計算機物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與發(fā)展思考

李家琦 河南理工大學 河南焦作 454000

從早期的機器到機器（M2M）的連接，到現(xiàn)在人事物之間的互聯(lián)（IOT，Internet of Things），物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，在云計算、傳感器技術(shù)、射頻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)的帶動下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)不新鮮，在很多領(lǐng)域都所應(yīng)用，其前景非常之廣闊。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

（一）物聯(lián)網(wǎng)基本概念

物聯(lián)網(wǎng)具體是指利用各種傳感器設(shè)備，將任何物品接入互聯(lián)網(wǎng)中實現(xiàn)信息交互的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并實現(xiàn)定位、追蹤、監(jiān)控、識別、管理的智能化。IOT，即internet of things，就是實現(xiàn)智能終端設(shè)備和管理平臺的互聯(lián)，而提供IOT服務(wù)，需要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備可移動、靈活的無處不在的連接，而這只有無線接入才能實現(xiàn)。

（二）物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用

典型的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)在于將所有的物品賦予一個電子標簽，然后利用傳感技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將物品接入到網(wǎng)絡(luò)當中，實現(xiàn)智能化的識別與管理。具體而言物聯(lián)網(wǎng)整合了傳感設(shè)備、RFID、紅外傳感、GPS等，然后基于智能芯片如Qualcomm，Intel等的CPU，進一步基于WIFI，LTE，LPWAN等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)人事物在生產(chǎn)、流通、消費各個過程當中的自動識別和信息的互聯(lián)共享。

具體而言就是利用傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)等對物品進行標識，然后基于網(wǎng)絡(luò)上層識別設(shè)備對物品屬性（電子標簽）進行讀取，并轉(zhuǎn)換為合適的數(shù)據(jù)格式進行傳輸，信息處理中心一般是計算機或者手機或IDC進行信息接收和處理，完成對物品的自動識別與管理。

基于上述架構(gòu)分析，一般的物聯(lián)網(wǎng)有三個層級，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。其中感知層為前端，即整合RFID標簽、RFID感測器、傳感節(jié)點、節(jié)能終端、傳感器閘道等等，實現(xiàn)對人事物的自動識別。網(wǎng)絡(luò)層使傳感器收集整理的信息通過LTE（包括4G和5G），云端運算、WIFI、有線網(wǎng)絡(luò)等進行連接并傳輸給上層應(yīng)用層。應(yīng)用層一般可稱為后臺應(yīng)用，其涉及的范圍就非常廣泛了，比如智慧節(jié)能、智慧交通、智慧營銷、智慧生活、醫(yī)療、建筑等等。

例如，典型的視頻監(jiān)控應(yīng)用，在現(xiàn)有的設(shè)計當中它有四個層級，包括應(yīng)用層、管理層、服務(wù)層和接入層。應(yīng)用層就是直面客戶的層級，通常就是監(jiān)控中心，以電視墻、手機APP、PC客戶端、解碼器組成。管理層，一般可以稱之為管理云，這個云采用分布式服務(wù)器的方式來構(gòu)建出業(yè)務(wù)管理層級。服務(wù)層為業(yè)務(wù)管理層服務(wù)，采用的同樣是分布式服務(wù)器，包括視頻存儲陣列、分發(fā)服務(wù)器、轉(zhuǎn)碼服務(wù)器等。而接入層則是最底層的應(yīng)用端，這個部分中就是各種聲光報警器、視頻監(jiān)控設(shè)備，在視頻編碼器下構(gòu)成一組組的獨立視頻監(jiān)控終端。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展思考

從早期的GPRS、2G、3G到現(xiàn)在的4G以及即將到來的5G都是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)當中非常重要的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)的演進在一定程度上與蜂窩網(wǎng)絡(luò)的演進有著密不可分的關(guān)系，其中3GPP的協(xié)議有著重要貢獻，自REL.13開始逐步演變出大規(guī)模IOT和關(guān)鍵IOT兩種方向。而這面臨四個核心挑戰(zhàn)，包括低成本的設(shè)備，需要集成一塊調(diào)制解調(diào)器芯片、傳感器和驅(qū)動器。在3GPP標準協(xié)議下演進的LTE核心網(wǎng)（簡稱EPC）與演進后的接入網(wǎng)（簡稱E-UTRAN）。架構(gòu)當中邏輯節(jié)點只有eNB，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨向于扁平化，這種結(jié)構(gòu)帶來的最大好處在于降低了呼叫建立時間延遲以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間延遲，同時運營成本大大降低。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進帶來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，但網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也是限制物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵點，集體而言，IOT網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備可移動、靈活的無處不在的連接，而這只有無線接入才能實現(xiàn)。IOT是M2M的擴展概念，M2M是IOT的一個子集，從M2M的應(yīng)用實例來看，比如工業(yè)應(yīng)用，因為本身其前端設(shè)備的成本非常高昂，相比較而言，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的成本要低得多，幾乎可以忽略。

而擴展到IOT上，因為是要實現(xiàn)人事物的大規(guī)模連接，以及關(guān)鍵IOT連接，所以要構(gòu)建高能效的系統(tǒng)，允許IOT設(shè)備以較小的電池尺寸實現(xiàn)最大效率的自動運行。同時網(wǎng)絡(luò)部署應(yīng)保證室內(nèi)外的高度覆蓋，無縫銜接，并且具備自組織路由能力的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)接觸新節(jié)點部署的技術(shù)核心。并且要考慮到超高密度被部署設(shè)備的巨大數(shù)量，應(yīng)能夠承載指數(shù)形式增長的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。新的芯片技術(shù)，即允許在一個芯片上集成高功率調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)出現(xiàn)，引出了解決上述問題的新思路即LPWA，這種技術(shù)理論，最終還是回到星型連接?；颈M可能多的關(guān)注復雜性和能耗問題，不僅提高覆蓋能力同時降低成本，而且有更高的可擴展性。如高通9205LTE基帶芯片，這個芯片專門應(yīng)對LPWAN。具備全球多模通信類別eMTCNB-IOT2GE-GPRS連接等。圍繞3GPP的標準協(xié)議，快速鋪開的的廣域物聯(lián)網(wǎng)逐步走進千家萬戶，為了滿足覆蓋率的問題，LTE網(wǎng)絡(luò)提供了更加可行的方案。

現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究相對來說少了，但是不意味著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就停滯不前了，主要是現(xiàn)在正在進行技術(shù)攻關(guān)，在具體的應(yīng)用當中還有很多技術(shù)問題沒有解決，未來的前景依然是非常廣闊的，根據(jù)相關(guān)研究預測來看，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)預估產(chǎn)值將達到10031億美金，未來是一個超乎想象的世界，物聯(lián)網(wǎng)將涵蓋所有領(lǐng)域，不論是水杯、衣服、運動器材、燈具、監(jiān)視器、智能汽車、智慧零售、智慧辦公室、智慧交通、智慧水務(wù)等等，人事物在物聯(lián)網(wǎng)下實現(xiàn)廣泛連接。

結(jié)束語：

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)是圍繞信息技術(shù)演進的主流方向，現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)的研究雖然少了，但是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)擴展到多個應(yīng)用場景，并致力于解決大規(guī)模物聯(lián)和關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)的連接問題，其中有很多關(guān)鍵技術(shù)需要攻關(guān)，包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，傳感器技術(shù)等等，物聯(lián)網(wǎng)的未來是可以預期的。