引言

    物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things，IoT)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)新浪潮。麻省理工學(xué)院Auto．ID中心首次將物聯(lián)網(wǎng)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(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理功能的網(wǎng)絡(luò)。

    國際電信聯(lián)盟在《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》中正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的定義：“通過射頻識別、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，使得‘物’具備自動標(biāo)志、智能感知能力，實現(xiàn)物理世界與虛擬的數(shù)字世界的相聯(lián)；通過‘物’的智能接口實現(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò)的無縫結(jié)合，進行信息交換與通信，從而達到智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)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(lián)，實現(xiàn)無所不在的網(wǎng)絡(luò)和無所不在的計算”。

1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實踐

    世界各國均對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進行了戰(zhàn)略規(guī)劃，如美國的“智能電網(wǎng)”、“智慧地球”、“智能微塵”等；日本的“I—Japan戰(zhàn)略2015”；韓國的“U—Korea戰(zhàn)略”以及歐盟的“物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖”。我國在《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006～2020年)》和“新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)”重大專項中均將傳感網(wǎng)列入重點研究領(lǐng)域，并設(shè)立了“物聯(lián)網(wǎng)安全關(guān)鍵技術(shù)研究”、“面向‘物聯(lián)網(wǎng)’的未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究”和“物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于物物感知驅(qū)動的協(xié)同控制研究”等國家自然科學(xué)基金項目。

    隨著2009年11月國務(wù)院批復(fù)同意《關(guān)于支持無錫建設(shè)國家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)(國家傳感信息中心)情況的報告》，我國電信運營商對于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)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(lián)網(wǎng)融合舉行戰(zhàn)略合作簽約儀式，設(shè)立了中國移動無錫物聯(lián)網(wǎng)研究院；中國電信集團公司與無錫市人民政府簽署合作協(xié)議，在無錫成立了中國電信物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和推廣中心及物聯(lián)網(wǎng)重點技術(shù)研究室；中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司與無錫市人民政府簽署融合發(fā)展的戰(zhàn)略框架合作協(xié)議，在無錫成立了物聯(lián)網(wǎng)研究院、物聯(lián)網(wǎng)研究院技術(shù)應(yīng)用開發(fā)和研究中心、云計算中心、容災(zāi)與應(yīng)急中心，并且設(shè)立了“下一代互聯(lián)網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)用國家工程實驗室”；國家電網(wǎng)在無錫設(shè)立了智能電網(wǎng)信息通信技術(shù)中心并將無錫(太湖)國際科技園作為智能園區(qū)試點；廣電部門在無錫設(shè)立了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研發(fā)中心并率先在無錫(太湖)國際科技園推行數(shù)字化園區(qū)。

    隨著技術(shù)方案的逐漸成熟，物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)、環(huán)境監(jiān)控保護、農(nóng)業(yè)畜牧管理、樓宇建筑工程、工業(yè)設(shè)備管理、電子消費應(yīng)用、智能電網(wǎng)規(guī)劃、國家公共安全等領(lǐng)域都有所推廣應(yīng)用。

    1．1醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)

    物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用包括醫(yī)藥衛(wèi)生和食品安全等多個方面。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于患者的登記、標(biāo)志和監(jiān)護。采用電子醫(yī)通卡，有效縮短患者特別是危重病人的登記時間。醫(yī)務(wù)人員通過數(shù)據(jù)資料庫，能夠準(zhǔn)確獲取病人身體狀況、患病及治療歷史信息。同時，醫(yī)通卡還具備支付功能。醫(yī)務(wù)人員借助集成醫(yī)學(xué)傳感器的腕帶實現(xiàn)對患者的實時監(jiān)護。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于藥品的生產(chǎn)、防偽、流通管理藥房管理，有助于準(zhǔn)確實現(xiàn)對于不合格藥品的有效責(zé)任追溯和銷售追回。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于醫(yī)療器械及血液制品管理，可以通過RFID實現(xiàn)專業(yè)醫(yī)務(wù)人員準(zhǔn)許操作制度，避免閑雜人員進入手術(shù)室等關(guān)鍵部門，精確管理醫(yī)用器械，防止諸如手術(shù)器械在人體內(nèi)遺漏等問題的出現(xiàn)。將RFID血袋納入國家血液庫登記系統(tǒng)，減少患者等待時間，提高血液登記、貼標(biāo)和追蹤過程的透明性和準(zhǔn)確性”。

    RFID食品安全方案實現(xiàn)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(xiàn)了質(zhì)量追溯。通過食品信息可以對食品保質(zhì)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(jié)賬時無需再對每個商品進行結(jié)算處理，并且具有食品防盜功能。

    1．2環(huán)境監(jiān)控保護

    以“感知太湖·智慧水利”應(yīng)用為例。該實例布防了數(shù)百個球狀浮標(biāo)微納傳感器，用來探測湖水水質(zhì)及藍(lán)藻生長等信息。通過傳感器組成的微納傳感器群實現(xiàn)動態(tài)觀測太湖水域的變化，將收集到的數(shù)據(jù)信息通過全湖覆蓋的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至水利局現(xiàn)有的信息中心設(shè)備；通過智能分析處理系統(tǒng)，實現(xiàn)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(diào)度，并執(zhí)行應(yīng)急處理預(yù)案。

    1．3農(nóng)業(yè)畜牧管理

    農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、動物溯源、溫室監(jiān)控、森林防火監(jiān)控等方面的應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，采用農(nóng)業(yè)環(huán)境適應(yīng)編解碼、農(nóng)業(yè)環(huán)境能量管理、農(nóng)業(yè)環(huán)境抗干擾、農(nóng)業(yè)環(huán)境適應(yīng)通信以及智能傳感器等技術(shù)獲取環(huán)境信息(包括太陽有效輻射，耕地土壤溫度、濕度、導(dǎo)電率、緊實度，農(nóng)機油耗、速度、位置等)，通過M2M運營支撐平臺和GPRS／TD網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，采用短信息、WEB、WAP等手段將異構(gòu)傳感器數(shù)據(jù)傳輸至農(nóng)牧業(yè)感知服務(wù)及安全中心(同時需傳送至物聯(lián)網(wǎng)治理運營中心)進行分析處理，然后應(yīng)用于糧食生產(chǎn)、農(nóng)機調(diào)度、資源監(jiān)測等。農(nóng)業(yè)部和財政部2009年行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)科研專項重點支持應(yīng)用項目“小麥苗情數(shù)字化遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷管理關(guān)鍵技術(shù)”屬于物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)的典型應(yīng)用。

    畜牧業(yè)中利用RFID技術(shù)對肉畜進行個體標(biāo)記并跟蹤，記錄肉畜飼養(yǎng)、監(jiān)管、屠宰到銷售全過程的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并基于所記錄的信息，在流通過程的關(guān)鍵控制點的基礎(chǔ)上，依據(jù)既定的規(guī)則對目標(biāo)進行監(jiān)控、干預(yù)的信息和管理。在乳制品生產(chǎn)領(lǐng)域，可以采用RFID技術(shù)實現(xiàn)奶牛自動識別，對飼喂、體重測量、醫(yī)治信息及用藥情況等狀況進行全程監(jiān)控，掌握鮮奶產(chǎn)量、鮮奶運輸車裝卸等信息，并將這些信息實時傳輸?shù)较到y(tǒng)管理平臺。監(jiān)管部門通過監(jiān)控平臺可以及時掌握整個區(qū)域奶源產(chǎn)運整體狀況，結(jié)合質(zhì)量檢測措施還可以監(jiān)控奶源質(zhì)量，從而避免摻假現(xiàn)象。

    1．4樓字建筑工程

    以中國移動“電梯衛(wèi)士”為例，該系統(tǒng)通過安裝在電梯外圍的傳感器采集電梯沖頂、蹲底、停電、關(guān)人等故障以及電梯維保信息，并通過無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娞菪l(wèi)士平臺；然后由該平臺實現(xiàn)電梯運行安全監(jiān)控、故障管理和維保管理等業(yè)務(wù)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(xiàn)電梯安全的信息化管理。

    基于物聯(lián)網(wǎng)的道路照明系統(tǒng)是通過在每盞路燈中嵌入無線通信模塊實現(xiàn)其自組網(wǎng)絡(luò)，接收控制中心的命令并將路燈的狀態(tài)反饋給控制中心。控制箱采用ZigBee技術(shù)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(jù)控制中心的指令或時間和日照亮度對每盞路燈發(fā)出控制命令(路燈開啟、關(guān)閉、照明度(功率大小)等)，自動調(diào)節(jié)整條道路的功率平衡。中央控制系統(tǒng)軟件平臺采用3D設(shè)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(yuǎn)程遙測和遙控。中國移動“無線路燈控制解決方案”在此基礎(chǔ)上還實現(xiàn)了終端自動報警(報警信息可以實時提醒到負(fù)責(zé)人手機)、防盜異常報警、電壓電流等參數(shù)采集以及監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能。

    中國電信“家庭物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”包括智能家電、生活用品、家居設(shè)備、家用健康設(shè)備等，這些設(shè)備配置了傳感器、RFID、RF讀寫器，可實現(xiàn)對家庭用品、家居設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控以及家庭成員的健康數(shù)據(jù)采集等。采集到的數(shù)據(jù)通過寬帶網(wǎng)絡(luò)和家庭物聯(lián)網(wǎng)平臺傳送至由商場、制造商、醫(yī)療機構(gòu)等組成的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺，實現(xiàn)對家庭物件的檢測、控制、配送，提供商品的售后服務(wù)跟蹤以及及時為家庭成員提供健康服務(wù)等。中國移動“家庭安防”應(yīng)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(yīng)用于家居安全、病人看護和寵物看管等領(lǐng)域。

    1．5工業(yè)設(shè)備管理

    以中國移動“企業(yè)安防”為例，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為企業(yè)主動防護綜合管理提供了有力工具。該系統(tǒng)不僅將告警信息存儲起來作為事后分析的依據(jù)，還能在遠(yuǎn)端隨時監(jiān)控安防設(shè)備的工作狀態(tài)；在數(shù)據(jù)處理上，提出了細(xì)分布防區(qū)間，按客戶需求進行布防和功能搭配；在統(tǒng)一平臺上查看企業(yè)所有告警記錄，便于綜合分析告警數(shù)據(jù)，幫助客戶管理公司。

    中國電信“數(shù)字油田”包括油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集傳輸系統(tǒng)、油井生產(chǎn)遠(yuǎn)程分析管理系統(tǒng)、油井生產(chǎn)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(shù)，最終由生產(chǎn)遠(yuǎn)程分析管理系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)進行有效利用，實現(xiàn)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(yīng)鏈控制

    物流讀寫器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號；當(dāng)電子標(biāo)簽進入探測區(qū)域時，天線產(chǎn)生感應(yīng)電流，使被動型RFID標(biāo)簽獲得能量被激活并向讀寫器發(fā)送出自身編碼等信息。電子標(biāo)簽的載波信號對接收的信號進行解調(diào)和解碼后送至計算機主機進行處理。計算機系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該標(biāo)簽的合法性，并針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號。電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接收指令并完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作。

    通過上述流程可以實現(xiàn)對物品的生產(chǎn)、流通等環(huán)節(jié)的及時跟蹤反饋，便于物流企業(yè)人員、車輛的最優(yōu)化調(diào)配；同時，此項技術(shù)也可用于通關(guān)物流、智能超市等領(lǐng)域。類似的應(yīng)用方案有中國移動“智能交通”、中國電信“物流e通”服務(wù)平臺等。根據(jù)美國Symbol公司的調(diào)查報告可知，采用基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)物流方案，生產(chǎn)商可以使庫存降低5％～30％，運輸成本降低3％一13％，產(chǎn)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(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實踐中還包括電子消費應(yīng)用、智能電網(wǎng)規(guī)劃、國家公共安全以及政府應(yīng)急管理平臺等。

2 物聯(lián)網(wǎng)體系與通信網(wǎng)

    綜合上述應(yīng)用方案，物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng))、傳輸(通信網(wǎng))和信息處理三個部分，物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)／網(wǎng)關(guān)、二維碼標(biāo)簽及標(biāo)簽識讀器、RFID標(biāo)簽及標(biāo)簽讀寫器、攝像頭、全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)、SIM卡等設(shè)備，涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器技術(shù)、微機電系統(tǒng)(microelectro．mechanical systems，MEMS)、多標(biāo)簽多讀寫器防碰撞技術(shù)、短距離組網(wǎng)傳輸技術(shù)。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(zhǔn)確的感知能力；就微觀層面而言，該層涉及到傳感器／復(fù)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(chǎn)業(yè)存在著標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化程度不足以及關(guān)鍵技術(shù)仍需突破等問題。

    數(shù)據(jù)交互層(第二層)的作用是數(shù)據(jù)交互傳輸，承載數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)可以是寬帶互聯(lián)網(wǎng)、有線接入網(wǎng)絡(luò)、無線移動通信網(wǎng)絡(luò)等，涉及2G／3G／4G通信技術(shù)、NGN技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)、信息編碼／鑒權(quán)技術(shù)、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、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(wǎng)絡(luò)就覆蓋范圍、便捷性而言有著無可替代的優(yōu)勢。在物聯(lián)網(wǎng)體系中，該層結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化程度最高、應(yīng)用最成熟、產(chǎn)業(yè)化能力最強。由于該層起著承上啟下的作用，因此在設(shè)備部署、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、系統(tǒng)維護、運營管理、技術(shù)支撐等方面也有著較高的要求。

    信息應(yīng)用層(第三層)提供適用于個人、企業(yè)、政府的應(yīng)用解決方案，涉及海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、云計算技術(shù)、數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等，同時融人全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)、遙感技術(shù)(remote sensing，RS)等現(xiàn)有成熟應(yīng)用平臺。由于應(yīng)用行業(yè)的廣泛性和多樣性要求，對于不同行業(yè)的信息資源開發(fā)有著不同的商業(yè)應(yīng)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(lián)網(wǎng)軟件和應(yīng)用軟件方面，不能簡單地將現(xiàn)有軟件直接用于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，需要在引入控制環(huán)路理念的基礎(chǔ)上重新研究、設(shè)計和開發(fā)面向高穩(wěn)定、高可靠的網(wǎng)絡(luò)接入和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺軟件。

    基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息匯聚感知和物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同處理，移動通信系統(tǒng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的充分融合將形成更廣泛的網(wǎng)絡(luò)，它將實現(xiàn)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(wǎng)”，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的行業(yè)項目方案和更便捷的服務(wù)體驗。

    移動通信網(wǎng)以其覆蓋范圍廣、應(yīng)用技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化程度高、各層次終端豐富等特點成為較容易實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳輸、控制和管理的媒介。移動通信網(wǎng)的基站、手機以及其他智能終端均可成為傳感節(jié)點用于感知信息獲取；其較成熟的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備成為可靠地數(shù)據(jù)傳輸通道；移動通信運營商對于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、業(yè)務(wù)實現(xiàn)、業(yè)務(wù)管理、用戶管理、信息安全等方面也有著豐富的經(jīng)驗。

3 結(jié)束語

    物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用方案包括五個關(guān)鍵要素，即：可接入網(wǎng)絡(luò)的智能設(shè)備、無處不在的有線或無線的寬帶網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理設(shè)備、數(shù)字化管理設(shè)備以及應(yīng)用支撐和運營平臺。電信運營商作為物聯(lián)網(wǎng)體系中移動通信網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)者有著強大的潛在資源優(yōu)勢，它同時扮演著集成商和服務(wù)商的雙重角色。在品牌認(rèn)知價值方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案推廣過程依賴其廣泛而強烈的品牌認(rèn)知力，更容易實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的應(yīng)用；在商務(wù)實踐拓展方面，電信運營商歷經(jīng)多年的市場拓展和培育擁有較為穩(wěn)固的顧客群體，同時在客戶關(guān)系管理方面有著豐富的經(jīng)驗，因此在目標(biāo)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(jù)著無可替代的地位；在網(wǎng)絡(luò)運營管理方面，電信運營商在通信領(lǐng)域具備了高標(biāo)準(zhǔn)的信息網(wǎng)絡(luò)覆蓋、完善的計費結(jié)算流程、強大的運營支撐能力、高品質(zhì)的服務(wù)，這些都與物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)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(lián)通“互聯(lián)云”戰(zhàn)略)的發(fā)展、容災(zāi)備份功能和快速穩(wěn)定主備切換技術(shù)的進步，使得物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)建更加安全健康。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實踐及其體系結(jié)構(gòu)

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