物联网

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物联网是通过多种传感设备把物品与互联网连接起来以实现物品智能化的一种网络技术。按照部署方式不同,物联网可分为私有物联网、公有物联网、社区物联网和混合物联网。物联网的体系结构包括:感知延伸层、网络层、业务和应用层。 物联网(InternetofThings,简称IoT)是一种利用各种传感器将物体与互联网相联系,并按照一定的规则进行数据交互和通信,从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。...

物联网是通过多种传感设备把物品与互联网连接起来以实现物品智能化的一种网络技术。按照部署方式不同,物联网可分为私有物联网、公有物联网、社区物联网和混合物联网。物联网的体系结构包括:感知延伸层、网络层、业务和应用层。

物联网定义

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物联网(Internet of Things,简称IoT)是一种利用各种传感器将物体与互联网相联系,并按照一定的规则进行数据交互和通信,从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是通信网和互联网的一种扩展使用方式,其通过使用传感器技术和智能设备,对实体世界展开感知和辨识,在此基础上对人与物、物与物进行计算、处理和知识的发掘,并在人与物、物与物之间建立起信息互动和无缝连接的方式,实现对实体世界的实时控制、精确管理。

发展历程

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国外发展情况

“物联网”这个术语最初是由比尔盖茨在1995年发表的《未来之路》一书中提出来的,但由于受到科技发展程度的限制,这个术语一直没有被人们所关注。

1999年,美国、中国、日本等6个国家基于产品电子编码和互联网提出了物品联网这一新的理念。

2005年,由国际电信联盟 (ITU)公布的《ITU互联网报告2005:物联网》中,对物联网支持技术及未来的发展趋势进行了较为完整的描述。

2009年,欧盟制定了物联网行动方案,推出物联网标准战略,确保物联网的可信度、接受度和安全性。

2010年,美国,中国,德国,日本等多个国家将物联网的发展提到了战略高度,并在政策层面对其进行了积极的扶持。

2014年,韩国公布了《物联网基本规划》,明确了“引领超链接数字革命”的物联网战略发展目标。

2015年,德国发布了“工业4.0”战略,物联网技术在工业领域得到广泛应用。

2015年,国际电信联盟在《ITU互联网报告2005:物联网》中正式提出“物联网”这一新的概念。

2016年,全球出现了第一起物联网大规模攻击事件,通过Mirai物联网病毒利用已知或未知的漏洞感染大量的物联网终端。

2019年,欧洲联盟出台《欧洲工业战略》,将工业物联网列为其中一项重点内容。

2020年,美国国家标准技术研究院(NIST)发布《物联网设备安全性指南》。

2022年,欧洲联盟颁布《数字化欧洲2022年战略》,提出了推进物联网和5G技术发展的计划。

中国发展情况

物联网技术在中国的发展历史最早可以追溯到上世纪末期,当时中国开展了许多相关项目和试点,如“天网工程”“数字城市”等,但是直到近年物联网技术才得到快速的发展。

2008年,“中国移动政府工作会议”指出以移动技术和物联网为标志的新型信息技术正在兴起。

2009年,IBM公司 CEO彭明盛首次引入“智慧地球”这个理念,并提议政府投资智能基建设施,美国也把新能源与物联网作为促进经济增长的两个重点。

2009年,无锡市成立“感知中国”研发中心,中国科学院、电信运营商、多所大学在无锡建立了“物联网研究院”。

2014年:国家工信部印发《物联网产业发展规划》,明确了物联网产业发展的目标和任务。

2017年:国务院发布《新一代人工智能发展规划》,将物联网与人工智能作为两大核心技术支撑。

2018年起,杭州市启动了城市区域物联网的规划与建设,到现在为止,已经实现了城市区域700公里范围内的 LoRa技术的全覆盖。

2020年:国务院发布《数字经济发展战略》,明确物联网产业是数字经济的重要组成部分。

2021年:中国发布《全国物联网产业发展白皮书(2021)》,总结了物联网产业发展的历程和成就,并提出未来发展的方向和目标。

2022年底,中国移动物联网连接数比2021年底净增4.47亿,达18.45亿,占世界总接入量的70%。

物联网分类

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根据物联网的部署方式,可以划分为:私有物联网、公有物联网、社区物联网和混合物联网。

私有物联网

私有物联网指的是一种私人所有的小规模的网络,它主要出现在某些公司和企业的内部网络中,通常为一个单位的内部提供服务,从而实现与该单位的有关的服务。它可以由一个单位或者其委托的第三方来实施和维护,也可以出现在该单位的外部。例如,在工业生产领域中,企业可以利用私有物联网来监控生产设备的状态、收集生产数据并进行分析,以便优化生产流程、提高效率和降低成本。

公有物联网

公有物联网是以互联网为基础,面向公众或大范围的用户群为基础,它通常是由一个机构或其委托的第三方进行运营和维护的,它的信息是所有人共享的,能够提供更加广泛的服务。例如,在城市管理领域中,可以利用公有物联网平台来监控城市供水、排水、燃气等公共安全方面的情况。

社区物联网

社区物联网面向“社区”或多个部门(如公安局、交通局、环保局、城管局等),具有多个部门共同运营与维护的特点,其应用范围广泛,且多集中于内部网络。例如,在智慧家居领域中,居民可以利用社区物联网来实现家居设备的智能控制,提高家居生活的便利性和舒适度。

混合物联网

混合物联网是指在私有物联网、公有物联网、社区物联网中,任意多个网络的结合,在后台有统一运营维护的实体。例如,在医疗健康领域中,混合物联网可以实现医疗设备、医疗信息系统和医生、患者等多种资源的互联互通,提高医疗服务的效率和质量。

体系结构

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感知延伸层

感知延伸层主要实现物体的信息采集、捕获和识别。感知延伸层的关键技术包括传感器、RFID、GPS、自组织网络、传感器网络、短距离无线通信等。感知延伸层必须解决低功耗、低成本和小型化的问题,并且向灵敏度更高、更全面的感知能力方向发展。

网络层

网络层是物联网的神经系统,主要进行信息的传递,以及数据的存储、查询、分析、挖掘、理解及决策。网络层要根据感知延伸层的业务特征,优化网络特性,更好地实现物与物之间的通信、物与人之间的通信以及人与人之间的通信。物联网的通信技术主要包括短距离无线、中距离无线、长距离无线和有线技术等。

短距离无线技术:短距离无线技术传输距离一般不超过100米。常用的短距离无线技术包括蓝牙、红外、UWB、ZigBee等。例如,蓝牙技术广泛应用于手机、手表、智能家居等设备之间的数据传输,UWB主要应用于成像系统或车载雷达系统内。

中距离无线技术:中距离无线技术传输距离一般在100米到1公里之间。常用的中距离无线技术包括Wi-Fi和LoRa等。Wi-Fi技术是一种广泛应用于家庭和企业网络的无线局域网技术,可以提供高速的数据传输和可靠的连接。而LoRa技术则是一种低功耗、长距离的无线通信技术,适用于物联网设备的低功耗、长寿命需求。

长距离无线技术:长距离无线技术有短波通信和长波通信,传输距离可达几百千米,包括GPRS/CDMA、3G、4G、5G等蜂窝网(伪长距离通信)以及真正的长距离GPS卫星移动通信网。

有线技术:有线通信技术采用有线传输介质连接通信设备,为通信设备之间提供数据传输的物理通道。常见的工业有线通信技术包括现场总线、工业以太网和时间敏感网络。

应用层

应用是物联网发展的驱动力和目的。应用层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理,做出正确的控制和决策,实现智能化的管理、应用和服务,这一层解决的是信息处理和人机界面的问题

管理服务层:通过中间件软件实现感知硬件和应用软件之间的物理隔离和无缝连接,提供海量数据的高效汇聚和存储,通过数据挖掘、智能数据处理计算等为行业应用层提供安全的网络管理和智能服务。

行业应用层:可为不同行业提供物联网服务,可以是智能交通、智能教育、智能警务、智能医疗、智能家居、智能物流等。该层主要由应用层协议组成,不同的行业需要制定不同的应用层协议。

关键技术

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硬件技术

物联网的硬件技术主要包括传感器技术、射频识别技术和无线通信技术等。

传感器技术:传感器具有探测功能,能够将探测到的物理、化学和生理等信息转换成电信号或其他所需形式的信息并发送,满足后续信息处理、存储、显示、记录和控制等要求。大量功能各异的传感器构成了传感网的基础,此外它们也是物联网的末端设备,并被用作感测信号输入系统的首道关口。

射频识别技术:RFID是一种非接触式的自动识别技术,通过电磁波信号实现无人工干预的无接触识别并读写数据。相较于传统识别技术,如条形码,RFID不怕污损,可以穿透障碍物,支持大容量数据存储和修改,可重复使用,能够高速读写标签,并且可以同时识别多个射频标签。在各个行业领域中,RFID都有广泛应用,例如在物流行业中,RFID可以实现信息自动采集,进而提高物流效率。

无线通信技术:物联网的无线通信技术是连接物联网设备的重要手段,它包括蓝牙、Wi-Fi、Zigbee、UWB、LoRa等多种技术。

软件技术

物联网的软件技术主要包括云计算、大数据分析、人工智能等。

云计算:云计算是物联网的核心,类似于人类大脑。它通过互联网提供资源,在动态易拓展和经常虚拟化的情况下实现增加、使用和交付服务。当前,大部分物联网服务器都基于云端环境部署,因此可以利用云计算为应用层提供各种服务。云计算服务包括三个层次,即基础设施即服务、平台即服务和软件即服务。

大数据分析:在物联网时代中,大量的网络传感器嵌入各种设备中,用于收集不同领域的数据。这些数据形成了物联网的大数据,它与普通的大数据具有不同特点:异构、多样、非结构化、无噪声且高增长。通过大数据分析技术,可以对这些数据进行搜集、分类、存储、挖掘分析及可视化,以解决问题并提取出高价值信息。

人工智能:物联网硬件设备主要负责数据采集,物联网所收集到的数据是人工智能进行决策的基础,为人工智能提供分析决策所需的信息,通过人工智能,物联网感知世界,同时,人工智能也可以通过物联网改变环境。

物联网应用

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城市管理

物联网可以将不同类型的感测网络连接在一起,并结合地理信息系统和空间信息系统,通过传感节点和城市基础设施结合感知其环境、状态以及位置等信息,以实现数字化智能化的城市管理,提高城市安全度。例如,重要地点边界监控系统和城市视频监控系统采用复合传感器和智能视频相结合的方法,通过传输网络,全天候、全方位地监控重要区域和周围场所。

物联网

智慧城市

农业园林

物联网是智慧农业的重要技术支撑,它全面综合了信息技术、感知技术、互联互通技术和智能化技术,有效地提高了农业系统的运转效率。例如在设施园艺中,利用传感器采集土壤温度、湿度、ph值、降水量、空气湿度和气压、光照强度以及co2浓度等作物生长参数的数据,为温室的精准调控提供科学依据。

物联网

智慧菜园

智能楼宇

通过物联网可以实现楼宇信息的实时监控、连接和互动,智能感知、识别和管理楼宇物品和控制过程。例如,建立包括多个子系统,如暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防和安全防范等的楼宇设备自动化系统。一旦发生火灾,除了消防系统启动运行外,所有相关系统都会自动切换工作方式:供配电系统立即切断普通电源;空调系统停止通并启动排烟风机;电梯系统停止使用普通电梯并将其降至底层,同时启动消防电梯等等。

物联网

智能楼宇

个人健康

物联网在医疗健康领域有很大的发展潜力,应用范围从医疗机构向家庭、社区等方面延伸。通过与云计算和大数据技术相结合,物联网可以扩展“感知”健康服务的广度和深度,从而预防保健和推动全民健康。例如,智能手环和智能血压计等智能设备可以采集健康信息,由医疗健康管理服务器进行分析和反馈,并提供用户实际情况的健康管理服务。

物联网

个人健康

工业物联网

物联网已被广泛应用于工业领域中,包括生产优化、管理提升、改进服务和节能减排等方面。例如,可以通过运行数据的采集和分析对设备/智能产品的位置、状态、传感器、告警以及性能等信息进行监测,实现设备远程监控、故障报警、预防性维护和性能优化分析等功能,从而提高服务效率和效能。

物联网

智能工厂

争议与挑战

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隐私和安全问题

物联网使用中涉及信息空间安全,物理空间安全,系统运行安全等问题。信息空间安全指确保物联网中的相关信息在可用性、完整性和保密性方面受到保护。物理空间安全指通过对物联网实体的控制来增强其应用程序的可靠性和稳定性。系统运行安全指为物联网系统提供安全保障以确保操作过程中各个环节的安全性。此外,物联网应用中需要考虑对私人生活和信息的安全保护,以及防止他人通过非法手段获取或利用个人隐私。

标准化问题

由于物联网是新一代的信息基础设施,因此它的标准化进展较为缓慢,同时物联网的理论研究和科学实验相对匮乏,导致其技术基础标准的制定缺乏研究和实验结果的支持,这制约了物联网技术基础的标准化工作开展。

社会和伦理问题

物联网技术的传播应用会对社会既有的伦理体系造成不可避免的冲击,可能对社会和个人造成的不良影响和后果,淡化人的主体性,加重社会心理隐患,加大信息管控难度。

发展趋势

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隐私和安全保护

在物联网未来的技术发展中,为了实现高效的隐私和安全保护,需要关注以下几个方面:高可信度的物联网架构设计,异构设备和各种网络协议的安全性保障,安全而又值得信任的数据处理海和云计算机制,以用户为中心的上下文感知隐私管控,隐私感知数据处理,安全和隐私性的物理信息融合系统(cps)操作等。

标准化

在物联网技术的标准化方面,未来需要建立包括总体、感知、网络、应用和共性关键技术标准体系在内的五个层次的标准体系。这个标准体系将涵盖以下分类:架构、应用需求、通信协议、标识、安全、应用、数据、信息处理、以及公共服务平台类的标准,并且每个分类中还会包含技术、协议、接口、设备、测试和互通等方面的标准。

社会和伦理问题

为确保未来物联网的健康发展,需要致力于发展和完善相关核心技术、法律法规和伦理体系:尽快突破物联网核心技术,特别是在信息加密、身份认证系统、高级防火墙、网络检测等方面;在使用过程中,需要借助法律法规的强制和规导力量来为物联网的健康发展提供强硬的法律保障;此外,可以建立配套的物联网道德评估与监督机制,如对企业或个人形成诚信档案并建立信用评估机制等,从而为物联网的良性发展提供道德约束和监管措施。

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词条目录
  1. 物联网定义
  2. 发展历程
  3. 国外发展情况
  4. 中国发展情况
  5. 物联网分类
  6. 私有物联网
  7. 公有物联网
  8. 社区物联网
  9. 混合物联网
  10. 体系结构
  11. 感知延伸层
  12. 网络层
  13. 应用层
  14. 关键技术
  15. 硬件技术
  16. 软件技术
  17. 物联网应用
  18. 城市管理
  19. 农业园林
  20. 智能楼宇
  21. 个人健康
  22. 工业物联网
  23. 争议与挑战
  24. 隐私和安全问题
  25. 标准化问题
  26. 社会和伦理问题
  27. 发展趋势
  28. 隐私和安全保护
  29. 标准化
  30. 社会和伦理问题

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