一、"物聯(lián)網(wǎng)"概念的誕生
1991年，美國施樂公司(Xerox)的首席科學(xué)家馬克·維瑟(Mark Weiser，1952.7.23-1999.4.27)在《科學(xué)美國人》雜志上發(fā)表了《21世紀(jì)的計算機(jī)》(《The Computer for the 21st Century》)一文，對計算機(jī)的未來發(fā)展進(jìn)行了大膽的預(yù)測。在文中，他開創(chuàng)性地提出"泛在計算"(UC，Ubiquitous Computing)的思想，認(rèn)為計算機(jī)將發(fā)展到與普通事物無法分辨為止，人們能隨時隨地通過任何智能設(shè)備上網(wǎng)享受各項(xiàng)服務(wù)，計算機(jī)技術(shù)最終將無縫地融入到日常生活中。
1995年，美國微軟公司聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·蓋茨(Bill Gates)在其著作《未來之路》中有這樣的一段精彩描述--"當(dāng)你走進(jìn)機(jī)場大門時,你的袖珍個人計算機(jī)與機(jī)場的計算機(jī)相聯(lián)就會證實(shí)你已經(jīng)買了機(jī)票;而你所遺失或遭竊的照相機(jī)將自動發(fā)回信息,告訴用戶它現(xiàn)在所處的具體位置,甚至當(dāng)它已經(jīng)身處不同的城市的時候……"比爾·蓋茨在這提及的便是"物物互聯(lián)"的設(shè)想。然而受限于當(dāng)時無線網(wǎng)絡(luò)、硬件及傳感設(shè)備的發(fā)展水平，他的美好設(shè)想并未引起當(dāng)時人們的重視。
1999年，在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡(luò)國際會議上, 美國麻省理工學(xué)院自動識別中心(MIT Auto-ID Center)的凱文·阿什頓(Kevin Ashton)教授在研究射頻識別(RFID)技術(shù)時結(jié)合物品編碼、RFID和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的解決方案首次提出了"物聯(lián)網(wǎng)"的概念，他因此也被稱作是"物聯(lián)網(wǎng)之父"。
圖 1 "物聯(lián)網(wǎng)之父"--美國麻省理工學(xué)院自動識別中心凱文·阿什頓(Kevin Ashton)教授
2005年，國際電信聯(lián)盟(ITU)在突尼斯舉行的信息社會世界峰會 (WSIS)上正式確定了"物聯(lián)網(wǎng)"的概念,并在之后發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》報告中給出了較為公認(rèn)"物聯(lián)網(wǎng)"的定義:物聯(lián)網(wǎng)是通過智能傳感器、射頻識別(RFID)設(shè)備、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。顯而易見，物聯(lián)網(wǎng)所要實(shí)現(xiàn)的是物與物之間的互聯(lián)、共享、互通，因此又被稱為"物物相連的互聯(lián)網(wǎng)"，英文名稱是"Internet of Things(IoT)"。
作為新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合運(yùn)用，物聯(lián)網(wǎng)備受各界關(guān)注，也被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是繼計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次信息技術(shù)革命。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用在倉儲物流、城市管理、交通管理、能源電力、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域，廣泛涉及到國民經(jīng)濟(jì)和社會生活的方方面面。
二、物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)
當(dāng)前較為公認(rèn)的物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)包括三個邏輯層，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。
感知層:感知層處在物聯(lián)網(wǎng)的最底層，傳感器系統(tǒng)、標(biāo)識系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及相應(yīng)的信息化支撐設(shè)備(如計算機(jī)硬件、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端設(shè)備等)組成了感知層的最基礎(chǔ)部件，其功能主要用于采集包括各類物理量、標(biāo)識、音頻和視頻數(shù)據(jù)等在內(nèi)的物理世界中發(fā)生的事件和數(shù)據(jù)。
網(wǎng)絡(luò)層:網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等組成，在物聯(lián)網(wǎng)中起到信息傳輸?shù)淖饔?，該層主要用于對感知層和?yīng)用層之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞，它是連接感知層和應(yīng)用層的橋梁。
應(yīng)用層:主要包括云計算、云服務(wù)和模塊決策，其功能有兩方面，一是完成數(shù)據(jù)的管理和數(shù)據(jù)的處理;二是將這些數(shù)據(jù)與各行業(yè)信息化需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用的解決方案。
此外，圍繞物聯(lián)網(wǎng)的三個邏輯層，還存在一個公共技術(shù)層。公共技術(shù)層包括標(biāo)識與解析、安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)質(zhì)量(QoS)管理等具有普遍意義的技術(shù)，它們被同時應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)的其它三個層次。
圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系框架圖三、物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)具有數(shù)據(jù)海量化、連接設(shè)備種類多樣化、應(yīng)用終端智能化等特點(diǎn)，其發(fā)展依賴于感知與標(biāo)識技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息處理技術(shù)、信息安全技術(shù)等諸多技術(shù)。
(1)感知與標(biāo)識技術(shù)
感知和標(biāo)識技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)外部世界信息的感知和識別，主要包括傳感器技術(shù)和識別技術(shù)。
1.傳感器技術(shù)
傳感器是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，傳感器的可靠性、實(shí)時性、抗干擾性等特性，對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的性能起到舉足輕重的作用。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域常見的傳感器有距離傳感器、光傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、心率傳感器、角速度傳感器等，此外物聯(lián)網(wǎng)中常見的還有氣壓傳感器、加速度傳感器、濕度傳感器以及指紋傳感器等。
2.識別技術(shù)
對物理世界的識別是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的基礎(chǔ)，常用的識別技術(shù)有二維碼、RFID標(biāo)識、條形碼等，涵蓋物品識別、位置識別和地理識別。物聯(lián)網(wǎng)的識別技術(shù)是以RFID為基礎(chǔ)，RFID是通過無線電信號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)的無線通信技術(shù)。該技術(shù)不僅無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，而且在許多種惡劣的環(huán)境下也能進(jìn)行信息的傳輸，因此在物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行中有著重要的意義。
(2)信息傳輸技術(shù)
目前信息傳輸技術(shù)包含有線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和移動通信技術(shù)，其中無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要又分為遠(yuǎn)距離無線傳輸技術(shù)和近距離無線傳輸技術(shù)。其中，遠(yuǎn)距離無線傳輸技術(shù)包括2G、3G、4G、NB-IoT、Sigfox、LoRa，信號覆蓋范圍一般在幾公里到幾十公里，主要應(yīng)用在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸，如智能電表、智能物流、遠(yuǎn)程設(shè)備數(shù)據(jù)采集等。近距離無線傳輸技術(shù)包括WIFI、藍(lán)牙、UWB、MTC、ZigBee、NFC，信號覆蓋范圍則一般在幾十厘米到幾百米之間，主要應(yīng)用在局域網(wǎng)，比如家庭網(wǎng)絡(luò)、工廠車間聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)辦公聯(lián)網(wǎng)。
(3)信息處理技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)往往具有海量性、時效性、多態(tài)性等特點(diǎn)，給數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、質(zhì)量控制、智能處理等帶來極大挑戰(zhàn)。信息處理技術(shù)的目標(biāo)是將傳感器等識別設(shè)備采集的數(shù)據(jù)收集起來，通過信息挖掘等手段發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)新的信息，為用戶下一步操作提供支持。當(dāng)前的信息處理技術(shù)有云計算技術(shù)、智能信息處理技術(shù)等。
(4)信息安全技術(shù)
信息安全問題是互聯(lián)網(wǎng)時代的十分重要的議題，安全和隱私問題同樣是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)除面臨一般信息網(wǎng)絡(luò)所具有的如物理安全、運(yùn)行安全、數(shù)據(jù)安全等問題外，還面臨特有的威脅和攻擊, 如物理俘獲、傳輸威脅、阻塞干擾、信息篡改等。保障物聯(lián)網(wǎng)安全涉及到防范非授權(quán)實(shí)體的識別，阻止未經(jīng)授權(quán)的訪問，保證物體位置及其他數(shù)據(jù)的保密性、可用性，保護(hù)個人隱私、商業(yè)機(jī)密和信息安全等諸多內(nèi)容，這里涉及到網(wǎng)絡(luò)非集中管理方式下的用戶身份驗(yàn)證技術(shù)、離散認(rèn)證技術(shù)、云計算和云存儲安全技術(shù)、高效數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)、隱私管理策略制定和實(shí)施技術(shù)等。
