1.3　物联网技术典型应用举例

物联网技术可以在很多领域应用，这可以从物联网的功能和特性自然而然地联想到。可以通过物联网无处不在的连接和感知技术实现自动感知、信息处理与上报，或者通过自动调节决策来支持各种应用。下面简单介绍几个物联网技术典型应用。

1.3.1　机器互联服务

机器互联（Machine to Machine，M2M）服务是最早的物联网应用形式[4]。目前，国内外不少电信与移动通信运营商在M2M领域进行了大量研究，推出了各种M2M业务，如汽车信息服务、车队管理、远程医疗、远程计量等。例如，中国移动在2004年就开始开发M2M业务；国外的电信运营商，如Oragne、Sprint、DoCoMo等也推出了M2M业务，尤其是挪威电信，2010年，其M2M业务量就占其业务总量的40%左右。

M2M所表达的是将原来通信网络中的人与人（H2H）之间的通信扩展为机器之间的通信、机器控制通信、人机交互通信、移动互联通信等多种方式，它让机器设备、应用处理过程与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息。M2M应用综合了数据采集、卫星导航定位、远程监控、通信、信息处理等技术，能够实现业务流程的自动化。M2M技术使所有机器设备都具备连接网络和通信的能力，它让机器之间、人与机器之间实现了无缝连接与通信，如图1-2所示。

M2M技术的出现使得通信网络需要连接并提供的通信服务的对象、种类和数量发生了质的变化。通信服务的对象除了原有的人、计算机、IT设备，还加入了数以亿计的非IT设备。随着M2M技术的发展，这些新成员的数量及其数据交换的网络流量将迅速增加：就目前涉及的物联网行业应用而言，至少有农业、交通、教育、医疗、物流、能源、环保、制造、安全等多个领域；就目前涉及的个人和家庭电子设备而言，至少有电子书阅读器、音乐播放器、DVD播放器、游戏机、数码相机、家用电器和家庭安防设备等。如果将这些所谓的“物”都纳入物联网通信的应用范畴，其潜在涉及的通信连接数可达数百亿，远远高于现有的人与人之间的通信连接数，这为通信领域的扩展和企业转型提供了巨大的空间，正好对应5G移动通信系统的三个主要应用场景之一[5]：海量机器类通信（massive Machine Type Communications，mMTC），5G强大的连接能力可以快速促进各垂直行业（智慧城市、智能家居、环境监测、智慧农业、智能制造等）进行深度融合。

在物联网框架下，M2M的应用范围会更加广泛，现有的M2M应用只是物联网的一个点或一条线，只有M2M规模化、普及化，并且彼此通过网络实现智能融合和通信，才能形成物联网。所以，彼此孤立的M2M并不是物联网，但M2M应用是物联网构成的基础，M2M的终极目标就是物联网。

1.3.2　大众医疗保健服务

现代文明的重大进步往往以各种网络系统的建立为标志，医疗保健服务的提供也不例外，它主要依托设置了多种医学传感器的家庭网络、公用通信网络，以及各种支持医疗保健服务的专业网络（如保险服务网络、医院系统网络、社区服务网络等）和服务系统，如图1-3所示[3]。物联网的问世实现了与医疗健康相关的各种硬件和软件资源的共享与无缝集成，实现了各子系统的协同运行，可以高效地完成多项医疗健康活动，打破了医院的传统服务方式，其服务对象由“有病求医”的患者扩展到整个社会。

（1）家庭网络采集汇总数据。在家庭网络中利用测量动态血压、心电、体温等生命体征的传感器（便携式数据采集器）采集广大亚健康人群、老龄人群、慢性病人群、术后人群在日常生活中的生命体征数据，并将数据通过公用通信网络有效传输到物联网服务提供商的区域健康数据中心、医院等部门进行存储、分析、处理。

（2）公用通信网络完成传感信息与服务信息的传送。公用通信网络提供覆盖众多家庭网络与物联网服务提供商、医院、保险公司、社区服务中心的无缝连接与通信服务。

（3）物联网服务提供商在应用层建立患者与医院的联系。物联网服务提供商在收集、汇总、处理从家庭网络采集的患者血压、心跳、血糖、体温等基础数据的基础上，通过公用通信网络与医院、保险公司、社区服务中心等机构建立连接，为用户提供各种医疗保健服务，具体服务如下。

①物联网服务提供商将患者的各项生命体征数据传送到健康监护平台的合作医院，医院的专科医生根据数据及时向患者提供健康建议和提醒。同时，医院对这些信息进行科学规范的整合和集成，并纳入整个社会医疗保健数据库，实现适应现代医疗保健管理模式的信息资源的互联互通和高度共享。

②在医院为患者服务的同时，物联网中的信息服务系统会自动根据服务类型与开具的药品清单向患者收取费用，且医院与保险公司和银行的交割、对患者医疗保健费用的报销和转账也能在瞬间完成。

③物联网服务提供商会将患者的各项生命体征数据处理后形成家庭状态报告，并将报告适时地通过呼叫、消息、电子邮件、Web报告等形式上报给社区服务中心，由社区服务中心根据家庭状态报告的内容为不同的家庭提供个性化的服务，包括送药上门、健康状况探访等，如遇紧急情况，将与急救中心取得联系，实施紧急援救服务。

1.3.3　环境与敏感区域监控服务

随着现代社会经济的高速发展，人类面临的环境问题日益严峻。大气污染、水污染、噪声污染、电磁辐射污染、森林植被破坏及土壤沙化等问题日趋严重。环境问题威胁着民众的健康，破坏着城市生态环境，严重制约着生态平衡及社会的可持续发展。因此，促进环境保护向自动化、智能化、网络化的方向发展成为未来环境保护工作的重点，环保信息化势在必行。另外，对于敏感区域（重要活动场地、周边道路等）进行实时监控以确保社会和谐发展也是物联网技术的重要应用领域。

图1-4所示为基于物联网的环境与敏感区域监控服务[3]，其技术发展与传统的物联网相比既有共同之处也有其自身的特点，其工作流程分为信息感知、信息传输、信息处理与应用3个环节。

（1）信息感知环节：利用移动传感器网络，以分布式的方式进行信息采集，协作感知所覆盖区域的环境与重点区域的监测信息，通过环境传感器、智能卡、识别码、视频监视器等感知设备实现环境指标监测、物体识别、事故应急等信息的捕获、采集，达到智能感知的目的。信息感知环节主要涉及传感器部署、传感器数据采集、传感器组网和协同感知数据处理等技术，其中，以传感器数据采集技术、传感器组网和协同感知数据处理技术为代表。

（2）信息传输环节：通过不同的接入方式与信息传输方式将信息感知环节的传感器、传感器网络和其他信息采集装置获取的数据接入基础架构统一的通信网络。由于涉及的传感器装置种类多且数量巨大，所以需要利用异构的网络接入技术和基础核心网络技术，包括基础光纤传送网、IP互联网、公用交换电话网（PSTN）、广播电视网、NGN核心网、5G移动通信网和卫星通信网技术，以及Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、UWB等短距离无线传输技术。

（3）信息处理与应用环节：面向环境与敏感区域监控服务，针对众多的数据来源和庞大的数据量，一方面需要具有极强的数据处理能力和分发能力，以完成信息的分析、处理和决策，实现特定环境监测的智能化应用和服务；另一方面需要结合特定的流程和规则进行数据分析和利用，主要包括交通流量监视、事故与犯罪监控、环境监测、Web服务等。在信息处理与应用环节将会涉及计算、处理、分析数据的能力和信息分发平台的技术，其中，以云计算技术为代表。

1.3.4　天基航空器监视与管控服务

根据2018年9月国际航空运输协会（IATA）发布的全球航空运输数据年度报告[6]，2017年，多国的航空公司在全球2万多个城市间执飞定期的客运航班，全球航空旅客首次超过40亿人次。面对全球数量巨大的商用民航客机、货机和各类通用飞机（公务机、农业机、多用途飞机等）的航空监视与管理，仅仅依靠在地面部署航管雷达是远远不够的，特别是在占地球表面大部分面积的海洋、沙漠等根本无法部署航管雷达的区域，因此需要由加装了广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）系统装备的天基物联网来完成对各类航空器的监视与管控服务[7]。

ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，由信息源、信息传输通道及信息处理与显示3部分组成。ADS-B系统的主要信息包括飞机的4维位置信息（经度、纬度、高度和时间）和其他可能附加的信息（冲突告警信息、飞行员输入信息、航迹角、航线拐点等），以及飞机的识别信息和类别信息。此外，还可能包括一些其他附加信息，如航向、空速、风速、风向和飞机外界温度等。这些信息可以由以下航空电子设备得到：①全球卫星导航系统（GNSS）；②惯性导航系统（INS）；③惯性参考系统（IRS）；④飞行管理器；⑤其他机载传感器。ADS-B系统的信息传输通道以ADS-B报文形式通过数据链进行广播式传播。ADS-B系统的信息处理与显示主要包括位置信息和其他附加信息的提取、处理及有效算法，并且形成清晰、直观的背景地图，以及航迹、交通态势分布、参数窗口和报文窗口等，最后以伪雷达画面实时地提供给用户。

Aireon公司（由美国铱星公司和加拿大导航公司NAV CANADA合资成立）用ADS-B系统提供了首个全球空中交通监视系统，如图1-5所示。该系统在下一代铱星（Iridium Next）低轨星座的每颗卫星上加装了ADS-B设备载荷，在需要监视与管控的各类航空器和相应的地面站也加装了ADS-B设备。这种基于卫星的ADS-B接收机网络将来自所有配备ADS-B设备的飞机的信号转发给全球的空管控制器，无论地形、位置或基础设施如何，都能实现100%的全球空中交通监视与管控。