物联网关键技术分析

张科星

摘 要：物联网作为21世纪新兴的高科技，成为了世界各国及学术界的重点关注对象。其发展和关键技术突破具有很强的战略意义。美国将物联网列入“2025年对美国利益有潜在影响的六种关键技术”中；欧盟委员会通过制定《欧盟物联网行动计划》来发展欧盟国家的物联网技术；在日、韩等经济较为发达的国家也将物联网的发展和技术突破作为抢占市场并实现企业发展的重要契机。在这样的国际背景下，我国也积极进军物联网行业，并在多个物联网技术应用的领域实现了较快的发展。基于此，本文围绕物联网关键技术来分析我国物联网关键技术的发展，并探讨物联网关键技术的突破路径。

关键词：物联网；物联网技术；关键技术；技术突破

中图分类号：TN929.5；TP391.44 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）02-0189-03

Analysis of Key Technology of Internet of Things

ZHANG Kexing

（Taiyuan University，Taiyuan 030012，China）

Abstract：As the emerging high-tech in twenty-first Century，the internet of things has become the focus of attention in the world and academia.Its development and key technology breakthroughs are of great strategic importance.The Internet of things is included in the six key technologies of "2025's potential impact on the interests of the United States".The European Commission has developed the EU's internet of things technology through the formulation of the EU's internet of things action plan，and the development and technological breakthrough of the Internet of things in the more developed countries such as Japan and Korea as an important opportunity to seize the market and realize the development of the enterprise.Under such an international background，China has also actively entered the IOT industry，and has achieved rapid development in many fields of IOT technology application.Based on this，this article analyzes the key technology development of IOT in China around the key technology of IOT，and explores the breakthrough path of IOT technology.

Keywords：internet of things；internet of things technology；key technology；technical breakthroughs

0 引 言

物聯网作为当今社会发展的热点词汇，已经为大多数人所熟知，究竟什么是物联网？早在上世纪末期比尔·盖茨在《未来之路》一书中就提到了关于物联网的现金概念，但是由于物联网技术环境的限制，那时它还不为人们重视和熟悉。直到进入21世纪，对物联网的研究和实践应用逐渐成为各界人士关注的焦点。物联网是依托互联网技术实现物品信息交换的网络，它通过互联网技术延伸和扩展，使物品之间产生联系，实现信息的交换和通讯。从技术层面讲，物联网是使用射频识别设备、红外传感器以及定位等设备通过互联网协议约定，将物品与互联网建立联系，通过信息交换和通讯的手段实现对物品的识别、定位和监管的网络系统。

1 关于物联网关键技术及其突破研究的概述

1.1 物联网关键技术研究现状

随着网络科技的发展，物联网及其关键技术的研究和发展已经成为学术界和业界关注的重点问题，尤其物联网技术的突破在一定程度上决定着物联网产业乃至国家经济是否能够实现跨越式的发展。

首先，关于物联网关键技术的学术研究，很少有学者认为物联网技术的突破点在于关键技术的突破。如，国外学者Landegem、Broll和Rukzio同国内学者刘海涛、石军以及侯赞慧有着类似的研究结论，即传感网技术是当前物联网的核心技术，因此，在今后的物联网技术发展中应该优先攻关传感网、传感器芯片以及传感器网接入因特网的技术。另外如张建宁、李国杰等学者分别发表论述来强调物联网网络层和服务层技术突破的重要性。

其次，就当前我国物联网关键技术的发展现状来说，我国互联网起步和发展相比国外较晚，其物联网关键技术的发展受制于国家高新技术和工业基础薄弱的现状，虽然在个别方面取得了突破和发展，但是整体的发展水平仍然有待提高。如，李国杰学者在传感技术方面的相关论述，他认为我国材料、工艺等基础薄弱的状况造成了我国在传感技术自主创新研制方面的落后，技术研发和应用集中在较为低端的基本物理量传感器研究和产品生产，整体材料的性能以及成本方面与发达国家还存在着质的差距。同时也因为传感技术的落后，导致了国内中高端传感器价格太过昂贵的市场现象，从而成为制约我国传感器规模应用和发展的主要瓶颈。

1.2 物联网关键技术突破研究概述

结合我国物联网关键技术的发展制约因素来看，关于物联网技术突破的国内外理论研究方面有很多种形式，主要包括以下几种。

第一，引入移植型路径。即通过吸引外商投资或者直接进口关键技术成品，以引入的方式促进本国在相关物联网领域的发展。从本质上说，引入移植型模式要将引进的关键技术慢慢地消化吸收，逐渐实现本国在该领域的技术成长，但是某些关键技术受到了国外发达国家的进出口限制，总体来说发展和成长的道路较为漫长。

第二，效仿创新型路径，也可以称为“二次改进”或者“二次创新”型应用模式，即通过引入技术，对生产工艺的精益求精和生产的适应性提出针对性要求，形成引入科技的改造和创新。二次创新从一定意义上来说有利于减少研发成本和缩短研发周期，并且通过切合实际的技术应用避免了低水平的重复研发，从而实现技术积累和产品的更新换代。

第三，领先创新型。科技创新讲究创新周期，依靠本国的技术探索和创新突破，自主研发具有知识产权的技术能够实现在创新周期上的技术优势，从而实现在产品市场上占有规模以及技术出口等方面的绝对优势，因此这一项具有重大的战略意义和经济价值。

2 物联网功能分层及其关键技术分析

我国对于物联网功能的分层主要分为感知层功能、传输层功能以及应用层功能三大主要层面功能类型，每一个层面的具体关键技术如下：

2.1 感知层功能关键技术

感知层关键技术主要包括RFID技术、GPS技术、传感器技术和嵌入式系统四个方面。RFID技术俗称“电子标签”，即无线视频识别技术。该技术通过对目标物体进行自动识别的射频信号来获取特定的信息。由于RFID技术无需接触，并且对物体的运动状态没有要求，因此其应用范围较广，市场潜力巨大；传感器技术是指通过感受特定物品的属性、状态来获取一定的信息数据，然后转换成信号的形式进行信息输出。由于传感器在工业生产、航空航天以及环境保护等众多领域进行应用，使其一直处于非常重要的地位，尤其是在基础科学和科技前沿等方面的重要作用，使得传感器技术成为世界各国争相研究的重要技术。

2.2 传输层功能关键技术

第一，互联网技术。以计算机为单位，通过计算机的连接实现相互之间的通信，同时随着当前计算机的普及和使用计算机的规模，使这些计算机单位在相互连接的过程中形成了一张虚拟的网，即互联网。进入21世纪，随着电子计算机的普及和互联网技术的发展，组成互联网的单元不仅仅局限在单个计算机单位上，如电话线、网络高速通道，卫星、光纤等加强了区域网络之间的联系；第二，移动通信网。移动终端的出现以及相关技术的突破性发展，促进了移动通信网络的发展，并且在3G、4G技术相对成熟的今天，移动通信网络为人们提供了更加优质的信息传输平台；第三，无线短距离传输技术。无线短距离传输技术主要包括ZigBee、蓝牙和Wifi技术。其中Wifi是当前应用范围最广的无线短距离传输技术，其商业效益巨大，同时也对人们的生活方式产生了很大的影响。

2.3 应用层功能关键技术

第一，云计算技术。把庞大的计算机程序拆分成数以万千计的小程序，再通过网络服务器连接组成规模化的系统，以此实现用户对信息的使用。通过不断提高云计算能力，最终把终端简化成一个输入输出工具，用户可以根据自己的需求对信息进行获取和处理。第二，中间件。中间件简单来说是操作系统的重要组成部分，通过中间件技术的使用可以把用户和资源平台连接起来，以实现信息通信的功能。具体来说，中间件的底层程序设计较为重要，也较为复杂。为了避免复杂的操作，运用相应的技术实现简单操作的环境就是中间件的作用，这样既节约企业成本，同时也能提高工作人员的工作效率。

3 物联网关键技术的研发现状及瓶颈

物联网技术层面的发展是实现物联网跨越式发展的基础，同时也是直接影响相关产业发展水平的制约因素。因此，物联网关键技术层面的现状和瓶颈主要集中在：

3.1 感知层面关键技术的发展状况及瓶颈

传感器技术是实现物品感知的关键技术，正是传感器技术以及相关的技术应用才实现了各行各业运用各具特征的传感装置和设备。近些年来，在感知层面，由于纳米技术以及光电子技术的突破和发展，使传感器以及传感器敏感度器件得到了进一步的发展，不仅传感器灵敏度提高了，技术应用的成本也降低了，同时由于传感器网络技术的不断更新换代，传感器技术产品一直处于应用定制化阶段。在我国，由于材料和工艺技术的基础较为薄弱，限制了自主创新的能力。虽然我国的传感器技术还有待提高，但是随着我国在传感器节点集成、组网等方面的技术引进和改造的进行，相关研究也取得了一定的研究成果。

3.2 傳输层面关键技术的现状及发展瓶颈

在传输层面的关键技术应用中，主要包括两个方面的技术因素，一方面是通过传感层面的技术使智能终端连接网络设备。主要包括传感器的通信模块、路由器、交换机以及光纤传输设备和移动终端通讯设备，同时连接移动通讯的无线基站也是构成通讯网络的重要组成部分；另一方面，网络服务器运行系统。主要包括大型电子计算机、各类应用软件和管理系统等构成的业务平台和业务管理平台。通过网络服务器运行系统这个传输层，运用包含感知技术的器件实现通讯传输来构成物联网的技术支撑体系。当前，我国在传输层面的关键技术发展较快，同国外相关领域的技术应用和研发基本处于一个层面，由于构建更大规模的物联网信息传输需要大量的IP地址作为支撑，因此，制约当前物联网概念下的网络通讯发展瓶颈主要是在互联网IP地址资源的不足。

3.3 应用层面关键技术的现状及发展瓶颈

不管物联网技术如何发展，最终还是要落实到社会的应用价值层面。在物联网中间器件技术研发以及软件领域的应用上，我国与国外发达国家还有很大的差距，尤其是在中间器件技术领域，微软、IBM，谷歌等都处于垄断地位，即便很多中间厂商的研发较多，但是从中间器件技术的基础软件应用和市场能力等方面来看，整体技术研究水平的突破难度较大。虽然国内普元、科诺等大型软件企业都不同程度的嵌入了SOA技术研究，这些软件企业在构架改进和创新方面已经有所突破，但是在相关领域仍然与国外的技术存在一定的差距。

4 物联网关键技术突破路径分析

4.1 完善物联网产业技术标准体系

物联网产业技术标准体系是物联网关键技术实现突破的保障，也是保证物联网技术开发和技术认可的基础性建设，这对于整个物联网产业的正常运行起着至关重要的作用。

因此，首先要进一步加强关于物联网基础通用标准的组织建设，规范物联网标准的各项指标和程序。深入各企业内部，使物联网行业标准的国家制定既与企业接轨，又与国际化标准接轨，保证物联网产业技术准入的合理性、科学性。同时进一步加强物联网标准化信息平台的建设，促进物联网技术机构之間的合作和交流；其次是要推动物联网产业基础技术共性标准和重点应用领域标准的研制。使基础共性技术能够更快速地转化为生产力，为实现商用打好坚实的基础，并在不断积累运营、管理以及维护等方面实践经验的同时，实现服务、开放、互联、资源共享为核心的发展目的以及加快相应技术标准的研制。

4.2 加快物联网关键技术的研究进程

随着我国物联网技术的不断发展，我国企业在网络构架、传感器以及M2M等方面的研究取得了一定的突破性成果。关键技术的快速发展以及产业技术标准的逐渐规范会增强我国在相关领域的国际标准影响力。

为此，第一，继续推进网络构架等方面的研究力度，扩大在该领域内关键技术的领先优势，从而提升在物联网领域的国际地位，延长关键技术的创新周期，以此获得更大的经济效益。由于国内对物联网网络构架的研究已经取得初步成果，为我国多个物联网领域的技术应用提供了参考依据，如中国信息通信研究院已经同欧盟委员会共同发布了《中欧物联网架构比较研究报告》、《中欧物联网表示白皮书》以及《中欧物联网语义白皮书》；第二，加快物联网语义技术的研究。推进相应的研究成果纳入国际标准化体系，从而实现物联网资源技术的共享，扩大该领域物联网的开放程度；第三，增强传输层面的关键技术自主研发能力。对于我国自主设计和研发的WIA-PA无线连接技术，应该加快推进在该领域的技术普及，另外对特定应用需求的LTE-V自主创新技术的应用标准，应该更快的实现国际标准化发展；第四，推进物联网应用系统，促进产业生态化发展。对于物联网操作系统研发，大多是基于国外的基础性操作，但是不能因为国外在该领域关键技术的垄断地位就放弃对该领域的技术研究。如在更为便捷化的物联网操作系统，可穿戴设备以及智能硬件的终端机研制和产品生产方面，国家应该给予足够的重视和政策优惠，通过建立开源项目实现开放运用和开放硬件的生态社区发展模式创新。

4.3 厘清技术引进、消化吸收以及自主创新三者之间的关系

探讨物联网关键技术突破的三种模型的关系，主要目的是通过认清当前我国物联网在关键技术领域与国外的现实差距，并通过物联网关键技术的三种突破模式的认识，弄清我国物联网关键技术发展的内在理论关系，以促进我国在物联网关键技术层面的发展。关于技术引进、消化吸收以及自主创新三者的关系，当前学术界有两种主要观点：第一，技术引进同自主创新之间是相互替换的关系，即通过技术引进和对应用产品的性能考虑，在对技术进行消化吸收的基础上，进行技术创新和改造；第二，技术引进与自主创新之间是互补关系，即通过技术引进促进了企业技术研发的自主创新能力。综合来看，技术引进无论从技术突破还是成本核算等方面，对于当前我国物联网关键技术的发展是必要的。具体引入技术的类型和当前技术的研发难度和突破难度都会对自主创新造成不同程度的影响，因此，企业在自主创新和改革创新的过程中，要认清关键技术的实际发展趋势，虽然自主创新是目的，但是不要盲目的追求自主创新，应该根据技术成熟的具体实际情况进行选择，这样才能够为企业节约成本，并抢占市场资源，获得发展的先机。

5 结 论

物联网产业的兴起是时代发展的必然趋势，国家致力于开发云计算、NFC、移动支付等相关技术的研发。在大数据时代的背景下，物联网关键技术在交通物流、家庭智能、城市管理以及信息通讯等领域已经实现了提供更为便捷的服务，未来是物联网的世界。由此，我国应该提供更加优惠的物联网关键技术研发政策，加大对物联网技术的经费投入力度，审时度势地加大对关键技术的引入、吸收以提高自身二次创新以及自主创新的能力，并在科技的飞速发展中实现社会经济水平的提升。

参考文献：

[1] 王京安，汤月，王坤.基于Citespace的技术机会发现研究——以物联网技术发展为例 [J].现代情报，2018，38（2）：130-137+170.

[2] 张梅，孙近友.农作物品种区域试验物联网系统组成及关键技术应用 [J].现代农业科技，2018（3）：282-286.

[3] 肖粮萍.计算机物联网关键技术及应用分析 [J].中国高新区，2018（4）：182.

[3] 单立娟.计算机物联网技术在多领域应用分析 [J].电子制作，2017（Z1）：33-34.

[4] 胡宇轩.物联网关键技术之RFID概述 [J].电子世界，2018（3）：11-13.

[5] 陆国甲.协同创新下物联网实训室的建设与应用 [J].电子技术与软件工程，2017（24）：9.

[6] 欧阳瑾.物联网技术在大型活动通信保障中的应用前景研究 [J].现代工业经济和信息化，2017，7（21）：57-58+61.