物联网技术及应用——科普专题之一- 大数跨境

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物联网技术及应用——科普专题之一

致同科技

2022-09-30

致同科技，中国交通“智造者”！

目前，我司的大多数产品都有应用到物联网技术，那么到底什么是物联网？目前处于什么样的水平？基本的技术内核是什么？应用的场景及发展的方向有哪些？本期科普专题围绕上述问题一一进行探讨。

一、概念定义

物联网的定义：是基于互联网之上，使不可交流的物体与物体之间进行交流，而产生的过程，称之为物联网(Internet of Things)。物联网的本质即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。

二、发展历程

1995年比尔盖茨在《未来之路》一书中首次提出。
1998年，美国麻省理工学院创造性地提出了当时被称作EPC系统的“物联网”的构想。
1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念，主要是建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上。
中科院早在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。同年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。
2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。

三、关键技术

物联网，万物相连，那么物联网是怎样让不可以交流的物体与物体之间变的可以交流了呢？这里就涉及到通讯了，就像我们人与人之间的通话是通过手机，而物与物之间就要通过下面这个设备进行通信。物联网里面最重要就是这张网的互联通信。现在主流互联技术可以分为以下两类：本地局域互联和广域网络互联。

1.本地局域互联

本地局域互联支持与设备或传感器节点的本地互联，标准和技术繁杂多样。本地互联主要分为有线互联和无线互联，无线互联一般使用短距离无线通信技术实现，关键因素有：距离/范围，带宽和延迟，电力消耗及成本。

本地局域无线互联主流技术有：

（1）NFC/RFID：低功耗，但距离非常短。主要用于支付、物流、仓储等场景。

（2）超宽带(UWB)：UWB技术是一种使用1GHz以上频率带宽的无线载波通信技术。它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围（带宽）很大。UWB系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。

（3）Wi-Fi：得到广泛采用，数据传输速率高，缺点：功耗高。

（4）蓝牙(Bluetooth)：这个技术可能有最大的生态系统(智能手机，平板电脑等)。特点是低功耗、大范围、适中的数据速率。

（5）Zigbee：强调低功耗，面向智能仪表、家居自动化、传感器网络、远程控制单元等，对电池供电的设备尤其有用。

（6）其他：如红外、433M无线电等。

本地局域有线互联主流技术有：

本地局域有线通信技术是借助看得见的物理介质进行信息传递的，通常使用电信号、光信号甚至是声信号来代表信息进行传递。主流的技术有：光纤、ETH、M-BUS、PLC、USB、RS-485、RS-232等，这些技术已经发展了很多年，非常成熟，这里就不作过多介绍。

（1）广域网络互联

为了让网关与远距离外的远程后端集成，网关通常必须依赖注入卫星通信、运营商网络(2G、3G、4G、5G)、低功耗广域网(LPWA)、固定线路、电力线通信等技术。

主流通信技术会根据能耗、成本、覆盖范围等因素形成了一个雷达区域。

在物联网通讯的应用层协议也只最近几年非常热门的技术。主流的有MQTT、 DDS、 AMQP、XMPP、 JMS、 REST、 CoAP，其中应用最广泛、最常见的是以下三个：

（1）MQTT （Message Queuing Telemetry Transport ），消息队列遥测传输，相比来说比较适合物联网场景的通讯协议。MQTT协议非常适用于在低带宽、不可靠的网络下提供基于云平台的远程设备的数据传输和监控。

（2）REST/HTTP（松耦合服务调用）：主要为了简化互联网中的系统架构，快速实现客户端和服务器之间交互的松耦合，降低了客户端和服务器之间的交互延迟。因此适合在物联网的应用层面，通过REST开放物联网中资源，实现服务被其他应用所调用。

（3）CoAP （Constrained Application Protocol），受限应用协议，应用于无线传感网中协议。CoAP是简化了HTTP协议的RESTful API，CoAP是6LowPAN协议栈中的应用层协议，它适用于在资源受限的通信的IP网络。

四、发展趋势

根据相关机构的统计数据，到 2026 年，物联网技术的市场价值预计将上升到 1.39 万亿美元。这种令人难以置信的增长可能是由于以下几个因素：（1）新冠疫情大流行加速了远程监控、智能家居设备和数据分析解决方案的发展；（2）人工智能的发展推动了物联网范围内的高级传感器和边缘计算机网络；（3）物联网网络可以比集中式解决方案更有效地完成特定任务。

但是物联网的发展遇到一些问题：

（1）半导体芯片的高需求和低供应，物联网解决方案的生产成本变得更高。芯片的稀缺，一定程度上限制了物联网的充分发挥。（2）物联网技术的主要瓶颈是带宽。带宽越高，物联网网络的延迟就越低。一个设备与另一个设备通信的速度越快，物联网技术就越流畅和高效。如果延迟过多，物联网相对于其集中式替代方案没有太大优势。例如车路协同。

根据个人对这个行业的理解，物联网的发展方向主要有以下几个趋势。

趋势一：AIoT——人工智能和物联网技术

物联网技术最引人入胜的用例之一是支持人工智能软件。人工智能和物联网具有共生关系。人工智能受益于具有分布式数据的物联网，而物联网受益于具有先进管理的人工智能。

趋势二：物联网链接——5G、WIFI6、LPWAN和卫星

近年来，物联网网络必须克服的主要挑战是无线数据速率。随着这些技术的改进，物联网技术的各个方面也会随之改进，包括传感器、边缘计算、可穿戴设备、智能家居等。最近，已经为更新的连接类型开发了更多的基础设施，使物联网解决方案更加可行。这些是 5G、WiFi 6、LPWAN 和卫星等连接技术。

趋势三：边缘计算——低延迟和安全

实时应用程序依赖于边缘计算。边缘网络不是在中央源上计算所有内容，而是在更靠近用户的地方处理信息，并为所有用户减轻整个网络的负载。

趋势四：可穿戴物联网技术

虽然传感器和边缘设备对于许多物联网技术解决方案都很重要，但可穿戴物联网设备也不应被忽视。智能手表、耳塞和扩展现实 (AR/VR) 耳机是重要的可穿戴物联网设备，它们将在 2022 年掀起波澜，并且只会继续发展。

趋势五：智能家居

随着 2022 年的家庭物联网技术现在能够管理无数设备，如灯、电器，甚至家庭安全系统，这项技术似乎已经达到了顶峰。然而，我们将在未来几年看到更多的增长空间。

趋势六：智慧城市

在开发智慧城市网络时，物联网技术有很多应用。交通监控是最紧迫的问题之一。能够使用遍布全市的传感器监控交通，可以更好地控制十字路口，从而更好地优化交通。水位监测也有助于检测和告知公民潜在和活跃的洪水。该信息还可以指导采取额外行动以防止未来发生洪水。

趋势七：医疗保健中的物联网技术

早些时候我们谈到了可穿戴设备和医疗保健，但该领域的物联网技术还有其他用例。由于 COVID-19 的传播，这项技术的发展加速了。

趋势八：互联网络帮助制造商

物联网技术具有推动制造业发展的巨大潜力。随着工厂车间的传感器阵列，这个行业变得比以往任何时候都更加自动化。物联网传感器在制造业中扩展的最重要结果之一是这些网络正在为先进的人工智能应用提供动力。如果没有传感器提供的关键数据，人工智能就无法提供预测性维护、缺陷检测、数字孪生等解决方案。

总之，物联网技术的未来在于之前的每一个趋势，并有可能扩展到许多领域。同样重要的是，要认识到物联网在许多情况下并不是一种单独运行的技术，物联网和人工智能等技术的协同使企业能够培育创新，并保持与竞争对手的相关性。开始只需要一个想法或愿景来实现企业基础设施的现代化，从而迎头赶上未来。

END

【致同科技】是一家集技术研发、产品生产、市场推广于一体的高科技企业，致力于做智慧交通建设的领航者、践行者！业务现涵盖智慧工地、智慧管养、安全智能管控、技术服务四大服务领域。公司现有发明专利6项、实用新型专利5项、软件著作权11项，注册商标1项，已通过ISO9001、20000、27001体系认证及企业信用3A认证，自主研发的“路基路面智能压实监控系统”和“公路桥梁环保型智能防冰除冰系统”经湖南省交通厅和交通部权威专家鉴定，达到国际先进水平。

【致同科技】以科技为先导，以实干为精神，秉承“客户需求至上，艰苦奋斗为本，同舟共济向前”的企业文化精神，开拓进取、钻研创新、严谨高效、竭诚服务，携手各界同仁致力于智慧交通、工程建设、装备智能制造、路桥建设新材料、岩土工程监测等领域，创新发展，创造价值，服务社会！智慧交通，匠心铸品质，生活更美好！

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