1、物聯(lián)網(wǎng)的概念

2007年以來，伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、智能嵌入技術(shù)的迅速發(fā)展，“物聯(lián)網(wǎng)”一詞頻繁地出現(xiàn)在世人眼前。“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念的提出，受到了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的廣泛關(guān)注，特別是它在刺激世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和發(fā)展方面的預(yù)期作用，幫助全世界度過了2008—2010年的經(jīng)濟(jì)危機(jī)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)帶來了一場新的技術(shù)革命，并推動(dòng)了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展。

盡管物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過了多年的發(fā)展，但其定義尚未統(tǒng)一。物聯(lián)網(wǎng)一般的英文名稱為“Internet of Things”。隨著人、機(jī)、物融合的日益深入，物聯(lián)網(wǎng)也被稱為“Internet of Everythings”（IoE）。

顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是一個(gè)將所有物體連接起來而形成的物物相連的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)作為新技術(shù)，其定義千差萬別。目前，一個(gè)被大家普遍接受的定義為：物聯(lián)網(wǎng)是通過使用射頻識(shí)別閱讀器、傳感器、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息采集設(shè)備或系統(tǒng)，按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行通信和信息交換，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)。

通過以上定義可以看出，物聯(lián)網(wǎng)包含以下4部分內(nèi)容。

1）多樣化感知：感知設(shè)備多樣化，包括傳統(tǒng)的溫濕度、壓力、流量、位置傳感器，新型的智能傳感器，以支持物理世界數(shù)字化和人員位置的標(biāo)定。

2）電子化身份：利用電子標(biāo)簽（Tag）、二維碼、視覺和聲音進(jìn)行身份標(biāo)識(shí)，方便信息化系統(tǒng)的構(gòu)建與使用，以支持人員、物體等的識(shí)別與跟蹤。

3）多模式通信：包括各種無線和有線通信手段，如藍(lán)牙、無線通信技術(shù)（如Wi-Fi等）和近場通信（Near Field Communication，NFC）技術(shù)等近距離無線通信技術(shù)，第4代移動(dòng)通信技術(shù)（The 4th Generation Mobile Communication Technology，4G）、第5代移動(dòng)通信技術(shù)（The 5th Generation Mobile Communication Technology，5G）和微波通信技術(shù)等中距離無線傳輸技術(shù)，衛(wèi)星通信技術(shù)等遠(yuǎn)距離無線傳輸技術(shù)等。

4）智能化管理：通過對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析和可視化，對(duì)物理世界和信息世界實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控和管理，以增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能化。

顯然，在物聯(lián)網(wǎng)的定義中，“計(jì)算機(jī)”“傳輸與通信”“檢測(cè)與控制”被有機(jī)地融合在了一起，所以，物聯(lián)網(wǎng)是典型的3C（Computer、Communication、Control）融合新技術(shù)。

從物聯(lián)網(wǎng)的定義還可以看出，物聯(lián)網(wǎng)是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，其用戶端延伸到了世界上的任何物品。國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）在《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》中指出，在物聯(lián)網(wǎng)中，一個(gè)牙刷、一條輪胎、一座房屋甚至是一張紙巾都可以作為網(wǎng)絡(luò)的終端，即世界上的任何物品都能連入網(wǎng)絡(luò)。物與物之間的信息交互不再需要人工干預(yù)，物與物之間可實(shí)現(xiàn)無縫、自主、智能的交互。換句話說，物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，主要解決人與人、人與物、物與物的互聯(lián)和通信問題。

除了上面的定義外，物聯(lián)網(wǎng)在國際上還有以下幾個(gè)代表性描述。

國際電信聯(lián)盟：從時(shí)-空-物三維視角看，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)能夠在任何時(shí)間（Anytime）、任何地點(diǎn)（Anyplace）實(shí)現(xiàn)任何物體（Anything）互聯(lián)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，它包括了個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer，PC）之間、人與人之間、物與人之間、物與物之間的互聯(lián)。

歐盟委員會(huì)：物聯(lián)網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，是一個(gè)實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)；這些物體可以有網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議（Internet Protocol，IP）地址，它們被嵌入到復(fù)雜系統(tǒng)中，通過傳感器從周圍環(huán)境中獲取信息，并對(duì)獲取的信息進(jìn)行響應(yīng)和處理。

中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展藍(lán)皮書：物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)通過信息技術(shù)將各種物體與網(wǎng)絡(luò)相連，以幫助人們獲取所需物體相關(guān)信息的巨大網(wǎng)絡(luò)；物聯(lián)網(wǎng)通過使用射頻識(shí)別閱讀器、傳感器、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息采集設(shè)備或系統(tǒng)，通過無線傳感網(wǎng)、無線通信網(wǎng)絡(luò)把物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)物與物、人與物的實(shí)時(shí)通信和信息交換，以達(dá)到智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的目的。

2、物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

認(rèn)識(shí)任何事物都要有一個(gè)從整體到局部的過程，尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣的系統(tǒng)更是如此，物聯(lián)網(wǎng)也不例外。首先，需要了解物聯(lián)網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)；然后，討論其中的細(xì)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)具有一個(gè)開放性體系結(jié)構(gòu)，由于處于發(fā)展階段，因此不同的組織和研究群體，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)提出了不同的體系結(jié)構(gòu)。但不管是三層體系結(jié)構(gòu)還是四層體系結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵技術(shù)都是相通和類同的。下面介紹一種物聯(lián)網(wǎng)四層體系結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行組合即可實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)三層體系結(jié)構(gòu)。

目前，國內(nèi)外的研究人員在描述物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)時(shí)，多將國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局（ITU-T）在2002年提出的建議中描述的泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)（Ubiquitous Sensor Network，USN）結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，它自下而上分為感知網(wǎng)絡(luò)層、泛在接入層、中間件層、泛在應(yīng)用層4個(gè)層次，如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的USN結(jié)構(gòu)

USN結(jié)構(gòu)的一大特點(diǎn)是依托下一代網(wǎng)絡(luò)（Next Generation Network，NGN）結(jié)構(gòu)，各種傳感器在最靠近用戶的地方組成無所不在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，用戶在此環(huán)境中使用各種服務(wù)，NGN則作為核心基礎(chǔ)設(shè)施為USN提供支持。

顯然，基于USN的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)主要描述了各種通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的作用，不能完整反映出物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的功能集劃分、組網(wǎng)方式、互操作接口、管理模型等，不利于物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化。因此需要進(jìn)一步探索實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和方法，設(shè)計(jì)一個(gè)通用的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。

圖2給出了一種通用的物聯(lián)網(wǎng)四層體系結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)側(cè)重物聯(lián)網(wǎng)的定性描述而不是協(xié)議的具體定義。因此，物聯(lián)網(wǎng)可以定義為一個(gè)包含感知控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用決策層的四層體系結(jié)構(gòu)。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)的四層體系結(jié)構(gòu)

該體系結(jié)構(gòu)借鑒了ITU的物聯(lián)網(wǎng)的USN結(jié)構(gòu)思想，采用了自下而上的分層結(jié)構(gòu)。各層的功能描述如下。

感知控制層：感知控制層簡稱感知層，它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，包括條形碼識(shí)別器、各種類型的傳感器（如溫濕度傳感器、視頻傳感器、紅外探測(cè)器等）、智能硬件（如電表、空調(diào)等）和網(wǎng)關(guān)等。各種傳感器通過感知目標(biāo)環(huán)境的相關(guān)信息，自行組網(wǎng)以將信息傳遞到網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)再將收集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸層提交到數(shù)據(jù)處理層進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理的結(jié)果可以反饋到感知控制層，作為實(shí)施動(dòng)態(tài)控制的依據(jù)。

數(shù)據(jù)傳輸層：數(shù)據(jù)傳輸層負(fù)責(zé)接收感知控制層傳來的數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理層，隨后將數(shù)據(jù)處理結(jié)果再反饋回感知控制層。數(shù)據(jù)傳輸層包括各種網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備，如短距離無線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)等，并可實(shí)現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡(luò)間的融合，以及物聯(lián)網(wǎng)感知與控制數(shù)據(jù)的高效、安全和可靠傳輸。此外，數(shù)據(jù)傳輸層還提供路由、格式轉(zhuǎn)換、地址轉(zhuǎn)換等功能。

數(shù)據(jù)處理層：數(shù)據(jù)處理層可進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)資源的初始化，監(jiān)測(cè)資源的在線運(yùn)行狀況，協(xié)調(diào)多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)資源（如計(jì)算資源、通信設(shè)備和感知設(shè)備等）之間的工作，實(shí)現(xiàn)跨域資源間的交互、共享與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的語義理解、推理、決策以及數(shù)據(jù)的查詢、存儲(chǔ)、分析與挖掘等。數(shù)據(jù)處理層利用云計(jì)算（Cloud Computing）、大數(shù)據(jù)（Big Data）和人工智能（Artificial Intelligence，AI）等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)與深度分析。

應(yīng)用決策層：應(yīng)用決策層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供多種不同類型的服務(wù)，如檢索、計(jì)算和推理等。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可分為監(jiān)控型（物流監(jiān)控、污染監(jiān)控）、控制型（智能交通、智能家居）、掃描型（手機(jī)錢包、高速公路不停車收費(fèi)）等。應(yīng)用決策層可針對(duì)不同類別的應(yīng)用，制定與之相適應(yīng)的服務(wù)內(nèi)容。

此外，物聯(lián)網(wǎng)在每一層中還應(yīng)包括安全、容錯(cuò)等技術(shù)，用來貫穿物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的各個(gè)層次，為用戶提供安全、可用和可靠的應(yīng)用支持。在物聯(lián)網(wǎng)的四層體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用決策層可以合二為一，統(tǒng)稱為應(yīng)用決策層，這樣物聯(lián)網(wǎng)四層體系結(jié)構(gòu)就變成了三層體系結(jié)構(gòu)，即感知控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、應(yīng)用決策層。

3、物聯(lián)網(wǎng)的特征

從物聯(lián)網(wǎng)的定義和體系結(jié)構(gòu)可以看出，物聯(lián)網(wǎng)的核心功能包括信息（數(shù)據(jù)）的感知、傳輸和處理。因此，為了保證能高效工作，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具備3個(gè)特征：全面感知、可靠傳遞、智能處理。圖3給出了物聯(lián)網(wǎng)的3大特征描述。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)的3大特征

1）全面感知。“感知”是物聯(lián)網(wǎng)的核心。物聯(lián)網(wǎng)是由具有全面感知能力的物品和人組成的。為了使物品具有感知能力，需要在物品上安裝不同類型的識(shí)別裝置，如電子標(biāo)簽、條形碼、二維碼等，與此同時(shí)，可以通過溫濕度傳感器、紅外感應(yīng)器、攝像頭等識(shí)別設(shè)備感知其物理屬性和個(gè)性化特征。利用這些裝置或設(shè)備，可隨時(shí)隨地獲取物品信息，實(shí)現(xiàn)全面感知。

2）可靠傳遞。數(shù)據(jù)傳遞的穩(wěn)定性和可靠性是保證物物相聯(lián)的關(guān)鍵。由于物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，不同實(shí)體間的協(xié)議格式（規(guī)范）可能存在差異，因此需要通過相應(yīng)的軟、硬件進(jìn)行協(xié)議格式轉(zhuǎn)換，保證物品之間信息的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確傳遞。為了實(shí)現(xiàn)物與物之間的信息交互，將不同傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，必須開發(fā)出支持多協(xié)議格式轉(zhuǎn)換的通信網(wǎng)關(guān)。通過通信網(wǎng)關(guān)，將各種傳感器的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換成預(yù)先約定的統(tǒng)一的通信協(xié)議。

3）智能處理。物聯(lián)網(wǎng)的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物品和人進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能。這就需要智能信息處理平臺(tái)的支撐，通過云（海）計(jì)算、人工智能等智能計(jì)算技術(shù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和處理，針對(duì)不同的應(yīng)用需求，對(duì)物品和人實(shí)施智能化的控制。

由此可見，物聯(lián)網(wǎng)融合了各種信息技術(shù)，突破了互聯(lián)網(wǎng)的限制，將物體接入信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了“物物相聯(lián)的互連網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)支撐信息網(wǎng)絡(luò)向全面感知和智能應(yīng)用兩個(gè)方向拓展、延伸和突破，從而影響著國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的方方面面。

4、物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展

（1）物聯(lián)網(wǎng)的起源

物聯(lián)網(wǎng)概念的起源可以追溯到1995年，比爾·蓋茨（Bill Gates）在《未來之路》一書中對(duì)信息技術(shù)未來的發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測(cè)。書中描述了物品接入網(wǎng)絡(luò)后的一些應(yīng)用場景，這可以說是物聯(lián)網(wǎng)概念最早的雛形。但是，由于當(dāng)時(shí)無線網(wǎng)絡(luò)、硬件及傳感器設(shè)備發(fā)展水平的限制，其并未能引起足夠的重視?！段磥碇贰吠ㄋ滓锥錆M睿智和遠(yuǎn)見，并成為了1996年度全球最暢銷的圖書之一。書中涉及的以下內(nèi)容與我們目前的社會(huì)生活息息相關(guān)。

1）音樂銷售將出現(xiàn)新的模式。以光盤和磁帶等耗材為存儲(chǔ)介質(zhì)的音樂，因?yàn)樗鼈兊拇鎯?chǔ)介質(zhì)容易磨損，所以存儲(chǔ)問題一直困擾著用戶，未來的音樂將被存儲(chǔ)在一臺(tái)服務(wù)器上，供用戶通過互聯(lián)網(wǎng)下載和播放。第一代蘋果播放器（internet Portable audio device，iPod）于2001年10月23日發(fā)布，容量為5GB。iPod為MP3播放器帶來了全新的發(fā)展思路，此后市場上類似的產(chǎn)品層出不窮，但iPod依然因?yàn)樗莫?dú)特風(fēng)格而一直受到追捧。

2）未來用戶可以選擇收看自己喜歡的節(jié)目，而不是被動(dòng)地等著電視臺(tái)播放。根據(jù)觀眾的要求播放節(jié)目的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)（Video on Demand，VOD），可以把用戶所點(diǎn)擊或選擇的視頻內(nèi)容傳輸給該用戶。視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)是近年來新興的傳媒方式，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)、電視技術(shù)和數(shù)字壓縮技術(shù)等多技術(shù)融合的產(chǎn)物。視頻點(diǎn)播系統(tǒng)已經(jīng)融入我們的生活，如愛奇藝、優(yōu)酷、百度視頻、騰訊視頻、暴風(fēng)影音、360影視等已經(jīng)成為我們?nèi)粘蕵返囊徊糠帧?/p>

3）一對(duì)鄰居在各自家中收看同一部電視劇，然而在中間插播電視廣告的時(shí)段，兩家電視中卻出現(xiàn)完全不同的節(jié)目：中年夫妻家中的電視廣告節(jié)目是退休理財(cái)服務(wù)廣告，而年輕夫婦家中的電視廣告節(jié)目卻是假期旅行廣告。目前的家用電視已經(jīng)具備電視劇回放、插播廣告等功能。通過對(duì)觀影數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，對(duì)不同公眾插播不同的廣告，這不久就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

4）如果您計(jì)劃購買一臺(tái)冰箱，您將不用再聽那些喋喋不休的推銷員嘮叨，因?yàn)殡娮庸姘迳嫌懈鞣N正式和非正式的評(píng)價(jià)信息，傳統(tǒng)的現(xiàn)場推銷模式將日益被網(wǎng)絡(luò)購物所取代。目前，在電子商務(wù)平臺(tái)上，決定用戶網(wǎng)購的核心因素是商品的“信譽(yù)”。

5）用戶遺失或遭竊的照相機(jī)將自動(dòng)發(fā)回信息，告訴用戶它現(xiàn)在所處的具體位置，甚至當(dāng)它已經(jīng)身處其他城市。目前，照相和錄像已經(jīng)成為手機(jī)的必備功能。手機(jī)對(duì)用戶日益重要，廠商們也一直在努力減少手機(jī)丟失后給用戶造成的間接損失。比如，蘋果公司給iPhone手機(jī)增加了找回功能，甚至可以鎖定手機(jī)，那些被撿到的手機(jī)幾乎是沒有二次利用價(jià)值的，這也大大提高了手機(jī)被找回的可能性。部分其他品牌手機(jī)現(xiàn)在也有類似的功能。

6）如果孩子需要零花錢，家長可以從電腦錢包里給孩子轉(zhuǎn)賬。此外，當(dāng)我們通過機(jī)場安檢時(shí)，電腦錢包將會(huì)與機(jī)場購票系統(tǒng)進(jìn)行連接，以檢驗(yàn)用戶是否購買了機(jī)票。顯然，目前可以方便地通過支付寶或微信等的轉(zhuǎn)賬功能，為小孩發(fā)放零花錢，甚至可以通過手機(jī)刷碼的方式乘坐公交、高鐵和飛機(jī)。

7）未來人們?cè)谟^看電影《飄》時(shí)，可以用自己的面孔替換片中的知名演員，實(shí)實(shí)在在地體會(huì)一下當(dāng)明星的感覺。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)，使人置身于虛擬的或真實(shí)的場景之中，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了，如虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬3D妝容、虛擬3D試衣等。

8）人們可以親自進(jìn)入地圖中，方便地找到每一條街道或每一座建筑。目前，通過地圖觀看3D街景已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，但將個(gè)人融入街景還有待實(shí)現(xiàn)。

由此可見，理想是創(chuàng)新的源泉和發(fā)展的動(dòng)力。有理想才能有創(chuàng)新。

（2）物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

1998年，麻省理工學(xué)院提出了基于RFID技術(shù)的唯一編碼方案，即產(chǎn)品電子編碼 （Electronic Product Code，EPC），并以EPC為基礎(chǔ)，研究了從網(wǎng)絡(luò)上獲取物品信息的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

在此基礎(chǔ)上，1999年，美國自動(dòng)識(shí)別技術(shù)（AUTO-ID）實(shí)驗(yàn)室首先提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。研究人員利用物品編碼和RFID技術(shù)對(duì)物品進(jìn)行編碼標(biāo)識(shí)，再通過互聯(lián)網(wǎng)把RFID裝置和激光掃描器等各種信息傳感設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)物品的智能化識(shí)別和管理。

當(dāng)時(shí)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義還很簡單，主要是指把物品編碼、RFID與互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)結(jié)合起來，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息共享。

物聯(lián)網(wǎng)概念的正式提出是在國際電信聯(lián)盟發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》報(bào)告中。該報(bào)告對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)行了擴(kuò)展，提出物品的3A化互聯(lián)，即任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何物體之間的互聯(lián)，這極大地豐富了物聯(lián)網(wǎng)概念所包含的內(nèi)容，涉及的技術(shù)領(lǐng)域也從RFID技術(shù)擴(kuò)展到了傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)、智能控制技術(shù)、泛在通信技術(shù)等。

2007年，美國率先在馬薩諸塞州的劍橋城打造了全球第一個(gè)全城無線傳感網(wǎng)。2009年1月，國際商業(yè)機(jī)器（International Business Machines，IBM）公司首席執(zhí)行官彭明盛提出了“智慧地球”的概念，強(qiáng)調(diào)傳感技術(shù)等感知技術(shù)的應(yīng)用，并提出了建設(shè)智慧型基礎(chǔ)設(shè)施的建議。

1）國外計(jì)劃

2009年6月，歐盟委員會(huì)正式提出了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》。該計(jì)劃強(qiáng)調(diào)RFID的廣泛應(yīng)用，并關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的信息安全與隱私保護(hù)。

2009年8月，日本提出了i-Japan戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)電子政務(wù)和社會(huì)信息服務(wù)應(yīng)用。

上述計(jì)劃的共同點(diǎn)是：融合各種信息技術(shù)，突破互聯(lián)網(wǎng)的限制，將物體接入信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”；在泛在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，從而影響國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的方方面面；信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正在由信息網(wǎng)絡(luò)向全面感知和智能應(yīng)用兩個(gè)方向拓展、延伸和突破。

2）國內(nèi)發(fā)展

1999年，中國科學(xué)院啟動(dòng)了傳感網(wǎng)的研究。2009年8月7日，“感知中國”的理念被提出。2010年，教育部設(shè)立了“物聯(lián)網(wǎng)工程”這一本科新專業(yè)。

2011年11月，《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》正式出臺(tái)，明確指出物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的9大領(lǐng)域，并提出到2015年，我國要初步完成物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系的構(gòu)建。2014年5月，工業(yè)和信息化部印發(fā)《工業(yè)和信息化部2014年物聯(lián)網(wǎng)工作要點(diǎn)》，為物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展提供了有效指引。

物聯(lián)網(wǎng)是在國際一體化、工業(yè)自動(dòng)化和信息化不斷發(fā)展和相互融合的背景下產(chǎn)生的。業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟(jì)效益，大大節(jié)約成本，另一方面可以為全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇提供技術(shù)動(dòng)力。

由此可見，以計(jì)算為核心的第一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮推動(dòng)了信息技術(shù)進(jìn)入智能化時(shí)代，以網(wǎng)絡(luò)為核心的第二次信息產(chǎn)業(yè)浪潮推動(dòng)了信息技術(shù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，在以感知為核心的第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮中，物聯(lián)網(wǎng)將推動(dòng)信息技術(shù)進(jìn)入社會(huì)化時(shí)代，實(shí)現(xiàn)物理世界與信息網(wǎng)絡(luò)的無縫對(duì)接。

（3）物聯(lián)網(wǎng)與四次工業(yè)革命

工業(yè)正在全球范圍內(nèi)發(fā)揮越來越重要的作用，其是推動(dòng)科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)增長和社會(huì)穩(wěn)定的重要力量。2011年4月，在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，德國政府正式提出了工業(yè)4.0（Industry 4.0）戰(zhàn)略，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，以提高德國工業(yè)的競爭力，并在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)。

工業(yè)4.0（又稱為第四次工業(yè)革命）的核心就是物聯(lián)網(wǎng)，其目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)虛擬生產(chǎn)與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的有效融合，以提高企業(yè)生產(chǎn)率。作為世界工業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，德國工業(yè)界的舉動(dòng)深深影響著全球工業(yè)的發(fā)展。

從18世紀(jì)中葉以來，人類歷史上先后發(fā)生了三次工業(yè)革命，均主要發(fā)源于西方國家，并由他們的創(chuàng)新所主導(dǎo)。中國在第四次工業(yè)革命中第一次與世界同步，并立于浪潮前頭。

1）蒸汽機(jī)的發(fā)明開創(chuàng)了第一次工業(yè)革命

1760—1840年開創(chuàng)的“蒸汽時(shí)代”，標(biāo)志著農(nóng)耕文明向工業(yè)文明的過渡，是人類發(fā)展史上的一個(gè)偉大奇跡。工業(yè)革命首先出現(xiàn)于棉紡織業(yè)。1733年，機(jī)械師約翰·凱伊（John Kay）發(fā)明了“飛梭”，大大提高了織布的速度。1765年，織工詹姆斯· 哈格里夫斯（James Hargreaves）發(fā)明了“珍妮紡織機(jī)”，揭開了工業(yè)革命的序幕。從此，在棉紡織業(yè)中出現(xiàn)了螺機(jī)、水力織布機(jī)等先進(jìn)機(jī)器。

不久，在采煤、冶金等許多工業(yè)部門，也都陸續(xù)引入了機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)。隨著機(jī)器生產(chǎn)越來越多，原有的動(dòng)力（如畜力、水力和風(fēng)力等）已經(jīng)無法滿足需要。

1785年，詹姆斯·瓦特（James Watt）制成的改良型蒸汽機(jī)投入使用，為生產(chǎn)提供了更加便利的動(dòng)力，并得到了迅速推廣，大大推動(dòng)了機(jī)器的普及和發(fā)展，人類社會(huì)由此進(jìn)入了“蒸汽時(shí)代”。

1807年，美國人羅伯特·富爾頓（Robert Fulton）制成的以蒸汽為動(dòng)力的汽船試航成功。

1814年，英國人喬治·史蒂芬森（George Stephenson）發(fā)明了“蒸汽機(jī)車”。

1825年，史蒂芬森親自駕駛的一列托有34節(jié)小車廂的火車試車成功，從此人類的交通運(yùn)輸進(jìn)入了一個(gè)以蒸汽為動(dòng)力的時(shí)代。

1840年前后，英國的大機(jī)器生產(chǎn)基本上取代了傳統(tǒng)的工廠手工業(yè)，工業(yè)革命基本完成。英國成為了世界上第一個(gè)工業(yè)國家。

此后，工業(yè)革命逐漸從英國向西歐大陸和北美傳播。后來，擴(kuò)展到了世界其他地區(qū)。第一次工業(yè)革命是技術(shù)發(fā)展史上的一次巨大革命，它開創(chuàng)了以機(jī)器代替手工勞動(dòng)的時(shí)代。

2）電力的發(fā)明開創(chuàng)了第二次工業(yè)革命

1840—1950年進(jìn)入的“電氣時(shí)代”，使電力、鋼鐵、鐵路、化工、汽車等重工業(yè)得以興起，石油成為新能源，并促使交通的迅速發(fā)展，世界各國的交流更為頻繁，并逐漸形成了一個(gè)全球化的國際政治、經(jīng)濟(jì)體系。

1866年，德國工程師維爾納·馮·西門子（Werner von Siemens）發(fā)明了世界上第一臺(tái)大功率發(fā)電機(jī)，這標(biāo)志著第二次工業(yè)革命的開始。隨后，電燈、電車、電影放映機(jī)相繼問世，人類進(jìn)入了“電氣時(shí)代”。

以煤氣和汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明和使用，是第二次工業(yè)革命的另一個(gè)標(biāo)志。1862年，法國科學(xué)家羅沙（Rochse）對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱力過程進(jìn)行理論分析之后，提出了提高內(nèi)燃機(jī)效率的要求，這就是最早的四沖程工作循環(huán)。1876年，德國發(fā)明家奧托（Otto）運(yùn)用羅沙的原理，創(chuàng)制了第一臺(tái)以煤氣為燃料的往復(fù)活塞式四沖程內(nèi)燃機(jī)。

3）計(jì)算機(jī)的發(fā)明開創(chuàng)了第三次工業(yè)革命

兩次世界大戰(zhàn)之后的第三次工業(yè)革命開創(chuàng)了“信息時(shí)代”，全球信息和資源交流變得更為迅速，大多數(shù)國家和地區(qū)都被卷入全球化進(jìn)程之中，世界政治經(jīng)濟(jì)格局進(jìn)一步確立，人類文明的發(fā)達(dá)程度也達(dá)到了空前的高度。如今，信息革命方興未艾，還在全球擴(kuò)散和傳播。

4）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)開創(chuàng)了第四次工業(yè)革命

第四次工業(yè)革命以物理信息系統(tǒng)融合技術(shù)為核心，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“人—機(jī)—物”的深度融合。圖4對(duì)四次工業(yè)革命的發(fā)展概況進(jìn)行了總結(jié)。由圖中可以看出，從第三次工業(yè)革命到第四次工業(yè)革命的轉(zhuǎn)變只經(jīng)歷了四十來年，較之前三次工業(yè)革命的時(shí)間間隔短了很多，這也充分說明物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的速度之快，以及其對(duì)工業(yè)發(fā)展的顯著推動(dòng)作用。

圖4 四次工業(yè)革命的發(fā)展概況

（4）物聯(lián)網(wǎng)與智能制造

從“互聯(lián)網(wǎng)＋”到智能制造，都離不開物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支撐。物聯(lián)網(wǎng)已被國務(wù)院列為我國重點(diǎn)規(guī)劃的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。事實(shí)上，最近幾年，智能制造也取得了輝煌的成就。

1）中國研發(fā)了空中造樓機(jī)，挑戰(zhàn)建造超高層建筑，領(lǐng)先世界。使用諸多傳感器與控制器的空中造樓機(jī)，擁有四千多噸的頂升力，在千米高空開展施工作業(yè)毫無難度。而且它還能在8級(jí)大風(fēng)中平穩(wěn)運(yùn)行，4天建造一層樓的施工速度更是驚艷國內(nèi)外。

2）中國研發(fā)的穿隧道架橋機(jī)，令世界為之震撼。近幾年，中國高鐵的發(fā)展速度令世人矚目，逢山開路、遇水架橋，中國速度的背后，離不開一種獨(dú)一無二的機(jī)械裝備——穿隧道架橋機(jī)。穿隧道架橋機(jī)前后左右共安裝有上百個(gè)傳感器，具有轉(zhuǎn)向、防撞、測(cè)速等多種功能。根據(jù)這些傳感器數(shù)據(jù)，可以判斷穿隧道架橋機(jī)的運(yùn)行情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工作業(yè)的精準(zhǔn)控制。

3）中國的“挖隧道神器”——隧道掘進(jìn)機(jī)。2015年12月24日，我國首臺(tái)雙護(hù)盾硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)（Tunnel Boring Machine，TBM）研制成功。該機(jī)器具有掘進(jìn)速度快、適合較長隧道施工的特點(diǎn)。每臺(tái)隧道掘進(jìn)機(jī)上均配備了采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的探測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，如激震系統(tǒng)等，使用的傳感器包括接收傳感器、破巖震源傳感器、噪聲傳感器等。

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