物联网万物互联(物联网就是万物互联)

 

物联网的涵义、架构、技术和产业概述

吴国发

初稿：2020年9月19日

修改：2022年4月29日

内容提要：本文简明扼要地介绍物联网的定义、内涵、特征、架构、技术和物联网产业。

关键词：物联网 互联网 因特网 传感器 IoT RFID

物联网是物与物联成的互联网，其英文是Internet of Things(IoT)。物联网是万物（人、动物、植物和无生命的物体）互联的网络。

（一）物联网的定义、内涵和特征

（A）物联网概念的提出

1999年，美国麻省理工学院(MIT)自动识别（Auto-ID）中心的阿希顿(Ashton)教授首先提出物联网（Internet of Things）的概念。

中国科技界以前把物联网称之为传感网。中国科学院早在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些传感网。

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了物联网的概念。

（B）物联网的定义和内涵

物联网是物与物联成的互联网，其英文是Internet of Things(IoT)。这里，物是广义的，不仅包括没有生命的物体（手表、电视机、电冰箱、汽车、火车、飞机、军舰、导弹、机器、设备、大楼、水坝、桥梁，等等），而且包括有生命的人、动物和植物。

因此，物联网的定义是：物联网是万物互联的网络，它通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与互联网相联结；物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、管理、控制等功能。

按照国际电信联盟(ITU)的定义，物联网主要解决物品与物品(Thing to Thing，T2T)，人与物品 (Human to Thing，H2T)，人与人(Human to Human，H2H)之间的互相联结。但是，物联网与传统互联网不同的是，H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接，从而使得物品连接更加的简化；而H2H是指人之间不依赖于计算机而进行的互联。互联网并没有考虑到对于任何物品联结的问题，故我们使用物联网来解决这个传统意义上的问题。

M2M（Machine to Machine）是机器与机器的信息交流，通过移动通讯对设备进行有效控制。M2M是物联网的组成部分。不能把M2M解释成人到人（Men to Men）、人到机器（Men to Machine）。

（C）物联网的特征

物联网的基本特征可概括为智能感知、可靠传输和智能处理。

根据物联网的特征，围绕信息的流动过程，可以归纳出物联网处理信息的功能如下：

(1)获取信息的功能，主要是信息的感知、识别；

(2)传送信息的功能，主要是信息的发送、传输和接收；

(3)处理信息的功能，是指信息的加工过程，处理已经获取的信息，产生新的方案、计划、决策等；

(4)施效信息的功能，指信息最终发挥作用、产生效益的过程。

（二）物联网体系的层次和架构

物联网体系的层次和架构如下：

互联网小常识：多宿主主机是具有多个网络连接口卡的主机，每个网络接口与一个网络连接。由于他具有在不同网络之间交换数据的“路由”能力，因此也被称为“网关”。但是如果将多宿主主机用在应用程序的用户身份认证与服务器请求合法性检查上，那么这一类可以起到防火墙作用的多宿主主机就叫做应用级网关或应用网关。

物联网分为四层，自下而上分别是感知识别层、网络传输层、应用支撑层和应用接口层。

（1）感知识别层实现对物理世界的感知与识别。感知层由各种传感器（温度传感器、湿度传感器、光传感器、二维码标签、RFID 标签、摄像头等）以及传感器网关构成。

（2）网络传输层利用无线网络技术和移动通信网络，完成数据的传输。网络层由各种计算机网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成。

（3）应用支撑层对传输过来的数据进行处理；把经过处理的数据形成数据库，再传输到上一层。

（4）应用接口层将处理过的数据送到各类应用系统，形成相应的解决方案。应用接口层是物联网和用户（包括个人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

互联网小常识：IP规划的几种情况。IP地址划分（根据需求计算并申请网络地址）：根据需要子网数确定网络号位数根据主机数确定主机号位数，由这两项选择使用哪一类IP地址，并计算出子网掩码，然后计算网络地址、广播地址、主机地址。最终要体现出的是网络地址-主机地址-定向广播地址。

物联网体系主要由运营支撑系统、传感网络系统、业务应用系统、无线通信网系统等组成。

（三）物联网应用的各种技术

物联网技术是信息时代技术发展继电子计算机、互联网技术之后的第三个里程碑。

物联网技术的范围很广。在物联网的各个层次使用不同的技术。

（1）感知识别层的技术：

传感器技术，射频识别（Radio Frequency Identification， RFID）技术，条形码技术，实时定位技术，自动识别技术（生物识别技术、磁卡和IC卡识别技术、光学字符技术等），微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）技术，等等。

（2）网络传输层的技术：

ZigBee技术（极短距离无线传输技术），Wi-Fi（Wireless Fidelity）技术（短距离无线传输技术），WiMAX（Worldwide Electroperability for Microwave Access）技术（全球微波接入技术），蓝牙（Bluetooth）技术，移动通信5G技术，卫星信息传输技术，等等。

（3）应用支撑层的技术：

嵌入式技术（包括嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、用户应用程序），数据库管理系统，软件的中间件，海量数据存储技术，搜索引擎技术，大数据挖掘与处理技术，云计算技术，等等。

（4）应用接口层的技术：

运营平台建设技术，各种应用软件，人工智能技术，等等。

（5）物联网安全技术：

传感器网络安全技术，RFID安全技术，数据库安全技术，移动通信5G安全技术，等等。

（四）物联网技术和产业的发展

（A）外国的物联网技术和产业

美国、日本、欧盟等对物联网技术和产业非常重视。

2009年，美国奥巴马政府把新能源和物联网并列为振兴经济的两大重点产业。

日本第一个提出了泛在网络的概念。泛在网络源于拉丁语的ubiquitous，故简称u网络。2004年，日本在提前完成e-Japan战略目标的基础上，提出了u-Japan战略，目标是实现无论何时、何地、何物、何人都可以受益于ICT（信息与通信技术）的社会。日本的泛在网包含物联网。

2009年9月，欧盟发布《欧盟物联网战略研究路线图》，提出到2020年，突破物联网关键技术，在航空、航天、汽车、能源等18个领域，应用物联网技术取得很大经济效益。

物联网技术和产业发展迅速。外国有关机构的调查显示，2015年，全球物联网联结的物件大约60亿个左右；预计到2020年底，物联网联结的物件将达到270亿个。

（B）中国的物联网技术和产业

2009年8月，国务院把物联网产业列入五大新兴战略性产业之一。

2011年，工业和信息化部发布《物联网十二五发展规划》。这个规划的大部分目标达到了，少数目标没有达到。

2019年9月7日至10日，2019世界物联网博览会在无锡举行。世界30多个国家，参展企业542家，世界五百强企业37家，参会人数18万。无锡成为东方物联网之都。

2019年11月8日，2019世界物联网大会在北京开幕，围绕推动5G物联世界创造全球智慧经济主题展开高端对话、专题论坛和专场会议。

网络通信相关技术和产业支持能力，中国与美国差距较小。在传感器、RFID （无线射频技术）等感知端制造产业，物联网核心芯片，以及高端软件（操作系统、数据库管理系统）集成服务等方面，与美国的差距较大。例如，我国共有450余家从事敏感元件及传感器生产厂家，但外资企业占67%。RFID标签产业几乎全部使用美国的技术。物联网通用的操作系统、数据库管理系统、大数据处理技术都是美国研究开发的。

至于中国物联网产业的发展情况，工信部发布的数据显示：2017年，物联网产业的规模突破了1万亿元；2020年，物联网产业规模将达到1.8万亿元。

世界物联网大会主席何绪明指出，中国占到全球物联网产值1/4左右，2025年全球物联网产值有望达到30万亿美元的市场体量。

在中国，上海、无锡、杭州、南京、西安等城市已经建立了物联网科技园。

互联网小常识：VLAN Trunk技术是交换机与交换机之间、交换机与路由器之间存在的一条物理链路，而在这一条物理链路上要传输多个VLAN信息的一种技术。VLAN Trunk采用帧标签的方式，每个帧标签指定一个唯一的VLAN ID。划分VLAN的方法分为基于端口、MAC地址、第三层协议类型或地址。

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