计算机物联网技术与发展思考

李家琦 河南理工大学 河南焦作 454000

从早期的机器到机器（M2M）的连接，到现在人事物之间的互联（IOT，Internet of Things），物联网技术的发展随着计算机网络技术的发展而发展，在云计算、传感器技术、射频技术、网络技术等技术的带动下，物联网技术已经不新鲜，在很多领域都所应用，其前景非常之广阔。

一、物联网技术

（一）物联网基本概念

物联网具体是指利用各种传感器设备，将任何物品接入互联网中实现信息交互的一种网络技术，并实现定位、追踪、监控、识别、管理的智能化。IOT，即internet of things，就是实现智能终端设备和管理平台的互联，而提供IOT服务，需要的网络应具备可移动、灵活的无处不在的连接，而这只有无线接入才能实现。

（二）物联网的典型应用

典型的物联网架构在于将所有的物品赋予一个电子标签，然后利用传感技术与网络通讯技术将物品接入到网络当中，实现智能化的识别与管理。具体而言物联网整合了传感设备、RFID、红外传感、GPS等，然后基于智能芯片如Qualcomm，Intel等的CPU，进一步基于WIFI，LTE，LPWAN等网络技术实现人事物在生产、流通、消费各个过程当中的自动识别和信息的互联共享。

具体而言就是利用传感器技术、RFID技术等对物品进行标识，然后基于网络上层识别设备对物品属性（电子标签）进行读取，并转换为合适的数据格式进行传输，信息处理中心一般是计算机或者手机或IDC进行信息接收和处理，完成对物品的自动识别与管理。

基于上述架构分析，一般的物联网有三个层级，包括感知层、网络层和应用层。其中感知层为前端，即整合RFID标签、RFID感测器、传感节点、节能终端、传感器闸道等等，实现对人事物的自动识别。网络层使传感器收集整理的信息通过LTE（包括4G和5G），云端运算、WIFI、有线网络等进行连接并传输给上层应用层。应用层一般可称为后台应用，其涉及的范围就非常广泛了，比如智慧节能、智慧交通、智慧营销、智慧生活、医疗、建筑等等。

例如，典型的视频监控应用，在现有的设计当中它有四个层级，包括应用层、管理层、服务层和接入层。应用层就是直面客户的层级，通常就是监控中心，以电视墙、手机APP、PC客户端、解码器组成。管理层，一般可以称之为管理云，这个云采用分布式服务器的方式来构建出业务管理层级。服务层为业务管理层服务，采用的同样是分布式服务器，包括视频存储阵列、分发服务器、转码服务器等。而接入层则是最底层的应用端，这个部分中就是各种声光报警器、视频监控设备，在视频编码器下构成一组组的独立视频监控终端。

二、物联网技术的发展思考

从早期的GPRS、2G、3G到现在的4G以及即将到来的5G都是物联网技术当中非常重要的网络通信技术，物联网的演进在一定程度上与蜂窝网络的演进有着密不可分的关系，其中3GPP的协议有着重要贡献，自REL.13开始逐步演变出大规模IOT和关键IOT两种方向。而这面临四个核心挑战，包括低成本的设备，需要集成一块调制解调器芯片、传感器和驱动器。在3GPP标准协议下演进的LTE核心网（简称EPC）与演进后的接入网（简称E-UTRAN）。架构当中逻辑节点只有eNB，网络结构趋向于扁平化，这种结构带来的最大好处在于降低了呼叫建立时间延迟以及数据传输的时间延迟，同时运营成本大大降低。

网络技术的演进带来物联网技术的发展，但网络技术也是限制物联网发展的关键点，集体而言，IOT网络应具备可移动、灵活的无处不在的连接，而这只有无线接入才能实现。IOT是M2M的扩展概念，M2M是IOT的一个子集，从M2M的应用实例来看，比如工业应用，因为本身其前端设备的成本非常高昂，相比较而言，实现物联网的成本要低得多，几乎可以忽略。

而扩展到IOT上，因为是要实现人事物的大规模连接，以及关键IOT连接，所以要构建高能效的系统，允许IOT设备以较小的电池尺寸实现最大效率的自动运行。同时网络部署应保证室内外的高度覆盖，无缝衔接，并且具备自组织路由能力的网状网络是实现接触新节点部署的技术核心。并且要考虑到超高密度被部署设备的巨大数量，应能够承载指数形式增长的联网设备。新的芯片技术，即允许在一个芯片上集成高功率调制解调器的技术出现，引出了解决上述问题的新思路即LPWA，这种技术理论，最终还是回到星型连接。基站尽可能多的关注复杂性和能耗问题，不仅提高覆盖能力同时降低成本，而且有更高的可扩展性。如高通9205LTE基带芯片，这个芯片专门应对LPWAN。具备全球多模通信类别eMTCNB-IOT2GE-GPRS连接等。围绕3GPP的标准协议，快速铺开的的广域物联网逐步走进千家万户，为了满足覆盖率的问题，LTE网络提供了更加可行的方案。

现在物联网技术的研究相对来说少了，但是不意味着物联网技术就停滞不前了，主要是现在正在进行技术攻关，在具体的应用当中还有很多技术问题没有解决，未来的前景依然是非常广阔的，根据相关研究预测来看，2020年全球物联网预估产值将达到10031亿美金，未来是一个超乎想象的世界，物联网将涵盖所有领域，不论是水杯、衣服、运动器材、灯具、监视器、智能汽车、智慧零售、智慧办公室、智慧交通、智慧水务等等，人事物在物联网下实现广泛连接。

结束语：

综上所述，物联网是围绕信息技术演进的主流方向，现阶段，物联网的研究虽然少了，但是物联网的应用已经扩展到多个应用场景，并致力于解决大规模物联和关键物联网的连接问题，其中有很多关键技术需要攻关，包括网络技术，传感器技术等等，物联网的未来是可以预期的。