1、物联网介绍

1、物联网的定义

　　物联网（The Internet of Things，简称IOT）是指通过 各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化 学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。

　　物联网（ IoT ，Internet of things ）即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通 。

　　物联网是新一代信息技术的重要组成部分，IT行业又叫：泛互联，意指物物相连，万物万联。由此，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

2、物联网的关键技术

　　（1）射频识别技术

　　谈到物联网，就不得不提到物联网发展中备受关注的射频识别技术（Radio Frequency Identification，简称RFID）。RFID是一种简单的无线系统，由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有扩展词条唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象，它通过天线将射频信息传递给阅读器，阅读器就是读取信息的设备。RFID技术让物品能够“开口说话”。这就赋予了物联网一个特性即可跟踪性。就是说人们可以随时掌握物品的准确位置及其周边环境。

　　（2）传感网

　　MEMS是微机电系统（ Micro - Electro - Mechanical Systems）的英文缩写。它是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。它是比较通用的传感器。因为MEMS，赋予了普通物体新的生命，它们有了属于自己的数据传输通路、有了存储功能、操作系统和专门的应用程序，从而形成一个庞大的传感网。这让物联网能够通过物品来实现对人的监控与保护。 

　　（3）M2M系统框架

　　M2M是Machine-to-Machine/Man的简称，是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。它将使对象实现智能化的控制。M2M技术涉及5个重要的技术部分：机器、M2M硬件、通信网络、中间件、应用。基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络获取的数据进行决策，改变对象的行为进行控制和反馈。拿智能停车场来说，当该车辆驶入或离开天线通信区时，天线以微波通讯的方式与电子识别卡进行双向数据交换，从电子车卡上读取车辆的相关信息，在司机卡上读取司机的相关信息，自动识别电子车卡和司机卡，并判断车卡是否有效和司机卡的合法性，核对车道控制电脑显示与该电子车卡和司机卡一一对应的车牌号码及驾驶员等资料信息；车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数据库中，车道控制电脑根据读到的数据判断是正常卡、未授权卡、无卡还是非法卡，据此做出相应的回应和提示。另外，家中老人戴上嵌入智能传感器的手表，在外地的子女可以随时通过手机查询父母的血压、心跳是否稳定；智能化的住宅在主人上班时，传感器自动关闭水电气和门窗，定时向主人的手机发送消息，汇报安全情况 。

　　（4）云计算

　　云计算旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整 合成一个具有强大计算能力的完美系统，并借助先进的商业 模式让终端用户可以得到这些强大计算能力的服务。如果将 计算能力比作发电能力，那么从古老的单机发电模式转向现 代电厂集中供电的模式，就好比现在大家习惯的单机计算模 式转向云计算模式，而“云”就好比发电厂，具有单机所不 能比拟的强大计算能力。这意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水、电一样，取用方便、费用低廉，以至于用户无需自己配备。与电力是通过电网传输不同，计算能力是通过各种有线、无线网络传输的。因此，云计算的一个核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力，不断减少用户终端的处理负担，最终使其简化成一个单纯的输入输出设备，并能按需享受“云”强大的计算处理能力。物联网感知层获取大量数据信息，在经过网络层传输以后，放到一个标准平台上，再利用高性能的云计算对其进行处理，赋予这些数据智能，才能最终转换成对终端用户有用的信息 。

3、物联网与互联网的关系

　　物联网也是一种链接网络，而且也具备大量原来互联网、移动互联网的特点，通用的MQTT协议也运行于互联网的TCP/IP的基础之上。因此，物联网是基于互联网发展和拓展而来的互联网络，其简化的高层架构关系如下：

　　（1）物联网就是物物相连的互联，是基于电脑的互联网的进一步延伸和发展

　　（2）物联网的参与方拓展到了所有可感知的设备和物品

　　（3）物联网的很多通道和运作，仍需要互联网，特别是移动互联网的支撑

　　（4）物联网由于工作领域和特性存在多个差异很大的场景，因此多种主流的协议和组网方式并存

4、物联网分层

　　4.1、物联网的4个分层

　　物联网可以分为4个层次：感知层、传输层（网络）、支撑层（平台）、应用层。也有另一种常见的分法，是把平台层并入应用层，因此定义为感知、网络和应用层。各层的组成和对应关系如下：

 

 

 

　　（1）感知层

　　主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。如温度感应器、声音感应器、图像采集卡、震动感应器、压力感应器、RFID读写器、二维码识读器等，都是用于完成物联网应用的数据采集和设备控制。

　　感知层通常由终端设备来履行，像人的终端神经一样，使智能网络和中控系统能感知未端状态，并执行下达的指令；其中不具备独立寻址的传感器一种是通过网关接入物联网，或者是与有独立寻址和连接能力的设备相连，通常视为该设备的一部分，以外设的身份存在。

　　（2）传输层

　　传输层主要功能是直接通过现有互联网（IPv4/IPv6 网络）、移动通信网（如：GSM、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA、无线接入网、无线局域网等）、卫星通信网等基础网络设施，对来自感知层的信息进行接入和传输。网络层主要利用了现有的各种网络通信技术，实现对信息的传输功能。

　　（3）支撑层

　　支撑层主要是在高性能网络计算环境下，将网络内大量或海量信息资源通过计算整合成一个可互联互通的大型智能网络，为上层的服务管理和大规模行业应用建立一个高效、可靠和可信的网络计算超级平台。支撑层利用了各种智能处理技术、高性能分布式并行计算技术、海量存储与数据挖掘技术、数据管理与控制等多种现代计算机技术。

　　（4）应用层

　　应用层中包括各类用户界面显示设备以及其它管理设备等，这也是物联网系统结构的最高层。应用层根据用户的需求可以面向各类行业实际应用的管理平台和运行平台，并根据各种应用的特点集成相关的内容服务，如：智能交通系统、环境监测系统、远程医疗系统、智能工业系统、智能农业系统、智能校园等。

　　4.2、4个层次的作用

　　物联网技术的四个层次：感知技术、传输技术、支撑技术、应用技术

　　（1）感知技术

　　能够用于物联网底层感知信息的技术。它包括射频识别（RFID）技术、传感器技术、GPS定位技术、多媒体信息采集技术及二维码技术等。

• 射频识别技术：标签、阅读器、天线
• 传感器技术：从自然信源获取信息
• GPS技术：移动感知，采集移动物体信息
• 多媒体信息采集技术：利用摄像头、麦克风等采集视频、音频、图像等信息，并对信息进行抽取、挖掘和处理，将非结构化信息从采集到的信息中抽取并保存到结构化数据库中。
• 二维码技术：小面积表达大量信息

　　（2）传输技术

　　能够汇聚感知数据，并实现物联网数据传输的技术， 它包括互联网、移动通信网、无线网络、卫星通信、短距离无线通信等。

　　（3）支撑技术

• 用于物联网数据处理和利用的技术，它包括嵌入式系统、云计算技术、人工智能技术、大数据库与机器学习技术、分布式并行计算和多媒体与虚拟现实等
• 嵌入式系统：嵌入到目标体系中的专用计算机系统，它以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统 ，与物联网关系密切，物联网的各种智能终端大部分表现为嵌入式系统
• 云计算技术：物联网中的终端的计算和存储能力有限,云计算平台可以作为物联网的“大脑”,实现对海量数据的存储、计算。 是分布式计算技术的一种，透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。
• 人工智能技术：研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为的技术，借鉴仿生学思想,用数学语言抽象描述知识,用以模仿生物体系和人类的智能机制,目前主要的方法有神经网络、进化计算和粒度计算三种
• 大数据技术：大数据指在互联网和以大规模分布式计算为代表的平台支持下被采集、存储、分析和应用的具有产生更高决策价值的巨量、高增长率和多样化的信息资产 。大数据系统总是由数据采集、数据存储、数据分析（或数据处理与服务）和数据应用四个部分构成。在物联网中，大数据技术扮演海量数据存储与分析处理的重要角色
• 分布式并行计算：时间上的并行就是指流水线技术，而空间上的并行则是指用多个处理器并发的执行计算。

　　（4）应用技术

　　用于直接支持物联网应用系统运行的技术

• 专家系统、系统集成技术、编解码技术

5、物联网主要的连接技术

　　网络层分成两种，一种是网关与传感器之间的联接，称之为局域网联接，有对应的协议；一种是直接接入，并与数据中心或云平台的中控平台连接，这是广域网联接。目前广域网也有多种接入技术，但不管哪种接入技术，都需要通过标准的传输协议，才能建立起对话。主流的MQTT是由IBM公司开发的，基于TCP/IP协议之上。

　　可以看到，主要的局域网接入和广域网接入技术在速率、功耗等不同指标中各有优劣点：

　　可以看到，不管是局域网还是广域网，其连接协议都分别有高(>10M)中(>1M)低(<1M)不同的速率，通常高速率也意味着高功耗。这两个特性，决定了不同的连接协议有着不同的用途。通常高速协议用于有外来供电、需要大量图像视频或其它大数据量交互的场景；而低速协议，则通常用于电池供电、信息密度低的传感器数据读取、自动化设备控制等场景。以下是未来这三种不同类型协议的应用领域和规模预估：

　　低速率广域协议将连接更多设备：大量低频、流量吞吐要求小的场景，未来将大规模对低速率广域互联网存在需求，除了Zigbee等之外，我国主推的NB-IoT也是前景可期。

6、物联网应用的主要特点

　　互联网是连接计算机和移动智能终端的网络，基本上是围绕着人主动触发的场景展开应用。而物联网是物物之间的互联，更多是基于物品对本身或周围环境的感知而触发的自动化应用场景，两者之间的关系对比如下：

　　就如前面所述，物联网与互联网不是相互独立、泾渭分明，而是一个对另一个的延展。现在有越来越多的趋势展现，物联网结合人工智能，两者是快速技术进展的当下，技术快速成熟，在多个领域的应用日益具备商用条件，并极大促进了原来互联网场景的智能化和自动化能力，从而为用户提供新的价值。

　　以下的图示，简单地罗列了未来常见的互联网接入设备，如何日益集成更多的IoT设备，并在人工智能的辅助下，实现更智能、更强大的功能，从而更好地提高原来互联网应用的体验：

　　●互联网接入设备在呈现多样化、移动化和功能复合化的特点

　　●随着硬件性能上升、体积和成本迅速下降，互联网设备接入了大量的IoT器件，来增强复合性功能

　　●一个传统的互联网应用，会得到智能化和自动增强的体验提升，比如：

　　●视频通话时的防抖、亮度适应

　　●基于LBS的位置共享

　　●基于位置感知的立体声源定向

　　总体来说，基于AI, IoT技术的快速发展，未来的电气设备，将沿着越来越自动化智能化，无人干预的方向发展，也就是达到最终的无感智能的状态，以下是在不同的阶段，几个常见操作的对比：

　　比如第一项的环境调节，以空调为例 ，在人工操作参考的第一阶段，通常是设备附带的温度计，告知你的环境温度，你可以进行特定温度的设定，这时候压缩机会根据情况开启，比如已经到达设定温度就休眠，等有偏差再工作；在第二阶段，你可以通过手机或电脑，来设定前半夜后半夜和清晨的不同时段温度的要求，然后中控系统按计划向空调发实时指令；到了无感智能阶段，空调是根据你穿戴设备把你的体温、心跳等信息传给中控，它再结合环境温度，算出一个智能的指令，让空调在人不用干预的情况下，一直保持最适宜的环境温度。

　　 物联网产业已经到了快速应用的阶段

　　根据Machine Research的预计，全球物联网的连接数，将在未来五年内，每年以超过两位数的速度增长，并且到了2025年，预计联网数将达到270亿。而工信部等组织则预计，我国2020年IoT相关产业的产值就将达到1.8万亿元人民币。

　　根据IoT Analytics发布的2018年IoT行业项目数排名，智慧城市、工业互联和建筑互联也都在快速发展：

　　未来的IoT应用，将在不同行业中，和不同领域中，从简单的状态检测和自动化，向高阶的综合调度和智能化决策等方向沿进：

　　●首先从公共设施领域，再到商用领域最后在个人领域(高频高复杂度)应用
　　●从遥测遥感遥控，再到自动调节，最终到智能调节
　　●同时向单品智能和整体解决方案智能进行发展演进

       资料来源：https://baike.baidu.com/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/7306589?fr=aladdin

                         http://i4.cechina.cn/19/1010/10/20191010100706.htm

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