引言
物聯網(Internet of things，IoT)被稱為繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業新浪潮。麻省理工學院Auto．ID中心首次將物聯網定義為：“把所有物品通過射頻識別(radio frequency identification，RFID)和條碼等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理功能的網絡。
國際電信聯盟在《ITU互聯網報告2005：物聯網》中正式提出了物聯網的定義：“通過射頻識別、傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，使得‘物’具備自動標志、智能感知能力，實現物理世界與虛擬的數字世界的相聯；通過‘物’的智能接口實現與信息網絡的無縫結合，進行信息交換與通信，從而達到智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理，最終達到任何時刻、任何地點、任何物體之間的互聯，實現無所不在的網絡和無所不在的計算”。
1 物聯網應用實踐
世界各國均對物聯網發展進行了戰略規劃，如美國的“智能電網”、“智慧地球”、“智能微塵”等；日本的“I—Japan戰略2015”；韓國的“U—Korea戰略”以及歐盟的“物聯網戰略研究路線圖”。我國在《國家中長期科學與技術發展規劃(2006～2020年)》和“新一代寬帶移動無線通信網”重大專項中均將傳感網列入重點研究領域，并設立了“物聯網安全關鍵技術研究”、“面向‘物聯網’的未來網絡技術發展戰略研究”和“物聯網環境下基于物物感知驅動的協同控制研究”等國家自然科學基金項目。
隨著2009年11月國務院批復同意《關于支持無錫建設國家傳感網創新示范區(國家傳感信息中心)情況的報告》，我國電信運營商對于物聯網產業也給予了高度重視。
中國移動通信集團與無錫市人民政府就共同推進TD—SCDMA與物聯網融合舉行戰略合作簽約儀式，設立了中國移動無錫物聯網研究院；中國電信集團公司與無錫市人民政府簽署合作協議，在無錫成立了中國電信物聯網應用和推廣中心及物聯網重點技術研究室；中國聯合網絡通信集團有限公司與無錫市人民政府簽署融合發展的戰略框架合作協議，在無錫成立了物聯網研究院、物聯網研究院技術應用開發和研究中心、云計算中心、容災與應急中心，并且設立了“下一代互聯網寬帶業務應用國家工程實驗室”；國家電網在無錫設立了智能電網信息通信技術中心并將無錫(太湖)國際科技園作為智能園區試點；廣電部門在無錫設立了物聯網應用研發中心并率先在無錫(太湖)國際科技園推行數字化園區。
隨著技術方案的逐漸成熟，物聯網在醫療衛生事業、環境監控保護、農業畜牧管理、樓宇建筑工程、工業設備管理、電子消費應用、智能電網規劃、國家公共安全等領域都有所推廣應用。
1．1醫療衛生事業
物聯網技術在醫療衛生事業領域的應用包括醫藥衛生和食品安全等多個方面。物聯網技術用于患者的登記、標志和監護。采用電子醫通卡，有效縮短患者特別是危重病人的登記時間。醫務人員通過數據資料庫，能夠準確獲取病人身體狀況、患病及治療歷史信息。同時，醫通卡還具備支付功能。醫務人員借助集成醫學傳感器的腕帶實現對患者的實時監護。物聯網技術用于藥品的生產、防偽、流通管理藥房管理，有助于準確實現對于不合格藥品的有效責任追溯和銷售追回。物聯網技術用于醫療器械及血液制品管理，可以通過RFID實現專業醫務人員準許操作制度，避免閑雜人員進入手術室等關鍵部門，精確管理醫用器械，防止諸如手術器械在人體內遺漏等問題的出現。將RFID血袋納入國家血液庫登記系統，減少患者等待時間，提高血液登記、貼標和追蹤過程的透明性和準確性”。
RFID食品安全方案實現了從食品源頭到消費者的整個流程管理，其逆向過程則實現了質量追溯。通過食品信息可以對食品保質期進行有效控制，在顧客購買時即可通過購物車顯示商品屬性和總體價格，在結賬時無需再對每個商品進行結算處理，并且具有食品防盜功能。
1．2環境監控保護
以“感知太湖·智慧水利”應用為例。該實例布防了數百個球狀浮標微納傳感器，用來探測湖水水質及藍藻生長等信息。通過傳感器組成的微納傳感器群實現動態觀測太湖水域的變化，將收集到的數據信息通過全湖覆蓋的通信網絡傳輸至水利局現有的信息中心設備；通過智能分析處理系統，實現水利管理人員與智慧水利信息中心之間的實時雙向信息交互以及智能車船調度，并執行應急處理預案。
1．3農業畜牧管理
農業物聯網應用主要包括農業生產、動物溯源、溫室監控、森林防火監控等方面的應用。在農業生產方面，采用農業環境適應編解碼、農業環境能量管理、農業環境抗干擾、農業環境適應通信以及智能傳感器等技術獲取環境信息(包括太陽有效輻射，耕地土壤溫度、濕度、導電率、緊實度，農機油耗、速度、位置等)，通過M2M運營支撐平臺和GPRS／TD網絡傳輸方式，采用短信息、WEB、WAP等手段將異構傳感器數據傳輸至農牧業感知服務及安全中心(同時需傳送至物聯網治理運營中心)進行分析處理，然后應用于糧食生產、農機調度、資源監測等。農業部和財政部2009年行業物聯網農業科研專項重點支持應用項目“小麥苗情數字化遠程監控與診斷管理關鍵技術”屬于物聯網農業的典型應用。
畜牧業中利用RFID技術對肉畜進行個體標記并跟蹤，記錄肉畜飼養、監管、屠宰到銷售全過程的狀態數據，并基于所記錄的信息，在流通過程的關鍵控制點的基礎上，依據既定的規則對目標進行監控、干預的信息和管理。在乳制品生產領域，可以采用RFID技術實現奶牛自動識別，對飼喂、體重測量、醫治信息及用藥情況等狀況進行全程監控，掌握鮮奶產量、鮮奶運輸車裝卸等信息，并將這些信息實時傳輸到系統管理平臺。監管部門通過監控平臺可以及時掌握整個區域奶源產運整體狀況，結合質量檢測措施還可以監控奶源質量，從而避免摻假現象。
1．4樓字建筑工程
以中國移動“電梯衛士”為例，該系統通過安裝在電梯外圍的傳感器采集電梯沖頂、蹲底、停電、關人等故障以及電梯維保信息，并通過無線傳輸模塊將數據傳輸到電梯衛士平臺；然后由該平臺實現電梯運行安全監控、故障管理和維保管理等業務功能，幫助電梯安全管理部門、電梯廠商、維護單位和使用單位實現電梯安全的信息化管理。
基于物聯網的道路照明系統是通過在每盞路燈中嵌入無線通信模塊實現其自組網絡，接收控制中心的命令并將路燈的狀態反饋給控制中心。控制箱采用ZigBee技術與所管轄道路的所有路燈通信，采用GPRS與控制中心通信，并根據控制中心的指令或時間和日照亮度對每盞路燈發出控制命令(路燈開啟、關閉、照明度(功率大小)等)，自動調節整條道路的功率平衡。中央控制系統軟件平臺采用3D設計，通過縮放變換，以俯視的角度觀察和控制整個城市、一個街道、一條道路甚至一盞路燈的照明情況。移動計算工具（筆記本電腦、PDA、手機)和路燈維護車也能通過控制中心進行遠程遙測和遙控。中國移動“無線路燈控制解決方案”在此基礎上還實現了終端自動報警(報警信息可以實時提醒到負責人手機)、防盜異常報警、電壓電流等參數采集以及監測數據統計分析等功能。
中國電信“家庭物聯網系統”包括智能家電、生活用品、家居設備、家用健康設備等，這些設備配置了傳感器、RFID、RF讀寫器，可實現對家庭用品、家居設備的狀態監控以及家庭成員的健康數據采集等。采集到的數據通過寬帶網絡和家庭物聯網平臺傳送至由商場、制造商、醫療機構等組成的物聯網應用平臺，實現對家庭物件的檢測、控制、配送，提供商品的售后服務跟蹤以及及時為家庭成員提供健康服務等。中國移動“家庭安防”應用可為用戶提供圖像、聲音、信息和各種報警信息的采集、傳輸、存儲和處理，并廣泛應用于家居安全、病人看護和寵物看管等領域。
1．5工業設備管理
以中國移動“企業安防”為例，物聯網技術為企業主動防護綜合管理提供了有力工具。該系統不僅將告警信息存儲起來作為事后分析的依據，還能在遠端隨時監控安防設備的工作狀態；在數據處理上，提出了細分布防區間，按客戶需求進行布防和功能搭配；在統一平臺上查看企業所有告警記錄，便于綜合分析告警數據，幫助客戶管理公司。
中國電信“數字油田”包括油井生產數據遠程采集傳輸系統、油井生產遠程分析管理系統、油井生產遠程控制系統。該系統通過ZigBee接收模塊傳輸采集到的油料油溫、油壓、電量以及抽油機井、電泵井、螺桿泵井等工況的載荷、位移、壓力、溫度、電參量、流量等參數，最終由生產遠程分析管理系統對采集的數據進行有效利用，實現油井工作運行狀況的綜合診斷，并選擇最佳變頻和啟停等工程方案。
1．6物流供應鏈控制
物流讀寫器通過天線發送出一定頻率的射頻信號；當電子標簽進入探測區域時，天線產生感應電流，使被動型RFID標簽獲得能量被激活并向讀寫器發送出自身編碼等信息。電子標簽的載波信號對接收的信號進行解調和解碼后送至計算機主機進行處理。計算機系統根據邏輯運算判斷該標簽的合法性，并針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號。電子標簽的數據解調部分從接收到的射頻脈沖中解調出數據并送到控制邏輯，控制邏輯接收指令并完成存儲、發送數據或其他操作。
通過上述流程可以實現對物品的生產、流通等環節的及時跟蹤反饋，便于物流企業人員、車輛的最優化調配；同時，此項技術也可用于通關物流、智能超市等領域。類似的應用方案有中國移動“智能交通”、中國電信“物流e通”服務平臺等。根據美國Symbol公司的調查報告可知，采用基于RFID技術的物聯網物流方案，生產商可以使庫存降低5％～30％，運輸成本降低3％一13％，產品供貨周期縮短10％～50％；零售商可以使貨架利用率提高5％～8％，庫存降低5％～10％，銷售額增加2％～10％，物流成本降低3％～4％。
1．7其他
在物聯網技術應用實踐中還包括電子消費應用、智能電網規劃、國家公共安全以及政府應急管理平臺等。
2 物聯網體系與通信網
綜合上述應用方案，物聯網通常包括信息的獲取、傳遞、處理過程，整個體系可以劃分為感知(傳感網)、傳輸(通信網)和信息處理三個部分，物聯網體系結構模型如圖1所示。
圖1 物聯網體系結構模型
信息感知層(第一層)用于感知、識別特定物體信息，包括傳感器及傳感器網絡／網關、二維碼標簽及標簽識讀器、RFID標簽及標簽讀寫器、攝像頭、全球定位系統(global positioning system，GPS)、SIM卡等設備，涉及的關鍵技術包括傳感器技術、微機電系統(microelectro．mechanical systems，MEMS)、多標簽多讀寫器防碰撞技術、短距離組網傳輸技術。從信息論的角度來看，信息感知層由于處于整個體系的信源位置，因此要求其具備準確的感知能力；就微觀層面而言，該層涉及到傳感器／復合傳感器組的感知能力，因此要求其具有精確、全面的感知能力，同時滿足低功耗、微型化、高可靠、低成本；就宏觀層面而言，傳感器產業存在著標準化、產業化程度不足以及關鍵技術仍需突破等問題。
數據交互層(第二層)的作用是數據交互傳輸，承載數據的網絡可以是寬帶互聯網、有線接入網絡、無線移動通信網絡等，涉及2G／3G／4G通信技術、NGN技術、異構網絡融合技術、信息編碼／鑒權技術、自適應網絡傳輸技術、電力線通信(power line communication，PLC)等。綜合分析各種信息傳遞方式，無線移動通信網絡就覆蓋范圍、便捷性而言有著無可替代的優勢。在物聯網體系中，該層結構的標準化程度最高、應用最成熟、產業化能力最強。由于該層起著承上啟下的作用，因此在設備部署、網絡建設、系統維護、運營管理、技術支撐等方面也有著較高的要求。
信息應用層(第三層)提供適用于個人、企業、政府的應用解決方案，涉及海量數據存儲技術、云計算技術、數據庫與數據挖掘技術等，同時融人全球定位系統(GPS)、地理信息系統(geographic information system，GIS)、遙感技術(remote sensing，RS)等現有成熟應用平臺。由于應用行業的廣泛性和多樣性要求，對于不同行業的信息資源開發有著不同的商業應用模式，同時對于信息安全的保障性要求也較高。特別是在聯網軟件和應用軟件方面，不能簡單地將現有軟件直接用于物聯網環境，需要在引入控制環路理念的基礎上重新研究、設計和開發面向高穩定、高可靠的網絡接入和網絡應用平臺軟件。
基于傳感器網絡的信息匯聚感知和物聯網的協同處理，移動通信系統與無線傳感器網絡的充分融合將形成更廣泛的網絡，它將實現任何時間、任何地點、任何人、任何物均能順暢地通信，并以無所不在、無所不包、無所不能為基本特征，形成“泛在網”，為用戶提供更優質的行業項目方案和更便捷的服務體驗。
移動通信網以其覆蓋范圍廣、應用技術成熟、產業標準化程度高、各層次終端豐富等特點成為較容易實現物聯網傳輸、控制和管理的媒介。移動通信網的基站、手機以及其他智能終端均可成為傳感節點用于感知信息獲取；其較成熟的網絡、網關等設備成為可靠地數據傳輸通道；移動通信運營商對于網絡設備、業務實現、業務管理、用戶管理、信息安全等方面也有著豐富的經驗。
3 結束語
物聯網技術應用方案包括五個關鍵要素，即：可接入網絡的智能設備、無處不在的有線或無線的寬帶網絡、數據管理設備、數字化管理設備以及應用支撐和運營平臺。電信運營商作為物聯網體系中移動通信網絡的主導者有著強大的潛在資源優勢，它同時扮演著集成商和服務商的雙重角色。在品牌認知價值方面，物聯網技術方案推廣過程依賴其廣泛而強烈的品牌認知力，更容易實現物聯網產品的應用；在商務實踐拓展方面，電信運營商歷經多年的市場拓展和培育擁有較為穩固的顧客群體，同時在客戶關系管理方面有著豐富的經驗，因此在目標客戶群的鎖定、培育、管理以及深度理解客戶需求等方面占據著無可替代的地位；在網絡運營管理方面，電信運營商在通信領域具備了高標準的信息網絡覆蓋、完善的計費結算流程、強大的運營支撐能力、高品質的服務，這些都與物聯網體系構建有著高度的匹配；在承載傳輸保障方面，特別是云計算(中國移動“大云計劃”、中國電信“星云計劃”、中國聯通“互聯云”戰略)的發展、容災備份功能和快速穩定主備切換技術的進步，使得物聯網體系構建更加安全健康。
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本文標題：物聯網技術應用實踐及其體系結構
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