1.物联网技术概述 物联网(Internet of Things,简称IoT)是指通过各种感应装置与技术(包括信息传感器、射频识别技术等),实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程特征信息,通过网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理 .]。 1999年,美国Auto-ID首先提出了建立在物品编码、RFID技术和互联网基础上的“物联网”概念。2005年11月17日,国际电信联盟(ITU)在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,正式提出了“物联网”的概念 .现代经济信息, 2010, No.287(01):158+157.]。随着时代的发展,应用场景的复杂性指数级提高,异构技术融合速度日益加快,窄带物联网技术(NB-IoT)和智能物联网技术(AIoT)成为了物联网技术细分领域的代表。NB-IoT有效弥补了传统物联网高功耗、高成本的弊端,AIoT促进了设备智能控制、数据智慧分析处理、语义理解和基于内容的融合应用。 2.国内外发展总体态势 从政策环境来看,美国于2014年提出“工业互联网”,发展新一代机器人、物联网和大数据分析,通过智能互联的设备来动态提升企业绩效、降低运营成本并提升可靠性,以推动工业转型。德国于2013年提出“工业4.0”的概念。通过提升制造业的计算机化、数字化与智能化,建立具有适应性与资源效率的智能工厂,进一步提升德国制造在全球竞争中的优势地位。日本、英国和法国等国家也提出了各自相应的国家战略 ]。我国一直以来高度重视物联网产业的发展和基础设施建设,在“十四五”规划下,国家更是先后颁布多项政策文件,包括《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》、《物联网新型基础设施建设三年行动计划(2021-2023年)》等,大力推进物联网、人工智能等新兴产业的发展。 从市场环境来看,根据IDC数据显示,2021年全球物联网市场规模超5万亿元,同比增长11%,预计2026年超过10万亿元,2021年-2026年复合增长率为13%,未来发展空间广阔。根据IoT Analytics数据显示, 2021年物联网连接数122亿,超过非物联网设备连接数,预计2025年全球物联网连接270亿,2021-2025年复合增长率将达22% ]。自2009年中国提出“感知中国”的物联网战略部署,中国物联网行业发展进入快速增长阶段,并已在NB-IoT芯片制造、NB-IoT基站建设等领域走在了世界前端,中国物联网市场规模由2017年的11860亿元快速增长至2021年的29232亿元,期内复合年增长率为26.2%,预期2022年中国物联网市场规模将增加至34757亿元 .]。 数据来源:中商产业研究院 3.物联网技术体系架构 物联网技术体系主要由感知层技术、网络层技术、应用层技术和共性支撑层技术等组成。 (1)感知层技术:是保证物联网络感知和获取物理世界信息的“基础设施”,并有将实物或过程的感知信息接入网络的能力。感知层主要分为数据采集和感知、无线传输、延伸网三大部分。 (2)网络层技术:用于实现物联网信息的双向传递和控制,重点在于适应物物通信需求的无线接入网和核心网的网络改造和优化,以及满足低功耗、低速率等物物通信特点的感知层通信和组网技术。 (3)应用层技术:包含应用支撑平台子层和应用服务子层,主要用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间信息的智能处理和开放的业务环境,以及各种行业和公众的具体应用。 (4)共性支撑技术:不属于网络某个特定的层面,但是与上述每层都有关系,主要包括:网络架构、标识解析、网络管理、安全、QoS 等。 4.物联网关键技术 一是以标识为主体的自动识别技术。指应用一定的识别装置,通过被识别物品和识别装置之间的接近活动,自动地获取被识别物品的相关信息,并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。包括光符号识别技术、语音识别技术、生物计量识别技术、IC卡技术、条形码技术、射频识别技术(RFID)等。 二是以感知为主体的传感技术。能够将被测物理量、化学量或生物量转换为有对应关系的电量进行输出,是实现自动检测的首要环节。传感器的敏感元件直接感受被测量,并输出与被测量有确定关系的物理量;转换元件将敏感元件的输出作为其输入,将输入物理量转换为电路参量;测量电路将电路参量接入,最后以电信号的方式输出。 三是以图像处理为主体的机器视觉技术。指通过图像摄取装置将被摄取目标转换成图像信号,然后传送给图像处理系统,并通过运算对像素分布和亮度、颜色等数字化信号特征进行抽取,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。机器视觉系统由光源设备、光学传感器、图像采集卡、图像处理软件及决策分类或控制系统组成。 四是以时空同步、多点计算为主体的定位技术。分为室外定位技术和室内定位技术2种。室外定位技术包括卫星定位技术和基站定位技术。室内定位技术是为解决近地复杂环境中、室内或地下室,GPS 信号受到严重衰减的问题,主要采用红外线技术、ZigBee 技术、蓝牙技术、射频识别技术、超声波技术、超宽带技术和光跟踪技术等,实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。 5.物联网技术典型应用场景 随着物联网技术的深入研究、实践和应用,物联网技术在众多行业/领域已经有了不同程度的典型应用,且随着接入设备种类纵向扩展和接入设备台套横向延伸,物联网应用的普及率将越来越高。 在产品质量追溯信息监控方面,使用条码、RFID 标识产品的个体,从产品设计、制造、装配、试验、运输、交付等各个环节,均通过质量追溯信息监控平台进行信息记录,供应商和最终用户都可通过条码、RFID查询到产品之前各阶段的各种信息,实现质量追溯。 在智能维修保障方面,以航空装备为例,对标传统效率低下的人工检查、诊断再维修的方式,利用物联网的传感、监控、计算技术,将装备的静态和动态数据进行记录,及时传回产品制造商的售后监控平台进行分析处理,可及时支援维修需求,甚至达到故障预警。如,罗•罗公司采用数据采集与融合分析、进程监测与控制等技术,建立网络进程状态监控和诊断系统和后勤保障系统,支撑运营模式变革,扩展发动机维护、租赁和数据分析管理。 关注公众号“优特美尔商城”,获取更多电子元器件知识、电路讲解、型号资料、电子资讯,欢迎留言讨论。