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什么是物联网

本文首先介绍了物联网概念产生的年代、背景、称呼的由来和发展历程。其次通过描述物联网概念工作原理,使读者了解物联网是如何实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程智能化感知、识别和管理。最后介绍了物联网概念在教育、消费、医疗、工业生产等行业的应用。

  • 发布时间:2022-09-30

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1 物联网概念的诞生
●20世纪80年代,欧美诞生了智能家居和智能建筑的概念。
●1995年,盖茨描述了使用物联网概念技术的家居场景。
●2005年国际电信联盟(ITU)正式命名了“物联网”。2009年,IBM发布了物联网概念战略,在世界范围引起了广泛关注。
随着我国经济的快速发展,社会对物联网概念的应用需求也在日益增长,而5G、云计算、大数据和人工智能的发展,也在推动着物联网时代的到来。2022年11月,工信部印发了《“十四五”信息通信行业发展规划》,明确提出推动移动物联网概念发展相关工程,使得物联网概念在新一轮技术革命中的意义进一步凸显。
                     
2 物联网概念及其关键技术
物联网概念(Internet of Things,简称IoT)是指通过射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)、传感器、无线传感网络、条形码技术、网络通信、智能嵌入、云计算、纳米科技、定位系统等各类技术与装置,采集任意需要互联的物体或过程,并将采集到的光亮、热量、电流、声音、力学、化学、生物、位置等各种信息通过所有可能的网络接入,最终实现物与人、物与物的泛在连接。物联网是基于电信网和互联网的信息载体,只要物理对象可以被独立寻址,那么物理对象即可通过物联网互联互通。相比于互联网,物联网概念实现了物与人、物与物的融合,使得人类对其生活的客观世界有了更深层的感知能力、更全面的认知能力和更智能的处理能力。
2.1   射频识别(RFID)
射频识别,俗称电子标签,是一种非接触式的自动识别技术,属于一种通信技术。RFID由射频电子标签和标签阅读器组成:
●标签
即射频电子标签,由耦合器件和芯片组成,标签拥有独一无二的电子编码,通过附着在物体上的方式来标识具体对象。
●标签阅读器
即能够读取或写入标签信息的设备。
RFID的工作原理:标签阅读器通过其天线在一定范围内对外发送电磁波,使得接收到电磁波后的标签内部产生感应电流,并通过标签内部天线发送其存储的信息。当标签阅读器的天线接收到来自标签的信号时,标签阅读器对信号进行解码处理,并将处理后的数据传送给后台系统处理。
2.2   传感器
传感器是一种能够感知被测指标并转换成可用信号的设备或器件,可以满足信息的存储、处理、传输、记录、显示等要求。
传感器可以分为热敏传感器、气敏传感器、光敏传感器、磁敏传感器、声敏传感器、力敏传感器等。
●热敏传感器:能够检测被监控环境的温度。
●气敏传感器:能够检测被监控环境的气体浓度和成分。
●光敏传感器:能够检测被监控环境的光信号。
●磁敏传感器:能够检测被监控环境的磁性强度或磁性物体。
●声敏传感器:能够检测被监控环境的声音流量,通过接收声波可以显示声音振动图像。
●力敏传感器:能够检测被监控环境的固体、液体和气体等物质间的相互作用力。
2.3   无线传感网络(Wireless Sensor Networks,WSN)
无线传感网络是一种通过无线通信的分布式传感网络,它由网关节点以及空间上分散的传感器节点组成。无线传感网络中的传感器节点装有无线电收发器、CPU和电池,传感器节点将采集的信息经过简单处理后发送给网关节点,网络观测者通过网关节点获取数据。无线传感网络是一种无人值守的监控网络,可以通过有线或无线的方式与互联网连接。
2.4   条形码技术
条形码是一种图形化表示信息的方法,因此通过条形码和相应的扫描设备能够将信息录入计算机中。条形码可以分为一维条形码和二维条形码(二维码):
●一维条形码:包括EAN码、39码、93码、交叉25码、128码、UPC码和ISBN码等。一维码主要应用于:
图书管理、工业生产、机票编号、包装、运输、血库跟踪和包裹跟踪等。
●二维条形码:包括QR Code、Code 16K、PDF417、Code 49、Code One等。二维码的信息密度比传统的一维码有了较大提高,比如传统的条形码只能处理20位左右的信息,而QR Code则可以处理几十倍上百倍的信息。二维码主要应用于:手机支付、账号登录、信息获取、防伪溯源、会员管理和购物等。
                                    
3 物联网概念的典型应用
锐捷物联网概念解决方案,整合锐捷多年全行业信息化建设积累的丰富经验,以“智慧服务创新共建物联产业”为目标,提供基础物联服务平台,包含物联设备高质量通信、网络管理服务、数据分析API服务等,致力成为物联网概念领域中的最佳基础平台提供商和连接者。锐捷物联网概念案例集,包括:智能制造、智慧校园、智慧医疗、智慧水产、智慧仓库和智慧门店六个方面。
3.1   智慧校园案例
北京外国语大学附属辽宁外国语学校(简称“北外辽校”)通过采用“极简+融合+创新”的锐捷智慧校园解决方案,北外辽校将智慧教学、互动教学、团队协作、成果分享的理念融入教育课堂,为培养学生的信息素养和创新能力提供核心课程,打造出独具特色的智慧教育生态体系。
北外辽校在建校之初就提出了打造一流智慧校园的建设目标。具体表现在以下三个方面:
(1) 一体化的基础网络架构:建设稳定高速的网络架构,实现敏捷的业务承载、网络安全、有线无线一体化认证和统一的运维管理,进而为全校物联网应用、智慧教学及整合业务与教学资源应用提供保障。
(2) 智慧的教室空间设计:学校的教育理念需要将教育的“标准化”与“个性化”融入到“多元化”交互空间的塑造上。为此,学校希望将智慧校园打造成新型教育系统,包括智慧学习环境、新型教学模式、多元化课程,这就要求多媒体教室的信息化环境能够提供研讨型、小组学习等教学手段,全面支撑学生的个性化学习与生活发展。
(3) 创新的校园运行模式:想要满足各位教师更加方便快捷的办公需求,提高学科部门之间的办公效率,一个充满智慧的“云办公”系统就在这个时候显得尤为重要。其次,物联网可以有效实现人与人、物与物之间的定位,结合识别、管理、监控功能为一体,充分体现智慧校园特有的“智能化”优势。
首先,要对智慧校园建设拥有丰富的实践;其次,要与国内众多知名校园都有过深入合作案例;最后,需要满足对智慧校园的建设需求提供“点对点”设计。在这三条原则的指导下,北外辽校选择了在教育行业有着20年经验的沉淀,以及擅长场景创新的锐捷,最终确定部署锐捷提供的“极简+融合+创新”智慧校园解决方案。
●极简:在方案设计以应用为驱动,考虑普教用户的使用习惯,做到极简易用,并采用了有线与无线网一体化部署,同时提供一体化、业务化、透明化、可视化的运维监控模型。在基础网络方面,通过高性能双核心交换机实现虚拟化的部署方式,面向智慧校园业务、应用、网络、架构扩展提供多维度安全防护、便捷、灵活的信息化支撑平台;在无线网络方面,深度考虑教学、礼堂、宿舍、餐厅、办公区、智慧教室等每个场景的特性进行针对性设计,并在覆盖全校的网络中实现了实名制、无感知接入、智能漫游。
●融合:智慧校园的设计与教育教学的实际情况深度融合,信息技术全面深入应用到学校的教室、实验室和办公室等物理场所。例如:通过研讨型智慧教室实现互动教学、小组学习、学情智能分析、教学效果实时评价、互动数据自动留存等教学模式;在教师办公区采用基于IDV终端的云桌面产品,通过一台服务器满足了全校云办公终端的统一维护,实现了教师日常办公的数据漫游;学校还搭建了多间云计算机教室,不仅可以支撑信息技术课,还可以支持英语听力与人机交互测验、AI/编程/多媒体应用课程等多个教学场景,为学生从容应对英语中高考改革,提升信息化素养奠定基础。
●创新:采用云计算、虚拟化、大数据、物理网等技术赋能日常教学与教务管理。其中,智慧课堂、云课堂、极简数字学习中心等最新技术,全面推进课堂创新。而在物联网应用方面,则通过可穿戴设备,学校建立了覆盖学生学业发展、德育管理、健康运动、质量监控、动态积分等五大方面的关联系统。例如:学生佩戴手环操场跑步,后台大数据显示学生步数、心率等;教师在课后查看学生上课时的课堂报告,包括课堂参与度、答题正确率、每个学生的表现等。
随着《教育信息化2.0行动计划》以及《智慧校园总体框架》的发布,全国各地都在积极推进智慧校园的建设。而北外辽校从校舍建设开始就全盘规划了智慧校园的设计,形成了集云计算、大数据、物联网、网络感知技术于一体的工作环境,这为新建校提供了大量可以参考的经验。
图3-1 北外辽校物联网网络架构
                                    
图3-2 北外辽校物联网产品架构
                                           
4 总结
伴随着物联网概念相关技术的不断发展,物与物和人与物之间的互联业务规模的不断扩大,物联网概念的应用覆盖了人类生产生活的方方面面。物联网概念使得人们能够以更加智能、便捷和精细的方式管理生产经营活动,物联网概念能够提高人类社会的工作效率、经济效益和生产力水平,物联网概念加强了人与人、人与物和物与物的联系。总之,虽然物联网概念变革给整个人类社会带来巨大的价值,但由于物联网概念自身安全的脆弱性和物联网潜在的攻击方式复杂多变,使得物联网概念场景下的信息安全和隐私保护面临着不小的挑战。

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