关键词：物联网(IOT)；射频识别(RFID)；网络应用；关键技术
中图分类号：TP3934 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)08-0078-03
Features and application of Internet of Things
MA Yin
(Jiangsu College of Information Technology, Wuxi 214153, China)
Abstract: A comprehensive analysis of Internet of Things (IOT) is made The origin and basic concepts of IOT is presented firstly The current research on IOT at homeland and abroad and application of IOT are introduced secondly The key techniques of IOT such as the architecture, perception and terminal technology, security of IOT and intelligence are discussed in detail Combined with the development and current industry situation, the suggestions about IOT application and technical improvement are made finally
Keywords: Internet of Things (IOT); Radio Frequency Identification (RFID); Internet application; key technique
0 引 言
随着信息技术的发展，智能化管理与服务也得到快速发展，物联网正是在这样的条件下发展起来的新兴产业。物联网是以感知为核心的物物互联的综合信息系统，其发展将促进传统生产、生活方式向着现代智能化的方式转变，可大大提高生产力和社会运行效率，提升人们的生活质量。物联网是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第3次革命。
早在1995年，比尔·盖茨在《未来之路》中就已经提及物物互联的概念，但受限于当时无线网络、硬件及传感设备的发展情况而未引起重视。1998年，美国麻省理工学院(MIT)创造性地提出了当时被称为EPC系统的物联网构想。1999年，在建立物品编码、RFID技术和物联网的基础上，美国Auto-ID中心首先提出“万物皆可通过网络互联”，从此阐明了物联网的基本含义[1]。
物联网的基本思想产生于上世纪末，但近年来，随着信息技术的发展，物联网才真正引起人们的关注。2005年，在信息社会世界峰会(WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》[2]。《报告》指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临：通过一些关键技术，用互联网将世界上的物体都连接在一起，使世界万物都可以上网，世界上所有物体都可以通过互联网主动进行信息交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术和机器人技术等将得到更加广泛的应用。欧洲智能系统集成技术平台(EPOSS)于2008年在《物联网2020》[3]报告中分析预测了未来物联网的发展主要经历四个阶段：2010年之前广泛应用于物流、零售和制药等领域；2010—2015年实现物与物之间的互联；2015—2020年进入半智能化阶段；2020年之后实现全智能化。目前，物联网的产业发展和应用正在由第一阶段向第二阶段过渡期，物物互联的应用范围不断扩大。RFID 在欧美国家已具有成熟的产业链，这些国家主要将RFID 技术应用于交通、车辆管理、身份识别、生产线自动化控制、仓储管理及物资跟踪等领域。我国目前的物联网虽然只有小规模应用，但物联网的战略性新兴产业地位已经明确。
1 物联网关键技术及特点
物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化的重要特征。物联网是一种复杂多样的综合网络系统，根据信息生成、传输、处理和应用过程，可以把物联网分为感知识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层。
11 感知识别层
感知识别层由大量具有感知和识别功能的设备组成，可以部署于世界任何地方、任何环境之中，被感知和识别的对象也不受限制。感知识别技术是物联网的核心技术，是联系物理世界和信息世界的纽带，主要作用是感知和识别物体，采集并捕获信息。关键技术不仅包括射频识别技术、无线传感器等信息自动生成设备，也包括各种智能电子产品用来人工信息生成，主要是感知和识别设备的功耗、物体标签信息的浓缩和写入、物体信息代码的分类匹配等。近年来，各类可联网的电子产品层出不穷，智能手机、个人数字助理(PDA)、多媒体播放器、上网本、笔记本、平板电脑等迅速普及，人们可以随时随地接入互联网，分享信息。信息生成方式的多样化是物联网区别于其他网络的重要特征。
12 网络构建层
网络构建层主要是将感知识别层数据接入互联网。互联网及下一代互联网(包含IPv6技术)是物联网的核心网络。
各种无线网络可提供随时随地的网络接入服务。各种不同类型的无线网络合力提供便捷的网络接入，是实现物物互联的重要基础设施。无线个域网包括蓝牙技术(802151标准)、ZigBee技术(802154标准)，无线局域网包括现在广为流行的Wi-Fi技术(80211标准)，无线城域网包括现有的WiMAX技术(80216标准)，无线广域网包括现有移动通信网络及其演进技术(3G、4G通信技术)。物联网的概念是在1999年提出的，物联网的英文名： Internet of Things（IOT），也称为Web of Things。被视为互联网的应用扩展，应用创新是物联网的发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。
1990年物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机——Networked Coke Machine。
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”。会议上提出物联网这个概念；是1999年MIT Auto-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“Internet of things”（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。
2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。
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。
2008年后，为了促进科技发展，寻找经济新的增长点，各国政府开始重视下一代的技术规划，将目光放在了物联网上。在中国，同年11月在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新20”提出移动技术、物联网技术的发展代表着新一代信息技术的形成，并带动了经济社会形态、创新形态的变革，推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新（创新20）形态的形成，创新与发展更加关注用户、注重以人为本。而创新20形态的形成又进一步推动新一代信息技术的健康发展。
2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。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大中华区首席执行官钱大群公布了名为“智慧的地球”的最新策略。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是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，形成物联网。 在策略发布会上，IBM还提出，如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。IBM希望“智慧的地球”策略能掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技产业革命。IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔15年发生一次变革。这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律”。1965年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前后以个人计算机的普及为标志，而1995年前后则发生了互联网革命。每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革命一定程度上是由美国“信息高速公路”战略所催熟。20世纪90年代，美国克林顿政府计划用20年时间,耗资2000亿-4000亿美元,建设美国国家信息基础结构，创造了巨大的经济和社会效益。
而今天，“智慧地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。NB-IoT基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, 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。
NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。
移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。然而当前的4G网络在物与物连接上能力不足。事实上，相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。作为LTE的演进型技术，45G除了具有高达1Gbps的峰值速率，还意味着基于蜂窝物联网的更多连接数，支持海量M2M连接以及更低时延，将助推高清视频、VoLTE以及物联网等应用快速普及。蜂窝物联网正在开启一个前所未有的广阔市场。
对于电信运营商而言，车联网、智慧医疗、智能家居等物联网应用将产生海量连接，远远超过人与人之间的通信需求。
NB-IoT具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。[1]
NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IOT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IOT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。[4]
因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。3GPP标准的首个版本预计在今年6月发布，到时候将有一批测试网络和小规模商用网络出现。
目前包括我国运营商在内诸多运营商在开展NB-IoT和研究。就NB-IoT的发展现状，余泉详细阐述了三个精彩观点：一是NB-IoT是蜂窝产业应对万物互联的一个重要机会。二是NB-IoT要成功必须要建立开放产业平台。三是2016年是NB-IoT产业非常关键的一年，标准、芯片、网络以及商用应用场景都会走向成熟。
转向窄带物联网
对于LPWA网络所用到的窄带物联网（NB-IoT），运营商业已达成共识，应使用授权频谱，采用带内、防护频带独立部署。这一新兴技术可以提供广域网络覆盖，旨在为吞吐量、成本、能耗都很低的海量物联网设备提供支撑。
2015年11月，数家全球主流运营商联合设备商、芯片厂商和相关国际组织，在香港举办NB-IoT论坛筹备会，旨在加速窄带物联网生态系统的发展，成员包括中国移动、中国联通、Etisalat、LG Uplus、意大利电信、Telefonica、沃达丰、GSMA、GTI、华为、爱立信、诺基亚、高通和英特尔。六家运营商成员还宣布，将在全球成立六个窄带物联网开放实验室，聚焦窄带物联网业务创新、行业发展、互 *** 作性测试和产品兼容验证。
目前，运营商已经在客户中展开预标准NB-IoT技术试点工作。例如，德国电信和沃达丰已经采取行动，利用现有基站进行预部署试点，预计试商用部署在2016年下半年进行，正式商用将从2017年初开始。
沃达丰的Ibbetson表示，对3GPP标准的整合充满信心，但他也指出这一过程缓慢而艰难。“希望窄带物联网能在2016年3月份前成为独立标准，同时我们需要尽快决定使用哪个频段。”
华为也希望相关标准能尽快得到确认，这样行业才能启动大规模的物联网部署。胡厚昆指出：“华为在技术方面已经准备就绪，希望能尽快抓住窄带物联网的机遇。”
窄带物联网具有四大优势：电池寿命长（超过十年）、成本低（每个模块不足5美元）、容量大（单个小区能支持10万连接）、覆盖广（能覆盖到地下）。
Ibbetson认为：“如果产业链不能将单模块成本降到两三美元以下，实现大规模应用，NB-IoT市场就做不起来。我们需要从全局角度出发，以极低的成本将物联网模块嵌入设备中。”
胡厚昆也认为，要想刺激NB-IoT大规模发展，通信模块成本必须低于5美元。如果成本降到1美元以内，则会带来爆发式增长。
即将步入爆发期
随着网络连接、云服务、大数据分析和低成本传感器等所有核心技术的就绪，物联网已经从萌芽期步入迅速发展的阶段，大多数分析师对此都表示认可。
埃森哲亚太区高科技和电子产业主管David Sovie指出，每个CIO都应尽快制定物联网发展策略，否则将会在竞争中落败。IBM研究院物联网全球战略计划主管Wei Sun表示，IBM各行各业的大客户都在探索物联网产品和服务。
越来越多的行业已经在使用物联网技术提高效率，提升客户满意度并降低运营成本。例如，汽车零部件、家用电器及安全系统制造商博世已经将很多产品线连接起来，并从移动互联技术，尤其是车联网领域的崛起中直接获益。
在医疗领域，飞利浦已经开发了多款电子医疗应用，包括一款供慢性病患者使用的贴片。该贴片使用传感器实时收集患者健康数据，并传输到云平台，医护人员可以对数据进行监控，并适时采取医疗干预措施。
飞利浦数字加速项目主管Alberto Prado指出，设备和系统的互 *** 作性是数字医疗行业崛起的关键。随着协作护理模式日益盛行，未来的医疗必然将整合所有资源，并以主动预防为主。
为了迎接物联网领域的巨大机遇，整个产业不仅需要推动技术创新，还需要推动商业模式创新和跨行业协作。由于用例、应用和商业模式纷繁多样，物联网市场将比移动市场更加碎片化。
胡厚昆表示：“这将有赖于产业链上不同的利益相关者精诚合作。在物联网时代，运营商需要将关注的重点由管理技术扩展至管理整个生态系统。整个行业正处在紧要关头，运营商需要立即行动起来，抓住这一新的蓝海机遇。”[4]
NB-IoT亟需开放的平台
“NB-IoT产业生态系统正在快速成长，它更需要运营商与IoT相关产业参与者精诚合作，携手共进。”谈及NB-IoT落地的挑战，余泉介绍。
就在MWC2016举办前一天，GSMA联合企业各方举办全球首届NB-IoT峰会，并在会上成立NB-IoT forum。该联盟成员包括全球主流运营商、网络设备厂家以及主要芯片模组厂家等诸多产业链企业。
余泉强调，有超过20家垂直行业企业参加了此次峰会，这是非常可喜的开端。“当然垂直行业供应商可能不是几十家，而是几千家，业界还有很多的工作要做。”余泉以智能抄表行业为例表示，目前家庭拥有水表、电表、煤气表以及暖气表等很多表，这些背后的企业很多。
如此多的参与方，会出现大量协同方面的问题，业界需要一个开放的平台加速产业的前进步伐。而且，新标准制定需要开放平台去推动。
对此，诸多运营商联合包括华为在内的电信设备商一起搭建了Open Lab。据悉，借助Open Lab，垂直行业厂家就能很轻松地在实际现网上验证自身的物联网应用、网络以及商业模式。
首届北斗规模应用国际峰会将举行
首届北斗规模应用国际峰会将举行，作为全国北斗卫星导航应用三大示范区之一，长沙产业发展政策环境逐步完善，这些年，湖南出台了一系列文件与政策，创造良好营商环境，吸引北斗企业和人才汇集，支持北斗产业发展
首届北斗规模应用国际峰会将举行1再过两天，首届北斗规模应用国际峰会将在湖南长沙举行。
这么重要的国际峰会，为何选在湖南举行？
我发现，这里头大有文章。
论北斗企业，长沙可是撑台子的
网红长沙，火遍全国。
小龙虾、茶颜悦色……，这是大家常听常见的。其实在北斗这个高精尖领域，长沙也是佼佼者。
2020年北斗三号卫星系统完成全球组网，北斗系统的建成催生了北斗产业迅速发展。
目前，全国已形成北斗五大产业区，并已逐渐呈现以重点城市为主的集聚式发展格局。北京、上海、长沙、深圳、广州等九大城市，聚集了业内绝大部分龙头企业。
数据显示，2020年长沙拥有的卫星导航企业位居全国第三。
北斗产业“一条龙”服务
不说别的，专业化从事北斗领域的企业，长沙就有100多家。
长沙还圈了一块地，建立了长沙中电软件园，其中近一半北斗企业汇集在此。
好政策、大平台，自然就吸引了全国各地的北斗企业“奔赴”长沙“赶集”。
“楼下生产，楼上检测。”湖南中森通信科技有限公司总经理张建告诉我，成都综合电子产业发达，但长沙北斗产业链更完整、发展潜力更大，在园区就能实现产品生产到应用的“一条龙”服务。2011年他将公司从成都迁到长沙中电软件园。
目前，长沙已形成了芯片、模板、板卡、终端、系统集成应用与运营服务的完整产业链条，并在湖南的应急救援、交通运输、城市管理、现代农业中得到运用。
北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，湖南基本实现了全覆盖。空间段有国防科大、天仪研究院、迈克森伟、斯北图；地面段有国防科大和北斗产业研究院；用户段则更多，有长沙海格北斗、北云科技、北斗微芯等为代表的一批龙头企业。
一个以北斗应用为基础的'千亿产业集群，正在长沙形成。
北斗“湘军” 接续攀登技术高峰
北斗系统建设中，涌现出一大批湘籍航天****。特别是国防科技大学北斗团队自1994年组建以来，完整见证北斗系统建设全过程，为北斗系统研发了众多核心系统、突破了数十项关键核心技术，攻克了一个个急难险重的任务和难关，是北斗三号系统建设的主力军和国家队。
有如此深厚的支撑，湖南汇聚的众多企业在北斗高端技术上接续奋勇攀登。
在芯片领域，北斗高精度组合导航芯片等众多产品达到国内领先水平，部分产品填补国内空白。
在技术创新领域，激光高精度测距通信卡已成功应用于第五十、五十一颗北斗三号卫星；矩阵电子、湖南卫导占据90%的国内市场份额；卫星导航信号增强已进入国家京张智慧高铁建设，纳入交通运输部“新基建”的指导意见等政策。
“领着深圳的工资，享受长沙的房价”
不得不吹嘘一句，湖南在吸纳人才、鼓励创新、支持高质量发展方面，实打实的地做了很多。
我落户长沙，就能拿到5万元的人才补贴。
从长沙中电软件园转一圈，找到了许多“志同道合”者。园区众多北斗企业中，年轻人占绝大多数。
“领着深圳的工资，享受长沙的房价。”长沙海格北斗公司，不少拥有博士学历的技术骨干对落户长沙的选择不悔。
长沙中电软件园有限公司副总经理黎璐告诉我：“长沙房价低，还有人才补贴，非常吸引人。此外，园区还推出了性价比很高的公租房以及人才补贴。”
这些年，湖南出台了一系列文件与政策，创造良好营商环境，吸引北斗企业和人才汇集，支持北斗产业发展。例如，长沙市政府 2019年设立北斗应用专项，连续5年，每年1亿元经费用于支持北斗应用推广。
首届北斗规模应用国际峰会将举行2“长沙产业链的聚集效应越来越强，与我们紧密相关的上下游企业也越来越多，楼上楼下就能直接对接。”14日，在长沙中电软件园内的湖南中森通信科技有限公司，总经理张建高兴地告诉记者。
近年来，依托国防科大、中南大学等高校的人才优势，长沙聚集了一批优秀的北斗卫星导航企业，聚力打造北斗卫星导航产业集群。这些企业主要集中在长沙高新区，中电软件园则是大本营。
北斗应用场景多点开花
中森通信作为我国北斗手持双模型导航用户机三大供货商之一，占全国通装市场75%以上;环球信士的北斗卫星追踪器，已成功追踪200个野生动物物种、7000多个个体;北云科技做出的板卡，可精确到厘米级……走近长沙高新区中电软件园，各种北斗应用场景百花齐放，各类“北斗+”技术让人大开眼界。
铁路运输沿线中，许多隧道、场站等相对封闭，卫星导航信号几乎被完全遮蔽，接收设备根本无法定位，怎么办为解决定位盲区的问题，长沙北斗研究院自主研发了北斗导航覆盖增强系统，实现了在不改变导航终端情况下，提供与室外完全一致的全天候、全天时、高可靠性导航服务，并成功应用于京张高铁隧道工程。“未来该技术成果还将应用在铁路隧道、公路隧道、地铁、地下停车场等多个场景。”北斗研究院相关负责人表示。
而在智慧 旅游方面，长沙海格北斗为红色旅游量身打造的“智慧 旅游管理平台”，通过北斗卫星导航技术+高分遥感技术、5G窄带物联网和 VR等新型技术，极大地提升了红色文化旅游、乡村旅游、入境旅游质量和水平。如今，北斗智慧 旅游首期已在井冈山、瑞金、兴国、于都、龙虎山风景区等地获得规模化应用。
“目前园区的北斗产品及技术已应用到智能驾驶、驾考驾培、桥梁监测、野生动物追踪、水路安全畅通、防灾减灾、司法、邮政运输、工程机械等诸多领域。”长沙中电软件园有限公司副总经理黎璐说。
产业集聚效应不断显现
作为全国北斗卫星导航应用三大示范区之一，长沙产业发展政策环境逐步完善，发展载体集聚效应逐步显现。近年来，长沙先后获得长株潭“中国制造2025”试点示范城市群、国家小微企业创业创新基地示范城市、产融合作示范城市等称号。
如今，长沙北斗产业的“朋友圈”还在持续壮大。目前，湖南80%、长沙90%以上从事北斗导航产业的企业聚集于长沙高新区，实现了空间段、地面段和用户段的全覆盖，并初步形成了芯片-模块、板卡-终端-系统集成应用与运营服务的完整产业链，构筑了较为完整的产业链生态体系。
以长沙中电软件园为例，园区依托国防科大搭建北斗支撑服务平台，北斗产业链逐步完善，成为长沙主要的北斗产业集聚地。园区里的企业，因为北斗走到一起，并逐渐形成了北斗芯片、仿真测试、北斗信息安全、北斗特色应用四大特色领域。这些企业不是单打独干，而是联手打通从核心技术研究、芯片、板卡、终端到市场应用、运营服务的全产业链条。
数据显示，2020 年园区集聚北斗企业 50 余家、实现产值约 40 亿元。据悉，未来园区还将依托北斗产业研究院产教融合基地，鼓励园区企业与高校、科研院所共建北斗领域创新中心、开放实验室等，并开展人才联合培养、科研项目合作与技术协同创新等。
企业聚集，产业兴旺。当“北斗+”的集聚效应不断显现，北斗照亮未来将不是梦。
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