１ 引 言
“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，被看作信息領(lǐng)域一次重大的發(fā)展和變革機(jī)遇，世界各國(guó)爭(zhēng)相制定發(fā)展戰(zhàn)略［１］。物聯(lián)網(wǎng)歐盟委員會(huì)認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用將在未來(lái)５～１５年中為解決現(xiàn)代社會(huì)問(wèn)題帶來(lái)極大貢獻(xiàn)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛出臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃，進(jìn)行相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的前瞻布局［２］。２００９年１１月，物聯(lián)網(wǎng)被確定為我國(guó)今后７大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。北京已啟動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)５年規(guī)劃，規(guī)劃建成首個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用資源共享服務(wù)、信息交換、傳感信息網(wǎng)絡(luò)、超級(jí)計(jì)算和云計(jì)算中心等共性基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，完成政府、社會(huì)、企業(yè)三方面幾十個(gè)示范應(yīng)用園區(qū)。同時(shí)，上海、杭州、成都、南京等市，山東、廣東、河南、東北三省、福建等地政府也表示，將全力進(jìn)軍物聯(lián)網(wǎng)。國(guó)內(nèi)專家預(yù)測(cè)，“物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將是下一個(gè)萬(wàn)億元級(jí)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，甚至超過(guò)互聯(lián)網(wǎng)３０倍，潛力無(wú)窮”［３］。
然而整體而言，目前無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，物聯(lián)網(wǎng)的研究和開發(fā)都還處于起步階段，還沒(méi)有進(jìn)入成熟商用階段。我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的研究和發(fā)展更是偏重于應(yīng)用方案和終端設(shè)備等上層應(yīng)用上，包括國(guó)家級(jí)示范基地的無(wú)錫，還有上海、杭州、蘇州等地，都局限在應(yīng)用領(lǐng)域，如高鐵物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等；與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)主要的差距是在硬件方面，如傳感器、微電子機(jī)械系統(tǒng)（ＭＥＭＳ）及傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型、體系架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)也還缺乏清晰化的界定和研究。因此，本文綜述了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域目前的研究狀況，從物聯(lián)網(wǎng)概念、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)等方面，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)研究的技術(shù)基礎(chǔ)以及關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行論述和研究。
２ 物聯(lián)網(wǎng)概念
?。保梗梗鼓昝绹?guó)麻省理工學(xué)院（ＭＩＴ）的自動(dòng)識(shí)別中心（Ａｕｔｏ－ＩＤＬａｂｓ）首先提出物聯(lián)網(wǎng)的概念——把所有物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。２００５年國(guó)際電信聯(lián)盟ＩＴＵ在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（ＷＳＩＳ） 上正式確定了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，并隨后發(fā)布了《ＩＴＵ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｒｅｐｏｒｔｓ ２００５——ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ》，介紹了物聯(lián)網(wǎng)的特征、相關(guān)的技術(shù)、面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)的市場(chǎng)機(jī)遇［4］。
對(duì)比物聯(lián)網(wǎng)的最初概念以及不同的物聯(lián)網(wǎng)定義，本文認(rèn)為：任何物體依靠嵌入式系統(tǒng)技術(shù)擁有智能處理能力，借助傳感器技術(shù)獲得感知能力，利用ＲＦＩＤ技術(shù)具有智能識(shí)別和信息交互能力，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)人與物、物與物的自主信息溝通和交互，從而形成的可以連接萬(wàn)物的智能網(wǎng)絡(luò)，就是物聯(lián)網(wǎng)。
３ 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)
?。常?物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)
體系架構(gòu)是指導(dǎo)具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要前提。 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛，系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)極易因角度的不同而產(chǎn)生不同的結(jié)果，因此本文從物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的三大類別來(lái)描述其體系架構(gòu)。
３．１．１ 基于ＲＦＩＤ的體系架構(gòu)
?。遥疲桑模ǎ遥幔洌椋?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）是能夠把“物”改變成為“智能物”的技術(shù)，它的主要應(yīng)用是給移動(dòng)和非移動(dòng)物體貼上電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)各種跟蹤和管理［5］。它是穿孔卡、鍵盤和條碼等應(yīng)用技術(shù)的延伸，但比條碼等技術(shù)自動(dòng)化、智能化程度高。基于ＲＦＩＤ 的體系架構(gòu)由五大技術(shù)組成，分別是ＥＰＣ（電子產(chǎn)品碼）標(biāo)簽、ＲＦＩＤ 標(biāo)簽閱讀器、ＡＬＥ中間件實(shí)現(xiàn)信息的過(guò)濾和采集、ＥＰＣＩＳ 信息服務(wù)系統(tǒng)，以及信息發(fā)現(xiàn)服務(wù)（包括ＯＮＳ 和ＰＭＬ），體系架構(gòu)圖見圖１。該體系架構(gòu)中ＯＮＳ（即對(duì)象命名服務(wù)Ｏｂｊｅｃｔ Ｎａｍｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ）主要處理電子產(chǎn)品碼與對(duì)應(yīng)的ＥＰＣＩＳ 信息服務(wù)器地址的查詢和映射管理類似于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)很成熟的域名解析服務(wù)（ＤＮＳ）。ＥＰＣ產(chǎn)品電子碼識(shí)別只是“標(biāo)簽”，所有關(guān)于產(chǎn)品有用的信息都用ＰＭＬ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ）來(lái)描述。基于ＯＮＳ和ＰＭＬ，企業(yè)對(duì)ＲＦＩＤ 技術(shù)的應(yīng)用將由企業(yè)內(nèi)部的閉環(huán)應(yīng)用過(guò)渡到供應(yīng)鏈的開環(huán)應(yīng)用上，實(shí)現(xiàn)真正的“物聯(lián)網(wǎng)”。
?。常保?基于傳感網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)
無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)ＷＳＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）由分布在自由空間里的一組“自治的”無(wú)線傳感器組成，共同協(xié)作完成對(duì)特定周邊環(huán)境狀況的監(jiān)控，包括溫度、濕度、化學(xué)成分、壓力、聲音、位移、振動(dòng)、污染顆粒等［6］。ＷＳＮ中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（或叫Ｍｏｔｅ）一般由一個(gè)無(wú)線收發(fā)器、一個(gè)微控制器和一個(gè)電源組成。ＷＳＮ 的研究大多還專注于網(wǎng)絡(luò)底層（包括非ＩＰ 協(xié)議的ＺｉｇＢｅｅ、ＴｉｎｙＯＳ 和基于ＩＰ的６ＬｏＷＰＡＮ 等），以及電源的持久性等問(wèn)題，按照其目前的發(fā)展，ＷＳＮ離真正的“物聯(lián)網(wǎng)”還有一定距離，對(duì)像基于ＲＦＩＤ架構(gòu)中的ＯＮＳ和ＰＭＬ 等物聯(lián)網(wǎng)層面問(wèn)題的研究還不夠。因此，商用的基于傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用架構(gòu)還不成熟。
３．１．３ 基于Ｍ２Ｍ的體系架構(gòu)
?。停玻停∕ａｃｈｉｎｅ ｔｏ Mａｃｈｉｎｅ）表示機(jī)器與機(jī)器之間的通信，也即非信息技術(shù)（ＩＴ）機(jī)器設(shè)備通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備或ＩＴ系統(tǒng)的通信，廣義來(lái)講也包括人與機(jī)器（Mａｎ ｔｏ Mａｃｈｉｎｅ）的通信，是以機(jī)器智能交互為核心的網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用與服務(wù)。Ｍ２Ｍ 和ＷＳＮ一樣，都是物聯(lián)網(wǎng)的表現(xiàn)形式［7］。從概念內(nèi)涵角度，物聯(lián)網(wǎng)包含了萬(wàn)事萬(wàn)物的信息感知和信息傳送；Ｍ２Ｍ則主要強(qiáng)調(diào)機(jī)器與機(jī)器之間的通信， 偏重于實(shí)際應(yīng)用，是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)最普遍的應(yīng)用形式，典型的基于Ｍ２Ｍ 的體系架構(gòu)如圖２所示。Ｍ２Ｍ同ＷＳＮ一樣缺乏類似ＯＮＳ 和ＰＭＬ的“物聯(lián)網(wǎng)”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和統(tǒng)一體系架構(gòu)。
