【正文】 2 1月 , IBM與美國(guó)信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會(huì) (ITIF)智庫(kù)組織共同向奧巴馬政府提交了“復(fù)興的數(shù)字之路 :增加工作、提高生產(chǎn)率和復(fù)興美國(guó)的刺激計(jì)劃”建議報(bào)告 [3],提出通過信息通信技術(shù) (ICT)投資可在短期內(nèi)創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì) ,美國(guó)政府如果新增 300億美元的 ICT投資 (包括智能電網(wǎng)、智能醫(yī)療、寬帶網(wǎng)絡(luò)三個(gè)領(lǐng)域 ),就可以創(chuàng)造出 94. 9萬個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。 2022年 1月 ,在奧巴馬就任總統(tǒng)后的首次美國(guó)工 商業(yè)領(lǐng)袖圓桌會(huì)議上 , IBM首席執(zhí)行官建議政府投資建設(shè)新一代的智能基礎(chǔ)設(shè)施 ,提議得到了奧巴馬總統(tǒng)的積極回應(yīng) ,美國(guó)政府把寬帶網(wǎng)絡(luò)等新興技術(shù)定位為振興經(jīng)濟(jì)、確立美國(guó)全球競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵戰(zhàn)略 ,隨后出臺(tái)的總額為 7 870億美元的《復(fù)蘇和再投資法》中對(duì)上述提議進(jìn)行具體落實(shí)。《復(fù)蘇和再投資法》中鼓勵(lì)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的政策主要體現(xiàn)在推動(dòng)能源、寬帶通信與醫(yī)療三大領(lǐng)域?qū)嵤┪锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用。我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域與技術(shù)先進(jìn)國(guó)家相比不算落后 [3]。 2022年 2月 IBM大中華區(qū)首席執(zhí)行官錢大群在2022 IBM論壇上發(fā)布了“智慧地球”發(fā)展策略 。中國(guó)移 動(dòng)總裁王建宙多次表示物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)是中國(guó)移動(dòng)未來的發(fā)展重點(diǎn)。 2022年 8月溫總理“感知中國(guó)”的講話把我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用開發(fā)推向了高潮 ,無錫市率先建立了“感知中國(guó)”研究中心 ,中國(guó)科學(xué)院、運(yùn)營(yíng)商、多所大學(xué)在無錫建立了物聯(lián)網(wǎng)研究院。物聯(lián)網(wǎng)是繼 PC、互聯(lián)網(wǎng)、無線通信技術(shù)之后第四次信息技術(shù)革命 ,有重大的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。依靠物聯(lián)網(wǎng)人類可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活 ,達(dá)到“智慧”狀態(tài) ,提高資源利用率和生產(chǎn)力水平 ,改善人與自然間的關(guān)系。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)將從生活、生產(chǎn)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治、軍事、科技等方方面面影響 人類生活和世界。根據(jù)美國(guó)權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu) FORRESTER預(yù)測(cè) [3],到 2020年世界上物對(duì)物互聯(lián)的業(yè)務(wù)與人對(duì)人通信的業(yè)務(wù)將達(dá)到 30比 1,因此物聯(lián)網(wǎng)常被稱為下一個(gè)萬億級(jí)的通信業(yè)務(wù)。 主要研究?jī)?nèi)容及研究方法 物聯(lián)網(wǎng)處于起步階段 ,關(guān)鍵技術(shù)有待突破 ,應(yīng)用和市場(chǎng)有待于發(fā)展。未來 10年中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng) 用將會(huì)獲得長(zhǎng)足進(jìn)步。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域主要研究?jī)?nèi)容我們認(rèn)為有下述幾個(gè)方面 [14, 33]: (1)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) :物聯(lián)網(wǎng)是基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的泛在融合網(wǎng)絡(luò) ,它應(yīng)該既與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)兼容 ,又有自己獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。那么物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)究 竟應(yīng)該是怎樣的 ?現(xiàn)有的架構(gòu)如何演進(jìn)到物聯(lián)網(wǎng) ? (2)物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù) :無線通信、無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)、微型傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體通信及寬帶通信等已經(jīng)相對(duì)成熟 ,但這些技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系、物聯(lián)網(wǎng)給通信技術(shù)帶來的南京郵電大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 新的問題等還未有深入的研究。與此相關(guān)的技術(shù)包括傳感技術(shù)、識(shí)別技術(shù)、發(fā)現(xiàn)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、嵌入式智能技術(shù)、軟件技術(shù)等。 (3)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合 :物聯(lián)網(wǎng)中有海量的物體信息數(shù)據(jù) ,如何處理海量的多樣的數(shù)據(jù)信息 ,并將不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合是物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)難題之一。 (4)物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合 :物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上 是泛在網(wǎng)絡(luò) ,需要融合現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡(luò) ,并引入新的通信網(wǎng)絡(luò)。要實(shí)現(xiàn)泛在的物聯(lián)網(wǎng) ,異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合是一個(gè)重要的技術(shù)問題。 (5)物聯(lián)網(wǎng)的智能終端 :智能終端的研究關(guān)系到物聯(lián)網(wǎng)的感知延伸層能否得以實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有的智能終端主要有智能手機(jī)、 PDA等 ,如何將現(xiàn)有的智能終端用到物聯(lián)網(wǎng)中或者開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)需要的智能終端是一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。 (6)物聯(lián)網(wǎng)的信息安全和保密 :安全和隱私將會(huì)是物聯(lián)網(wǎng)面臨的最大挑戰(zhàn)。需要研究物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)和安全技術(shù) ,主要包括物聯(lián)網(wǎng)的物理安全策略、訪問控制策略、信息加密策略以及網(wǎng)絡(luò)安全管理策略、系統(tǒng)安 全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、應(yīng)用安全技術(shù)、安全管理體系結(jié)構(gòu)等。 (7)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究 :物聯(lián)網(wǎng)還沒有全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) ,標(biāo)準(zhǔn)的缺失將大大制約技術(shù)的發(fā)展和規(guī)模化應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)建立是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要先決條件。 (8)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和業(yè)務(wù)開發(fā) :推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展必須實(shí)現(xiàn)一些應(yīng)用領(lǐng)域的示范應(yīng)用 ,因此相關(guān)技術(shù)的研究和應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)是推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要途徑。可以通過“局部試點(diǎn)、重點(diǎn)示范”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式來帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。 第二章 物聯(lián)網(wǎng)的概述 物聯(lián)網(wǎng)概念 物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為 “ The Inter of Things” ， 簡(jiǎn)稱 ： IOT。 從字面上解釋 ，物聯(lián)網(wǎng)就是 “ 物物相連的互聯(lián)網(wǎng) ”。 可以從兩方面去理解 ： 其一 ， 物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò) ， 物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng) ； 其二 ， 其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間 ， 進(jìn)行信息交換和通信 。 關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的定義到現(xiàn)在還沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義 ， 有一個(gè)較為普遍認(rèn)同的定義是物聯(lián)網(wǎng)通過射頻識(shí)別 (RFID)裝置 、紅外感應(yīng)器 、 全球定位系統(tǒng) 、 激光掃描器等各種信息傳感設(shè)備 ， 按約定的協(xié)議 ， 把任何物南京郵電大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 品與互聯(lián)網(wǎng)相連接 ， 進(jìn)行信息交換和通信 ， 以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別 、 定位 、 跟蹤 、 監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò) 。 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 究其來源 ， 其實(shí)只不過是在 20 多年前 ， 提出的 “ 泛在計(jì)算 ” 框架下的一個(gè)小分支 。但是物聯(lián)網(wǎng)的第一次提出源于 1999 年 ， 美國(guó)麻省理工學(xué)院成立 Auto ID 研究中心 ， 進(jìn)行RFID 技術(shù)的研發(fā) ， 將 RFID 與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合 ， 提出了產(chǎn)品電子代碼 （ EPC） 解決方案 。 這是物聯(lián)網(wǎng)的雛形 ， 一直到現(xiàn)在為止 ， RFID 的發(fā)展還是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要部分 。 2022 年 ，美國(guó) 《 技術(shù)評(píng)論 》 提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首 。 2022 年 ，在突尼斯舉行的世界電聯(lián)報(bào)告中明 確提出了 “ 物聯(lián)網(wǎng) ” 的概念 ， 國(guó)際電信聯(lián)盟 (ITU) 發(fā)布了 《 ITU 互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告 2022： 物聯(lián)網(wǎng) 》。 近幾年金融危機(jī)之后的復(fù)蘇時(shí)期 ， 物聯(lián)網(wǎng)概念迅速風(fēng)行 ， 受到各國(guó)政府的重視 。 我國(guó)的 《 國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃 (2022－ 2020 年 )》 和 “ 新一代寬帶移動(dòng)無線通信網(wǎng) ” 重大專項(xiàng)中均將物聯(lián)網(wǎng)列入重點(diǎn)研究領(lǐng)域 。 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的顛覆性革命，而是通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的綜合運(yùn)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)全新的通信模式轉(zhuǎn)變，同時(shí)，通過融合也必定會(huì)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提出改進(jìn)和提升的要求，催生出一些新的 技術(shù)。在通信業(yè)界，物聯(lián)網(wǎng)通常被公認(rèn)為有 3 個(gè)層次從下到上依次是感知層、傳送層和應(yīng)用層，如圖 1 所示。如果拿人來比喻的話，感知層就像皮膚和五官，用來識(shí)別物體，采集信息；傳送層則是神經(jīng)系統(tǒng)，將信息傳遞到大腦進(jìn)行處理；應(yīng)用層類似人們從事的各種復(fù)雜的事情，完成各種不同的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)非常多，從傳感器技術(shù)到通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從嵌入式微處理節(jié)點(diǎn)到計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，包含了自動(dòng)控制、通信、計(jì)算機(jī)等不同領(lǐng)域，是跨學(xué)科的綜合應(yīng)用。 南京郵電大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 (1)感知層 物聯(lián)網(wǎng)的感知層主要完成信息的采集、轉(zhuǎn)換和收集。感知層包含兩個(gè)部分：傳感器 (或控制器 )、短距離傳輸網(wǎng)絡(luò)。傳感器 (或控制器 )用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及實(shí)現(xiàn)控制，短距離傳輸網(wǎng)絡(luò)將傳感器收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)或?qū)?yīng)用平臺(tái)控制指令發(fā)送到控制器。感知層的關(guān)鍵技術(shù)主要為傳感器技術(shù)和短距離傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，例如射頻標(biāo)識(shí) (RFID)標(biāo)簽與用來識(shí)別RFID 信息的掃描儀、視頻采集的攝像頭和各種傳感器中的傳感與控制技術(shù)、短距離無線通信技術(shù) (包括由短距離傳輸技術(shù)組成的無線傳感網(wǎng)技術(shù) )。在實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的過程中，又涉及到芯片研發(fā)、通信協(xié)議研究、 RFID 材料研究、智能節(jié)點(diǎn)供電等細(xì)分領(lǐng)域。 (2)傳送層 物聯(lián)網(wǎng)的傳送層主要完成信 息傳遞和處理，傳送層包括兩個(gè)部分：接入單元、接入網(wǎng)絡(luò)。接入單元是連接感知層的網(wǎng)橋，它匯聚從感知層獲得的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到接入網(wǎng)絡(luò)。接入網(wǎng)絡(luò)即現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)，包括移動(dòng)通信網(wǎng)、有線電話網(wǎng)、有線寬帶網(wǎng)等。通過接入網(wǎng)絡(luò)，人們將數(shù)據(jù)最終傳入互聯(lián)網(wǎng)。傳送層是基于現(xiàn)有通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)建立起來的層。傳送層的關(guān)鍵技術(shù)既包含了現(xiàn)有的通信技術(shù)，如移動(dòng)通信技術(shù)、有線寬帶技術(shù)、公共交換電話網(wǎng) (PSTN)技術(shù)、 WiFi 通信技術(shù)等，也包含了終端技術(shù)，如實(shí)現(xiàn)傳感網(wǎng)與通信網(wǎng)結(jié)合的網(wǎng)橋設(shè)備、為各種行業(yè)終端提供通信能力的通信模塊等。 (3)應(yīng) 用層 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層主要完成數(shù)據(jù)的管理和數(shù)據(jù)的處理，并將這些數(shù)據(jù)與各行業(yè)應(yīng)用的結(jié)合。應(yīng)用層包括兩部分：物聯(lián)網(wǎng)中間件、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序。中間件將許多可以公用的能力進(jìn)行統(tǒng)一封裝，提供給豐富多樣的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。統(tǒng)一封裝的能力包括通信的管理能力、設(shè)備的控制能力、定位能力等。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是用戶直接使用的各種應(yīng)用，種類非常多。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用包括家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如家南京郵電大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 電智能控制、家庭安防等，也包括很多企業(yè)和行業(yè)應(yīng)用，如石油監(jiān)控應(yīng)用、電力抄表、車載應(yīng)用、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。應(yīng)用層主要基于軟件技術(shù)和計(jì)算機(jī) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用層的關(guān)鍵技術(shù)主要是基于軟件的各種數(shù)據(jù)處理技術(shù)，此外云計(jì)算技術(shù)作為海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析平臺(tái)，也將是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的重要組成部分。應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目的。各種行業(yè)和家庭應(yīng)用的開發(fā)是物聯(lián)網(wǎng)普及的源動(dòng)力，將給整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈帶來巨大利潤(rùn)。 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用 ② 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展在全球范圍內(nèi)引發(fā)了一場(chǎng)新的信息產(chǎn)業(yè)浪潮，國(guó)內(nèi)外許多產(chǎn)業(yè)都加大了對(duì)物聯(lián)網(wǎng)研究開發(fā)的力度，積極將其應(yīng)用于社會(huì)實(shí)踐當(dāng)中 。 中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的總體規(guī)模，將經(jīng)歷應(yīng)用創(chuàng)新 、 技術(shù)創(chuàng)新 、 服務(wù)創(chuàng)新 3 個(gè)階段，到 2022 年預(yù)計(jì)將超過 1 萬億， 2020年 將超過 5 萬億 [23]，廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn) 、 管理和人們的日常生活中 。 物流管理物聯(lián)網(wǎng)最重要的應(yīng)用是現(xiàn)代物流領(lǐng)域，該領(lǐng)域規(guī)劃明確提出要把物聯(lián)網(wǎng)作為發(fā)展的重點(diǎn) 。 目前我國(guó)物流的成本偏高，占總生產(chǎn)成本的 18~20%，雖然近年來有所下降，但仍遠(yuǎn)高于國(guó)外水平，因此利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來推動(dòng)物流信息技術(shù)的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)是物流產(chǎn)業(yè)下一階段的首要工作 [6]。 物聯(lián)網(wǎng)在物流管理中的應(yīng)用目標(biāo)是通過物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，形成集成化的信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)的現(xiàn)代化 。 具體來說，可以利用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)對(duì)包裹進(jìn)行統(tǒng)一編碼，嵌入 EPC 標(biāo)簽， 這樣物流途中便可實(shí)時(shí)控，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)物流過程中出現(xiàn)的問題 。 另外通過射頻識(shí)別技術(shù)讀取 EPC 編碼信息并傳輸?shù)教幚碇行模晒┢髽I(yè)和消費(fèi)者查詢，切實(shí)增強(qiáng)群眾的滿意程度，有效地提高了物流服務(wù)的質(zhì)量 [24]。 城市管理 隨著網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展與實(shí)施，城市管理演化成靜態(tài)的部件管理和動(dòng)態(tài)的事件管理 [25]。 在 “ 智慧地球 ” 和 “ 數(shù)字城市 ” 的理念指導(dǎo)下，物聯(lián)網(wǎng)和 3S 等關(guān)鍵技術(shù)的支撐下，可以將城市管理中所需的分散 、 獨(dú)立的圖像采集點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控 、 傳輸 、 存儲(chǔ)和管理等業(yè)務(wù) 。 通過建立城市 EPC 信息港 、 城市電子商務(wù)平 臺(tái)，把各種指揮中心資源應(yīng)用平臺(tái)緊密聯(lián)系 [6]建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的城市管理信息基礎(chǔ)設(shè)施和信息系統(tǒng) 。 這樣便為城市管理和建設(shè)者提供一種全新而又直觀的管理工具，為城市統(tǒng)一的安全