物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及智能家居應用市場(chǎng)調研分析

[導讀]物聯(lián)網(wǎng)是在已有的互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)和廣電網(wǎng)發(fā)展的前期基礎上，將互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò )概念進(jìn)一步擴展到生活當中的各個(gè)實(shí)體物質(zhì)當中，具體地說(shuō)，就是把感應器嵌入和裝備到日常生活設計的一切可能物體中，通過(guò)這些物體網(wǎng)絡(luò )連接，形成物聯(lián)網(wǎng)，從而使得人類(lèi)社會(huì )真正步入智能化和統一化的時(shí)代，各種物品之間均可以實(shí)現自由的交流，形成一個(gè)完全擬人化的智能世界。 世界主要發(fā)達國家都從國家戰略的高度...

　　物聯(lián)網(wǎng)是在已有的互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)和廣電網(wǎng)發(fā)展的前期基礎上，將互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò )概念進(jìn)一步擴展到生活當中的各個(gè)實(shí)體物質(zhì)當中，具體地說(shuō)，就是把感應器嵌入和裝備到日常生活設計的一切可能物體中，通過(guò)這些物體網(wǎng)絡(luò )連接，形成物聯(lián)網(wǎng)，從而使得人類(lèi)社會(huì )真正步入智能化和統一化的時(shí)代，各種物品之間均可以實(shí)現自由的交流，形成一個(gè)完全擬人化的智能世界。 

　　世界主要發(fā)達國家都從國家戰略的高度來(lái)大力推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，我國政府也高度重視物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。我國“十二五”規劃中已明確將物聯(lián)網(wǎng)作為戰略性新興產(chǎn)業(yè)來(lái)培育發(fā)展，將建設物聯(lián)網(wǎng)應用示范工程列為戰略性的新興產(chǎn)業(yè)。 

　　同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)為智能家居的發(fā)展提供了可靠的技術(shù)條件，使智能家居成為可能，表現在：物聯(lián)網(wǎng)所包括的射頻技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、綜合布線(xiàn)技術(shù)、信息協(xié)議交換使得物品具有數據化的身份標識，借助家庭網(wǎng)關(guān)，數據可以在電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)上對內和對外流動(dòng)。如今的智能家居集安全防護、方便時(shí)尚和健康生活三大生活家居產(chǎn)品為一體，早已打破僅局限于室內開(kāi)關(guān)遙控的模式，讓居室安全和家庭健康也智能起來(lái)，智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用生活的具體表現，使一個(gè)抽象概念正逐步轉變成現實(shí)應用。 

　　1、物聯(lián)網(wǎng)與智能家居

　　1.1物聯(lián)網(wǎng)

　　目前我國對物聯(lián)網(wǎng)還沒(méi)有一個(gè)統一的標準定義，但從物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上看，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò )基礎設施，它具有基于標準和互操作通信協(xié)議的自組織能力，其中物理的和虛擬的“物”具有身份標識、物理屬性、虛擬的特性和智能的接口，并與信息網(wǎng)絡(luò )無(wú)縫整合。物聯(lián)網(wǎng)將與媒體互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一起，構成未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)。 

　　物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)概括起來(lái)主要體現在三個(gè)方面： 

　　(1)互聯(lián)***征：對需要聯(lián)網(wǎng)的物一定要能夠實(shí)現互聯(lián)互通的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )； 

　　(2)識別與通信特征：納入物聯(lián)網(wǎng)的“物”要具備自動(dòng)識別及物物通信(M2M)的功能； 

　　(3)智能化特征：網(wǎng)絡(luò )系統應具有自動(dòng)化、自我反饋與智能控制的特點(diǎn)。 

　　1.2物聯(lián)網(wǎng)參考架構模型

　　中國移動(dòng)在物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)方面的工作進(jìn)展較快，提出的感知層、網(wǎng)絡(luò )層和應用層的物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構模型，是構建多應用互聯(lián)互通、信息共享的基礎。在這個(gè)體系架構模型中，提出了物聯(lián)網(wǎng)信息中心和管理中心的概念。 

　　從技術(shù)架構上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)三層結構的組成和功能如下： 

　　(1)感知層：由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維標簽、RFID標簽和讀寫(xiě)器、攝像頭、GPS等感知終端。感知層的作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)獲取識別物體、采集信息的來(lái)源，負責完成感知、識別物體，采集、捕獲信息。 

　　(2)網(wǎng)絡(luò )層：由各種私有網(wǎng)絡(luò )、互聯(lián)網(wǎng)、有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò )管理系統和云計算平臺等組成，相當于人的神經(jīng)中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息，具備網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)和信息運營(yíng)的能力。 

　　(3)應用層：物聯(lián)網(wǎng)和用戶(hù)(包括人、組織和其他系統)的接口，它與行業(yè)需求結合，實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的智能應用，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)應用相結合，實(shí)現廣泛智能化應用的解決方案集。 

　　1.3智能家居應用方案

　　如今，家庭內部里的許多家用設備形式越來(lái)越多樣，有些設備本身就具備遙控能力，比如空調、電視機等，有些則不具備這方面能力，比如熱水器、微波爐、電飯煲、冰箱等。而這些設備即使可以遙控，對其控制能力、控制范圍都是非常有限的。并且這些設備之間都是相互孤立存在的，不能有效實(shí)現資源與信息的共享。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，特別是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)的日益成熟，智能家居中各家用設備問(wèn)互聯(lián)互通的問(wèn)題也將得到解決。 

　　智能家居集安全防護、方便時(shí)尚和健康生活三大生活家居產(chǎn)品為一體，集中在以下應用： 

　　(1)家庭安防中心：家庭安防設備，如攝像頭、紅外探測器、煙霧探測器等，一旦接人物聯(lián)網(wǎng)，主人就可以在任何時(shí)刻任何地點(diǎn)了解家里的安全動(dòng)態(tài)。 

　　(2)家庭醫療中心：家庭若有老人和小孩，可在合適位置安放攝像頭，了解他們的狀況。家用醫療器械，如血壓計等連接物聯(lián)網(wǎng)，與社區醫院聯(lián)網(wǎng)，方便醫生實(shí)時(shí)了解病人的身體狀況，及時(shí)做出治療。 

　　(3)家庭數據中心：家庭里的大量數據資料，如電影、音樂(lè )、游戲等，可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，海量存儲到網(wǎng)絡(luò )數據服務(wù)器上，方便隨時(shí)查看。 

　　(4)常用的家庭信息，如天氣預報、咨詢(xún)信息等可以通過(guò)連接入網(wǎng)的家庭終端設備及時(shí)了解到。 

　　(5)家庭商務(wù)中心：商務(wù)中心可以完成一系列的，如繳費、支付、購物的任務(wù)，讓主人可以足不出戶(hù)完成各種瑣碎的日常生活。 

　　智能M2M家用網(wǎng)關(guān)負責家用設備的各類(lèi)信息的采集，同時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和Internet把信息上行傳送到物聯(lián)網(wǎng)管理中心，各類(lèi)用戶(hù)可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)管理中心的Web應用服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)到各自關(guān)心的家用設備信息。另一方面，用戶(hù)可以借助物聯(lián)網(wǎng)管理中心的設備訪(fǎng)問(wèn)應用服務(wù)，實(shí)現對各類(lèi)設備進(jìn)行遠程控制的目的，這些控制包括簡(jiǎn)單的設備開(kāi)、關(guān)、模式及參數調整等，同時(shí)還包括了終端設備嵌入式應用的版本升級、設備遠程診斷等。

　　2、關(guān)鍵技術(shù)與待解決問(wèn)題 

　　綜合物聯(lián)網(wǎng)參考模型和智能家居結構，物聯(lián)網(wǎng)應用的開(kāi)展需要解決以下技術(shù)及問(wèn)題： 

　　(1)物體屬性標識：屬性包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的屬性，靜態(tài)屬性可以直接存儲在標簽中，動(dòng)態(tài)屬性需要由傳感器實(shí)時(shí)探測； 

　　(2)物體屬性識別：需要識別設備實(shí)現對物體屬性的讀取，并將信息轉換為適合網(wǎng)絡(luò )傳輸的數據格式； 

　　(3)物體信息的傳輸與處理：將物體的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸到信息處理中心(處理中心可能是分布式的，如家里的電腦或者手機，也可能是集中式的，如中國移動(dòng)的IDC)，由處理中心完成物體通信的相關(guān)計算。 

　　2.1感知層技術(shù)

　　數據采集是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現“物物相聯(lián)，人物互動(dòng)”的基礎。采集設備一般采用嵌入式系統，為了獲得各種客觀(guān)世界的物理量，如溫度、濕度、光照度等等，傳感器技術(shù)也是數據采集技術(shù)中的重要一支。因此，物聯(lián)網(wǎng)的數據采集技術(shù)包括傳感器技術(shù)、嵌入式系統技術(shù)、采集設備以及核心芯片。 

　　ECP提供了一套較完善的產(chǎn)品電子代碼編碼方法，實(shí)現對物理對象的惟一標識。RFID作為一種射頻自動(dòng)識別技術(shù)，通過(guò)物品標簽與閱讀器之間的配合，可以基于計算機互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現物品的自動(dòng)識別和信息的互聯(lián)與共享，為物聯(lián)網(wǎng)中物品的身份標識提供技術(shù)支持。ECP標簽中存儲著(zhù)數據格式規范的信息即對物品靜態(tài)信息的描述，通過(guò)RFID閱讀器將物品的屬性信息自動(dòng)采集到系統中，實(shí)現對物品的自動(dòng)識別并按照一定的要求完成數據格式轉換通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據通信網(wǎng)絡(luò )傳遞到數據處理中心，便于后續的管理和使用。 

　　智能信號處理將對采集設備獲得的各種原始數據進(jìn)行必要的處理，以獲得與目標事物相關(guān)的信息。首先獲得各種物理量的量測值，即原始信號。之后通過(guò)信號提取技術(shù)篩選有用信號，通過(guò)調理提高信號的信噪比；高信噪比的信號通過(guò)各類(lèi)信號變換，在映射空間上可以進(jìn)行信號的特征提取。借助于信號分析技術(shù)，如特征對比、分類(lèi)技術(shù)，可以將各種特征信號對應到某一類(lèi)的物理事件。在物聯(lián)網(wǎng)的信號處理技術(shù)中，以多物理量檢測、信號提取、信號調理、信號變換、信號分析為核心關(guān)鍵技術(shù)。 

　　2.2網(wǎng)絡(luò )層技術(shù)

　　為了實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)的普適性，終端感知網(wǎng)絡(luò )需要具有多樣性，而這種多樣性是通過(guò)通用物體通信協(xié)議來(lái)保證的。由于終端感知節點(diǎn)并不是固定組網(wǎng)，為了完成不同的感知任務(wù)，實(shí)現各種目標，節點(diǎn)組網(wǎng)技術(shù)必不可少。終端感知設備之間的通信不能采用傳統設備的通信協(xié)議，因此需要自適應優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。同時(shí)終端設備的低處理能力、低功耗等特性，決定了必須采用輕量級和高能效的協(xié)議。 

　　智能家居系統的終端網(wǎng)絡(luò )通信的數據傳輸量小，無(wú)需太大的傳輸速度，但是要求信息交換實(shí)時(shí)性強，延時(shí)段，同時(shí)還要求網(wǎng)絡(luò )的容量大，以滿(mǎn)足家庭中的各種家電設備。ZigBee的技術(shù)特點(diǎn)決定了其能很好地滿(mǎn)足智能家居網(wǎng)絡(luò )的上述需求，特別是具備自組織、自愈能力，這樣的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是智能家居系統理想的通信方式。 

　　物聯(lián)網(wǎng)以終端感知網(wǎng)絡(luò )為觸角，以運行在大型服務(wù)器上的程序為大腦，實(shí)現對客觀(guān)世界的有效感知以及有利控制。其中連接終端感知網(wǎng)絡(luò )與服務(wù)器的橋梁便是各類(lèi)網(wǎng)絡(luò )接入技術(shù)，包括GSM、TD-SCDMA等蜂窩網(wǎng)絡(luò )，WLAN、WPAN等專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，Internet等各種網(wǎng)絡(luò )。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )接入是通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)完成的。 

　　物聯(lián)網(wǎng)是在現有計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用RFID技術(shù)實(shí)現對物品的電子標識，然后再利用無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)，構造一個(gè)覆蓋世界上萬(wàn)事萬(wàn)物的網(wǎng)絡(luò )，并實(shí)現網(wǎng)絡(luò )中物品與物品或人與物品之間的“交流”。因此，因特網(wǎng)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎，或者說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)是因特網(wǎng)技術(shù)在應用范圍上的一個(gè)由人及物的拓展，因特網(wǎng)主要解決物聯(lián)網(wǎng)中傳感器節點(diǎn)感知信息的傳輸與共享問(wèn)題。 

　　物聯(lián)網(wǎng)的最終發(fā)展形態(tài)一定具有“泛在網(wǎng)絡(luò )”的特點(diǎn)，方便人們隨時(shí)、隨地與目標對象進(jìn)行通信，因此，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的應用是必不可少的一種通信技術(shù)手段。事實(shí)上，目前物聯(lián)網(wǎng)所涉及的RFID或傳感器網(wǎng)絡(luò )等核心技術(shù)中都融合了無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，也只有無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的應用，才能將物聯(lián)網(wǎng)的構想變?yōu)楝F實(shí)，同時(shí)達到其低成本和易于實(shí)現的目標。 

　　2.3應用層技術(shù)

　　物聯(lián)網(wǎng)以終端感知網(wǎng)絡(luò )為觸角，深入物理世界的每一個(gè)角落，獲得客觀(guān)世界的各種測量數據。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)戰略最終是為人服務(wù)的，它將獲得的各種物理量進(jìn)行綜合、分析，并根據自身智能合理優(yōu)化人類(lèi)的生產(chǎn)生活活動(dòng)。 

　　物聯(lián)網(wǎng)的支撐設備包括高性能計算平臺、海量存儲以及管理系統及數據庫等。通過(guò)這些設施，能夠支撐物聯(lián)網(wǎng)海量信息的處理、存儲、管理等工作。 

　　物聯(lián)網(wǎng)的應用需要智能化信息處理技術(shù)的支撐，主要需要針對大量的數據通過(guò)深層次的數據挖掘，并結合特定行業(yè)的知識和前期科學(xué)成果，建立針對各種應用的專(zhuān)家系統、預測模型、內容和人機交互服務(wù)。專(zhuān)家系統利用業(yè)已成熟的某領(lǐng)域專(zhuān)家知識庫，從終端獲得數據，比對專(zhuān)家知識，從而解決某類(lèi)特定的專(zhuān)業(yè)問(wèn)題。預測模型和內容服務(wù)等基于物聯(lián)網(wǎng)提供的對物理世界精確、全面的信息，可以對物理世界的規律(如洪水、地震、藍藻)進(jìn)行更加深入的認識和掌握，以做出準確的預測預警，以及應急聯(lián)動(dòng)管理。人機交互與服務(wù)也體現了物聯(lián)網(wǎng)“為人類(lèi)服務(wù)”的宗旨。人機交互提供了人與物理世界的互動(dòng)接口。物聯(lián)網(wǎng)能夠為人類(lèi)提供的各種便利也體現在服務(wù)之中。 

　　數據智能處理是實(shí)現以數據為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。包括數據匯聚、存儲、查詢(xún)、分析、挖掘、理解以及基于感知數據決策和行為的理論和技術(shù)。數據匯聚包括實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)數據匯總后存放到數據庫中，方便后續數據挖掘、專(zhuān)家分析、決策支持和智能處理。 

　　2.4數據安全與運營(yíng)管理

　　由于物聯(lián)網(wǎng)終端感知網(wǎng)絡(luò )的私有特性，因此安全也是一個(gè)必須面對的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感節點(diǎn)通常需要部署在無(wú)人值守、不可控制的環(huán)境中，除了受到一般無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )所面臨的信息泄露、信息篡改、重放攻擊、拒絕服務(wù)等多種威脅外，還面臨傳感節點(diǎn)容易被攻擊者獲取，通過(guò)物理手段獲取存儲在節點(diǎn)中的所有信息，從而侵入網(wǎng)絡(luò )、控制網(wǎng)絡(luò )的威脅。涉及到安全的主要有程序內容、運行使用、信息傳輸等方面。 

　　從安全技術(shù)角度來(lái)看，相關(guān)技術(shù)包括以確保使用者身份安全為核心的認證技術(shù)，確保安全傳輸的密鑰建立及分發(fā)機制，以及確保數據自身安全的數據加密、數據安全協(xié)議等數據安全技術(shù)。因此在物聯(lián)網(wǎng)安全領(lǐng)域，數據安全協(xié)議、密鑰建立及分發(fā)機制、數據加密算法設計以及認證技術(shù)是關(guān)鍵部分。 

　　由于終端感知網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)眾多，因此必須引入節點(diǎn)管理對多個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行操作。其中包括以使終端感知網(wǎng)絡(luò )壽命最大化為目標的能量管理，以確保覆蓋性及連通性為目標的拓撲管理，以保證網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量為目標的QoS管理及移動(dòng)控制，以實(shí)現異地管理為目標的遠程管理技術(shù)，同時(shí)包括存儲配置參數的數據庫管理等。 

　　作為物聯(lián)網(wǎng)應用不可或缺的組成部分，數據庫負責存儲由WSN或RFID收集到的感知數據，所用到的數據庫管理系統可選擇大型分布式數據庫管理系統。管理系統能夠將已存儲的數據進(jìn)行可視化顯示、數據管理(包括數據的添加、修改、刪除和查詢(xún)操作)以及進(jìn)一步分析和處理(生成決策和數據挖掘等)。 

　　2.5物聯(lián)網(wǎng)標準問(wèn)題

　　物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)新穎的概念，所涉及的技術(shù)和包羅的對象十分豐富。雖然，當前世界上有相當數量的國家和技術(shù)力量正在積極地從事著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)方面的研究工作，但物聯(lián)網(wǎng)本身還存在著(zhù)待解決的缺乏完整的標準體系問(wèn)題，如國內物聯(lián)網(wǎng)存在的主要問(wèn)題就包括“關(guān)鍵技術(shù)有待突破、研發(fā)力量比較分散、體系架構尚未建立、標準不統一”等。只有標準化問(wèn)題解決好了，便捷而高效的互聯(lián)互通才有可能實(shí)現。 

　　3、結語(yǔ)

　　目前我國的物聯(lián)網(wǎng)智能家居并沒(méi)有完全的實(shí)現，也沒(méi)有大規模的應用到家居的各個(gè)環(huán)節中，究其原因不但和產(chǎn)品成本較高有關(guān)，也和互聯(lián)網(wǎng)的安全性有關(guān)。 

　　物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)推廣成為推動(dòng)智能家居發(fā)展的催化劑，智能家居系統逐步朝著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化、信息化、智能化方向發(fā)展，智能終端設備的產(chǎn)品也逐步走向成熟，尤其以ZigBee為代表的先進(jìn)技術(shù)應用，使得物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)往無(wú)線(xiàn)方向發(fā)展，也從一定程度上降低了產(chǎn)品的成本，更容易推廣和接受。同時(shí)加強網(wǎng)絡(luò )安全機制，保護個(gè)人信息，才能真正讓互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)造福于人類(lèi)。