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物联网关键技术与发展研究

阅读数:55   发布时间:2020/10/18

杨永其

物联网是信息技术领域的一次重要变革,也是各行业实现智能化的重要基石。根据我国物联网覆盖情况来看,智慧城市、现代农业、环保行业的发展等均要依托于此,加强相关技术研究具有重要意义。

一、物联网解析

(一)物联网的起源与定义

“物联网”首次出现于1999年,由美国麻省理工学院提出,2005年国际电信联盟指出,世界将迎来“物联网”通讯时代,2008年首届国际物联网会议举行,进一步探讨了物联网发展技术、发展思路与前景。

2011年我国发布《物联网白皮书》,并对物联网做了明确定义,认为其是通信网、互联网的拓展应用和网络延伸,利用感知技术、智能装路感知识别物理世界,实现人与物、物与物信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的。

基于上述定义,可将物联网特点解析如下:

(1)具备感知判断、有效传输、智能控制与处理等属性;

(2)将人与人、人与物间的交流联系拓展到物与物间;

(3)物联网不能脱离互联网。

(二)物联网产业规模情况

物联网技术的应用,实现了现代信息科技创新与传统产业的紧密结合,符合生产社会化、智能化的发展要求,也迎来了巨大发展机遇。据GSMA统计,2010~2018年全球物联网设备数量高速增长,复合增长率达20.9%,“万物物联”成为一大重要发展趋势,预测2025年全球物联网设备联网数量将达252亿个。

2019年6月,我国在上海举办了以“智联万物”为主题的世界移动大会(MWC19),预计2022年中国物联网产业规模超2万亿元。基于各行业垂直应用需求,2025年我国授权频谱窝物联网连接数将增至19亿;基于技术革新与发展,窄带物联网在全国部署,应用于各个领域(智慧城市、共享单车、智慧农业等),预计2022年中国物联网连接规模达70亿。

基于物联网技术的发展成熟,为我国智慧城市建设提供了可靠的技术支撑,从本质上来说两者是互惠共赢、相辅相成的,物联网技术的应用推动了城市基础设施建设、城市的交通智能化和小区智能化等进程;智慧城市的发展也会物联网技术走向实用化与产业结构完善奠定了坚实的基础。目前,我国部分城市物联网已经有了初步规模,不断完善此网络,覆盖城市政务、商务、交通、医疗以及城市服务、城市市民生活等各个领域,才能使智慧城市更具活力。

二、物联网关键技术及其应用分析

(一)物联网关键技术

物联网技术体系架构如图1所示,包括感知层、传输层、处理层以及应用层,下文主要就各层几大关键技术展开分析。

1. 感知层

感知层任务为感知物体、获取数据,本文主要就RFID、传感器、ZigBee三大关键技术展开分析:

(1)RFID技术:通过射频识别信号获取物体信息,主要组成包括電子标签、读写器和天线,具体如图2(a)所示。

(2)传感技术:按特定规律将信号转化成有效输出的可用信号,实现智能处理、安全传输,见图2(b)。

(3)ZigBee技术:其是一组根据IEEE.802.15.4的无线标准的相关组网、安全与 app 方面的通信技术,处理模式如图2(c)。

2. 传输层

传输层任务为传输、处理感知层搜集的数据,其连接感知层与处理层的纽带,关键技术包括:

(1)无线传感网:此为一个多跳自组织网络,设有诸多无线传感网节点,构成如图3所示,在环境、医疗、家居等各大领域均有所应有。

(2)互联网:此为一组通用协议连接起来庞大国际性网络,需按照TCP/IP协议完成数据安全、可靠传输,具有自由、更新快、成本低、信息广等特点。

(3)移动通信网:4G、5G均是移动通信发展的产物,具有通信效率高、智能水平高、惠民程度高的特点。

3. 处理层

处理层主要技术涉及云计算、全球定位系统、智能控制技术等等,现主要围绕云计算、人工智能两大关键技术展开具体分析。

(1)云计算技术:此技术可基于互联网平台为用户提供更多共享资源,具有多租户、开放、弹性伸缩的特点,其规模性超大,且价格低廉。

(2)人工智能技术:此技术是电子技术与仿生学方法的结合,包括图像识别、自然语言处理、智能机器人等诸多技术。

4. 应用层

应用层是物联网产业提供综合处理平台,可以将其称为是物联网的四肢,主要技术有智能信息处理技术、关系网络管理技术、无线通信技术、安全和隐私技术、IPV6、M2M技术等,主要涉及主体包括政府、企业、个人家庭等,涵盖领域包括物流、工业、交通、医疗、环境等等。

(二)物联网技术的应用

根据上文分析可知,物联网技术的应用领域诸多,现就以下几大行业分析:

1. 医疗领域

物联网技术在医疗行业的应用,主要集中以下几个方面:(1)患者登记、标志、监护:如电子医通卡、医学传感器腕带的应用;(2)药品生产、防伪与流通管理;(3)医疗器械、血液制品管理,如:利用RFID技术完善国家血液库登记系统。

2. 环境领域

我国政府层面十分重视物联网在环境领域的应用,要求构建全方位的生态环境监测网络,推动环保业务的全程智能化发展。如:内蒙古自治区打造了“三位一体”环保监控平台,实现污染源监控、环境质量监测和环境应急管理的集成;江苏省利用物联网技术监测太湖蓝藻,利用传感器实现水体情况的立体呈现。

3. 农业领域

基于物联网相关技术、体系架构的发展,农业物联网发展逐渐趋于成熟,其主要是利用感知设备感测农业环境、动植物生命等,促进农业现代化、智能化发展,主要体系架构与关键技术如图4所示。

4. 楼宇建筑领域

物联网技术在楼宇建筑领域中的应用诸多,如:无线路灯控制、电梯卫士、家庭安防等。

(1)以“电梯卫士”为例,其在电梯外围安装传感器,实时采集电梯各项运行与故障信息,实现电梯安全信息化管理;

(2)以“无线路灯控制系统”为例,主要是在城市道路路灯中嵌入无线通信模块,控制箱借助ZigBee技术与道路路灯通信,并发出开启、关闭、照明度调整等指令,对移动计算工具、路灯维护车等也可实现远程控制。

(3)以“家庭安防”为例,其可对智能家电、生活用品等进行集成控制,也可为用户提供各种报警信息,实现家居安全、病人看护、宠物看管。

5. 物流领域

基于物联网技术的应用实现对物品生产、流通环节的跟踪、反馈,实现物流人员、车辆的最优调配,此技术也可应用于通关物流、智能超市中,如:“物流e通”服务平台就是一个较为典型的案例,其主要应用物联网技术实现物流快递业务的快速处理,可随时掌握货物状态,切实提高业务管理水平。

6. 智慧消防领域

消防安全是智慧城市发展的重要建设内容之一,利用互联网技术打造智慧消防服务云平台,可实现“防消一体”,提高火灾报警的及时性、消防设施运行完好率,为公安消防部门监管提供重要技术保障。目前我國已经有80多个城市建立了城市消防远程监控系统,运营模式主要分为政府财政承担建设费用、联网单位免费接入与第三方社会中介机构负责建设运营、向联网单位收费两种模式。

三、物联网产业的发展分析

基于上文分析可知,物联网产业在我国乃至于世界的发展都是具有巨大前景的,现主要从技术、应用、市场几大层面提出几点发展建议:

(1)技术层面:物联网发展中提升技术研发能力是根本,必须加强核心技术研究,包括:网络架构研究、语义技术研究、网络安全研究等,在推动物联网开放共享的同时,兼顾信息数据安全。

(2)应用层面:在应用领域需充分将物联网融入产业发展,发挥物联网衔接作用,做好产业融合顶层设计,形成科学的产业链条;打造成熟的商业模式,建立研发联盟、商业联盟等,完善相关资源共享平台,探索多方参与、合作共赢发展模式。

(3)市场层面:我国物联网已经进入规模化发展新阶段,对此应充分发挥产业聚集区的优势,争取尽快实现规模经济效应,同时加强各产业链环节的合作,打造一批核心企业,引领整个产业发展。

四、结语

综上所述,物联网在我国覆盖规模不断扩大,包括医疗、环境、农业、楼宇建筑、物流、交通以及政府管理等诸领域,并为行业信息化、智能化发展提供了充分的技术支撑。目前,我国还需进一步加强技术研究,完善相关产业链条、商业模式,打造核心企业、构建产业聚集区,真正促进物联网规划化发展。

作者单位:湖南省邮电规划设计院有限公司


编辑整理:科学与信息化杂志社编辑部
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