什么是物联网技术？|云计算|人工智能|互联网|通信技术

1980年代初期，全球第一台隐含物联网概念的设备为位于卡内基·梅隆大学的可乐贩卖机，它连接到互联网，可以在网络上检查库存，以确认还可供应的饮料数量。这是从历史中追朔第一次出现物联网的概念。科学家马克·维瑟为物联网的发展拓展了重要的道路。

物联网（英语：Internet of Things，简称IoT）是一种计算设备、机械、数字机器相互关系的系统，具备通用唯一识别码（UID），并具有通过网络传输数据的能力，无需人与人、或是人与设备的交互。物联网将现实世界数字化，应用范围十分广泛。物联网可拉近分散的资料，统整物与物的数字信息。物联网的应用领域主要包括以下方面：运输和物流、工业制造、健康医疗、智能环境（家庭、办公、工厂）、个人和社会领域等。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，首先要明确的是，它并不是颠覆传统的技术革新，而是对现有多种技术的综合和运用。物联网的核心和基础依然是互联网，物联网的很多技术是在互联网的基础上的延伸和扩展。

物联网与人工智能联系紧密，人工智能的最新技术创新又与临床医学中神经学、心理学、遗传学等息息相关，所以颠覆传统的技术革新是数字技术和临床医学相结合的这一部分，也是值得未来所期待的。

技术

目前，世界上已经有组织为物联网技术的发展描绘出一条路线，其依据时间轴可分为四个阶段：供应链辅助、垂直市场应用、无所不在的寻址（Ubiquitous positioning），最后可以达到“The Physical Web”（意即让物联网上的每一个智能设备都以URL来标示）。

1、架构

物联网的架构一般分为三层或四层。三层之架构由底层至上层依序为感测层、网络层与应用层；四层之架构由底层至上层依序为感知设备层（或称感测层）、网络连接层（或称网络层）、平台工具层与应用服务层。三层与四层架构之差异，在于四层将三层之“应用层”拆分成“平台工具层”与“应用服务层”，对于软件应用做更细致的区分。

（1）感测层

寻址资源。物联网的实现，需要给每一个连上物联网的对象分配唯一的标识或地址。最早的概念是由无线射频识别标签和电子产品代码所发展出来的。现在物联网与互联网链接后，由于预估需要大量的IP地址，目前主流的IPv4地址空间有限，因此物联网中的对象倾向使用下一代互联网协议（IPv6），以提供足够的地址空间，IPv6对于物联网的发展扮演重要角色。

（2）网络层

物联网有多种联网技术可供选择，依照有效传输距离可区分为短距离无线、中距离无线、长距离无线，以及有线技术：

▼短距离无线

●蓝牙网状网络（Bluetooth mesh networking）–规范采用蓝牙技术的网状网络，可增加节点数，并提供标准化的应用层。

●光照上网技术（Li-Fi）– 与Wi-Fi标准相似的无线通信技术，但使用可见光通信以增加带宽。

●近场通信（Near-field communication，NFC）–使两个电子设备能够在4公分范围内进行通信的通信协议。

●无线射频识别（Radio-frequency identification，RFID）–使用电磁场访问无线射频识别（RFID）标签中数据的技术。

●Wi-Fi–基于IEEE 802.11标准的无线局域网技术。

●ZigBee–基于IEEE 802.15.4标准的个人网通信协议，具有低功耗，低数据速率，低成本的特性。

●Z-Wave–主要应用于智能家庭和安全应用的无线通信协议。

▼中距离无线

●高级长期演进技术（LTE-Advanced）–高速蜂窝网络的通信规范。通过扩展的覆盖范围，提供更高的数据传输量和更低的延迟。

●5G -新一代移动通信技术，提供高资料速率、减少延迟、节省能源、提高系统容量和大规模设备连接。

▼长距离无线

●低功率广域网（Low-Power Wide-Area Network，LPWAN）–提供低资料速率与远程通信，降低功耗和传输成本。可用的LPWAN技术和协议分为使用授权频段的NB-IoT，以及使用非授权频段的LoRa、Sigfox、Weightless、Random Phase Multiple Access（RPMA）、IEEE 802.11ah等。

●甚小孔径终端（Very Small Aperture Terminal, VSAT）–使用小型碟型天线，透过人造卫星传输之通信技术。

▼有线

以太网（Ethernet）–基于IEEE 802.11标准的技术，可使用双绞线、光纤连接至集线器或网络交换器。

电力线通信（Power Line Communication，PLC）–以电缆传输电力和数据的通信技术，有HomePlug或G.hn等标准。

（3）应用层

应用层在物联网四层架构中可再细分为“平台工具层”与“应用服务层”。

平台工具层为底层的软件平台，作为应用服务层与网络层的接口，以支持各类的软件应用。可归类于“平台工具层”包括大数据、区块链、软件定义网络、软件定义存储、软件定义数据中心、安全通信、杀毒软件、人工智能相关（如自然语言处理、深度学习、语音识别、模式识别、电脑视觉...）等。

应用服务层针对不同的应用需求，直接呈现原始资料，或经过加值处理，借由人机界面提供用户，或是对应的硬件/软件目标得到想要的信息。可归类于“应用服务层”包括虚拟现实/增强现实、人机交互、服务导向架构、永续发展相关（生命周期评估、节能、碳足迹...）等。

在应用层中，通常使用多种编程语言撰写应用程序，使用HTTPS与OAuth之协议。在平台后端使用各种形式的数据库系统，例如时间序列数据或是后端数据存储系统（如Cassandra、PostgreSQL等）。大多数的物联网系统均是建构在云计算之上，在云当中具备事件队列（event queuing）与消息传递系统，这些系统可以处理在各层级中所需要的通信。美国国家标准暨技术研究院（NIST）对于云计算的定义中，将服务模式分为软件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）、基础设施即服务（IaaS）三种。

▼智能物联网（AIoT）

智能物联网（AIoT）为物联网与人工智能的结合，以实现更高效率的物联网运作，改善人机交流、增强数据管理和分析。人工智能可用于将物联网数据转化为有用的信息，以改善决策流程，从而为“物联网资料即服务”（IoT Data as a Service，IoTDaaS）的模式奠定基础。

智能物联网的出现，对于物联网与人工智能两者均会产生变革，增加彼此之间的价值。因为人工智能通过机器学习功能，使得物联网变得更有价值；而物联网通过连接、信号和数据交换，使得人工智能可以获得更丰富的数据源。随着物联网遍及许多行业，将有越来越多的人为的、以及机器生成的非结构化资料，智能物联网可在资料分析中提供有力的支持，在各行各业中创造新的价值。

应用

（1）消费者应用

有越来越多的物联网设备可供消费者选用，包括联网的车辆、家庭自动化、联网的可穿戴设备、联网的健康监控设备，以及远程监控设备。

另一项主要的应用为辅助老年人与残疾人士，例如语音控制可以帮助行动不便人士，警报系统可以连接至听障人士的人工耳蜗，另外还有监控跌倒或癫痫等紧急情况的传感器，这些智能家庭技术可以提供用户更多的自由和更高的生活质量。

（2）工业应用

物联网在工业的应用称为工业物联网（Industrial internet of things，IIoT）。工业物联网专注于机器对机器（Machine to Machine，M2M）的通信，利用大数据、人工智能、云计算等技术，让工业运作有更高的效率和可靠度。工业物联网涵盖了整个工业应用，包括了机器人、医疗设备和软件定义生产流程等，为第四次工业革命中，产业转型至工业4.0中不可或缺的一部分。

大数据分析在生产设备的预防性维护中扮演关键角色，其核心为网宇实体系统。可透过5C“连接（Connection）、转换（Conversion）、联网（Cyber），认知（Cognition）、配置（Configuration）”之架构来设计网宇实体系统，将收集来的数据转化为有用的资料，并藉以优化生产流程。

（3）农业应用

物联网在农业中的应用包括收集温度、降水、湿度、风速、病虫害和土壤成分的数据，并加以分析与运用。这样的方式称为精准农业，其利用决策支持系统，将收集来的数据做出精准分析，藉以提高产出的质量和数量，并减少浪费。

丰田通商与微软、近畿大学水产研究所合作，利用Microsoft Azure的物联网应用包，开发出于水产养殖辅助系统。水产养殖为劳力密集的工作，鱼苗必须由人工进行分类，以确保每条鱼的大小适当且无畸形。借由辅助系统的导入，可以大幅减轻人力负担，将有经验的人移至更高附加价值的工作。

（4）商业应用

医疗物联网（Internet of Medical Things，IoMT）为物联网应用于医疗保健，包括数据收集、分析、研究与监控方面的应用，用以创建数字化的医疗保健系统。物联网设备可用于激活远程健康监控和紧急情况通知系统，包括简易的设施如血压计、便携式生理监控器，至可监测植入人体的设备，如心律调节器、人工耳蜗等。世界卫生组织规划利用移动设备收集医疗保健数据，并进行统计、分析，创建“m-health”体系。

物联网可以帮助集成通信、控制与信息处理。物联网的应用可以扩展至运输系统个层面，包括载具、基础设施，以及驾驶人。物联网组件之间的信息传递，使得载具内以及不同载具之间可以互相通信，达成智能交通灯号、智能停车、电子道路收费系统、物流和车队管理、主动巡航控制系统，以及安全和道路辅助等应用。

在物流和车队管理中，物联网平台可以通过无线传感器持续监控货物和资产的位置和状况，并在发生异常事件（延迟、损坏、失窃等）时发送特定警报。这必须借助物联网与设备之间的无缝连接才可能实现。利用GPS、湿度、温度等传感器将数据发送至物联网平台，随后对数据进行分析，并将结果发送给用户。如此，用户可以跟踪载具的即时状态，并做出适当的处置。如果与机器学习结合，还可以进行驾驶睡意侦测，以及提供自动驾驶汽车等来帮助减少交通事故。

（5）基础设施应用

物联网在基础设施的运用主要在监控与控制各类基础设施，例如铁轨、桥梁，海上与陆上的风力发电厂、废弃物管理等。透过监控任何事件或结构状况的变化，以便高效地安排维修和保养活动。

目前全球有数个大规模部署的案例正在进行中，例如韩国松岛国际都市。这是一座设备齐全的智慧城市，对于能源使用、交通流量进行精密的控制，各家户垃圾透过管道集中至废物处理中心，然后在这里进行自动分类，与再回收利用。西班牙桑坦德为另一个应用案例。这一座人口约18万的都市，安装了超过两万个传感器，主要应用于三方面：(1) 交通：透过手机APP可以即时获得停车位信息，并引导至该处停车；(2) H2O 2.0：可即时获得用水信息；(3) 公园智能空间：可随温度、湿度调整洒水系统，并检查公园内垃圾桶的垃圾量。

（6）军事应用

军事物联网（Internet of Military Things，IoMT）是物联网在军事领域中的应用，目的是侦察、监控与战斗有关的目标，主要受到未来将于城市环境中战斗影响。军事物联网相关领域包括传感器、车辆、机器人、武器、可穿戴式智能产品，以及在战场上相关智能技术的使用。

战地物联网（The Internet of Battlefield Things，IoBT）是一个美国陆军研究实验室（ARL）的研究项目，着重研究与物联网相关的基础科学，以增强陆军士兵的能力。ARL启动了战地物联网协作研究联盟（Internet of Battlefield Things Collaborative Research Alliance，IoBT-CRA），创建了产业、大学和陆军研究人员之间的工作合作关系，以推展物联网技术及其在陆军作战中的应用的理论基础。

容易视听——优质、纯净、简洁的「轻量视听知识内容平台」
持续发布投影机、显示屏、音响、耳机、家庭影院、无线同屏、控制设备、视频会议等内容，在这里，你可能看到技术、原理、常识、应用、功能、方案、资讯，也可能看到品牌故事、科普知识、技术分析、产品展示、消费指南、人工智能、物联网、活动现场等。

容易视听——轻量视听知识内容平台

公众号（easyav）里面，有更加系统、纯净、成体系的视听知识内容。

官方网站：easyav.cn