1.4.1 物联网

物联网的基本思想出现于20世纪90年代末，源于美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）在1999年建立的自动识别中心提出的网络无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）系统。从2009年开始，国内物联网技术的研发和应用得到极大程度的关注，物联网已成为继计算机、互联网和移动通信之后新一轮信息产业的核心领域[16]。

由于物联网研究者研究着眼点的不同，目前尚没有对物联网的统一定义。狭义上的物联网是指连接物品到物品的网络，它实现物品的智能化识别和管理。广义上的物联网则可以看作信息空间与物理空间的融合，它将一切事物数字化、网络化，在物品之间、物品与人之间、人与现实环境之间实现高效信息交互方式，并通过新的服务模式使各种信息技术融入社会行为，是信息化在人类社会综合应用达到的更高境界[17]。

1.物联网的关键技术

在物联网应用中有3项关键技术：传感器技术、RFID技术和嵌入式系统技术。

（1）传感器技术。物联网系统中的海量数据信息源于终端设备，而终端设备数据的来源可归根于传感器，传感器是物联网服务和应用的基础。传感器是将物理、化学、生物等变化按照某些规律转换成电参量变化的一种器件或装置[18]。传感器种类繁多，原理也各不相同。近年来随着生物科学、材料科学和微电子科学的迅猛发展，传感器技术发展出了智能化和微型化等特征。

（2）RFID技术。RFID技术兴起于20世纪80年代，是一种非接触式的自动识别技术，系统包含阅读器（Reader）和标签（Tag）两个基本器件和应用软件系统。标签由耦合元件和芯片组成，具有唯一的电子编码，附着在诸如超市磁扣和酒店房卡等需要被识别的目标对象上。阅读器是读取（有时还可以写入）标签信息的设备。标签进入磁场后接收到阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出标签芯片中的产品信息，阅读器通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID技术的优势是易于操控、读取方便快捷、识别速度快、数据容量大、使用寿命长、应用范围广、标签数据可动态更改、安全性和实时性高[19]，已经被广泛运用于日常生活和智慧城市感知层数据获取中。

（3）嵌入式系统技术。嵌入式系统技术的起源和个人计算机（Personal Computer，PC）的出现有关，为了区别个人计算机和被嵌入物理对象体系中实现智能控制的计算机，将前者称为通用计算机系统，后者称为嵌入式计算机系统，简称为嵌入式系统。

嵌入式系统拥有4个通道接口：前向通道的传感器接口、后向通道的控制接口、人机通道的人机交互接口、相互通道的通信接口[20]。嵌入式系统是嵌入物理对象中，实现物理对象的感知、控制、交互的一个智能化系统。嵌入式系统有全局性的物联应用界面，它们为物联网提供了全面物联与互联的技术支持。前向通道与后向通道实现与物理对象的连接。通过前向通道的传感器接口与各种传感器相连，实现对物理对象的感知。通过后向通道的控制接口连接各种控制单元，实现对物理对象的控制。通过人机通道的人机交互接口与各种键盘、显示设备相连，实现人与物理对象的交互，保证物联网系统中服务对象与物理对象的实时交互。相互通道的通信接口是一个泛性接口，它以各种串行总线形式将众多的嵌入式应用系统连接起来，形成各种类型的嵌入式系统的局域物联系统，也可以内嵌或外接各种类型的互联网接口，实现与互联网的单机物联、局域物联。此外，通过相互通道的通信接口，还能够以卫星通信方式为物联网系统获取全球定位系统（Global Positioning System，GPS）的时空定位信息。嵌入式系统以这样的形式实现物理对象与互联网、局域物联系统与互联网的连接，实现互联网向物联网的跨越。

2.无线传感器网络

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是物联网的重要组成部分，由部署在一定区域内的大量传感器节点组成，是通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络核心技术主要集中于网络拓扑控制技术、多跳可靠数据交互技术、信道资源调度技术、物理层技术、协同计算与处理技术、分布式信息感知技术等。无线传感器网络以其智能化、低功耗、自组织的特性提供了全新的智能化通信、控制手段，是目前大范围、低成本获得传感信息最有效的解决办法之一。无线传感器网络的关键技术包括 RFID、蓝牙（Bluetooth）、IEEE802.15.4、ZigBee/ZigBeePro等技术[21]。

（1）蓝牙是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4GHz～2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波）[22]。蓝牙技术最初由爱立信公司于1994年创制，当时是作为RS-232数据线的替代方案。蓝牙可连接多个设备，克服了数据同步的难题。优点是适用设备多、工作频段全球通用、安全性高、抗干扰能力强，主要缺点是传输距离较短。蓝牙技术被广泛应用于汽车行业和医药领域。

（2）ZigBee译为“紫蜂”，与蓝牙类似。蓝牙技术作为短距离无线通信技术拥有许多优点，但在工业自动化控制和遥测遥控领域中却存在功耗高、传输距离短、组网规模小的缺点。对工业现场高可靠性无线传输的需求直接催生了2003年ZigBee协议的诞生。它是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制。ZigBee的底层技术基于IEEE802.15.4，即其物理层和媒体访问控制层直接使用了IEEE802.15.4的定义。它依据IEEE802.15.4，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点，通信效率高。其最大的特点就是高可靠性和低功耗。

3.基本特征

物联网有3个基本特征，分别是全面感知、可靠传递和智能处理。物联网是各种感知技术的广泛应用，利用部署的RFID技术、感知器、定位器和二维码等手段获取数据采集信息，不同类型的传感器获取的信息格式内容是不同的，物联网必须具备全面完善的识别处理系统；物联网是建立在互联网基础上的泛在网络，它的核心和系统仍然是互联网，通过有线网络和无线网络与互联网融合，将感知器获得的信息实时传输出去。在传输过程中由于数据数量庞大、结构复杂，必须保证数据传输的实时可靠；物联网不仅提供了传感器网络的连接，其本身也能利用云计算、模糊识别等智能计算技术，对接收到的跨行业跨部门的海量数据信息进行分析处理，提升对物理世界各种对象活动和变化的洞察力，实现智能化的决策控制。

智慧城市建设作为一个有机的系统工程提出了三项具体的要求：更透彻的感知、更全面的互联及更深入的智能，物联网全面感知、可靠传递和智能处理的三个特征与智慧城市的三项要求高度重合。物联网为智慧城市提供了技术基础，智慧城市给物联网提供了集中应用的平台。

4.基于物联网的智慧城市的应用范例

物联网技术在智慧医疗领域的主要应用为医疗信息数字化技术和远程医疗技术。医疗信息数字化技术主要应用于医疗物资管理，附着于医疗设备和药品，甚至是医疗垃圾的标签信息具有唯一性，包含出厂以来的存储和使用的所有中间信息。医院信息管理系统包含患者电子健康档案管理，一方面获授权的医生能够快速查阅患者病历病史和治疗措施，为确定治疗方案提供参考，另一方面增强医院间的信息互联，支持患者转院档案信息共享，支持乡镇小区医院与中心在信息上实现无缝对接，能实时获取专家建议、接受培训等。远程医疗监护主要利用物联网技术，构建以患者为中心，基于危急重患者的远程会诊和持续监护服务体系，使医疗在移动性、连续性、实时性方面做到更好。

交通堵塞已经成为影响城市和谐健康发展的重大问题，传统的交通管理手段面临大量的信息孤岛问题，已经不适合如今的城市。智能交通系统（Intelligent Traffic System，ITS）是指将先进的传感器技术、信息技术、网络技术、自动控制技术、计算机处理技术等应用于整个交通运输管理体系，从而形成的一种信息化、智能化、社会化的交通运输综合管理和控制系统。打造一套城市交通支撑平台将是交通事业发展的必然选择，也是实现智慧交通的必经之路。近些年，随着物联网技术的发展，交通也越来越智能化、交通基础设施发挥的效能越来越大。它对道路和交通进行全面感知，可以实现对每一辆汽车进行交通全程控制，对每一条道路进行交通全时空控制，从而提高交通效率。可以将整个城市的车流量、道路状况、天气、温度、交通事故等大数据量的信息实时收集起来存储在云端，通过云计算中心动态地分析并计算出最优的交通指挥方案和车行路线，并将这些信息通过无线通信、有线广播、电子显示屏、互联网、车载器等方式向出行者、驾驶员发布，保障人与车、路、环境之间的信息交互，从而提高交通系统的效率。

可以说共享单车的兴起在很大程度上归功于市场需求和投资，不可忽视的是其背后技术的进步，以摩拜单车为例，摩拜单车创建了全球首个智能共享单车模式，自主研发的专利智能锁集成了GPS和通信模块，使用新一代物联网技术，通过智能手机应用程序（Application，App）使用户可以随时随地定位并使用最近的摩拜单车，骑行到达目的地后，就近停放在路边合适的区域，关锁即可实现电子付费结算[23]。