物联网的技术标准和结构

2023-07-30 16:15:03物联网0132

物联网的技术标准和结构,第1张

1 物联网的标准体系

2 急需的物联网总体标准

3 传感器标准

4 传感器标准

5 传感器标准进展情况

6 传感器标准体系框架

认知感知层

1．感知层的概念

物联网层次结构分为三层,分别为感知层、网络层、应用层。感知层位于最底层,它是物联网的核心，其功能为“感知”，即通过传感网络获取环境信息。感知层是物联网的核心，是信息采集的关键部分。

2．感知层的应用

感知层包括二维码标签及识读器、RFID 标签及读写器、摄像头、GPS 导航、各种功能传感器、M2M 终端、传感器网关等，主要功能是识别物体、采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用类似。

3．感知层的关键技术

(1) 传感器：传感器是物联网中获得信息的主要设备，它利用各种机制把被测量转换为电信号，然后由相应信号处理装置进行处理，并产生响应动作。 (2)RFID：它的全称为 Radio Frequency Identification，即射频识别，又称为电子标签。RFID 是一种非接触式的自动识别技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。它主要用来为物联网中的各物品建立唯一的身份标示。

(3)无线传感网络：它的英文名称为 Wireless Sensor Network，简称 WSN。传感器网络是一种由传感器节点组成网络，其中每个传感器节点都具有传感器、微处理器和通信单元。节点间通过通信网络组成传感器网络，共同协作来感知和采集环境或物体的准确信息。它是目前发展迅速，应用最广的传感器网络。

认知网络层

1 网络层的概念

网络层位于物联网三层结构中的第二层，它功能是通过通信网络进行信息传输。网络层作为纽带连接着感知层和应用层，它由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网等组成，相当于人的神经中枢系统，负责将感知层获取的信息，安全可靠地传输到应用层，然后根据不同的应用需求进行信息处理。

2 网络层的组成

物联网网络层包含接入网和传输网，分别实现接入功能和传输功能。传输网由公网与专网组成，典型传输网络包括电信网、广电网、互联网。接入网包括光纤接入、无线接入、以太网接入、卫星接入等各类接入方式，实现底层的传感器网络、RFID 网络最后一公里的接入。

3 网络层的主要技术

物联网用到的通信技术主要包括 3G/4G 通信、IPv6、WI-FI 和 WIMAX、蓝牙、 ZigBee 自组网技术等。正在向更快的传输速率，更宽的传输宽带、更高的频谱利用率、更智能化的接入和网络管理发展。

认知应用层

1 应用层的概念

应用层位于物联网三层结构中的最顶层，它的功能是通过云计算等计算平台进行信息处理。应用层与最低端的感知层一起，是物联网的显著特征和核心所在，应用层可以对感知层采集数据进行计算、处理和知识挖掘，从而实现对物理世界的实时控制、精确管理和科学决策。

2 应用层的技术

（1）物联网应用：它是用户直接使用的各种应用，通常用应用软件的形式表现。如智能操控、安防、电力抄表、远程医疗、智能农业等。

（2）物联网中间件：物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序，将各种可以公用的能力进行统一封装，提供给物联网应用使用。

（3）云计算：它对物联网海量数据的存储和分析。根据服务类型不同将云计算分为：基础架构即服务(IaaS)、平台即服务（PaaS)、服务和软件即服务（SaaS)。

3 应用层与其他两层的关系感知层将采集到的数据通过网络层传递给应用层，应用层将接收到的数据进行分析管理，再将这些数据根据各行各业的应用做出反应处理。例如，在智能电网中的远程电力抄表应用：安置于用户家中的读表器上显示感知层中的传感器采集到的数据，通过网络层将数据发送并汇总到发电厂的处理器上，该处理器及其对应工作就属于应用层，它将完成对用户用电信息的分析，并自动采取相关措施。

1 无处不在的数据分析

越来越多的企业在利用从他们客户那里收集到的大数据更好地了解客户需求，并且优化产品使其能更好地服务客户。这就是无处不在的数据分析，它更看重数据的质量，而非数量。将数据最大化地转变为有价值的创新，利用数据洞悉市场，以此为基础做出明智的商业判断。

如果关注数据质量，将收集到的所有信息进行筛选就变得至关重要。例如人工智能，其需要迅速地完成一系列动作：数据收集、分析，并且瞬间作出判断采取行动。严格来讲，对数据质量的关注需要嵌入到数据采集的过程中。在这样的数据分析背后也要关注消费者信息的私密性。GfK2015年进行的针对全球20个地区的消费者研究结果表明，全世界消费者都在担心他们的数据是怎样被收集、售卖和利用的。

2 虚拟现实(VR)

2016年，从行业到消费者，从硬件到软件，关于虚拟现实，一切都处在被普及教育的阶段。随着三大巨头接连推出消费级产品，且“售罄”之讯频传，虚拟现实作为最受关注的新智能领域迅速席卷全球。全球VR头显市场规模预计在2020年会达到28亿美元，其中供游戏者使用的VR头显设备占据多数份额。中国市场2016年全年零售量会达到300万台左右，从GfK监测的VR头显在线市场来看，从2016年1月到4月，VR头显零售量几乎翻了20倍，虚拟现实硬件产品正在经历一场初期爆发式的增长。但目前依然是以VR盒子为主。整体来看，中国的VR市场现在还处于野蛮生长的阶段。相信在未来VR应用会逐步向直播、旅游培训、医疗、装修、房地产、教育等领域渗透。

3 人工智能(AI)

人工智能最终是重现一遍人类思考的过程。作为一个人工制造的机器，终极形态的AI将拥有与我们相同的智力水平：学习、推理、使用语言、构想原始创意。然而只拥有学习能力的AI已经快速地渗透到我们的生活中了。语音识别是目前人工智能中落地较早、目前投入及研发的核心领域之一。基于人工智能，各个厂商可发挥的空间很大，不一样的应用及方向才是真正有趣的地方。2016年，AI助理的发展或许会超越智能手机的发展。人工智能是一块有待探索与开发的市场，这块市场拥有多种可能性。

4 可穿戴产品

智能手表、健康监测手环、相机、GPS定位设备及心率监测设备进入主流市场还需多久尽管万众瞩目的Google Glass及Apple

Watch的发布已经俘获了消费者的想象力，但只有少数消费者接纳了这些设备。中国可穿戴市场2016年销量预计达3160万台，环比2015年上涨32%，但其中以价格较低的手环产品占据市场的大多数，整体市场销量持续上升的同时增速减缓，市场经过了2015年跳跃式发展后开始进入一个更趋理性的阶段。如果可穿戴产品想要吸引更多的消费者，有以下四点需要注意：一是与物联网的融合，把可穿戴设备和现有的个人科技生态相融合将会成为扩大市场的基础性举措。二是设计和材质，外形设计已经成为可穿戴产品跟上时代潮流的一大绊脚石。三是精准有效的信息收集，提高数据的准确性和解读能力是可穿戴厂商正在解决的另一大问题。四是引人注目的新案例，特色鲜明的产品会逐渐与消费者建立特有联系。

5 视频消费

视频消费的发展速度比之前任何人预期的还要快，并且线上已经成了人们观看视频的主要渠道。从社交媒体上的短片到视频网站的**服务和套餐服务，甚至到最近大火的视频直播，消费者似乎可以在任何时间、任何平台看到想看的视频内容。事实上，有人预言到2019年，80%的互联网流量消费将来自于视频观看。而随着投入到这个领域的玩家越来越多，从内容的生产者和发布者到各大品牌、厂商，互相合作会成为一种需求，只有通过这样多方之间的信息互换才能够释放更大的能量。

6 无人机

据GfK中国估算，2014年中国航拍消费级无人机市场为近6亿元，到2018年将激增到60亿元。而民用无人机市场更是有望在未来10年形成千亿元级规模，未来发展空间广阔。

无人机并不算是新产品。无人机在航拍、地形测绘、商业运输以及救援部署，甚至在自动机械化生产上，都可以起到作用，无人机技术在诸多领域所能发挥的用途正在被进一步挖掘出来并且会在降低商业成本、提高商业效率方面起到很好的催化作用。但是在实现这样的美好愿景之前依然有很长的路要走。目前无人机依然面对诸多阻碍，如缺乏“感知-避障”技术、载物重量上的限制、没有夜视功能以及电池续航时间有限等。

7 移动支付

全球移动支付市场比较复杂。目前传统的支付方式在许多成熟市场中都有着强大的根基，无法轻易撼动。相反，一些非洲市场和亚洲发展中国家市场则直接迈入了移动支付时代。在这样一个碎片化的环境中，对于品牌、制造商和零售商来说，理解移动支付当下的全球格局以及它的演变趋势至关重要。在中国，阿里巴巴、腾讯等第三方玩家已经率先鼓励联网用户通过手机在实体店或网店进行支付。小米、OPPO、魅族旗下具备支付功能的手机的使用也意味着在这一市场中，移动支付不仅存在，而且触手可及。而那些被认为将第一时间接受新兴技术的市场则呈现出与上述地区的截然不同的局面。当前，一些市场仍需提高消费者对于移动支付的认知度，而对于另一些市场而言，要做的则是减少移动支付的使用壁垒。

8 智能汽车

随着物联网技术的越发成熟，智能汽车也将应运而生。许多豪华轿车已经配备了大显示屏，并且车载大屏也会继续成为趋势，在2016年底或2017年初，为前排乘客设计的额外显示器也将出现在高档汽车中。为了让乘客更好地体验“增强现实(AR)”技术，一些OEMs甚至想要把显示屏幕延伸到整个挡风玻璃或者侧窗。屏显技术的进步为那些企图走到传统汽车供应商前头去的电子消费厂商和初创企业们打开了大门。过去，受到物联技术的限制，OEMs很难找到一个正确的商业模式，但是现在，机会来了。通过了解细分市场消费者的需求和喜好，量身开发车载APP和配套服务从而获取相应的报酬成为可能。

9 3D打印

3D打印机的销量目前还比较小。但是，随着更多的厂商加入到该领域以及消费者的认知度逐渐提高，这种情况在明年应该可以得到改变。拿德国为例，3D打印机的销量在去年增长了71%，而且需求还在进一步扩大。消费者认为3D打印技术极具吸引力，3D打印在最有可能影响他们生活的科技中排名第三。这比智能汽车、云计算、可穿戴设备还有物联网的排名都要靠前。这表明这项新技术的知识普及在全球已经非常高了。价格一直是新兴科技难以普及的主要障碍。但是随着成本的下降，价格也将不再是阻碍，3D打印技术的优势会变得越加明显和突出：更低的装配成本，减少浪费，极低的运输和配送费用和更快的新产品上市速度。

10 智能家居

一股智能家居的“淘金热”正在各领域中展开，传统厂家、互联网公司、国际技术提供商及零售商等各种组织都在寻求最大限度地参与到未来家居领域中来。根据GfK针对全球7国消费者所作的研究表明：绝大多数消费者(90%)知道智能家居，50%的消费者认为智能家居能改变他们的生活，78%的消费者同意这是一个具有吸引力的理念。目前智能家居想要获得成功的关键是让消费者能明白智能家居技术是如何提升他们的生活品质，并且提供参与度高且有效的用户体验。现在需要行业协作和消费者教育来驱动需求，并推动智能家居从厂商领导发展向消费者需求主导发展的创新转变。行业相关参与者需要合作并组建不同以往的合作关系。这会确保不同的设备和服务能在后台彼此连接来满足对便捷的需求。只有满足了这一点，智能家居的真正价值才能得以体现。根据GfK中国对家电智能化研究，中国家电产品智能化应用发展速度位于世界前列，但目前也处于厂商、零售商等供给方主导的阶段，还处于智能连接、手机远程控制等初级智能向更高级智能功能探索和尝试的阶段。中国庞大的用户基础和互联网业态演变将为智能家居的发展和创新提供良好的土壤，预计智能家居未来将会催生类似BAT级别的新企业。

RFID 技术。

RFID标签技术是一种传感器技术，RFID技术融合了无线射频技术和嵌入式技术，是一项综合技术。RFID在识别、物品物流管理的市场上有着广阔的应用范围。RFID意义上的物联网被定义为未来物联网的核心标准，但是目前该标准及其唯一的方法RFID电子标签所背负的局限性，让它难以指向物联网所提倡的智慧星球。因为在物和物间的联系提供给人们的信息是有限的，而物的状态与状态之间的联系，使人们挖掘事物之间普遍联系，这样才能获取新认知和智慧。

物联网是一个在互联网、传统电信网等的基础上，让所有被独立寻址的普通对象来进一步实现互联互通的网络。他具备普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个特征。这起源于传媒领域的范围，属于信息科技产业的第三次革命。物联网是指通过信息传感设备，按指定协议，把任何物体与网络连接，然后物体通过信息媒介进行信息交换和通信，加以实现智能化识别等基础功能。

希望我的回答能帮到你。

2006至2020年，物联网应用从闭环、碎片化走向开放、规模化，智慧城市、工业物联网、车联网等率先突破。中国物联网行业规模不断提升，行业规模保持高速增长，江苏、浙江、广东省行业规模均超千亿元。

截至到2019年，我国物联网市场规模已发展到15万亿元。未来巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。

近年来，我国政府出台各类政策大力发展物联网行业，不少地方政府也出台物联网专项规划、行动方案和发展意见，从土地使用、基础设施配套、税收优惠、核心技术和应用领域等多个方面为物联网产业的发展提供政策支持。在工业自动控制、环境保护、医疗卫生、公共安全等领域开展了一系列应用试点和示范，并取得了初步进展。

目前我国物联网行业规模已达万亿元。中国物联网行业规模超预期增长，网络建设和应用推广成效突出。在网络强国、新基建等国家战略的推动下，中国加快推动IPv6、NB-IoT、5G等网络建设，消费物联网和产业物联网逐步开始规模化应用，5G、车联网等领域发展取得突破。

政策推动我国物联网高速发展

自2013年《物联网发展专项行动计划》印发以来，国家鼓励应用物联网技术来促进生产生活和社会管理方式向智能化、精细化、网络化方向转变，对于提高国民经济和社会生活信息化水平，提升社会管理和公共服务水平，带动相关学科发展和技术创新能力增强，推动产业结构调整和发展方式转变具有重要意义。

以数字化、网络化、智能化为本质特征的第四次工业革命正在兴起。物联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，通过对人、机、物的全面互联，构建起全要素、全产业链、全价值链全面连接的新型生产制造和服务体系，是数字化转型的实现途径，是实现新旧动能转换的关键力量。

我国物联网行业呈高速增长状态未来将有更广阔的空间

自2013年以来我国物联网行业规模保持高速增长，增速一直维持在15%以上，江苏、浙江、广东省行业规模均超千亿元。中国通信工业协会的数据表明，随着物联网信息处理和应用服务等产业的发展，中国物联网行业规模已经从2013年的4896亿元增长至2019年的15万亿元。

虽然我国物联网发展显著，但我国物联网行业仍处于成长期的早中期阶段。目前中国物联网及相关企业超过3万家，其中中小企业占比超过85%，创新活力突出，对产业发展推动作用巨大。

物联网作为中国新一代信息技术自主创新突破的重点方向，蕴含着巨大的创新空间，在芯片、传感器、近距离传输、海量数据处理以及综合集成、应用等领域，创新活动日趋活跃，创新要素不断积聚。

物联网在各行各业的应用不断深化，将催生大量的新技术、新产品、新应用、新模式。未来巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。

在政策、经济、社会、技术等因素的驱动下，2020年GSMA移动经济发展报告预测，2019-2025年复合增长率为9%左右，2020年中国物联网行业规模目标16亿元，按照目前物联网行业的发展态势，十三五规划的目标有望超预期完成;预计到2025年，中国物联网行业规模将超过27万亿元。

未来物联网行业将向着多元方向发展

标准化是物联网发展面临的最大挑战之一，它是希望在早期主导市场的行业领导者之间的一场斗争。目前我国物联网行业百家争鸣，还未有一个统一的标准出现。因此在未来可能通过不断竞争将会出现限数量的供应商主导市场，类似于现在使用的Windows、Mac和Linux操作系统。

合规化同样是当下物联网面临的问题之一，特别是数据隐私问题。目前数据隐私已成为网络社会的一个关键词，各种用户数据泄露或被滥用的事件频发，特别是Facebook的丑闻引发了全球担忧。

因此在未来，我国各种立法和监管机构将提出更加严格的用户数据保护规定，，用户的敏感数据可能会随着时间的推移而受到更严格的监管。

安全化是指预防物联网软件遭受网络黑客攻击，在未来，以安全为重点的物联网设施将受到更多的关注，特别是某些特定的基础行业，如医疗健康、安全安防、金融等领域。

多重技术推动物联网技术创新

从技术创新趋势来看，物联网行业发展的内生动力正在不断增强。连接技术不断突破，NB-Iot、eMTC、Lora等低功耗广域网全球商用化进程不断加速;物联网平台迅速增长，服务支撑能力迅速提升;

区块链、边缘计算、人工智能等新技术题材不断注入物联网，为物联网带来新的创新活力。受技术和产业成熟度的综合驱动，物联网呈现“边缘的智能化、连接的泛在化、服务的平台化、数据的延伸化”等特点。

—— 以上数据来源于前瞻产业研究院《中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》

物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一，发展物联网对于促进经济发展和社会进步具有重要的现实意义。

一、现状及形势

（一）发展现状

目前，我国物联网发展与全球同处于起步阶段，初步具备了一定的技术、产业和应用基础，呈现出良好的发展态势。

产业发展初具基础。无线射频识别（RFID）产业市场规模超过100亿元，其中低频和高频RFID相对成熟。全国有1600多家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用，年产量达24亿只，市场规模超过900亿元，其中, 微机电系统（MEMS）传感器市场规模超过150亿元；通信设备制造业具有较强的国际竞争力。建成全球最大、技术先进的公共通信网和互联网。机器到机器（M2M）终端数量接近1000万，形成全球最大的M2M市场之一。据不完全统计，我国2010年物联网市场规模接近2000亿元。

技术研发和标准研制取得突破。我国在芯片、通信协议、网络管理、协同处理、智能计算等领域开展了多年技术攻关，已取得许多成果。在传感器网络接口、标识、安全、传感器网络与通信网融合、物联网体系架构等方面相关技术标准的研究取得进展，成为国际标准化组织（ISO）传感器网络标准工作组（WG7）的主导国之一。2010年，我国主导提出的传感器网络协同信息处理国际标准获正式立项，同年，我国企业研制出全球首颗二维码解码芯片，研发了具有国际先进水平的光纤传感器，TD-LTE技术正在开展规模技术试验。

应用推广初见成效。目前，我国物联网在安防、电力、交通、物流、医疗、环保等领域已经得到应用，且应用模式正日趋成熟。在安防领域，视频监控、周界防入侵等应用已取得良好效果；在电力行业，远程抄表、输变电监测等应用正在逐步拓展；在交通领域，路网监测、车辆管理和调度等应用正在发挥积极作用；在物流领域，物品仓储、运输、监测应用广泛推广；在医疗领域，个人健康监护、远程医疗等应用日趋成熟。除此之外，物联网在环境监测、市政设施监控、楼宇节能、食品药品溯源等方面也开展了广泛的应用。

尽管我国物联网在产业发展、技术研发、标准研制和应用拓展等领域已经取得了一些进展，但应清醒的认识到，我国物联网发展还存在一系列瓶颈和制约因素。主要表现在以下几个方面：核心技术和高端产品与国外差距较大，高端综合集成服务能力不强，缺乏骨干龙头企业，应用水平较低，且规模化应用少，信息安全方面存在隐患等。

（二）面临形势

“十二五”时期是我国物联网由起步发展进入规模发展的阶段，机遇与挑战并存。

国际竞争日趋激烈。美国已将物联网上升为国家创新战略的重点之一；欧盟制定了促进物联网发展的14点行动计划；日本的 U-Japan计划将物联网作为四项重点战略领域之一；韩国的 IT839战略将物联网作为三大基础建设重点之一。发达国家一方面加大力度发展传感器节点核心芯片、嵌入式操作系统、智能计算等核心技术，另一方面加快标准制定和产业化进程，谋求在未来物联网的大规模发展及国际竞争中占据有利位置。

创新驱动日益明显。物联网是我国新一代信息技术自主创新突破的重点方向，蕴含着巨大的创新空间，在芯片、传感器、近距离传输、海量数据处理以及综合集成、应用等领域，创新活动日趋活跃，创新要素不断积聚。物联网在各行各业的应用不断深化，将催生大量的新技术、新产品、新应用、新模式。

应用需求不断拓宽。在“十二五”期间，我国将以加快转变经济发展方式为主线，更加注重经济质量和人民生活水平的提高，亟需采用包括物联网在内的新一代信息技术改造升级传统产业，提升传统产业的发展质量和效益，提高社会管理、公共服务和家居生活智能化水平。巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。

产业环境持续优化。党中央和国务院高度重视物联网发展，明确指出要加快推动物联网技术研发和应用示范；大部分地区将物联网作为发展重点，出台了相应的发展规划和行动计划，许多行业部门将物联网应用作为推动本行业发展的重点工作加以支持。随着国家和地方一系列产业支持政策的出台，社会对物联网的认知程度日益提升，物联网正在逐步成为社会资金投资的热点，发展环境不断优化。

智慧物联网(Intelligent Internet of Things，AI+IoT=AIoT)，是面向物联网的后端处理以及应用方面而提出的概念，同时 5G 技术和人工智能技术的发展就是物联网这方面发展的基础。

物联网(IoT)就是在互联网基础上，物与物相连进行信息交换和通信的网络，具体来说，就是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置与互联网结合起来形成的一个巨大网络，简称 IoT(Internet of things)。它彻底打破时间、空间等传统思维中的认知和约束，其运用目的是让所有的物品都与网络连接在一起，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。在这个超级网络中，物品间通过数据能够彼此进行“交流”，而无需人的干预，进而实现万物互联，无限量地提高劳动的质量及效率，创造出更加美好的人类生活。欧盟定义为：将现有的互联计算机网络扩展到互联的物品网络。

层级特性

物联网的体系目前还未完全形成，需要一些应用形成示范，更多的传统行业的物联网应用后才能基本形成，但是，目前物联网的体系的雏形已经形成，物联网基本体系具有典型的层级特性，一个完整的物联网系统一般来说包含以下五个层面的功能：

1、信息感知层

该层的主要任务是将大范围内的现实世界的各种物理量通过各种手段，实时并自动化的转化为虚拟世界可处理的数字化信息或者数据。

物联网所采集的信息主要有如下种类：

● 传感信息：如温度、湿度、压力、气体浓度、生命体征等；

● 物品属性信息：如物品名称、型号、特性、价格等；

● 工作状态信息：如仪器、设备的工作参数等；

● 地理位置信息：如物品所处的地理位置等；

信息采集层的主要任务是对各种信息进行标记，并通过传感等手段，将这些标记的信息和现实世界的物理信息进行采集，将其转化为可供处理的数字化信息。

信息采集层涉及的典型技术如：RFID（射频识别）、各种传感器等。

2、信息汇聚层