1.1 物聯(lián)網(wǎng)概述

炎熱的夏天，你打開(kāi)屋里的空調(diào)，過(guò)一會(huì)兒室溫變得涼爽舒適。那么房間是如何保持在一個(gè)恒定舒適的溫度下呢？我們每個(gè)人都可以感知外界的冷熱，從而增加或者減少自己的衣物。大家肯定會(huì)想到，空調(diào)中也應(yīng)該會(huì)有一個(gè)感知冷熱的元件，當(dāng)室溫太低的時(shí)候，它就停止或減慢壓縮機(jī)的制冷工作；當(dāng)室溫升高的時(shí)候，它就啟動(dòng)或者加快壓縮機(jī)的制冷工作。空調(diào)中能夠感知冷熱的元件就是熱敏電阻，是一種傳感器，它如同我們的皮膚一樣，對(duì)外界的冷熱相當(dāng)敏感。

一身臭汗讓你的衣服味道不好聞，你把衣服脫了，扔在洗衣機(jī)里。洗衣機(jī)自動(dòng)進(jìn)水，水位達(dá)到一定的高度，洗衣機(jī)開(kāi)始洗滌。洗衣機(jī)里水面有多高，需要水位傳感器來(lái)檢測(cè)。當(dāng)水位傳感器檢測(cè)到水位達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，推動(dòng)一個(gè)氣囊連桿閉合電路，洗衣機(jī)電腦板檢測(cè)這個(gè)通斷信號(hào)，然后決定開(kāi)始還是停止旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，洗衣機(jī)中還會(huì)有負(fù)重傳感器，負(fù)責(zé)檢測(cè)衣物重量，如果放入太重的東西，它會(huì)給洗衣機(jī)控制板發(fā)出一個(gè)自己無(wú)法承擔(dān)如此重量的警告。此外，水溫傳感器能夠檢測(cè)洗衣機(jī)內(nèi)水溫，提示水溫過(guò)高或者過(guò)低；布質(zhì)傳感器可以幫助檢測(cè)衣料的種類，以便通知洗衣機(jī)的控制板采用合適的洗滌方式；臟污程度傳感器可以檢測(cè)衣物臟的程度，從而決定洗滌方式和洗滌時(shí)長(zhǎng)；脫水傳感器可以檢測(cè)衣物的濕度，從而決定甩干的轉(zhuǎn)速和時(shí)長(zhǎng)等。

在外活動(dòng)了很長(zhǎng)時(shí)間的你肚子餓了，打開(kāi)冰箱看看有什么吃的。冰箱里也有溫度傳感器，冷凍室的傳感器，用于顯示冷凍室的溫度；冷藏室的環(huán)境傳感器，用于顯示冷藏室的溫度。為了將冷凍室和冷藏室的溫度保持在恒溫，需要有個(gè)溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低的時(shí)候，能夠指導(dǎo)冰箱降低或升高溫度。化霜傳感器所在的電路一般在常溫下為斷開(kāi)狀態(tài)，-7℃以下為閉合狀態(tài)，此時(shí)化霜加熱器開(kāi)始通電發(fā)熱，將冰箱里的霜化掉。

為了保障家里的安全，你安裝了煙霧報(bào)警器和監(jiān)控?cái)z像頭。煙霧報(bào)警器利用煙敏電阻對(duì)煙霧比較敏感這個(gè)特點(diǎn)來(lái)測(cè)量煙霧濃度，當(dāng)室內(nèi)煙霧達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)引起報(bào)警系統(tǒng)工作。監(jiān)控?cái)z像頭記錄了家里家外發(fā)生的一切，你可以在計(jì)算機(jī)上查看指定時(shí)間段的監(jiān)控視頻來(lái)排查異常。

以上說(shuō)了這么多，其實(shí)還沒(méi)有物聯(lián)網(wǎng)的影子呢，最多只算物聯(lián)網(wǎng)來(lái)臨的前奏。對(duì)于現(xiàn)在的家庭來(lái)說(shuō)，這些東西都是司空見(jiàn)慣，不足為奇的。

炎熱的夏天，如果我們?cè)谶€沒(méi)有回家的時(shí)候，就想用手機(jī)發(fā)送指令，查看室溫并遠(yuǎn)程打開(kāi)空調(diào)，然后設(shè)置目標(biāo)室溫；在還沒(méi)有回家的時(shí)候，就想用手機(jī)查看衣服洗好沒(méi)有，是否洗干凈，是否甩干，是否需要再次洗滌；在還沒(méi)有回家的時(shí)候，就想知道冰箱里的食物有哪些，缺哪些東西。智能家居的生活場(chǎng)景如圖1-2所示。

一旦家里廚房發(fā)生煤氣泄漏，或者有人亂扔煙頭，導(dǎo)致家里起了煙霧，抑或有人入侵了你的私人住宅，這些危險(xiǎn)情況能夠第一時(shí)間通知到你設(shè)定的電話、手機(jī)上，同時(shí)能夠自動(dòng)報(bào)警，城市報(bào)警聯(lián)網(wǎng)中心可通過(guò)電子地圖準(zhǔn)確掌握發(fā)生警情的地址，避免了報(bào)警者描述不清發(fā)生警情的詳細(xì)地址的尷尬。還可以實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)調(diào)動(dòng)警力做出快速響應(yīng)。

能夠遠(yuǎn)程查看和控制家電的工作狀態(tài)，能夠自動(dòng)報(bào)警和遠(yuǎn)程監(jiān)控警情的應(yīng)用就需要借助物聯(lián)網(wǎng)了。

所謂物聯(lián)網(wǎng)，并不是指有傳感器工作的 “物”，而是指有傳感器工作的“物” 所監(jiān)測(cè)的信息能夠通過(guò)LTE、5G通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物與物的聯(lián)系、物與人的聯(lián)系，也能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與集中的網(wǎng)絡(luò)處理中心聯(lián)系。

1.1.1 什么是物聯(lián)網(wǎng)

2009年8月，“感知中國(guó)” 的概念被提出，物聯(lián)網(wǎng)正式被列為我國(guó)五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。2016年12月，國(guó)務(wù)院發(fā)布了 《“十三五” 國(guó)家信息化規(guī)劃》，其中提到 “物聯(lián)網(wǎng)” 的地方有20多處，明確了推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)施在各行各業(yè)中的規(guī)劃布局。2017年3月，李克強(qiáng)總理在 《政府工作報(bào)告》 中指出要加快大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)、管理和營(yíng)銷模式的變革。

那么，究竟什么是物聯(lián)網(wǎng)呢？大家雖然急切地想知道，但遺憾的是，目前尚無(wú)統(tǒng)一的定義。

有的人說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)就是傳感器；有的人說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)就是5G、NB-IoT；有的人說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)就是大數(shù)據(jù)；有的人說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)就是智慧地球、智慧城市、智能交通、智能家居；也有的人說(shuō)，平安城市、天網(wǎng)工程、雪亮工程就是物聯(lián)網(wǎng)；甚至還有的人說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)和人工智能差不多。

當(dāng)把傳感元件如射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、位置傳感器等安裝到生活或生產(chǎn)的各種物體上，所有的信息都可以形成數(shù)據(jù)發(fā)送到平臺(tái)層進(jìn)行處理，這樣物體就有了 “智能”，物與物、人與物之間就可以實(shí)現(xiàn) “溝通” 和 “對(duì)話”，物聯(lián)網(wǎng)也就隨之形成。

物聯(lián)網(wǎng)的概念最早于1999年由美國(guó)麻省理工學(xué)院提出，英文名為Internet of Things，即 “物物相連的網(wǎng)絡(luò)”。以下是物聯(lián)網(wǎng)幾個(gè)比較常見(jiàn)的定義。

百度百科上如此定義：物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)信息傳感設(shè)備 （如射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等），按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

維基百科這樣定義：物聯(lián)網(wǎng)把所有物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化的識(shí)別和管理；物聯(lián)網(wǎng)就是把感應(yīng)器裝備嵌入各種物體中，然后將 “物聯(lián)網(wǎng)” 與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合。

國(guó)際電信聯(lián)盟 （ITU） 這樣定義：物聯(lián)網(wǎng)在物品上額外嵌入短距離移動(dòng)收發(fā)器，使人與人、人與物之間和物與物之間能夠進(jìn)行溝通。任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物都能夠通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)連接。

從以上各種定義抽取物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)可以得出：物聯(lián)網(wǎng)是把任何物體的任何測(cè)量量，變成一串?dāng)?shù)字，然后利用網(wǎng)絡(luò)傳送出去，進(jìn)行分析處理，然后支撐相關(guān)應(yīng)用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程。物聯(lián)網(wǎng)的信息處理過(guò)程如圖1-3所示。

傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)是基于人的網(wǎng)絡(luò)，在某種意義上，信息是靠人來(lái)采集和分析的，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和分析主要依賴于人，互聯(lián)網(wǎng)只是延伸了人類信息分享的范圍。相比而言，物聯(lián)網(wǎng)是基于物的網(wǎng)絡(luò)，信息可以由任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的任何人或物產(chǎn)生。也就是說(shuō)，在物聯(lián)網(wǎng)上，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是靠傳感器感知和采集的；與互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)增加了信息的自動(dòng)提取能力。因此物聯(lián)網(wǎng)大大延伸了人類感知的觸角。

如果說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)造的是虛擬空間，那么物聯(lián)網(wǎng)連接的則是實(shí)體空間。互聯(lián)網(wǎng)可以解決人與人之間信息不對(duì)稱的問(wèn)題，物聯(lián)網(wǎng)則可以解決物與物、物與人的相互溝通問(wèn)題。總之，如果說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)讓這個(gè)世界變成了一個(gè) “地球村”，那么，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就讓這個(gè) “地球村” 變成了一個(gè) “地球人”，它有了自己的感知系統(tǒng)、神經(jīng)傳導(dǎo)系統(tǒng)、大腦智慧系統(tǒng)。

1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)

從物聯(lián)網(wǎng)的定義，可以總結(jié)出物聯(lián)網(wǎng)的共同特征，如圖1-4所示。

1） 物聯(lián)網(wǎng)的信息獲取依賴于各種傳感技術(shù)。

2） 物聯(lián)網(wǎng)的信息傳送基礎(chǔ)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的延伸和拓展。互聯(lián)是其重要特征。物聯(lián)網(wǎng)中的物品都是可尋址、可控制、可通信的。

3） 物聯(lián)網(wǎng)能夠讓物體集中分析和處理物體測(cè)量產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，使物體對(duì)外界刺激有自動(dòng)自發(fā)的響應(yīng)。即智能智慧也是一個(gè)重要特征。

4） 物聯(lián)網(wǎng)將應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)和各個(gè)區(qū)域。從普通用戶的角度看，物聯(lián)網(wǎng)不僅是網(wǎng)絡(luò)，更多的是各種行業(yè)應(yīng)用和大眾業(yè)務(wù)。

為了支撐各種物體產(chǎn)生的信息在物聯(lián)網(wǎng)的體系中暢通無(wú)阻，需要在物聯(lián)網(wǎng)體系中實(shí)現(xiàn)一連串的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理，這樣物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)就需要包括多個(gè)層面：感知層技術(shù) （傳感器技術(shù)、RFID （Radio Frequency Identification，無(wú)線射頻識(shí)別） 技術(shù)、感知/識(shí)別技術(shù)、WSN （Wireless Sensor Network，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)） 技術(shù)）、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù) （低功耗高帶寬無(wú)線通信技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)），平臺(tái)層技術(shù) （人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算）、應(yīng)用層技術(shù)，如圖1-5 所示。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)是物聯(lián)網(wǎng)各個(gè)組成要件的協(xié)同發(fā)展。

首先，物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是全面感知，因此感知層是物聯(lián)網(wǎng)最基礎(chǔ)的層面。物聯(lián)網(wǎng)將促進(jìn)各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用敏感元件，可以將人類感覺(jué)器官收集不到的有用信息提取出來(lái)，延長(zhǎng)和擴(kuò)展人類的感知能力。比如，紅外、紫外等光波敏感元件，可以擴(kuò)展人們的視力；超聲和次聲傳感器，可以擴(kuò)展人們的聽(tīng)力。此外，各種嗅敏、味敏、光敏、熱敏、磁敏、濕敏等敏感元件也助力人類感覺(jué)能力的提升。一旦給某個(gè)物體加上傳感器，這個(gè)物體就成為一個(gè)信息源，它就會(huì)像互聯(lián)網(wǎng)上的一切數(shù)字設(shè)備那樣，發(fā)出自己感知到的一切信息。一個(gè)有完整行業(yè)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)，往往部署了海量的各種類型的傳感器，不同類型的傳感器會(huì)測(cè)量到不同的信息，而這個(gè)信息具有實(shí)時(shí)性，物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理中心可以按一定的頻率，周期性地采集傳感器產(chǎn)生的信息，從而得到最新的數(shù)據(jù)。

其次，物聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)可靠傳輸，就必須依賴通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。從物聯(lián)網(wǎng)上的傳感器定時(shí)采集到的信息需要通過(guò)有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸。海量的傳感器會(huì)產(chǎn)生海量的測(cè)量信息，在傳輸過(guò)程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時(shí)性，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。這些都要求物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層具有容量大、可靠、低延時(shí)、異構(gòu)網(wǎng)兼容的特點(diǎn)。

再次，物聯(lián)網(wǎng)上連接著的各個(gè)物體，應(yīng)該可以被追蹤、控制，也可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化呈現(xiàn)、遠(yuǎn)程升級(jí)、統(tǒng)計(jì)分析等功能。這就要求物聯(lián)網(wǎng)要支撐智能處理和智能控制。當(dāng)與大數(shù)據(jù)和人工智能 （AI） 結(jié)合，利用云計(jì)算、模式識(shí)別等各種計(jì)算機(jī)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)可以具備預(yù)測(cè)性，支撐協(xié)同工作。物聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)層具有海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算、分析能力，它的職責(zé)就是使物聯(lián)網(wǎng)變得智能、智慧。

最后，物聯(lián)網(wǎng)要和一定的應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合，才能解決人們?cè)谏a(chǎn)、生活中碰到的一類問(wèn)題。比如城市安防、智慧校園、智能醫(yī)療、智能交通、車聯(lián)網(wǎng)、智慧農(nóng)業(yè)、智能家居、智能電網(wǎng)、石油化工的監(jiān)控、各種機(jī)器人的集中管理和控制，都是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層常見(jiàn)的場(chǎng)景。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，還會(huì)延伸到更多的應(yīng)用場(chǎng)景，發(fā)現(xiàn)更新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式，還會(huì)從更多場(chǎng)景中的傳感器采集海量信息進(jìn)行分析、加工和處理，以適應(yīng)不同行業(yè)、不同用戶的不同需求。

總之，物聯(lián)網(wǎng)有四個(gè)層級(jí)，分別是：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。這四個(gè)層級(jí)又完成了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)分析的功能，如圖1-6所示。如果把物聯(lián)網(wǎng)比作人體，感知層的作用相當(dāng)于人的眼睛、耳朵、鼻子、舌頭、皮膚、手腳等感覺(jué)器官，網(wǎng)絡(luò)層就相當(dāng)于用來(lái)傳遞信息的神經(jīng)系統(tǒng)，平臺(tái)層則是人的大腦，對(duì)接收到的大量信息進(jìn)行處理分析。傳感器技術(shù)是感知層的基礎(chǔ)，無(wú)線通信技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵，計(jì)算機(jī)技術(shù)又是平臺(tái)層的核心，它們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)中分別起到 “感官” “神經(jīng)” 和 “大腦” 的作用。而應(yīng)用層就相當(dāng)于人要完成的任務(wù)，有明確的目標(biāo)和方向，需要感覺(jué)器官、神經(jīng)系統(tǒng)和大腦共同完成。

橫看物聯(lián)網(wǎng)，有四個(gè)層次，但應(yīng)用層不僅是一個(gè)橫向?qū)用娴暮x，還有一個(gè)縱向拉通的含義，每一個(gè)垂直行業(yè)依賴不同的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層的資源，一個(gè)行業(yè)應(yīng)用需要在垂直方向上整合以下三個(gè)層次的資源。

把物聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)層和應(yīng)用層合二為一，統(tǒng)稱為應(yīng)用層或應(yīng)用平臺(tái)層，那么物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)就分為三層了。有的人把物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)稱之為 “端-管-云” 架構(gòu)，如圖1-7所示。各種各樣的終端設(shè)備、傳感節(jié)點(diǎn)、無(wú)線識(shí)別都屬于 “端”（Device），5G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、WLAN網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)等屬于 “管” （Pipe），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析計(jì)算及各種應(yīng)用則運(yùn)行在 “云”（Cloud） 側(cè)。

1.1.3 物聯(lián)天下，傳感先行

“物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別到底在哪里呀？” 吳小白問(wèn)武廉旺。

“互聯(lián)網(wǎng)加上感知能力，我認(rèn)為就接近物聯(lián)網(wǎng)了。” 武先生回答道。

“你這么一說(shuō)，物聯(lián)天下，感知能力是先決條件了？” 吳小白問(wèn)道。

“是啊！沒(méi)有物體的感知能力，那不等于人與人之間通過(guò)電腦終端的互聯(lián)么？那不還是等于互聯(lián)網(wǎng)么？” 武先生這樣說(shuō)道。

“看來(lái)現(xiàn)實(shí)感，或者是對(duì)周圍環(huán)境的感知能力，是物聯(lián)網(wǎng)的獨(dú)特的地方。”吳小白總結(jié)道。

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，我們的家用電器在可能損壞之前，安裝在電器里面的傳感器就已經(jīng)檢測(cè)到了異常，于是主動(dòng)報(bào)修。在報(bào)修和檢測(cè)的過(guò)程中，人可以不參與其中，由設(shè)備自身完成整個(gè)監(jiān)測(cè)和維護(hù)的過(guò)程。電器需要返修的話，家用機(jī)器人和快遞公司的無(wú)人機(jī)可以提供幫助。

如此便利的生活都要?dú)w功于傳感器和智能電器。因?yàn)閭鞲衅鞯拇嬖冢悄茈娖鞑拍鼙O(jiān)測(cè)到自身的工作狀態(tài)。廣泛存在的傳感元件，可以讓未來(lái)每一件物品的狀態(tài)和信息都會(huì)被感知。電燈等照明系統(tǒng)一定會(huì)有光傳感器，門窗有紅外傳感器，隨身攜帶的手機(jī)和手環(huán)等穿戴設(shè)備會(huì)集成更多傳感器。舉例來(lái)說(shuō)，在如圖1-8所示的無(wú)人便利店里，一盒雞蛋、一籃水果進(jìn)入冰箱后，人們就可以通過(guò)手機(jī)查看到雞蛋、水果的數(shù)量、價(jià)格，以及物流運(yùn)輸信息，甚至還可以追蹤到雞蛋是哪個(gè)農(nóng)場(chǎng)的哪一只母雞產(chǎn)的，追蹤到水果是哪個(gè)果園的哪棵樹(shù)上產(chǎn)的。

那么，如果傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，那么平臺(tái)側(cè)可能給出錯(cuò)誤的指令，用戶可能付出不必要的成本，商家可能因此蒙受損失。也就是說(shuō)，傳感層采集的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，就會(huì)影響物聯(lián)網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)的可信度。

物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是將IT基礎(chǔ)設(shè)施融入物理基礎(chǔ)設(shè)施中，也就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道、家用電器、日用百貨等各種物體中，并且實(shí)現(xiàn)普遍連接，形成所謂的 “物聯(lián)網(wǎng)”。從智慧城市到智能家居、智能泊車、智慧工業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等，都是建立在各類傳感器之上。物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物溝通，是廣泛連接物理世界的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了任何時(shí)間、任何地點(diǎn)及任何物體的連接。可以說(shuō)，人們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)人與物的有機(jī)結(jié)合，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，提高整個(gè)社會(huì)的信息化能力，將需要大量工藝水平超高、測(cè)量精確、體積微小、成本超低的傳感器元件。

感知層的使用是物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的最大區(qū)別，物聯(lián)網(wǎng)最基礎(chǔ)、最底層的部分就是廣泛分布的傳感器或傳感層器件。感知層在物聯(lián)網(wǎng)中起著決定性的作用。傳感器好比人的眼、耳、口、鼻、舌、手，可以認(rèn)為延伸了人類的感覺(jué)，它能夠采集到更多更廣的有用信息。正是因?yàn)橛辛藗鞲衅鳎锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)才能將自己感知到的信息傳遞給 “大腦”。

傳感器的性能決定了物聯(lián)網(wǎng)性能。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，傳感器將代替人工成為獲得信息的重要手段和途徑，如圖1-9所示。傳感器采集信息的準(zhǔn)確性、可靠性、實(shí)時(shí)性，將直接影響到控制節(jié)點(diǎn)對(duì)信息的處理與傳輸，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的性能影響相當(dāng)大。

目前，我國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、云存儲(chǔ)、云計(jì)算等基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展速度較快，但傳感器工藝的發(fā)展速度卻較為緩慢。我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)感知層核心技術(shù)的掌握上，同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，尚有不小的差距。相對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)，我國(guó)的傳感器技術(shù)在國(guó)際上處于弱勢(shì)地位，存在的問(wèn)題較多。可以這么說(shuō)，在各種應(yīng)用場(chǎng)景中，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸就在于感知層，感知層的發(fā)展瓶頸就在于傳感元件。傳感器是決定物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度的重要因素之一。

俗話說(shuō)，“兵馬未動(dòng)，糧草先行”。在物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的今天，這句話可以理解為：物聯(lián)天下、傳感先行。沒(méi)有感知層元件的廣泛部署，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展就是無(wú)源之水、無(wú)本之末了。

本書(shū)的重點(diǎn)就是介紹物聯(lián)網(wǎng)感知層涉及的關(guān)鍵技術(shù)，及其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。