物联网的技术标准和结构

1 物联网的标准体系

2 急需的物联网总体标准
3 传感器标准
4 传感器标准
5 传感器标准进展情况
6 传感器标准体系框架

认知感知层

1．感知层的概念

物联网层次结构分为三层,分别为感知层、网络层、应用层。感知层位于最 底层,它是物联网的核心，其功能为“感知”，即通过传感网络获取环境信息。 感知层是物联网的核心，是信息采集的关键部分。

2．感知层的应用

感知层包括二维码标签及识读器、RFID 标签及读写器、摄像头、GPS 导航、 各种功能传感器、M2M 终端、传感器网关等，主要功能是识别物体、采集信息， 与人体结构中皮肤和五官的作用类似。

3．感知层的关键技术

(1) 传感器：传感器是物联网中获得信息的主要设备，它利用各种机制把被 测量转换为电信号，然后由相应信号处理装置进行处理，并产生响应动作。 (2)RFID：它的全称为 Radio Frequency Identification，即射频识别， 又称为电子标签。RFID 是一种非接触式的自动识别技术，可以通过无线电讯号 识别特定目标并读写相关数据。它主要用来为物联网中的各物品建立唯一的身份 标示。

(3)无线传感网络：它的英文名称为 Wireless Sensor Network，简称 WSN。 传感器网络是一种由传感器节点组成网络，其中每个传感器节点都具有传感器、 微处理器和通信单元。节点间通过通信网络组成传感器网络，共同协作来感知和 采集环境或物体的准确信息。它是目前发展迅速，应用最广的传感器网络。

认知网络层

1 网络层的概念

网络层位于物联网三层结构中的第二层，它功能是通过通信网络进行信息传 输。网络层作为纽带连接着感知层和应用层，它由各种私有网络、互联网、有线 和无线通信网等组成，相当于人的神经中枢系统，负责将感知层获取的信息，安 全可靠地传输到应用层，然后根据不同的应用需求进行信息处理。

2 网络层的组成

物联网网络层包含接入网和传输网，分别实现接入功能和传输功能。传输网 由公网与专网组成，典型传输网络包括电信网、广电网、互联网。接入网包括光 纤接入、无线接入、以太网接入、卫星接入等各类接入方式，实现底层的传感器 网络、RFID 网络最后一公里的接入。

3 网络层的主要技术

物联网用到的通信技术主要包括 3G/4G 通信、IPv6、WI-FI 和 WIMAX、蓝牙、 ZigBee 自组网技术等。正在向更快的传输速率，更宽的传输宽带、更高的频谱 利用率、更智能化的接入和网络管理发展。
认知应用层

1 应用层的概念

应用层位于物联网三层结构中的最顶层，它的功能是通过云计算等计算平台 进行信息处理。应用层与最低端的感知层一起，是物联网的显著特征和核心所在， 应用层可以对感知层采集数据进行计算、处理和知识挖掘，从而实现对物理世界 的实时控制、精确管理和科学决策。

2 应用层的技术

（1）物联网应用：它是用户直接使用的各种应用，通常用应用软件的形式 表现。如智能 *** 控、安防、电力抄表、远程医疗、智能农业等。

（2）物联网中间件：物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序，将 各种可以公用的能力进行统一封装，提供给物联网应用使用。

（3）云计算：它对物联网海量数据的存储和分析。根据服务类型不同将云 计算分为：基础架构即服务(IaaS)、平台即服务（PaaS)、服务和软件即服务（SaaS)。

3 应用层与其他两层的关系 感知层将采集到的数据通过网络层传递给应用层，应用层将接收到的数据进 行分析管理，再将这些数据根据各行各业的应用做出反应处理。例如，在智能电 网中的远程电力抄表应用：安置于用户家中的读表器上显示感知层中的传感器采 集到的数据，通过网络层将数据发送并汇总到发电厂的处理器上，该处理器及其 对应工作就属于应用层，它将完成对用户用电信息的分析，并自动采取相关措施。

通信世界消息（CWW）物联网是“中国制造2025”的核心组成部分，而NB-IoT是目前物联网众多标准技术当中最热门、最被看好的一项技术。窄带物联网（NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

全球范围内的运营商都在寻找新的应用模式，物联网的迅猛发展给通信产业带来新的生机。与传统的蜂窝通信不同，物联网要求有海量的连接数、低的终端成本、低的终端功耗和超强的覆盖能力。物联网通信能否成功发展的一个关键因素是标准化。这些年来，不同行业和标准组织都制定了一系列物联网通信方面的标准，大的就有LTE

R12和R13的低成本终端Category0及eMTC，小的更是难以计数。但从至今的部署情况来看，无论从终端成本、终端能耗和穿透覆盖等方面，这些技术标准都难以与免授权频谱的LoRA,
Sigfox等技术相竞争。

NB-IoT的出现一下子带来了希望。NB-IoT从2015年9月在3GPP

RAN立项以后，得到全球大多数的运营商、系统设备商、终端厂商的关注和响应。R13的NB-IoT协议于2016年6月冻结，这标志着一个具有巨大商业前景的、世界范围统一的物联网通信标准已经产生，为今后物联网的发展提供了广大的先机。

三位作者针对中国的NB-IoT、乃至物联网的产业链发展会起到积极的作用创作的《窄带物联网：标准与关键技术》对LTE
R13
NB-IoT的整体协议做了比较详尽和全面系统的描述，涉及网络架构、物理层的各类信道、空口控制面、空口用户面、关键过程、射频指标和后续演进。不仅讲述协议中涉及的关键技术，而且对重要的、但未被采纳的候选技术也进行了对比，呈现部分标准化的过程。书中还配有大量的性能分析。

中央领导同志多次提出，要着力突破传感网、物联网的关键技术。什么是物联网？物联网具有哪些基本特征？物联网产业发展对转变经济发展方式具有什么样的意义？当前物联网产业发展在世界范围内展现出哪些新趋势？
进入21世纪以来，一些发达国家为了推动信息社会发展，提出建设“无所不在的网络社会”，并将其作为国家或地区信息化发展的重要组成部分，纷纷出台相关的战略和政策。2010年，我国发布的《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，也把新一代信息技术作为战略性新兴产业的重点领域，提出加快建设宽带、泛在、融合、安全的信息网络基础设施，推动新一代移动通信、下一代互联网核心设备和智能终端的研发与产业化，加快推进“三网融合”、促进物联网和云计算的研究和应用示范。
一、物联网是传感网、互联网、自动化技术和计算技术的集成及其广泛与深度应用。
物联网是互联网的延伸与拓展，是新理念引导下新一代信息技术的应用集成创新。物联网以互联网为基础设施，是传感网、互联网、自动化技术和计算技术的集成，及其广泛和深度应用。其功能是，各类实物信息被不同的传感器感知、采集、形成数字信号，通过各类网络快速传输到信息处理层，加工处理的信息形成信号或知识，一方面为管理服务提供信息依据，另一方面可以通过传输层反馈至传感设备，实现对实物的 *** 作。物联网既是网络技术的发展，又是自动控制技术在巨型复杂系统中的应用。物联网的应用是工业化与信息化的深度融合。过去，信息技术与制造业“两层皮”，信息基础设施与实物基础设施“两层皮”，信息基础设施建设、通信、互联网、数字内容等领域独立发展。物联网集合了许多现代信息技术，实现信息基础设施与实物基础设施相结合，把信息化融入产业发展、人民生活和社会管理的各个方面，推动信息技术、互联网技术、自动化技术在更多领域深度应用，促进更多行业、更大范围的信息化与工业化的融合。如智能交通是在车辆大幅度增加后，传统的交通管理模式不能满足交通安全需要的情况下发展起来的；城市智能化管理是在城市功能不断丰富和互联网普及的情况下，为了提高管理效率而发展起来的。物联网产业是传统产业与新兴产业的有机结合。物联网技术的应用与推广，将改造提升一批传统产业，带动一批新兴产业发展，扩大一批传统产业的市场规模。目前，物联网大都在传统产业应用，如交通、物流、电网、石油天然气、食品等行业，极大提升了这些传统产业的效率，改进了发展方式。同时，物联网的应用带动了相关制造业和服务业的发展，包括芯片、传感器、集成模块及设备、中间件制造业，以及应用系统设计与集成、软件开发、试验检测、工程实施、云计算等高技术服务业的发展，扩大了其市场规模。
二、物联网功能多、应用面宽，产业链中服务业比例高，产业发展潜力巨大。
从物联网本身的特点和规律看，物联网产业发展潜力巨大，大有作为。一方面，物联网功能多、应用面宽，以市场需求为发展动力。物联网技术的应用是运营、管理和商业模式创新引导的集成创新。发展物联网的动力是满足市场需求，节约能源、降低成本、改善管理、提高效率和便捷生活。物联网不仅应用于诸多影响国计民生的重要行业，而且在日常生活等领域拥有巨大潜在市场。一是以政府公共服务为主的公共管理和服务市场。如电子政务、城市管理、医疗、教育等领域。二是企业为主的行业应用市场。如电信、电力、物流、石油天然气等行业。三是以个人和家庭为主的消费市场。如购物、家用电器、休闲娱乐等消费领域。随着技术的不断发展，物联网服务的领域正在扩展。另一方面，物联网产业链长，是制造业与服务业的有机融合，对加快发展现代服务业具有重要意义。纵向看，物联网的产业链可以分为上、中、下游。上游是网络设施、终端设备、传感器、芯片、集成模块、中间件制造等相关制造业；中游是互联网及其运营服务；下游是物联网的用户和服务商，包括应用系统设计和集成、软件开发、试验检测、工程实施、云计算和系统运维等高技术服务业。物联网涉及众多应用领域，是一个跨多学科多部门的细分市场。每个物联网应用领域又构成各自的产业链。物联网产业链中服务业比例较高。物联网产业的中、下游大都是信息技术服务业。发展物联网不仅将带动相关制造业发展，而且将极大促进高技术服务业的发展，形成服务业新业态。同时，由于物联网是根据应用系统特点设计的网络，解决的问题不同，应用方案也就不同。因此，发展物联网不能简单地引进技术，不能照搬照抄国外经验，必须有本国的技术支撑。物联网应用具有本地化优势和主动权，主要体现在应用设计自主权和采购主导权方面。
三、物联网应用一般在社会效益较大的领域优先布局，逐步向生活消费领域拓展。
目前，全球物联网产业部分领域处于重大技术突破的孕育期和产业发展初期，物联网技术的研发和应用主要集中在美、欧、日、韩和我国。从世界范围看，物联网技术发展和应用主要呈现以下趋势：
第一，需求导向，整体规划，目标明确。近些年来，欧美日韩等纷纷出台发展物联网的战略计划。一是在社会效益较大的领域优先布局，逐步向生活消费领域拓展。目前，各国政府主要在医疗、电子政务、电网、教育、交通、城市管理等领域推行物联网计划。如，近年来，美国政府以刺激经济为目标，重点支持宽带网、智能电网、卫生医疗信息技术应用等。欧盟从发展绿色经济的角度出发，优先发展智能汽车和智能建筑，2009年发布的《欧盟物联网战略研究路线图》又提出了航空航天、汽车、医药、能源等18个物联网主要应用领域。日本从营造“使国民安心和有活力的社会环境”出发，以交通、医疗、教育、环境监测、政府治理等公共领域的信息服务为重点。韩国则从寻求增长动力和发展优势产业出发，在食品和药品管理、交通和物流管理、环境监测、安全监测、工业自动化等方面进行应用示范；国际金融危机发生后，又提出发展智能通信、家庭应用和娱乐等，推动物联网在消费领域应用。二是根据实际需要确定物联网应用重点，有针对性地解决行业问题。三是市场需求驱动，企业自发创新发展。大部分物联网技术的应用是水到渠成，当信息技术发展到一定程度，就出现了应用物联网技术的市场需要。如物流行业最初应用物联网技术是出于对食品安全监控的需要；发展云计算是一些掌控信息资源的企业，为了利用剩余的计算资源，通过商业模式创新与技术创新发展起来的。
第二，坚持成本效益原则，提高社会整体效益。有些大规模应用的物联网投资巨大，只有当其整体效益超过提供者和用户负担的成本时，投资才有意义。与此同时，还要发挥各种合作机制的作用，多层次、多渠道、多方式推进国际科技合作与交流。鼓励境外企业和科研机构在我国设立研发机构；鼓励我国企业和研发机构积极开展全球物联网产业研究，在境外开展联合研发和设立研发机构，大力支持我国物联网企业参与全球市场竞争，持续拓展技术与市场合作领域。
第三，应用导向，技术和标准先行。目前，全球物联网产业的核心技术尚不成熟，标准体系正在构建中。研制与物联网有关的标准不仅有利于规范市场、指导产业发展，而且对各国掌握物联网产业发展的主导权具有重要意义。因此，发达国家在发展物联网的过程中，一方面根据应用需求进行技术研发，掌握关键核心技术；另一方面要在制订标准上狠下功夫。
（作者系国务院发展研究中心技术经济部部长）

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”。由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，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相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
“物联网”概念的问世,打破了人类之前的思维方式。过去，人们一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心、个人电脑、宽带等。
而在物联网时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带融合为统一的基础设施，实现人类社会与物理系统的整合。在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，并达到“智慧”状态，从而提高资源利用率和生产力水平，实现人与自然和谐统一。

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