2.2　物联网

2.2.1　物联网的概念

麻省理工学院的Ashton教授最先提出物联网的概念，其理念是基于射频识别（RFID）、电子产品代码（EPC）等技术，在互联网的基础上，通过信息传感技术把所有的物品连接起来，构造一个实现物品信息实时共享的智能化网络，即物联网。

随着研究的不断深入，不同的研究机构分别从不同的侧重点对物联网进行了再定义，但是至今还没有一个统一的、精确的物联网的定义。目前有如下几个具有代表性的物联网定义。

定义1：物联网是未来网络的整合部分，它是以标准、互通的通信协议为基础，具有自我配置能力的全球性动态网络设施。在这个网络中，所有实质和虚拟的物品都有特定的编码和物理特性，通过智能界面无缝连接，实现信息共享。

定义2：物联网指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。

定义3：由具有标识、虚拟个性的物体／对象所组成的网络，这些标识和个性运行在智能空间，使用智慧的接口与用户、社会和环境的上下文进行连接和通信。[1]

目前存在很多与物联网并存的术语，如传感器网络、泛在网络等。传感器网络是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络，其通过传感器的方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，实现对物质世界的感知，进而完成智能化的决策和控制。泛在网络是指无所不在的网络，它的基本特征是无所不在、无所不包、无所不能，帮助人类实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信。根据物联网、传感器网络和泛在网络各自的概念和特征，三者间的关系如图2-3所示，可以概括为：传感器网络是物联网的组成部分，泛在网络是物联网发展的远景。

2.2.2　物联网的主要实现方式

1．物联网的体系构架

目前对于物联网的体系构架，国际电信联盟给出了公认的三个层次，从下到上依次是感知层、网络层和应用层，如图2-4所示。

1）感知层

物联网的感知层主要完成物理世界中信息的采集和数据的转换与收集，主要由各种传感器（或控制器）和短距离传输网络组成。传感器（或控制器）用于对物体的各种信息进行全面感知、采集、识别并实现控制，短距离传输网络将传感器收集的数据发送到网关或将应用平台控制指令发送到控制器。感知层的关键支撑技术为传感器技术和短距离传输网络技术。

2）网络层

物联网的网络层主要完成信息的传递和处理，由接入单元和接入网络组成。接入单元是连接感知层的网桥，汇聚从感知层获得的数据，并将数据发送到接入网络。接入网络主要借助现有的通信网络，安全、可靠、快速地传递感知层信息，实现远距离通信。网络层的关键技术包含了现有的通信技术，如移动通信技术、有线宽带技术等，也包含了终端技术，如实现传感网与通信网结合的网桥设备等。

3）应用层

应用层是物联网和用户的接口，主要任务是对物理世界的数据进行处理、分析和决策，主要包括物联网中间件和物联网应用。物联网中间件是一种独立的系统软件或者服务程序，将公共的技术进行统一封装；而物联网应用是用户直接使用的各种应用，主要包括企业和行业应用、家庭物联网应用，如生态监控应用、车载应用等。应用层的主要技术是各类高性能计算与服务技术。

2．物联网的关键技术

国际电信联盟报告指出，射频识别（RFID）技术、传感技术、智能技术、纳米技术是物联网的四个关键性技术，其中，RFID技术被称为四大技术之首，是构建物联网的基础技术。[3]

1）射频识别技术

RFID技术是一种高级的非接触式自动识别技术，它通过无线射频的方式识别目标对象和获取数据，可以在各种恶劣环境下工作，识别过程无需人工干预。RFID技术源于20世纪80年代，到了90年代进入应用阶段。与传统的条码相比，它具有数据存储量大、使用寿命长、无线无源、防水和安全防伪等特点，具有快速读写、长期跟踪管理等优势。

2）传感技术

传感技术是指从物理世界获取信息，并对所收集的信息进行处理和识别的技术，其在物联网中的主要功能是对物理世界进行信息的采集和处理，涉及传感器、信息的处理和识别。传感器是感受被测物理量并按照一定的规律将被测量转化成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成；信息处理主要是指对收集的信息进行存储、转化和传送，信息的总量保持不变；信息识别是对处理过的信息进行分辨和归类，根据提取的信息特征与对象的关联模型进行分类和识别。

3）智能技术

智能技术是指通过在物体中嵌入智能系统，使物体具备一定的智能化，能够和用户实现沟通，从而进行信息交换。目前主要的智能技术包括机器学习、模式识别、信息融合、数据挖掘及云计算等，本章后续将着重介绍机器学习与云计算。在物联网中，智能技术主要完成物品的“说话”功能。

4）纳米技术

纳米技术指在0.1～100nm微尺度上的一类高新技术。纳米技术可以使传感器尺寸更小、精确度更高，可以极大地改善传感器的性能。结合纳米技术与传感技术，可以将物联网中体积越来越小的物体进行连接，从而扩展物联网的边界范围。

2.2.3　物联网在智能制造领域的应用

本节介绍一种基于物联网的精密门窗铰链智能制造系统，系统的网络结构如图2-5所示。[4]基于面向服务的架构，采用结构化查询语言数据库，应用RFID技术把人、机、料接入物联网，通过用户数据报协议（UDP）实现服务器数据库数据与生产信息的实时交互。所有工件的工艺过程和对应的人员信息均被系统实时记录，通过对所采集的数据进行分析，管理人员可以清楚地掌握所有工件的实时生产信息，并对生产质量做出有效管控。