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物联网技术及其工业应用的机遇与挑战

摘要：当代物联网技术发展迅速，特别在工业中的应用越发值得研究和关注。本文将简析物联网历史和关键技术，分析其在工业中的应用以及由此带来的机遇与挑战，为我们为了发展物联网事业，迎接物联网时代指明方向。
关键词：物联网技术（IOT），工业应用，信息，网络，无线网（WSNs）。

Abstract: the Internet of things technology developed rapidly,and in its application in industry is especially worthy of  our attention and research. In this paper,the history of the Internet of things, its key technology , its application in industry which results in many opportunities and challenges to us,will be analyzed ,  so that we can greatly meet the development of the Internet of things industry and pick up the direction of the era of the Internet of things.
Keywords:technology of IOT, industrial applications, information,Internet,Wireless Sensor Networks.

1 物联网内涵的诠释以及其历史
物联网是继计算机与互联网技术之后，掀起世界信息产业风暴的关键技术。
物联网是在互联网基础上，将用户端扩展到了任何物品与物品之间，进行信息互换和通信，它的出现最早可追溯到1990年第一次出现的最初实践原型——施乐网络可乐贩售机（Networked Coke Machine）。1999 年，在美国召开的移动计算和网络国际会议上，物联网被定义为：物与物进行互联通信的网络， 其英文名称是“Internet of Things, IoT”。
在如今全球经济的快速发展的促进下，世界各国为谋求更多的经济利益，而近些年电子标签、嵌入式系统和中间件系统以及云计算等技术的日益发展完善，物联网的发展壮大将是不可估量的。

2物联网的体系架构
物联网是互联网向物理世界的延伸和拓展，互联网可以作为传输物联网信息的重要途径之一，而传感器网络基于自组织网络方式，属于物联网中一类重要的感知技术。从技术架构上分析，物联网可分为感知层、网络层和内容应用层。
感知层的石油温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、二维码标签等传感器或和传感器网构成的感知终端，其基本作用是感知，是物联网收集信息的执行者，也是物联网辨认物体、采集信息的来源。
网络层顾名思义就是物联网的网络部分，负责传递和解决感知层获取的信息，将信息上传或者传递，是由互联网、各种私有网络、云计算平台和网络管理系统等组成的。
应用层是物联网同用户（涉及人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，解决各种用户需求，实现物联网的智能应用。

3物联网的关键技术
物联网是一种网络,就应当具有网络的一些特性。由网络理论中分层的概念分析概括,现阶段的物联网大体可以提成以下几个部分。

可见物联网是一个相称庞大的集合，囊括了因特网、EPC/RFID、传感器、嵌入式系统、无线组网等各行业的成熟技术。
ITU在2023年的物联网报告中重点描述了物联网的4个关键性应用技术——标签事物的RFID技术、感知事物的传感器技术、思考事物的智能技术、微缩事物的纳米技术各项技术,它们虽然发展不统一，其中相辅相成，其中射频标签、条码与二维码等技术已经非常成熟，传感器网络相关技术尚有很大发展空间。

3.1 感知和标记技术
感知和标记技术是物联网的基础，重要应用与物联网感知层，其重要作用是采集物理世界中发生的物理事件和数据，实现外部世界信息的感知和辨认，重要涉及多种发展成熟度差异性很大的技术，如传感器、RFID、二维码等。传感技术运用传感器和多跳自组织传感器网络，协作感知、采集网络覆盖区域中被感知对象的信息。辨认技术涵盖物体辨认、位置辨认和地理辨认，对物理世界的辨认是实现全面感知的基础。物联网标记技术是以二维码、RFID标记为基础的，对象标记体系是物联网的一个重要技术点。

3.2 网络技术
物联网是网络的一种，因此网络是物联网信息传递和服务支撑的基础设施，通过泛在的互联功能，实现感知信息高可靠性、高安全性传送。网络技术的关键技术涉及接入与组网、通信与频管。物联网的网络技术涵盖泛在接入和骨干传输等多个层面的内容。以互联网协议版本6(IPv6)为核心的下一代网络，为物联网的发展发明了良好的基础网条件。以传感器网络为代表的末梢网络在规模化应用后，面临与骨干网络的接人问题。
物联网需要综合各种有线及无线通信技术，其中近距离无线通信技术将是物联网的研究重点。为提高频谱资源的运用率，让更多物联网业务能实现空间并存，需切实提高物联网规模化应用的频谱保障能力，保证异种物联网的共存，并实现其互联互通互操作。

3.3计算与服务技术
计算与服务技术是物联网应用层的关键，海量感知信息的计算与解决是物联网的核心支撑。服务和应用则是物联网的最终价值体现，在这项技术中信息计算和服务计算是最重要的技术。
海量感知信息计算与解决技术是物联网应用大规模发展后，面临的重大挑战之一。需要研究海量感知信息的数据融合、高效存储、语义集成、并行解决、知识发现和数据挖掘等关键技术，而采用云计算技术实现信息存储资源和计算能力的分布式共享，能为海量信息的高效运用提供支撑。物联网不断涌现的新型应用将使物联网的服务模式与应用开发受到巨大挑战，从适应未来应用环境变化和服务模式变化的角度出发，需要研究针对不同应用需求的规范化、通用化服务体系结构以及应用支撑环境、面向服务的计算技术等。

3.4 管理与支撑技术
管理与支撑技术贯穿了物联网所有层次，而随着物联网网络规模的扩大、承载业务的多元化和服务质量规定的提高以及影响网络正常运营因素的增多，管理与支撑技术是保证物联网实现“可运营，可管理，可控制”的关键，涉及测量分析、网络管理和安全保障等方面。测量分析是解决网络可知性问题的基本方法，可测性是网络研究中的基本问题。
随着网络复杂性的提高与新型业务的不断涌现，需研究高效的物联网测量分析关键技术，建立面向服务感知的物联网测量机制与方法。安全是基于网络的各种系统运营的重要基础之一，物联网的开放性、包容性和匿名性也决定了不可避免地存在信息安全隐患。需要研究物联网安全关键技术，满足机密性、真实性、完整性、抗抵赖性的四大规定，同时还需解决好物联网中的用户隐私保护与信任管理问题。

3.4 无线传感器网络的发展
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)是由部署在监测区域内大量传感器节点互相通信形成的多跳自组织网络系统，是物联网底层网络的重要技术形式。随着无线通信、传感器技术、嵌入式应用和微电子技术的日趋成熟，WSNs可以在任何时间、任何地点、任何环境条件下获取人们所需信息，为物联网的发展奠定基础。

WSNs作为当今信息科学与计算机网络领域的研究热点，其关键技术具有跨学科交叉、多技术融合等特点，每项关键技术都需要亟待突破。WSNs的关键技术重要体现在3个方面，即信息采集系统设计、网络服务支持和网络通信协议设计。
ABI Research公司分析预测，作为WSNs完毕数据无线传输的重要短距离无线通信形式，IEEE 802.15.4 集成电路市场出货量在未来将进一步加大。现阶段，面向物联网的WSNs还处在研究的探索阶段，在信息采集系统设计、网络服务支持和网络通信协议设计等方面都面临一系列的挑战。
未来的WSNs的发展方向，将是适应人们的各种需求，充足运用物联网的技术优势，建立统一的满足多种需求的网络通信协议和网络服务支持策略，从而屏蔽应用相关带来的WSNs设计差异复杂性，在节能环保方面，WSNs将最大限度降得WSNs的功耗，并且最大限度运用基于IP的上下文网络，使基于IEEE 802.15.4通信协议的WSNs与基于IPv6协议的互联网的实现统一寻址，保证物联网时代网络层向传输层提供灵活简朴、无连接、满足QoS需求的数据报服务，继续研究开发基于多宿主的网络传输，增强基于WSNs的物联网络可靠性和鲁棒性、实现负载均衡、减少传输延迟、减少用户开销的实际意义。

4.物联网在工业应用中的机遇与挑战
4.1物联网在工业应用碰到的应用机遇：
随着世界经济的一体化和世界经济的快速发展特别是世界经济工业化的发展，物联网在工业方面的应用越发广泛，因此物联网越发需要快速发展并且尽也许适应客户需求，从全球经济和信息产业发展趋势来看，物联网时代即将来临。而由于物联网的发展，使物品和服务功能都发生了质的奔腾，这些新的功能将给使用者带来进一步的高效、便利和安全，由此形成基于这些功能的新兴产业。物联网将依托物品辨认、传感和传动、网络通信、数据存储和解决、智能物体等技术形成庞大的产业群。
这些都刺激了工业的发展，而在汽车、家电、工程机械、船舶等行业通过应用物联网技术，提高了产品的智能化水平，实现产品的信息化。物联网技术应用于生产线过程检测、实时参数采集、生产设备与产品监控管理、材料消耗监测等，可以大幅度提高生产智能化水平。在公司管理方面，物联网技术重要应用于供应链管理、生产管理等领域。在供应链管理方面，物联网技术重要应用于运送、仓储等物流管理领域。而物在纺织、食品饮料、生产车间、化工等流程型行业的生产设备管理领域，物联网技术得到应用。
而运用物联网技术建立污染源自动监控系统，可以对工业生产过程中排放的污染物COD等关键指标进行实时监控，为优化工艺流程提供依据。通过建立基于物联网技术的矿山井下人、机、环监控及调度指挥综合信息系统，对采掘、提高、运送、通风等关键生产设备进行状态监测和故障诊断，监测温度、湿度、瓦斯浓度等为煤炭、钢铁、有色等行业保障安全生产。
在物联网技术逐步发展，应用越发广泛的今日，世界各国政府更加重视，相继制定了一系列的政策支持物联网的发展。而今全球环境恶劣能源危机、金融危机等规定经济增长，物联网可以改变目前的生产方式，减少环境污染与资源浪费，是经济增长的一个重要方面。

4.2 物联网在工业应用碰到的挑战
如今，物联网还面临着许多的挑战：
1) 目前物联网的发展仍然处在不完善的阶段，各项技术标准并不统一，终端厂商、应用厂商、集成商无法有效分工协作，产业分工不能细化，影响整个产业规模化的发展。
2) 各种终端的信息采集涉及大量的个人隐私以及商业机密，必须保证数据的安全性，信息安全与隐私问题一直是物联网的难点，许多安全隐私细节需要不断的细化，以保证信息不被泄露。
3) 物联网应用层面的信息需要互联和融合，需要打破不同行业领域之间的行业壁垒，各行业之间互相合作，才干最佳地发展物联网。
4) 物联网将使IP 地址的需求呈指数级增长，许多地址资源无法支撑。

4.3 抓住机遇，迎接挑战
如今世界各国都在竞争国际标准制定的主导和控制，这将无疑促进物联网技术的发展。为解决物联网的研究和应用中碰到的问题，世界各国需要进一步制定相应政策适应物联网的发展，迎接物联网时代。当前物联网相关产业发展，有助于未来经济的可连续发展；物联网有些关键技术需要投入大量的人力、财力以及物力，以保证物联网的正常发展。物联网的发展应当注重于发挥内部优势、减少内部劣势、抓住外部机遇、减轻外部威胁。
当前我们唯有于抓住机遇，

5 物联网产业环境分析与发展预测
物联网产业环境复杂多样，可采用PEST分析法，总结当前世界物联网的产业环境。可知当今世界各国对物联网产业的重视限度加深，而物联网刺激经济法发展，反之也为发展的经济刺激其发展规定，从而为进一步发展奠定基础，而如今的信息和隐私安全是物联网发展中需要攻克的难题，最终物联网由于其自身涉及技术领域的广泛注定其一定的产业环境适应其研究开发规定。
物联网产业的预测有助于国家更好的把握物联网产业发展节奏，对各地区物联网发展的规划有借鉴意义。
分析部分资料可以做出结论，如今的物联网已过了探索性，而正处在快速发展期，在这段时期，物联网标准形成，各种产业融合发展，未来的五年将会呈稳定增长的状态，各种产业深度融合，大约五年后物联网技术和产业成熟，并对传统产业的改造和提高，将物联网技术和理念融入到各行各业中，并成为其发展的推动力量。

6 我国团队在工业物联网方面的技术和产品以及产业化
我国是世界是最早研究物联网的国家之一，物联网的研究时间长，因此物联网事业处在世界领先位置。
2023 年，我国制定了2023 年-2023 年的信息化的发展战略，其中介绍了全球信息化和我国信息化的发展趋势，我国的战略思想以及战略目的我国具有代表性的研究机构都已经并将继续实行对物联网各个方面的研究。目前大多数的高校将物联网作为一个重要的研究方向。
物联网产业涉及的技术相对比较多，重要涉及RFID 技术、传感器技术、云计算技术、网络与通信技术、中间件技术等。我国关于RFID 技术的公司大多数都集中在低频与高频领域，具体超过100 多家，超高频和微波RFID技术的公司比较少，缺少一些关键技术。2023 年3 月25 日，“传感网络信息解决服务和接口规范”国际标准的提案通过，标志着我国具有了本土化的国际协议，在传感网领域成为了国际标准主导国之一。而在其他方面的技术上，我国也相对发呆，在世界领先水平中占据一席之地。

7 结论
物联网技术飞速，未来是物联网的时代,是个高度感知和信息控制的时代, 是个虚拟和现实逐渐融合的时代, 技术和市场互相依存。我们应抓住战略机遇，紧紧围绕转变经济发展方式，综合使用各种资源，调动各方面力量，在物联网应用上加大研究，尽最大努力夺取物联网国际标准制定的主导和控制，才干在物联网领域立于不败之地。

参考文献：
《物联网:概念、架构与关键技术研究综述》——孙其博， 刘杰，黎羴，范春晓，孙娟娟；
《物联网的研究现状及其产业化》——李昆仑，缪泽峰，章剑雄；
《物联网技术浅析》——赵富安，赵宇；
《面向物联网的无线传感器网络综述》——钱志红，王义军；
《物联网产业机遇与挑战》——王金宝；
《中国发展物联网面临的机遇与挑战》——谢新梅；
《物联网在工业中的应用》——陶冶，殷振华；
《物联网技术的发展及其工业应用的方向》——彭宇；
《基于神经网络组合模型的物联网产业发展预测研究》——张亚斌，侯思华；
《物联网关键技术与应用》——刘强，崔莉，陈海明；
《物联网感知技术探讨》——马海晶；
《我国物联网的产业环境分析》——刘文昌，吕红霞，李晓楠；