第1章 物联网概述

1.物联网简史

物联网是第三次信息产业革命浪潮

20世纪60年代越战期间,越南北方通过胡志明小道向南方运输军用物资和人员,美军在小道附近投下2万多枚传感器系统,这些系统提供了车辆活动较为准确的位置,取得了非常好的效果,这就是物联网较为早期的应用实践。
1995年比尔·盖茨在他的《未来之路》一书中对未来的描述为:你不会忘记带走你遗留在办公室或教室里的网络连接用品,它将不仅仅是你随身携带的一个小物件,或是你购买的一个用具,而且是你进入一个新的、媒介生活方式的通行证。
1998年,美国麻省理工学院(MIT)提出了EPC(Electronic Product Code,电子产品编码)系统的物联网构想。1999年,美国Auto - ID中心首先提出物联网概念。
2009年8月7日,国务院总理温家宝在无锡视察时发表重要讲话,提出“感知中国”的战略构想,即中国要抓住机遇,大力发展物联网技术。
2009年11月3日,温家宝总理向首都科技界发表题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话,强调科学选择新兴战略性产业非常重要,指示要着力突破传感网、物联网关键技术,大力发展物联网产业将成为一项具有国家战略意义的重要决策。
物联网:采用传感感知技术获取物体、环境的各种参数信息,通过各种无线通信技术汇总到信息通信网络上,并传输到后端进行数据分析挖掘处理,提取有价值的信息给决策层,并通过一定的机制、措施,实现对现实世界的智慧控制。由此可见,物联网核心是将物体联到网络上,物联网未来就是人工智慧生命感知决策行动系统。物联网是一个综合技术系统,未来还可以融合区块链、人工智能、可穿戴设备、增强现实(AR)、机器人、自动驾驶、无人机等技术,智能交互、信息智能呈现、随时采取行动,实现物联网+。
 

2.物联网体系框架

物联网的三层结构

感知层

感知是物联网的底层技术,是联系物理世界和信息世界的纽带。感知层包括各种感知技术。感知技术是能够让物品“开口说话”的技术。无线传感网络主要通过各种类型的传感器对物质性质、环境状态、行为模式等参数信息进行获取。

网络层

网络层的主要作用是把感知层数据接入互联网,供上层服务使用,包含信息传输、交换和信息整合。物联网核心网络最主要使用的是互联网。网络边缘使用各种无线网络提供被感知物体参数信息的网络接入服务。无线通信技术有:移动通信网络 (包括2G、3G、4G及5G技术) ,网络覆盖较为完善,但成本、耗电不具优势,对不易充电的环境使用非常受限。WiMAX技术(IEEE802.16),提供城城范围高速数据传输服务。WiFi(IEEE 802.11 系列标准)、蓝牙(IEEE 802.15.1)、ZigBee(802 .15.4标准)等通信协议的特点是低功耗、低传输速率、短距离,一般用作个人电子产品互联、工业设备控制等领域,LoRa、NB-IoT的特点是低功耗、低传输速率、长距离,适用于智慧城市、智慧农村等大量应用场景。

应用层

应用层利用经过分析处理挖掘的感知信息数据,为用户提供丰富的服务,实现智能化感知、识别、定位、追溯、监控和管理。应用层是物联网使用的目的。目前,已经有大量物联网应用在实际中,例如通过一种传感器感应到某个井盖被移动的信息,然后通过网络进行监控,及时采取应对措施。
应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。应用支撑平台子层支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协调、共享、互通,包括公共中间件、信息开放平台、云计算平台和服务支撑平台。应用支撑平台子层可以将大规模数据高效、可靠地组织起来,为行业应用提供智能的支撑平台。应用服务子层包括智慧城市、智慧校园、智能交通、智能家居、工业控制等行业应用。

传感技术

传感器负责物联网中的信息采集,是实现“感知”世界的物联网神经末梢。传感器是感知和探测物体的某些参数信息,如温度、湿度、压力、尺寸、成分等,并根据转换规则将这些参数信息转换成可传输的信号(如电压)的器件或设备。它们通常由某个参数敏感性部件和转换部件组成。

无线通信技术

常见无线通信技术有:移动通信2G、3G、4G、5G技术,WiMAX,WiFi,蓝牙,ZigBee,LoRa,NB-IoT,RFID等。
 

3.物联网关键技术

数据分析处理技术

数据分析处理技术是通过网络传输汇总物品参数信息,进一步分析处理海量数据,从海量数据中挖掘出有价值的规律、结论,把结论通过图表等形式提供给决策层用户来使用。可以借助人工智能(Artificial Intelligence,AI)、智能控制技术等提升数据分析的智能性、自动化程度以代替人工进行决策、控制。

网络通信技术

网络通信技术包括各种有线和无线传输技术、交换技术、网关技术等。M2M通信技术是指机器对机器(Machine-To-Machine)通信,实现人、机器、系统之间的连接与通信。M2M 技术可以结合WiMAX、WiFi、蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、LoRa、NB-IoT、RFID、UWB 等无线连接技术,提供通信服务。


4.物联网常见应用

物联网用途广泛,涉及生活中的方方面面,如智能交通、环境保护、公共安全、智能家居、工业监测、农业生产、食品追溯等多个领域。虽然物联网还未普及应用,但已有部分成功案例实现了管理效率的大幅提升,物联网技术应用前景广阔
 

5.物联网发展趋势

目前,中国已经形成一定的市场规模,物联网技术已经应用在公共安全、城市管理、环境监测、节能减排、交通监管等领域。无锡、厦门等地已经开始布局,积极推动行业应用,建设示范工程和示范区。据预测,2035年前后中国的传感网终端将达到数千亿个,2050年传感器将在生活中无处不在。
未来手机技术系统向超系统进化,很多功能将迁移到超系统中去,特别是借助物联网系统,手机未来形态或者替代技术系统将是融合于物联网+,基于物联网、融合区块链、人工智能,再结合增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、可穿戴设备、3D打印、机器人、无人机等技术和设备进行内容呈现、交互、指令控制。未来手机形态将会不存在了,手机功能将会由物联网+各种新技术来承载,物联网+将是手机未来的形态。基于手机的替代系统物联网+融合各种新技术将会带来完全革新的业务应用形态,给生活、工作和社会带来翻天覆地的变化。
 

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