物聯(lián)網(wǎng)技術及其工業(yè)應用的機遇與挑戰(zhàn)

1、物聯(lián)網(wǎng)技術及其工業(yè)應用的機遇與挑戰(zhàn)摘要：當代物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展迅速，尤其在工業(yè)中的應用越發(fā)值得研究和關注。本文將簡析物聯(lián)網(wǎng)歷史和關鍵技術，分析其在工業(yè)中的應用以及由此帶來的機遇與挑戰(zhàn)，為我們?yōu)榱税l(fā)展物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)，迎接物聯(lián)網(wǎng)時代指明方向。關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術（IOT），工業(yè)應用，信息，網(wǎng)絡，無線網(wǎng)（WSNs）。Abstract: the Internet of things technology developed rapidly,and in its application in industry is especially worthy of  our att

2、ention and research. In this paper,the history of the Internet of things, its key technology , its application in industry which results in many opportunities and challenges to us,will be analyzed ,  so that we can greatly meet the development of the Internet

3、of things industry and pick up the direction of the era of the Internet of things.Keywords:technology of IOT, industrial applications, information,Internet,Wireless Sensor Networks.1 物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵的詮釋以及其歷史物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機與互聯(lián)網(wǎng)技術之后，掀起世界信息產(chǎn)業(yè)風暴的關鍵技術。物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上，將用戶端擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信，它的出現(xiàn)最早可追溯到1990年第

4、一次出現(xiàn)的最初實踐原型施樂網(wǎng)絡可樂販售機（Networked Coke Machine）。1999 年，在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡國際會議上，物聯(lián)網(wǎng)被定義為：物與物進行互聯(lián)通信的網(wǎng)絡， 其英文名稱是“Internet of Things, IoT”。在如今全球經(jīng)濟的快速發(fā)展的促進下，世界各國為謀求更多的經(jīng)濟利益，而近些年電子標簽、嵌入式系統(tǒng)和中間件系統(tǒng)以及云計算等技術的日益發(fā)展完善，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展壯大將是不可估量的。2物聯(lián)網(wǎng)的體系架構物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)向物理世界的延伸和拓展，互聯(lián)網(wǎng)可以作為傳輸物聯(lián)網(wǎng)信息的重要途徑之一，而傳感器網(wǎng)絡基于自組織網(wǎng)絡方式，屬于物聯(lián)網(wǎng)中一類重要的感知技術。從技術架構上分析，

5、物聯(lián)網(wǎng)可分為感知層、網(wǎng)絡層和內(nèi)容應用層。感知層的石油溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、二維碼標簽等傳感器或和傳感器網(wǎng)構成的感知終端，其基本作用是感知，是物聯(lián)網(wǎng)收集信息的執(zhí)行者，也是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源。網(wǎng)絡層顧名思義就是物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡部分，負責傳遞和處理感知層獲取的信息，將信息上傳或者傳遞，是由互聯(lián)網(wǎng)、各種私有網(wǎng)絡、云計算平臺和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)等組成的。應用層是物聯(lián)網(wǎng)同用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，它與行業(yè)需求結合，處理各種用戶需求，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應用。3物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術物聯(lián)網(wǎng)是一種網(wǎng)絡,就應該具有網(wǎng)絡的一些特性。由網(wǎng)絡理論中分層的概念分析概括,現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)大致可以分

6、成以下幾個部分?？梢娢锫?lián)網(wǎng)是一個相當龐大的集合，囊括了因特網(wǎng)、EPC/RFID、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、無線組網(wǎng)等各行業(yè)的成熟技術。ITU在2005年的物聯(lián)網(wǎng)報告中重點描述了物聯(lián)網(wǎng)的4個關鍵性應用技術標簽事物的RFID技術、感知事物的傳感器技術、思考事物的智能技術、微縮事物的納米技術各項技術,它們雖然發(fā)展不統(tǒng)一，其中相輔相成，其中射頻標簽、條碼與二維碼等技術已經(jīng)非常成熟，傳感器網(wǎng)絡相關技術尚有很大發(fā)展空間。3.1 感知和標識技術感知和標識技術是物聯(lián)網(wǎng)的基礎，主要應用與物聯(lián)網(wǎng)感知層，其主要作用是采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)外部世界信息的感知和識別，主要包括多種發(fā)展成熟度差異性很大的技術，

7、如傳感器、RFID、二維碼等。傳感技術利用傳感器和多跳自組織傳感器網(wǎng)絡，協(xié)作感知、采集網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息。識別技術涵蓋物體識別、位置識別和地理識別，對物理世界的識別是實現(xiàn)全面感知的基礎。物聯(lián)網(wǎng)標識技術是以二維碼、RFID標識為基礎的，對象標識體系是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要技術點。3.2 網(wǎng)絡技術物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡的一種，因此網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)信息傳遞和服務支撐的基礎設施，通過泛在的互聯(lián)功能，實現(xiàn)感知信息高可靠性、高安全性傳送。網(wǎng)絡技術的關鍵技術包括接入與組網(wǎng)、通信與頻管。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡技術涵蓋泛在接入和骨干傳輸?shù)榷鄠€層面的內(nèi)容。以互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6(IPv6)為核心的下一代網(wǎng)絡，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的

8、基礎網(wǎng)條件。以傳感器網(wǎng)絡為代表的末梢網(wǎng)絡在規(guī)?；瘧煤?，面臨與骨干網(wǎng)絡的接人問題。物聯(lián)網(wǎng)需要綜合各種有線及無線通信技術，其中近距離無線通信技術將是物聯(lián)網(wǎng)的研究重點。為提升頻譜資源的利用率，讓更多物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務能實現(xiàn)空間并存，需切實提高物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；瘧玫念l譜保障能力，保證異種物聯(lián)網(wǎng)的共存，并實現(xiàn)其互聯(lián)互通互操作。3.3計算與服務技術計算與服務技術是物聯(lián)網(wǎng)應用層的關鍵，海量感知信息的計算與處理是物聯(lián)網(wǎng)的核心支撐。服務和應用則是物聯(lián)網(wǎng)的最終價值體現(xiàn)，在這項技術中信息計算和服務計算是最重要的技術。海量感知信息計算與處理技術是物聯(lián)網(wǎng)應用大規(guī)模發(fā)展后，面臨的重大挑戰(zhàn)之一。需要研究海量感知信息的數(shù)據(jù)融合、高效存

9、儲、語義集成、并行處理、知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘等關鍵技術，而采用云計算技術實現(xiàn)信息存儲資源和計算能力的分布式共享，能為海量信息的高效利用提供支撐。物聯(lián)網(wǎng)不斷涌現(xiàn)的新型應用將使物聯(lián)網(wǎng)的服務模式與應用開發(fā)受到巨大挑戰(zhàn)，從適應未來應用環(huán)境變化和服務模式變化的角度出發(fā)，需要研究針對不同應用需求的規(guī)范化、通用化服務體系結構以及應用支撐環(huán)境、面向服務的計算技術等。3.4 管理與支撐技術管理與支撐技術貫穿了物聯(lián)網(wǎng)所有層次，而隨著物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)模的擴大、承載業(yè)務的多元化和服務質(zhì)量要求的提高以及影響網(wǎng)絡正常運行因素的增多，管理與支撐技術是保證物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“可運行，可管理，可控制”的關鍵，包括測量分析、網(wǎng)絡管理和安全保障

10、等方面。測量分析是解決網(wǎng)絡可知性問題的基本方法，可測性是網(wǎng)絡研究中的基本問題。隨著網(wǎng)絡復雜性的提高與新型業(yè)務的不斷涌現(xiàn)，需研究高效的物聯(lián)網(wǎng)測量分析關鍵技術，建立面向服務感知的物聯(lián)網(wǎng)測量機制與方法。安全是基于網(wǎng)絡的各種系統(tǒng)運行的重要基礎之一，物聯(lián)網(wǎng)的開放性、包容性和匿名性也決定了不可避免地存在信息安全隱患。需要研究物聯(lián)網(wǎng)安全關鍵技術，滿足機密性、真實性、完整性、抗抵賴性的四大要求，同時還需解決好物聯(lián)網(wǎng)中的用戶隱私保護與信任管理問題。3.4 無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks, WSNs)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量傳感器節(jié)點相互通信形成的多跳自組織網(wǎng)

11、絡系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)底層網(wǎng)絡的重要技術形式。隨著無線通信、傳感器技術、嵌入式應用和微電子技術的日趨成熟，WSNs可以在任何時間、任何地點、任何環(huán)境條件下獲取人們所需信息，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎。WSNs作為當今信息科學與計算機網(wǎng)絡領域的研究熱點，其關鍵技術具有跨學科交叉、多技術融合等特點，每項關鍵技術都需要亟待突破。WSNs的關鍵技術主要體現(xiàn)在3個方面，即信息采集系統(tǒng)設計、網(wǎng)絡服務支持和網(wǎng)絡通信協(xié)議設計。ABI Research公司分析預測，作為WSNs完成數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)闹饕叹嚯x無線通信形式，IEEE 802.15.4 集成電路市場出貨量在未來將進一步加大?，F(xiàn)階段，面向物聯(lián)網(wǎng)的WSNs還處于研究

12、的探索階段，在信息采集系統(tǒng)設計、網(wǎng)絡服務支持和網(wǎng)絡通信協(xié)議設計等方面都面臨一系列的挑戰(zhàn)。未來的WSNs的發(fā)展方向，將是適應人們的各種需求，充分利用物聯(lián)網(wǎng)的技術優(yōu)勢，建立統(tǒng)一的滿足多種需求的網(wǎng)絡通信協(xié)議和網(wǎng)絡服務支持策略，從而屏蔽應用相關帶來的WSNs設計差異復雜性，在節(jié)能環(huán)保方面，WSNs將最大限度降得WSNs的功耗，并且最大限度利用基于IP的上下文網(wǎng)絡，使基于IEEE 802.15.4通信協(xié)議的WSNs與基于IPv6協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)統(tǒng)一尋址，保證物聯(lián)網(wǎng)時代網(wǎng)絡層向傳輸層提供靈活簡單、無連接、滿足QoS需求的數(shù)據(jù)報服務，繼續(xù)研究開發(fā)基于多宿主的網(wǎng)絡傳輸，增強基于WSNs的物聯(lián)網(wǎng)絡可靠性和魯棒

13、性、實現(xiàn)負載均衡、減少傳輸延遲、降低用戶開銷的實際意義。4.物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)應用中的機遇與挑戰(zhàn)4.1物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)應用遇到的應用機遇：隨著世界經(jīng)濟的一體化和世界經(jīng)濟的快速發(fā)展尤其是世界經(jīng)濟工業(yè)化的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)方面的應用越發(fā)廣泛，因此物聯(lián)網(wǎng)越發(fā)需要快速發(fā)展并且盡可能適應客戶需求，從全球經(jīng)濟和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢來看，物聯(lián)網(wǎng)時代即將來臨。而由于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使物品和服務功能都發(fā)生了質(zhì)的飛躍，這些新的功能將給使用者帶來進一步的高效、便利和安全，由此形成基于這些功能的新興產(chǎn)業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)將依托物品識別、傳感和傳動、網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)存儲和處理、智能物體等技術形成龐大的產(chǎn)業(yè)群。這些都刺激了工業(yè)的發(fā)展，而在汽車、家電

14、、工程機械、船舶等行業(yè)通過應用物聯(lián)網(wǎng)技術，提高了產(chǎn)品的智能化水平，實現(xiàn)產(chǎn)品的信息化。物聯(lián)網(wǎng)技術應用于生產(chǎn)線過程檢測、實時參數(shù)采集、生產(chǎn)設備與產(chǎn)品監(jiān)控管理、材料消耗監(jiān)測等，可以大幅度提高生產(chǎn)智能化水平。在企業(yè)管理方面，物聯(lián)網(wǎng)技術主要應用于供應鏈管理、生產(chǎn)管理等領域。在供應鏈管理方面，物聯(lián)網(wǎng)技術主要應用于運輸、倉儲等物流管理領域。而物在紡織、食品飲料、生產(chǎn)車間、化工等流程型行業(yè)的生產(chǎn)設備管理領域，物聯(lián)網(wǎng)技術得到應用。而利用物聯(lián)網(wǎng)技術建立污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)，可以對工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的污染物COD等關鍵指標進行實時監(jiān)控，為優(yōu)化工藝流程提供依據(jù)。通過建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術的礦山井下人、機、環(huán)監(jiān)控及調(diào)度指揮綜

15、合信息系統(tǒng)，對采掘、提升、運輸、通風等關鍵生產(chǎn)設備進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，監(jiān)測溫度、濕度、瓦斯?jié)舛鹊葹槊禾?、鋼鐵、有色等行業(yè)保障安全生產(chǎn)。在物聯(lián)網(wǎng)技術逐步發(fā)展，應用越發(fā)廣泛的今日，世界各國政府更加重視，相繼制定了一系列的政策支持物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。而今全球環(huán)境惡劣能源危機、金融危機等要求經(jīng)濟增長，物聯(lián)網(wǎng)能夠改變目前的生產(chǎn)方式，減少環(huán)境污染與資源浪費，是經(jīng)濟增長的一個重要方面。 4.2 物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)應用遇到的挑戰(zhàn)如今，物聯(lián)網(wǎng)還面臨著許多的挑戰(zhàn)：1) 目前物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展依然處于不完善的階段，各項技術標準并不統(tǒng)一，終端廠商、應用廠商、集成商無法有效分工協(xié)作，產(chǎn)業(yè)分工不能細化，影響整個產(chǎn)業(yè)規(guī)?；陌l(fā)展。2)

16、各種終端的信息采集涉及大量的個人隱私以及商業(yè)機密，必須保證數(shù)據(jù)的安全性，信息安全與隱私問題一直是物聯(lián)網(wǎng)的難點，許多安全隱私細節(jié)需要不斷的細化，以保證信息不被泄露。3) 物聯(lián)網(wǎng)應用層面的信息需要互聯(lián)和融合，需要打破不同行業(yè)領域之間的行業(yè)壁壘，各行業(yè)之間相互合作，才能最好地發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)。4) 物聯(lián)網(wǎng)將使IP 地址的需求呈指數(shù)級增長，許多地址資源無法支撐。4.3 抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)如今世界各國都在競爭國際標準制定的主導和控制，這將無疑促進物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展。為解決物聯(lián)網(wǎng)的研究和應用中遇到的問題，世界各國需要進一步制定相應政策適應物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，迎接物聯(lián)網(wǎng)時代。當前物聯(lián)網(wǎng)相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有利于未來經(jīng)濟的可持續(xù)

17、發(fā)展；物聯(lián)網(wǎng)有些關鍵技術需要投入大量的人力、財力以及物力，以保證物聯(lián)網(wǎng)的正常發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應該注重于發(fā)揮內(nèi)部優(yōu)勢、減少內(nèi)部劣勢、抓住外部機遇、減輕外部威脅。當前我們唯有于抓住機遇，5 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)環(huán)境分析與發(fā)展預測物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)環(huán)境復雜多樣，可采用PEST分析法，總結當前世界物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境?？芍斀袷澜绺鲊鴮ξ锫?lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的重視程度加深，而物聯(lián)網(wǎng)刺激經(jīng)濟法發(fā)展，反之也為發(fā)展的經(jīng)濟刺激其發(fā)展要求，從而為進一步發(fā)展奠定基礎，而如今的信息和隱私安全是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中需要攻克的難題，最終物聯(lián)網(wǎng)因為其本身涉及技術領域的廣泛注定其一定的產(chǎn)業(yè)環(huán)境適應其研究開發(fā)要求。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的預測有利于國家更好的把握物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

18、節(jié)奏，對各地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的規(guī)劃有借鑒意義。分析部分資料可以做出結論，如今的物聯(lián)網(wǎng)已過了探索性，而正處于快速發(fā)展期，在這段時期，物聯(lián)網(wǎng)標準形成，各種產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，未來的五年將會呈穩(wěn)定增長的狀態(tài)，各種產(chǎn)業(yè)深度融合，大約五年后物聯(lián)網(wǎng)技術和產(chǎn)業(yè)成熟，并對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和提升，將物聯(lián)網(wǎng)技術和理念融入到各行各業(yè)中，并成為其發(fā)展的推動力量。6 我國團隊在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方面的技術和產(chǎn)品以及產(chǎn)業(yè)化我國是世界是最早研究物聯(lián)網(wǎng)的國家之一，物聯(lián)網(wǎng)的研究時間長，因此物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)處于世界領先位置。2006 年，我國制定了2006 年-2020 年的信息化的發(fā)展戰(zhàn)略，其中介紹了全球信息化和我國信息化的發(fā)展趨勢，我國的戰(zhàn)略思想以及戰(zhàn)略目標我國具有代表性的研究機構都已經(jīng)并將繼續(xù)實施對物聯(lián)網(wǎng)各個方面的研究。目前大多數(shù)的高校將物聯(lián)網(wǎng)作為一個重要的研究方向。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)涉及的技術相對比較多，主要包括RFID 技術、傳感器技術、云計算技