就是-物联网。一、物联网的历史起源物联网的英文名称是Internet Of Things,简称为IOT。物联网的概念最早出现于比尔盖茨1995年未来之路一书，在未来之路中，比尔盖茨已经提及Internet of Things的概念，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起世人的重视。1998年，美国麻省理工大学(MIT)创造性地提出了当时被称作EPC系统的“物联网”的构想；1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念，称物联网主要是建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上；2005年，ITU发布了ITU互联网报告2005：物联网，综合二者内容，正式提出“物联网”的概念，包括了所有物品的联网和应用。2009年11月3日，温家宝总理在人民大会堂向首都科技界发表了题为让科技引领中国可持续发展的讲话。他提出：“要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机”。二、物联网的定义目前较为公认的物联网的定义是：通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。实际上，物联网的概念来自于对互联网的类比，根据物联网与互联网的关系分类，不同专家学者对物联网给出了各自的定义，可归纳为四种类型：1、物联网是传感网，不接入互联网；2、物联网是互联网的一部分；3、物联网是互联网的补充网络；4、物联网是未来的互联网。（在此不予详细论述，不过本人比较趋向于第四种定义）三、物联网的基础物联网技术的本质是网络通信技术，核心是无线技术。高度集成的控制器是它的大脑，各种传感器是它的触角，它使得物体间形成更加广泛的互联，随时随地提供智能服务，实现更大规模的网络覆盖和系统集成。由此，物联网的基础应该包括如下五大模块的内容：第一，无线通信技术，包括信号与噪声、数字通信、调制解调、短距离无线通信、无线SOC等；第二，传感器技术，包括常用温湿度、压力、振动、光敏等传感器选型，传感器与网络节点接口等；第三，网络技术，包括基础网络（如简单网络、无线网络微功耗技术、网络拓扑和算法等），无线网络技术（如ZigBee传感器网络、高频和超高频射频识别、网络加密与安全、无线定位等），以及物联网网络层技术（如嵌入式WiFi、嵌入式蓝牙网络、蜂窝网络、GPRS/3G远程网络、多网络路由和融合等）；第四，智能与信息处理技术，包括智能技术、数据库技术、信息提取、分析、加工、融合等；第五，应用层技术，包括物联网应用工程设计方法和如何使用前面学习的基本技术来自己构架一个典型的物联网应用项目，亦即集成技术。四、物联网的发展现状简要介绍世界上几个具有代表性的国家的物联网发展的现状。 1、美国：美国国家情报委员会将物联网列为六种2025年可能影响美国的国家权力的技术，美国已把它当成重振经济的法宝，所以非常重视物联网和互联网的发展，它的核心是利用信息通信技术（ICT)来改变美国未来产业的发展模式和结构（金融、制造、消费和服务等），改变政府、企业和人们的交互方式以提高效率、灵活性和响应速度。把信息通信技术充分应用到各行各业，把感应器嵌入到全球每个角落，例如电网、交通（铁路、公路、市内交通、相关设备、工具）等物体上。并利用网络和设备收集的大量数据通过云计算、数据仓库和人工智能技术做出分析，给出解决方案。把人类智慧赋予万物，赋予地球。美国提出“智慧地球、物联网和云计算”就是想要作为新一轮IT技术革命的领头羊的证明。美国政府在经济刺激计划中提出用数百亿美元支持物联网发展，支持IBM的“智慧地球”。目前，美国在射频识别技术上已取得主导地位，而国防部开展的“智能微尘”更是在军事、民用两大方面对物联网进行全面控制。相关数据：2009年2月17日，奥巴马签署生效的恢复和再投资法案批准推进“智慧地球”中两个领域的发展智慧的电网和智慧的医疗。前者批准投资为110亿美元，后者为190亿美元，同时批准宽带网络投资72亿美元。“智慧地球”得到美国各界的高度关注，并上升至美国的国家战略，由此引发了世界各国对物联网的追捧。 2、欧盟：按欧盟专家的说法，欧盟发展物联网先于美国，事实上欧盟围绕物联网技术和应用作了不少创新性的工作。2009年布置的欧盟物联网行动计划其目的也是企图在“物联网”的发展上引领世界。并且，欧洲委员会第七框架计划范围内提供资助了数个研究项目的课题。欧盟提出物联网的三方面特性：第一，不能简单地将物联网看做互联网的延伸，物联网是建立在特有的基础设施上的一系列新的独立系统，当然部分基础设施要依靠已有的互联网；第二，物联网将与新的业务共生；第三，物联网包括物与人通信、物与物的通信的不同通信模式。物联网可以提高人们的生活质量，产生新的更好地就业机会、商业机会，促进产业发展，提升经济的竞争力。相关数据：未来物联网战略提出，要让欧洲在基于互联网的智能基础设施发展上领先全球。除了通过信息与通信技术研发计划投资亿欧元、90多个研发项目提高网络智能化水平，欧盟委员会还将于2011-2013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，支持物理网相关公私合作短期项目建设。 3、日本：通过一系列的物联网战略部署，日本针对国内特点，有重点地发展了灾害防护、移动支付等物联网业务。从“e-Japan”到“u-Japan”再到“i-Japan”，随着时代的变化，日本的信息化建设也实现了“一级跳”战略。 相关数据：2009年4月，日本总务省公布了“新政”的实施性文件“数字日本创新计划”纲要，将其作为未来3年中优先实施的政策。“数字日本创新计划”的目的是在数万亿日元的信息通信技术行业创造新的市场，并在未来3年内增加30万至40万个就业机会。 4、韩国：韩国是目前全球宽带普及率最高的国家，同时它的移动通信、信息家电、数字内容等也居世界前列。2009年10月13日，韩国出台了物联网基础设施构建基本规划，将物联网市场确定为新增长动力，提出到2012年实现“通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流信息通信技术强国”目标，并确定了构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境等4大领域、12项详细课题。相关数据：韩国政府称，为了加强对行业全面情况的掌握，将在钢铁、电子和医药产品行业内应用高科技识别标签。韩国知识经济部表示，此举旨在推广RFID标签，并建立相关的传感器网系统，以维持对各种产品进行实时的、准确的监测。此项目将获得国家约450万美元的支持。韩国政府从近期开始启动为期一年的支持计划，并联合其他8家公司开始在实际商业环境中试行。物联网被纳入国家整体发展重点规划内容，把物联网应用、基础设施和技术产业发展列入其优先行动议程。 5、中国：我国提出发展物联网，提出“感知中国，感知城市”，也是为了推动我国经济结构转型，抢占人类未来发展方向的制高点。物联网具有广阔的行业应用需求，但各行业发展并不均衡，整体来看，中国物联网产业发展仍处于初级阶段，技术标准、产品以及市场并不成熟。细分市场方面，交通、安防物流、零售、电力、金融、环保、医疗等将成为物联网行业应用的重点领域，但由于不同行业在物联网政策倾向、技术与市场成熟度、市场需求等方面差别较大，物联网的细分市场发展差距很大。研究显示，“政策先行，技术主导，需求驱动”将成为中国物联网产业发展的主要模式。行业应用将成为未来几年物联网产业发展的主要驱动力。研究发现，智能交通、城市安防、智能电网等行业市场成熟度较高，这些行业传感技术成熟，政府扶持力度大，在许多城市已经开始规模化应用，市场前景广阔，投资机会巨大，将成为未来几年物联网产业发展的重点领域。医疗卫生、家庭、个人等领域的智能传感需要应用则需要较长的时间，技术、标准均有待于进一步完善，大多产品还处于试验阶段，短时间内不会大规模应用。相关数据：我国物联网技术已有实质性进步，仅传感器一项今年产量会达到24亿只，相关仪品仪表的生产制造商有20个门类，企业达5000个，产值估计在5000亿左右。RFID在2008年已生产65.8亿元。M2M终端已超过400万，电信运营商正在以TD-SCDMA和其它3G技术为依托，努力推动其在物联网上的应用。五、目前常用技术1、 RFID技术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。RFID技术可识别告诉运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个阅读器和很多标签组成。2、 无线单片机技术 目前，绝大多数传感器网络节点都是采用无线单片机作为微控制器。无线单片机将CPU、随机存取存储器（RAM)、只读存储器（ROM)、基本输入/输出接口电路、定时器/计数器、A/D转换器，以及需要的接口电路和无线数据通信收发芯片全部集成到一个非常小的芯片上。一个单独的芯片，就可以构成一个可以独立工作的具有无线通信和无线网络节点的无线单片机。3、 传感器技术 传感器在工程领域即可被认为是人体的“五官”。国家标准（GB/T 7765-87)把它定义为：能感受规定的被测量（包括物理量、化学量、生物量等）并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。当今电信号最易于处理和便于传输，因此，可把传感器狭义地定义为：能把外界非电信息转换成电信号输出地器件或装置。从广义的角度，也可以这样定义传感器：“凡是利用一定的物质（物理、化学、生物）法则、定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与输入严格一一对应的器件或装置均可称为传感器。”传感器技术则是以传感器为核心论述其内涵、外延的技术；也是一门涉及测量技术、功能材料、微电子技术、精密与细微加工技术、信息处理技术和计算机技术等相互结合形成的密集型综合技术。4、 无线传感器网络技术 无线传感器网络（WSN）是一种特殊的Ad-hoc网络，它是一种集成了传感器技术、微机电系统技术、无线通信技术和分布式信息处理技术的新型网络技术。它可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域（如受到污染、环境不能被破坏或敌对区域）和一些临时场合（如发生自然灾害是，固定通信网络被破坏）等。它不需要固定网络支持，具有快速展开、抗毁性强等特点，可广泛应用于军事、工业、交通、环保等领域，引起了人们广泛关注。5、 短距离无线通信技术 短距离无线通信技术一般指作用距离在毫米级到千米级的，局部范围内的无线通信应用。短距离无锡通信涵盖了无线个域网（WPAN)和无线局域网（WLAN)的通信范围。其中WPAN的通信距离可达10米左右，而WLAN的通信距离可达100米左右。除此之外，通信距离在毫米至厘米量级的近距离无线通信技术和可覆盖几百米范围的无线传感器网络技术的出现，进一步扩展了短距离无线通信的涵盖领域和应用范围。6、 远程通信技术 远程通信技术这一单词源于希腊语“远程”（Greek tele)（遥远的）和通信（communicate)(共享）。在现代术语中，远程通信是指在连接的系统间通过使用模拟或数字信号调制技术进行的声音、数据、传真、图像、音频、视频和其他信息的电子传输。7、 智能信息处理技术 智能技术是利用经验知识所采用的各种自学习、自适应、自组织等智能方法和手段以有效地达到某种预期的目的。通过在物体中植入智能系统，可以使得物体具备一定的智能性，能够主动或被动地实现与用户的沟通，也是物联网的关键技术之一。六、我国的未来发展趋势 1、应用引领产业发展 中国物联网产业的发展是以应用为先导，存在着从公共管理和服务市场、到企业、行业应用市场、再到个人家庭市场逐步发展成熟的细分市场递进趋势。目前，物联网产业在中国还是处于前期的概念导入期和产业链逐步形成阶段，没有成熟的技术标准和完善的技术体系，整体产业处于酝酿阶段。此前，RFID市场一直期望在物流、零售等领域取得突破，但是由于涉及的产业链过长，产业组织过于复杂，交易成本过高，产业规模有限成本难于降低等问题，使得整体市场成长较为缓慢。2、标准体系逐渐成熟物联网标准体系是一个渐进发展成熟的过程。物联网概念涵盖众多技术、众多行业、众多领域，试图制定一套普适性的统一标准几乎是不可能的。物联网产业的标准将是一个涵盖面很广的标准体系，将随着市场的逐渐发展而发展和成熟。3、综合性平台即将出现随着行业应用的逐渐成熟，新的通用性强的物联网技术平台将出现。物联网的创新是应用集成性的创新，一个单独的企业是无法完全独立完成一个完整的解决方案的。一个技术成熟、服务完善、产品类型众多、应用界面友好的应用，将是由设备提供商、技术方案商、运营商、服务商协同合作的结果。随着产业的成熟，支持不同设备接口、不同互联协议，可集成多种服务的共性技术平台将是物联网产业发展成熟的结果。4、有效商业模式逐步形成针对物联网领域的商业模式创新将是把技术与人的行为模式充分结合的结果。物联网将机器、人、社会的行动都互联在一起。新的商业模式出现将是把物联网相关技术与人的行为模式充分结合的结果。物联网的应用也从小环境开始面向大环境，原有的商业模式需要更新升级来适应规模化、快速化、跨领域化的应用.而更关键的是要真正建立一个多方共赢的商业模式，这才是推动物联网能够长远有效发展的核心动力。要实现多方共赢，就必须让物联网真正成为一种商业的驱动力，让产业链所有参与物联网建设的各个环节都能从中获益。七、存在的问题 1、缺乏核心技术自主知识产权 在物联网技术发展产品化的过程中，我国一直缺乏一些关键技术的掌握，所以产品档次上不去，价格下不来。缺乏RFID等关键技术的独立自主产权这是限制中国物联网发展的关键因素之一。2、行业技术标准缺失 目前行业技术主要缺乏以下两个方面标准：接口的标准化；数据模型的标准化。虽然我国早在2005年11月就成立了RFID产业联盟，同时次年又发布了中国射频识别(RFID)技术政策白皮书，指出应当集中开展RFID核心技术的研究开发，制定符合中国国情的技术标准。但是，现在我们可以发现，中国的RFID产业仍是一片混乱。技术强度固然在增强，但是技术标准却还如镜中之月。正如同中国的3G标准一样，出于各方面的利益考虑，最后中国的3G有了三个不同的标准。物联网的标准最终怎样，只能等时间来告诉我们答案了。3、产业链发展不均衡 和美国相比，国内物联网产业链完善度上还存在着较大差距。虽然目前国内三大运营商和中兴华为这一类的系统设备商都已是世界级水平，但是其他环节相对欠缺。物联网的产业化必然需芯片商、传感设备商、系统解决方案厂商、移动运营商等上下游厂商的通力配合，所以要在我国发展物联网，在体制方面还有很多工作要做，如加强广电、电信、交通等行业主管部门的合作，共同推动信息化、智能化交通系统的建立。加快电信网，广电网，互联网的三网融合进程。产业链的合作需要兼顾各方的利益，而在各方利益机制及商业模式尚未成型的背景下，物联网普及仍相当漫长。4、各行业间协作困难多 物联网应用领域十分广泛，许多行业应用具有很大的交叉性，但这些行业分属于不同的政府职能部门，要发展物联网这种以传感技术为基础的信息化应用，在产业化过程中必须加强各行业主管部门的协调与互动，以开放的心态展开通力合作，打破行业、地区、部门之间的壁垒，促进资源共享，加强体制优化改革，才能有效的保障物联网产业的顺利发展。5、盈利模式无经验供借鉴 物联网分为感知，网络，应用三个层次，在每一个层面上，都将有多种选择去开拓市场。这样，在未来生态环境的建设过程中，商业模式变得异常关键。对于任何一次信息产业的革命来说，出现一种新型而能成熟发展的商业盈利模式是必然的结果