物聯(lián)網(wǎng)技術與“網(wǎng)絡強省”建設

洪漢舒+孫知信

物聯(lián)網(wǎng)，通俗來說就是“物物相連的網(wǎng)絡”，是利用傳感器、射頻識別等作為感知元件，通過網(wǎng)絡來實現(xiàn)物與物、物與人之間的信息交換和通信，從而挖掘各類信息為各類應用提供數(shù)據(jù)[1]。物聯(lián)網(wǎng)被預言為繼互聯(lián)網(wǎng)之后全球信息產(chǎn)業(yè)的又一次科技與經(jīng)濟浪潮，受到各國政府、企業(yè)和學術界的重視。國家主席習近平、國務院總理李克強曾專門對物聯(lián)網(wǎng)做出重要指示，要讓物聯(lián)網(wǎng)更加促進生產(chǎn)、走進生活、造福百姓，國務院也專門出臺推進物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)健康發(fā)展的指導意見。根據(jù)新華社發(fā)布的《中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展年度報告》認為，到2015年底，中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將達到5000多億元的規(guī)模，并仍將以11%左右的增長率逐年提升。在“網(wǎng)絡強省”建設中，物聯(lián)網(wǎng)扮演著舉足輕重的角色。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術的架構及關鍵技術

1.物聯(lián)網(wǎng)的體系架構

物聯(lián)網(wǎng)的架構[2]如圖1所示，包含感知層、網(wǎng)絡層、業(yè)務層。

感知層：“物”與“網(wǎng)”連接的橋梁，主要實現(xiàn)現(xiàn)實物體的數(shù)據(jù)信息采集、捕獲和識別。感知層的關鍵技術包括傳感器、RFC、GPS等。

網(wǎng)絡層：感知層的信息經(jīng)由網(wǎng)關轉化為網(wǎng)絡能夠識別的信息后就傳到了網(wǎng)絡層，網(wǎng)絡層進行信息的傳遞與處理。網(wǎng)絡層包括移動通信、計算機、無線傳感等網(wǎng)絡，信息可以經(jīng)由任何一種網(wǎng)絡或幾種網(wǎng)絡組合的形式進行可靠的傳輸。

業(yè)務層：物聯(lián)網(wǎng)的信息處理和應用，面向各類應用，實現(xiàn)信息的存儲、數(shù)據(jù)的挖掘、應用的決策等，涉及海量信息的智能處理、云計算、中間件、信息發(fā)現(xiàn)等多種技術。

對應于物聯(lián)網(wǎng)的三層架構，物聯(lián)網(wǎng)自身有三個特征：

全面感知：利用RFID、傳感器、GPS等隨時隨地獲取物體的信息。

可靠傳遞：通過各種電信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時準確地傳遞給業(yè)務層。

智能處理：利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體實施智能化控制。

2.物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

射頻識別：射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取數(shù)據(jù)信息。一個完整的射頻識別系統(tǒng)由標簽、閱讀器和天線三個基本部分組成。閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當標簽進入磁場時產(chǎn)生感應電流從而獲得能量，發(fā)送出自身編碼等信息被讀取器讀取并解碼后，發(fā)送至電腦主機進行有關處理。

無線傳感器網(wǎng)絡：無線傳感網(wǎng)絡是集分布式信息采集、信息傳輸和信息處理技術于一體的網(wǎng)絡信息系統(tǒng)，以其低成本、微型化、低功耗、靈活的組網(wǎng)和鋪設方式，以及適合移動目標等特點受到廣泛重視，是關系國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全的重要技術。

安全與加密技術：物聯(lián)網(wǎng)的安全性主要來自于系統(tǒng)的密鑰體制強度。由于物聯(lián)網(wǎng)的感知層設備的能源和處理能力有限，在此基礎上無法采用類似于網(wǎng)絡層復雜的高強度密鑰機制，所以在物聯(lián)網(wǎng)的安全架構中需要引入一些特殊的密鑰體制，這些體制能統(tǒng)一貫穿整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，與物聯(lián)網(wǎng)各層相適應。與此同時，還要滿足感知層節(jié)點低功耗、輕量級的計算要求。

云計算技術：通過互聯(lián)網(wǎng)向用戶提供分時的硬件服務和分空間的硬件服務技術，實現(xiàn)為用戶提供托管服務和配置計算資源。在享受這種服務的過程中，用戶不需購買計算機，不必買昂貴的計算機軟件，只要向云計算中心提交請求便可得到相應的應用。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術在“網(wǎng)絡強省”戰(zhàn)略中的重要地位

物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后新一輪信息技術革命，是信息產(chǎn)業(yè)領域未來競爭的制高點和產(chǎn)業(yè)升級的核心驅(qū)動力。江蘇省委、省政府高度重視并大力支持物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將其確定為“十二五”期間重點培育的新興產(chǎn)業(yè)。在此背景下，物聯(lián)網(wǎng)建設也有了飛速的發(fā)展，相應的研究與應用已經(jīng)擴展到智能物流、智能交通、食品溯源、醫(yī)療健康等多個領域，其在“網(wǎng)絡強省”戰(zhàn)略中重要性越加顯現(xiàn)。

1.江蘇建設物聯(lián)網(wǎng)強省的優(yōu)勢

江蘇作為長三角地區(qū)的經(jīng)濟強省，物聯(lián)網(wǎng)建設一直處于全國領先地位。早在2009年8月7日，時任國務院總理溫家寶就到無錫微納傳感網(wǎng)工程技術研發(fā)中心視察并發(fā)表重要講話。同年11月12日，江蘇省人民政府、中國科學院、無錫市人民政府簽署了在無錫共建中國物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心協(xié)議，先期以江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心和中國科學院物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中心為運作載體。物聯(lián)網(wǎng)的建設也被納入江蘇省“十二五”期間的發(fā)展規(guī)劃中。江蘇的電子產(chǎn)業(yè)有著雄厚的實力基礎，在傳感器、集成電路、無線通信、智能控制、軟件和信息服務業(yè)等物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)支撐領域基礎較好，以無錫為核心，蘇州、南京為支撐的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)已經(jīng)形成，產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，同時大批國內(nèi)外知名高校、科研院所和大型央企也在江蘇設立了諸多研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化機構，各類優(yōu)質(zhì)資源正在加快匯聚。與此同時，江蘇也是個文化大省、教育大省，擁有眾多優(yōu)秀的研究院和高校，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了人才保障和智力支持。江蘇優(yōu)秀的經(jīng)濟環(huán)境、先進的信息業(yè)技術和優(yōu)越的教育背景為物聯(lián)網(wǎng)技術和產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展奠定了良好基礎。

2.物聯(lián)網(wǎng)技術在“網(wǎng)絡強省”戰(zhàn)略中的應用場景

“網(wǎng)絡強省”不僅僅要體現(xiàn)在用戶數(shù)量的層面上，更要體現(xiàn)在網(wǎng)絡服務的高度普及化和智能化方面。當前，物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)滲透到人民生活的各個領域，其在網(wǎng)絡強省建設中的重要性不言而喻。幾個典型應用如下[3]：

智能交通：現(xiàn)在江蘇各市遍布交通攝像頭和交通情況檢測傳感器，這些攝像頭和傳感器連接到交管中心，形成了一張城市交通監(jiān)控網(wǎng)絡。在此基礎上以信息處理的軟件、硬件為補充，充分利用攫取的信息，進行實時的交通流量分析與預測，自動調(diào)整紅綠燈的間隔時間；向車主預告實時路段，并推選最佳路線；根據(jù)GPS定位提示所在地點周邊的停車場、加油站等的位置，以提供生活服務。這就是物聯(lián)網(wǎng)在“智能交通”中的應用。

智慧物流：通過在物流商品中植入傳感芯片，供應鏈上的購買、生產(chǎn)制造、包裝、裝卸、堆棧、運輸、分銷、出售、服務等每個環(huán)節(jié)都能準確無誤地被感知和掌握，不僅方便用戶進行追蹤，還節(jié)省了大量的人力成本。

數(shù)字醫(yī)療：通過物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術，幫助醫(yī)院實現(xiàn)對病人的實時監(jiān)控、護理，以及共享醫(yī)療記錄。除此之外，還可以幫助市民網(wǎng)上預約掛號，避免了就醫(yī)時因人流量過大而擁堵、看病難的現(xiàn)象。

食品溯源：食品溯源是指在食物產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)（包括生產(chǎn)、加工、分送、銷售等）中，食品及其相關信息能夠被追蹤和回溯，使食品的整個生產(chǎn)經(jīng)營活動處于有效監(jiān)控之中。用戶可以通過移動網(wǎng)絡和食品上標注的二維碼隨時隨地對食品進行查詢。此外，二維碼具有容量優(yōu)勢，很多商標上無法容納的信息可以在二維碼中獲知，以便開展更豐富的食品溯源應用。在進行食品溯源查詢時，由溯源系統(tǒng)提供的更多相關增值業(yè)務將會提供給消費者，給廣大消費者帶來更多便利。

除了前面所講的主要應用領域外，物聯(lián)網(wǎng)的應用已滲透到人民生產(chǎn)、生活的各個方面。例如，在公共安全領域，部署攝像頭進行統(tǒng)一監(jiān)控管理；在數(shù)字家庭的應用中，居民可以用一部手機遠程遙控家中的電子設備；在金融管理領域，物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)對電子收款和取款的監(jiān)控；在智慧校園領域，將物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)的應用平臺相融合，學生僅憑借手機上的一款應用軟件便可隨時隨地享受到個性化服務?？梢哉f，物聯(lián)網(wǎng)將會改變整個社會的生產(chǎn)方式、生活方式，進而改變?nèi)祟惖纳娣绞?，是網(wǎng)絡強省建設中必須重視、不可或缺的關鍵環(huán)節(jié)。

三、“網(wǎng)絡強省”戰(zhàn)略下

物聯(lián)網(wǎng)建設面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展建議

1.物聯(lián)網(wǎng)建設面臨的若干挑戰(zhàn)

物聯(lián)網(wǎng)的技術瓶頸。物聯(lián)網(wǎng)技術涉及多方位的研究內(nèi)容，包括感知層節(jié)點的軟硬件設計、無線感知網(wǎng)絡的組網(wǎng)技術、數(shù)據(jù)的采集處理技術[4]、數(shù)據(jù)加密及挖掘、信息管理和存儲，以及信息查詢等。隨著新的應用場景不斷出現(xiàn)，勢必對物聯(lián)網(wǎng)技術提出新的發(fā)展和創(chuàng)新要求。

缺乏標準化的物聯(lián)網(wǎng)體系。標準化體系的建立是發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的首要先決條件。物聯(lián)網(wǎng)體系架構非常復雜，有基礎標準、射頻識別技術標準、用戶隱私安全標準等，同時還有行業(yè)應用標準和運營管理標準[5]。從世界范圍看，目前尚未形成統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)標準體系，這為物聯(lián)網(wǎng)的管理和發(fā)展增添了不少難度。

缺乏成熟的法律法規(guī)。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的擴展和延伸，由于它涉及自然界的各種實體事物，目前互聯(lián)網(wǎng)的法律法規(guī)并不一定適用于物聯(lián)網(wǎng)的所有層面。并且物聯(lián)網(wǎng)涉及的知識產(chǎn)權非常多，不同領域都有相應的知識產(chǎn)權。既有硬件方面的專利權，也有涉及企業(yè)品牌的商標權、軟件著作權等，保護起來有一定的困難。就目前來看，相比于傳統(tǒng)行業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)相關的法律法規(guī)仍然還不健全，不能保證物聯(lián)網(wǎng)建設的每一環(huán)節(jié)都受到保護。

2.促進江蘇物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的若干建議

政府加強政策引導和保護?！熬W(wǎng)絡強省”的建設是一個大工程，需要政府從宏觀層面制定統(tǒng)一、具體的戰(zhàn)略規(guī)劃，在充分考慮物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展前景的前提下，確立物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的指導原則、發(fā)展方向、重點目標和實現(xiàn)方法，同時制訂短、中、長期計劃，使物聯(lián)網(wǎng)建設工作有條不紊地展開。作為全國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展較快、較早的地區(qū)，江蘇可以根據(jù)發(fā)展過程中出現(xiàn)的一系列問題，總結經(jīng)驗和教訓，率先提出相關的法律法規(guī)議案，通過政策法規(guī)加大對物聯(lián)網(wǎng)涉及的信息安全、企業(yè)機密和個人隱私的保護力度，進一步加強對監(jiān)管機構的人財物投入，完善監(jiān)管體系，形成監(jiān)管合力，保護物聯(lián)網(wǎng)安全和隱私，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供法律保障。

積極參與國際標準制定，借鑒國外優(yōu)秀成果。由于物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展過程中缺乏統(tǒng)一的標準體系，如果江蘇物聯(lián)網(wǎng)技術沒有與國際兼容或一致的技術標準，那么相關的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品就難以在其他國家和地區(qū)被識別，“物物互聯(lián)”就無法實現(xiàn)。所以，要重視國際交流，加強與他國的合作，密切關注物聯(lián)網(wǎng)國際發(fā)展動態(tài)，積極參與國際標準的制定，并借鑒和吸收一切世界范圍內(nèi)的優(yōu)秀技術成果，站在科技的制高點上發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。

產(chǎn)學研一體化。物聯(lián)網(wǎng)不是一個簡單的商品，也不是一個企業(yè)可以建立的，做成物聯(lián)網(wǎng)，不僅需要技術，而且需要產(chǎn)學研的共同努力。其一，江蘇作為教育大省，擁有眾多知名高校和研究所，應當充分發(fā)揮教育資源優(yōu)勢，開展物聯(lián)網(wǎng)相關專業(yè)課程，鼓勵相關人才積極參與國際學術交流，敢于技術創(chuàng)新，積極研發(fā)核心科技，突破現(xiàn)有技術瓶頸為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術支持和智力保障。其二，江蘇作為經(jīng)濟大省，有著優(yōu)厚的經(jīng)濟基礎和產(chǎn)業(yè)規(guī)模，各大物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)應當建立與高校和研究所的合作平臺，使資源得到有效整合，為物聯(lián)網(wǎng)技術提供實際的應用支撐和產(chǎn)業(yè)支持，以核心技術研發(fā)引領產(chǎn)業(yè)高地，以人才集聚促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展，最終實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)建設的產(chǎn)學研一體化。

參考文獻：

[1]朱洪波，楊龍祥，朱琦.物聯(lián)網(wǎng)技術進展與應用[J].南京郵電大學學報（自然科學版），2011（1）.

[2]沈蘇彬，范曲立，宗平.物聯(lián)網(wǎng)體系架構和相關技術研究[J].南京郵電大學學報（自然科學版），2009（6）.

[3]周明.物聯(lián)網(wǎng)應用若干關鍵問題的研究[D].北京郵電大學，2014.

[4]胡永利，孫艷豐，尹寶才.物聯(lián)網(wǎng)信息感知與交互技術[J].計算機學報，2012（6）.

[5]鄔賀銓.物聯(lián)網(wǎng)應用與挑戰(zhàn)綜述[J].重慶郵電大學學報（自然科學版），2010（5）.

（洪漢舒：南京郵電大學物聯(lián)網(wǎng)學院博士研究生；孫知信：南京郵電大學物聯(lián)網(wǎng)學院院長，教授、博士生導師）

責任編輯：高 莉