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1、计算机学报物联网专题系列讨论 2011-01物联网研究动态摘要：本报告从物联网定义及发展历史入手，对物联网现状、各国发展战略、技术关联、关键技术、标准化等方面进行了分析，指出了其中需要进一步研究的核心问题。1 引言物联网（Internet of Things IoT）代表了未来计算与通信技术发展的方向，被认为是继计算机、Internet之后，信息产业领域的第三次发展浪潮。最初，IoT是指基于Internet利用射频标签（Radio Frequency Identification RFID）技术、电子产品编码（Electronic Product Code EPC）标准在全球范围内实现的一种网
2、络化物品实时信息共享系统。后来，IoT逐渐演化成为一种融合了传统网络、传感器、Ad Hoc无线网络、普适计算等的ICT（Information and Communications Technology）技术，并正在形成一种新的信息产业。物联网将信息与通讯技术充分应用到各行各业，将传感器嵌入到汽车、家电、电网、桥梁、建筑等物体中，通过网络实现智能物体的互联与信息采集，通过云计算平台实现海量数据的高效处理，有效共享设备、信息、服务等资源。未来的物联网将最终实现物理网络与社会网络的融合，大幅提高人们生产、生活的智能化水平。本文从物联网的定义及发展历程入手，对物联网现状、关键技术进行了分析，对IoT
3、应用、标准进行了分类，指出了物联网的研究方向。2概念物联网概念最早由美国MIT Auto-ID Center于1999年提出。当时，Auto-ID Center的研究人员只是想通过条码、智能卡、RFID等实现物体的识别与管理，提高工业自动化系统的自动化程度，降低故障率。后来，IoT概念被人们迅速接受，演化成“物物相联的互联网”。2005年，国际电信联盟（ITU）发布ITU Internet Report 2005: The Internet Of Things，正式提出了物联网这一术语。目前，物联网在国际上尚无统一定义，几个代表性定义如下：ITU定义从时-空-物三维视角看，物联网是一个能够在任
4、何时间（Anytime）、地点（Anyplace），实现任何物体（Anything）互联的动态网络，它包括了PC之间、人与人之间、物与人之间、物与物之间的互联1。欧盟委员会的定义物联网是计算机网络的扩展，是一个实现物物互联的网络。这些物体可以有IP地址，嵌入到复杂系统中，通过传感器从周围环境获取信息，并对获取的信息进行响应和处理2。IERC定义作为未来Internet的重要组成部分，物联网以一系列标准和可互操作的通讯协议为基础，构成了一个具有自配置能力的全球化、动态网络基础设施。同时，它也是一个信息网络，在该网络中物理的、虚拟的物体都具有可标识性，其物理属性、虚拟特征均可被读取，并能通过智能接
5、口无缝集成3。中国物联网年度发展蓝皮书定义物联网是一个通过信息技术将各种物体与网络相连，以帮助人们获取所需物体相关信息的巨大网络。物联网通过使用射频识别RFID、传感器、红外感应器、视频监控、全球定位系统、激光扫描器等信息采集设备，通过无线传感网、无线通信网络（如Wi-Fi、WLAN等）把物体与互联网连接起来，实现物与物、人与物之间实时的信息交换和通讯，以达到智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的目的4。这些定义从不同角度，对物联网进行了阐述，侧重点各不相同。但归结起来物联网概念有以下几方面技术特征：（1）物体数字化与虚拟化物体的数字化、虚拟化使物理实体成为彼此可寻址、可识别、可交互、可协同的智
6、能物；（2）泛在互联以互联网为基础，将数字化、智能化的物体接入其中，实现自组织互联，是互联网的延伸与扩展；（3）信息感知与交互在网络互联基础上，实现信息的感知、采集以及在此基础之上的响应、控制；（4）信息处理与服务支持信息处理，为用户提供基于物物互联的新型信息化服务。从不同关注点来看，物联网的特征也有所不同。（1）IT技术物联网是下一代互联网，它通过嵌入到物体上的各种数字化标识、感应设备，如RFID标签、传感器、响应器等，使物体具有可识别、可感知、交互和响应的能力，并通过与Internet的集成实现物物相联，构成一个协同的网络信息系统。（2）产业物联网是一个具有巨大市场潜力的信息技术产业，其产
7、业链包含了芯片/传感器/RFID标签制造商、设备提供商、软件企业、系统集成商、网络提供商、系统集成商、运营及服务商、最终用户。IoT将为产业链的各个环节带来巨大商机。（3）用户物联网是一个将人、物、Internet实现无缝互联的网络化信息系统，并能向用户提供新型IT服务。3技术关联物联网是在现有技术基础上发展起来的，与RFID、无线传感器网络、CPS（Cyber-physical Systems）5、普适计算、M2M（Machine-to-Machine）6等有密切关系。随着IoT的发展这些技术相互交叠，彼此之间的界线也越来越模糊。RFID是物联网的重要支撑技术。它通过无线电波识别目标并获取相
8、关数据。MIT Auto-ID Center提出物联网概念时，即是对物品进行EPC编码，利用RFID完成物品数据采集，通过互联网实现物品的自动化管理。现在物联网的含义已经远远超出了当初系统所涉及的范围。单纯的RFID网络化信息系统不等同于现在的物联网。尽管RFID标签也可以被看作是一种简单的传感器，但现有RFID标签及读写设备并不具备感知环境变化并自动做出响应的能力。无线传感器网络最初是指通过无线网络连接起来的一组传感器节点。与传统传感器网络不同，无线传感器网络没有固定的网络基础设施，没有中央控制节点。无线传感器网络侧重传感功能，一般不存在物体标识问题，它感知的是外部环境中的未知因素。不少研究
9、人员认为传感器网络与物联网的区别在于：传感器网络只具有感知、互联功能，不具备控制功能。物联网是对已知、可识别物体的感知、互联和管理，并且具备控制功能，能对外提供信息服务。CPS是一种集成了计算机系统、感知系统、控制系统与通讯系统的复杂系统，它将物理世界与信息世界统一起来。有些研究人员认为物联网与CPS是相同的；有的则不赞同这一观点，认为CPS具有更强的反馈控制能力。从侧重点来看，CPS着重于物理世界与信息世界的融合，主要用在传感器系统和自动化系统中；物联网侧重全球范围内物物互联之后的新型服务，应用范围更广。普适计算关注小型、微型设备（如：手机、传感器、笔记本电脑等）的计算能力，强调无论何时、何
10、地、何物均可实现计算。在普适计算中这些小型、微型设备也可以与互联网相连。但是，物联网所涉及的范围、面向的用户群要比现在的普适计算更广，规模也更大。M2M是一种实现设备间通讯的技术。在传感器参与下，M2M可以感知外部事件，并向上层应用提供信息。M2M可以用在物联网中，为物物通信及感知提供支持。4体系结构传感器、RFID阅读器、移动终端、智能手机等Internet、3G、IEEE 802.11、IEEE802.15等电源管理、服务管理、设备管理等名字解析、跟踪与追溯、位置服务、检索服务物流管理、智能电网、智能交通、智能大厦等安全与隐私保护基础设备层网络层中间件层公共服务层应用层从感应、传输、服务角
11、度，按照功能纵向划分，物联网可以分为应用层、网络层和感知层，这三个层次可以进一步细化为以下结构：图 1 物联网层次结构（1）应用层该层包括了物联网在各个领域的应用，如：物流管理、智能家庭、远程医疗、工业自动化、环境监测、军事应用、灾害应急、智能电网、智能大厦等。（2）公共服务层为物联网应用提供公共服务，包括安全与隐私保护、位置服务、名字解析、跟踪与追溯、检索服务、信息服务等。（3）中间件层负责数据存储管理、设备管理、服务管理、电源管理、QoS管理等。（4）网络层负责物体与物体之间的网络互连，为物联网提供路由、数据传输支持。主要支撑包括广域网及局域网个域网技术。广域网如Internet、3G通讯
12、网络等，局域网个域网如IEEE 802.3网络、IEEE 802.11网络、IEEE 802.15网络、无线自组织网络等。（5）基础设备层包含了物联网所涉及的各种物理设备，如传感器、响应器、RFID标签、RFID读写器、移动终端、智能手机等。这些设备主要实现信息采集预处理、事件响应及用作用户终端或控制设备。5战略研究计划5.1国际目前，欧盟、美国、日本、韩国等国家都投入大量资金进行物联网研发。2007年，欧盟采纳了物联网发展战略。2009年6月，欧盟委员会向欧盟议会递交了Internet of Things-An action plan for Europe，将物联网确立为欧洲下一代信息技术的
13、发展重点，并着重网络基础设施建设与信息安全、隐私保护的研究。目前，欧盟第7框架计划已至少资助了25个物联网研究项目。2008年，美国国家情报委员会将物联网确定为未来对美国产生重要影响的6项重要技术之一。2009年1月，美国信息技术与创新基金会（Information Technology and Innovation Foundation ITIF）向政府提交了题为The Digital Road to Recover: A Stimulus Plan to Create Jobs，Boost Productivity and Revitalize America的报告，推动物联网技术的发展。
14、随后，美国政府在总金额为7870亿美元的Recovery and Reinvestment Act中予以支持。此外，美国自然科学基金委员会推出了Cyber-Physical Systems研究计划予以支持。2004年，日本提出了U-Japan 战略，计划在2006-2010年发展与物联网密切相关的泛在网络技术。2009年2月，日本又推出了ICT Hatoyama Plan纲要，研发与物联网相关的关键技术，旨在革新以T-Engine嵌入式操作系统、uID标准体系为核心的普适计算技术，创造新的ICT市场和就业机会，使日本信息通信产业的总产值在2020年达到百万亿日元。2004年韩国提出了U-Kor
15、ea战略，并在2009年10月通过了物联网基础设施构建基本规划，力图打造世界上最先进的物联网基础设施，重点发展物联网服务、物联网扩散环境等关键技术。5.2国内在我国，无论是政府、企业还是科研机构都对物联网给予了极大关注。2009年，我国将物联网正式列为国家五大新兴战略性产业之一。2010年1月4日我国第一个物联网研究院无锡物联网产业研究院正式成立。2010年10月18日，十七届五中全会通过中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议，明确将战略新兴产业确定为国家未来重点扶持的对象，物联网将是其中的重点。2010年11月8日首届全球物联网发展论坛在中国上海召开。大会上，由中科院上海微
16、系统与信息技术研所、大唐电信、上海移动、中国联通、中国电信等研究机构、企业发起的上海物联网产业联盟正式成立。该联盟涵盖了科研、系统集成、运营、用户等产业链关键环节，将致力于物联网标准化、产业化与关键技术研发。同时，上海物联网产业基地也正式成立，致力于物联网硬件（重点包括核心芯片、高端传感器、RFID标签等）、软件及系统集成、高性能超级计算机、大容量存储设备等的研发。2007-2010年中国自然科学基金委员会共批准了百余项与物联网相关的研究项目。2010年，国家重点基础研究发展计划（973计划）资助物联网基础研究项目3项。预计未来10年我国将投入4万亿人民币发展物联网，并重点推动它在智能电网、远程医疗、智能家庭等领域的应用。
