物联网是什么？探索物联网的定义、技术与未来发展趋势

庄子曰：“天地与我并存，万物与我合一”。庄子平等对待天、地、万物、人，打破了“人为中心”的束缚。如果互联网是以“人的需求”为中心构建的，那么物联网就真正实现了人与万物的并置，实现了人与物、物与物的网络通信。连接世界、让一切变得智能是物联网的最终目标。

1 什么是物联网？

有人说物联网是传感器；有人说物联网是传感器。有人说物联网是5G、NB-IOT；有人说物联网是大数据；有人说物联网是大数据。还有人说物联网就是智慧地球、智慧城市。智能交通、智能家居；有人说平安城市、天网工程、雪亮工程是物联网；甚至有人说物联网类似于人工智能。

物联网的概念最早由美国麻省理工学院于1999年提出，英文名称为Internet of Things，意为“相互连接的事物的网络”。从物联网的本质来看，物联网将任意物体的任意测量量转化为一串数字，然后利用网络发送出去进行分析处理，进而支持相关应用的数据转换过程。

2 物联网感知层技术发展趋势

物联网区别于互联网的本质是什么？

这是感知层。感知层的基础是传感器。

事实上，每个人每天都会使用传感器。手机和汽车上有很多传感器。

20世纪50年代，传感器技术在欧美军事技术和航空航天领域的实验研究中开始发展。

20世纪70年代以来，利用半导体、电介质、磁性材料等固体元件的某些特性，利用热电效应、霍尔效应和光敏效应制作热电偶传感器、霍尔传感器和光敏传感器。这是固态传感器的时代。结构传感器和固体传感器都属于模拟传感器阶段。 20世纪70年代末，随着集成技术、微电子技术和计算机技术的发展，出现了集成传感器。集成传感器功能多、成本低、性能好。这一阶段，传感器技术开始从模拟向数字发展。

20世纪80年代，微机技术与检测技术相结合，产生了智能传感器。一开始，将信号转换电路、微机、存储器和接口集成在一块芯片上，与传感器结合起来，就成为智能传感器，具有检测、数据处理和自适应能力。 20世纪90年代后，智能测量技术使传感器本身变得智能化，具有自诊断功能、记忆功能、多参数测量功能、网络化通讯功能等。

20世纪90年代，无线传感器网络技术逐渐成熟。传感器技术的发展历史如下图所示。

进入21世纪，计算机技术飞速发展，极大地提高了信息处理的效率。 LTE和5G的NB-IOT等无线通信技术正在快速发展，提高了信息传输的效率。随着新材料、新工艺、传感器新应用的不断出现，检测技术和控制技术得到发展，信息采集能力、测量精度、可靠性得到根本提高；与此同时，传感器正在进一步小型化和网络化。 。多种趋势结合在一起，推动物联网传感技术进一步成熟，如下图所示。

现代传感器正从传统的单一功能向集成化、无线化、网络化、数字化、系统化、小型化、智能化、多功能、光机电一体化、免维护等方向发展。同时，传感器的功耗会越来越低，精度和可靠性会越来越高，测量范围也会越来越广。

受益于5G基础通信网络的建设、物联网终端种类的持续增长以及各类物联网场景的应用需求激增，有权威机构预测，到2025年，全球物联网连接数将达到1000亿。未来10年，物联网将拥有万亿级市场，产业规模将比互联网大数倍。前景如此可期！

进入物联网时代，为了匹配各种应用场景，传感技术呈现出以下新的发展趋势：

(1)新型传感器材料的开发与应用

传感器技术升级的重要推动力是新材料的应用。新型光电传感器的敏感材料具有检测距离远、分辨率高、响应快、物体检测范围广等特点；生物敏感材料因其选择性好、灵敏度高、成本低而广泛应用于食品、医药、化工、临床等行业。在检验、生物医学、环境监测等方面具有广阔的应用前景；新型纳米材料推动传感器向微观方向发展。未来随着物联网应用场景的不断拓展，人们将研发出更多优质的新型传感器材料，新材料的应用水平也将不断提高。

(2) 提高传感器集成度

提高传感器集成度有两个方向：一是在同一芯片上集成多种类型的传感器；二是在芯片上集成多种类型的传感器。另一种是将传感器与其他后续功能电路集成。这两个方向就是传感器多功能化的方向。多传感器集成芯片可以检测从点到面到体的参数，并可以实现多维参数的图形化呈现。例如，应用于临床医学的传感器，芯片尺寸仅为2.5mm×0.5mm，可以快速同时检测一滴血中Na+、K+、H+等多种离子的浓度。集传感、检测功能于一体，具有放大、计算、干扰补偿等功能的传感器具有良好的适应性，在机器人行业得到了广泛的应用。

(3)无线联网

无线网络技术与传感器技术的结合就是无线传感器网络技术。在网络中，传感器作为节点，采集温度、湿度、压力、噪声等各种测量量。多个节点组成一个网络。每个传感器节点可以看作是一台快速计算的微型计算机，它将传感器采集到的信息转换成数字信号。节点可以相互通信并与中央处理中心通信。无线传感器网络是一个高度交叉、学科交叉的新兴热点研究领域。随着工业、农业、军事、环境、医疗、智能家居、智慧城市等领域的应用需求不断增加，传感器的无线网络应用将越来越成熟。

(4)小型化、小型化

新型传感器材料的使用和集成度的提高可以促进传感器的小型化、小型化。小型化传感器占用空间小、重量轻、响应快、灵敏度高、成本低、能耗低、易于安装和维护。在医学上，有一种“神经尘埃”传感器，它只有沙粒大小（长3毫米，高1毫米，宽0.8毫米）。这种微型传感器的晶体管负责收集神经和肌肉组织的信息，然后以超声波的形式传输。将相应信息反馈给外部接收器，为医生确认病情提供参考。随着传感技术的发展，微型传感器将能够测量越来越多的物理量、化学量和生物量。在航空、远距离检测、医疗和工业自动化等领域也将有越来越多的应用。

（五）提高传感器智能化水平

智能传感器是微处理器和传感器的组合，它不仅可以收集信息，还可以处理和存储信息以进行逻辑思维和决策。智能传感器将具有数字通信接口，可以直接与计算机通信和交换信息。随着微处理器技术的不断发展，智能传感器在自适应、自维护、计算能力、实时性能等方面将进一步提高。

3 物联网感知层关键技术

描述5G物联网，我们先从感知层的技术开始。物体不具备感知周围信息的能力，“聋哑”终端即使连上互联网也没什么用处。传感器是物联网信息的来源，传感技术是物联网互联的基础。

物联网感知层“感知-智能出行”功能的实现依赖于感知层的一系列关键技术。

首先，传感技术是物联网测量技术的基础，是物联网信息的来源。传感器是物联网产业的关键部件。新材料技术、智能技术、集成技术、小型化技术是现代传感器发展过程中密不可分的课题。为了便于一次性部署和永久使用，低功耗是传感器产品研发的重要指标之一；为了推动物联网的大规模应用，低成本也是传感器研发的重要方向。

视频技术可以视为非接触传感技术，是物联网视觉能力的重要基础。视频采集技术不仅可以在正常情况下使用，还可以在夜间、高温、低能见度场景下使用。当然，在这些特殊的使用场景中，需要相应的视频采集、存储和分析识别技术。视频分析与识别技术依托大量高清视频数据，寻找实际空间环境中的趋势性、经验性、不确定性、随机性、模糊性信息，提取关键信息和有价值的数据，可应用于各种领域。智能交通、商业智能、防灾减灾、安全生产、智能安防、安全监控等行业应用，已成为解决实际问题的有力工具。

识别技术是通过RFID标签、条码、二维码、语音、生物识别等手段对物体进行识别和识别的技术。在产品上贴上可识别标签，增加了产品的外部特征，然后通过红外、激光扫描、RFID等技术识别这些外部特征，从而确认和判断物体的本质特征。 RFID是一种自动识别技术，也可以看作是物联网的信息采集技术。它本质上是一种射频技术和嵌入式技术相结合的传感器技术。 RFID在自动识别、物品物流管理等领域具有广阔的应用前景。

在物联网庞大的生态系统中，芯片技术含量较高，是产业链的基础和核心。感知层硬件的基础是各种芯片，如传感器、微控制器、存储器、超低功耗通信组件、定位模块、信号转换组件、电源管理组件等都需要相应的芯片。掌握了芯片技术的核心，你就有了物联网的核心话语权，也就拥有了一剑封住物联网咽喉的手段。

物联网中，传感器众多、读写设备众多、读取点众多、硬件设备类型众多、数据格式各异。传感器中间件是屏蔽底层设备复杂性的关键组件，是传感器硬件设备与上层业务应用之间的桥梁。感知层的中间件主要有两种类型。一是屏蔽传感器数据采集的复杂性，完成传感器测量数据的采集、过滤和合并；二是向上层提供业务和应用数据，完成感知过程。数据的存储、维护、访问和聚合。传感器中间件还可以为上层应用提供标准接口，让客户可以方便地利用其接口进行二次开发，提高感知层的定制开发能力和场景适配能力。

众多的无线传感器节点可以利用ZigBee协议组成传感器网络，协调各自的工作，形成更有价值的信息网络。物联网的短距离通信技术、ZigBee组网的应用原理、嵌入式网关技术都是传感器网络的关键技术。此外，每个传感器产生的数据需要通过远距离无线通信连接到平台层的各种应用软件。换句话说，传感器节点本身就相当于一个具有无线通信功能的终端。物联网时代，作为传感器节点的终端设备有很多。就像手机需要操作系统一样，各个细分场景的物联网智能终端设备也需要相应的嵌入式操作系统来感知层硬件的复杂性并支持无线传输。传感网络短距离通讯功能。物联网传感器终端设备的操作系统技术也是核心竞争能力之一。

在共享单车、共享汽车、安全出行、公共交通等应用中，可以利用定位技术测量目标的位置参数、时间参数、运动参数等时空信息，从而获知目标的具体位置和轨迹用户或对象的。 ，从而实现对人或物体的位置跟踪。定位技术也是物联网感知层应用的关键技术之一。

综上所述，物联网传感技术设计的关键技术族如下图所示。

4 IT、CT、IOT分层融合架构

我们经常听说5G需要实现IT、CT、IOT三T融合。

通过5G在平台侧采集感知到的数据，再通过云计算中心或大数据挖掘进行处理，人工智能算法决策可应用于各行业。也就是说，5G物联网并不是互联网的简单延伸和扩展，而是需要垂直行业技术与信息技术的融合。

物联网（IOT）技术利用5G技术来连接事物，各个垂直行业的应用需要一些通用的平台技术：人工智能、大数据、云计算的互联网。

这样看来，物联网（IOT）和其他T的界限并不是很清晰，很多技术感觉很共性。

5G时代——万物有情、万物皆用5G、万物皆平台、万物皆有应用。这些都是5G物联网的特点。

通过了解这些传感层技术，就可以掌握5G物联网的技术基础。结合5G通信技术和云计算、大数据、人工智能等平台技术，可以构建5G时代的终端-管道-云知识体系架构。

为了支持物联网系统中各种对象产生的信息的顺畅流动，需要在物联网系统中实现一系列的数据采集、数据转换、数据传输、数据分析、数据处理。这样，物联网的支撑技术需要包括多个层面：感知层技术（传感器技术、RFID技术、感知/识别技术、WSN技术）、网络层技术（低功耗高带宽无线通信技术） 、移动通信技术）、平台层技术（人工智能、大数据Data、云计算）、应用层技术。物联网发展的基础是物联网各组成部分的协调发展。

首先，物联网的本质是综合感知，因此感知层是物联网最基本的层面。物联网将促进各种传感技术的广泛应用。敏感元件在物联网系统中的应用可以提取人类感觉器官无法收集的有用信息，延伸和扩展人类的感知能力。例如，红外线、紫外线等光波敏感成分可以扩大人的视野；超声波和次声传感器可以扩大人们的听力。此外，各种嗅觉、味觉、光敏、热敏、磁敏、湿敏等敏感成分也有助于提高人体的感官能力。一旦将传感器添加到物体上，该物体就成为信息源，并且像互联网上的所有数字设备一样，它会发出它感知到的所有信息。一个行业应用齐全的物联网往往会部署大量的各类传感器。不同类型的传感器会测量不同的信息，并且这些信息是实时的。物联网的数据处理中心可以以一定的频率，周期性地采集传感器产生的信息，以获得最新的数据。

其次，物联网要实现可靠传输，必须依赖通信网络和互联网。物联网传感器定期收集的信息需要通过有线、无线网络或互联网进行传输。大量的传感器将产生大量的测量信息。为了保证数据传输的准确性和及时性，数据传输过程必须适应各种异构网络和协议。这些都要求物联网的网络层具有大容量、可靠、低时延、兼容异构网络等特点。

第三，每个接入物联网的物体都应该能够被跟踪和控制，还可以实现个性化呈现、远程升级、统计分析等功能，这就需要物联网支持智能处理和智能控制。 。当与大数据和人工智能（AI）结合时，利用云计算和模式识别等各种计算机技术，物联网可以变得具有预测性并支持协作工作。物联网的平台层具有海量数据的存储、计算、分析能力。它的责任是让物联网变得智能化、智能化。

最后，物联网必须与一定的应用场景相结合，解决人们在生产、生活中遇到的一类问题。例如城市安防、智慧校园、智慧医疗、智慧交通、车联网、智慧农业、智能家居、智能电网、石化行业监控、各种机器人的集中管控等都是物联网应用层的常见场景。随着物联网的发展，也将向更多的应用场景延伸，发现更新的应用领域和应用模式，从更多场景的传感器采集海量信息进行分析、处理和处理，以适应不同行业、不同应用。用户的不同需求。

简而言之，物联网有四个层次：感知层、网络层、平台层和应用层。这四个层次完成了数据采集、数据传输、数据分析的功能，如图1-6所示。如果把物联网比作人体，感知层相当于人的眼、耳、鼻、舌、皮肤、手脚等感觉器官，网络层相当于用于传输信息的神经系统。信息，平台层是人体。大脑处理和分析接收到的大量信息。传感器技术是感知层的基础，无线通信技术是网络层的关键，计算机技术是平台层的核心。它们在物联网系统中分别扮演着“感觉”、“神经”和“大脑”的角色。应用层相当于人要完成的任务，有明确的目标和方向，需要感觉器官、神经系统和大脑共同完成。

5 5G+ABC应用前景

感知层虽然收集了大量数据，但只完成了初步的、小规模的数据传输、提取和处理。如果这些数据想要能够“到达千里之外”，物联网就需要成为“假马骑士”（通过5G），让数据可以长距离传输，这样就接近终结了。世界;海量感知层数据汇聚到中央平台。为了支撑有价值、有意义、新颖独特的应用，物联网需要成为数据海洋的“假船运营商”（通过ABC），利用人工智能、大数据、云计算等超级“巨轮”完成数据的全面分析和处理，支持应用呈现。

5G作为移动通信技术的主要发展方向，为用户提供光纤接入速率、“零”延迟的操作感知以及千亿设备的连接能力。它将拉近一切，为用户带来身临其境的体验。环境中的信息盛宴。 “人工智能+大数据+云计算”帮助用户突破海量数据的时间和空间限制，为用户提供多场景、多应用、智能化、智慧化的交互体验，最终实现“信息在手”的总体愿景。触手可及，一切尽在掌握”。

“5G+ABC”必将开启物联网新征程，渗透到未来社会各个领域，构建以用户为中心的综合信息生态系统。

新观念、新应用。在“5G+ABC”时代的背景下，将会出现许多新的物联网应用，如车联网、自动驾驶、云AR/VR、智慧牧场、联网无人机、远程医疗、个人AI辅助、可穿戴设备、全息投影等当然，随着物联网各个层面技术的发展，各个行业也会出现很多新的应用。

在网络层技术和平台层技术（5G+ABC）双轮运行的驱动下，物联网必将实现感知层技术与多个垂直行业应用的跨界融合。未来的应用都是可以想象的，也是不可能的。

6 展望

未来十年，物联网连接数将突破万亿，物联网产业产值将突破万亿。那么有兴趣入门物联网的人如何才能快速上手呢？