物聯(lián)網(wǎng)一詞最早是由英國工程師凱文·阿什頓（Kevin Ashton）于 1999 年提出的，在當時，供給計算機的大部分數(shù)據(jù)都是人為產(chǎn)生的；他指出，最好的方式應(yīng)該是由計算機直接獲取數(shù)據(jù)，而無須人工干預(yù)。于是，他提出由諸如射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）和其他各種類型的傳感器來采集數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)絡(luò)直接傳送至計算機。

今天的物聯(lián)網(wǎng)，也稱為萬物互聯(lián)網(wǎng)，有時稱為霧聯(lián)網(wǎng)，是指由可以連接到互聯(lián)網(wǎng)的傳感器、執(zhí)行器、智能手機等廣泛的物理對象構(gòu)成的物物相連的網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)中的“物”可以是任何東西，既可以是佩戴可穿戴設(shè)備（甚至是手機）的人、帶有 RFID 標簽的動物，也可以是日常家電設(shè)備，如冰箱、洗衣機，甚至是咖啡機；既可以是現(xiàn)實世界中存在的實體——存在于物理世界中的可以被感知、驅(qū)動和連接的東西，也可以是信息世界里虛擬的東西——以信息（數(shù)據(jù)）的形式存在并可以被存儲、處理和訪問的東西。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須能夠與互聯(lián)網(wǎng)直接通信，也就是說，它們需要具備感知、驅(qū)動、數(shù)據(jù)捕獲、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理等能力。

國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Unit，ITU）將物聯(lián)網(wǎng)定義為：信息社會的全球基礎(chǔ)設(shè)施，基于現(xiàn)有的和不斷發(fā)展的可互操作的信息與通信技術(shù)實現(xiàn)（物理的和虛擬的）物物之間的相互連接，從而實現(xiàn)高級服務(wù)。

廣泛的信息通信技術(shù)（Information and Communication Technology，ICT）已經(jīng)為人類提供了隨時隨地的通信服務(wù)，而物聯(lián)網(wǎng)又在此基礎(chǔ)上增加了一個新的維度，即在任何物之間通信，如下圖所示

有人預(yù)言，物聯(lián)網(wǎng)作為一項技術(shù)，將對人類社會產(chǎn)生深遠的影響。為了讓大家了解它的深遠影響，請想象一個場景：你和我一樣，住在高樓大廈里，非常喜愛植物。你花了很多心思，用盆栽做了一個屬于自己的室內(nèi)小花園。老板派你到外地出差一周，你擔心植物沒有水不能存活一周。物聯(lián)網(wǎng)的解決方案是，加裝土壤濕度傳感器，并將它們連接到互聯(lián)網(wǎng)，再加裝執(zhí)行器，以供遠程開啟或關(guān)閉供水及日照。現(xiàn)在，你可以去世界的任何地方，而無須再擔心植物枯死，因為你可以通過物聯(lián)網(wǎng)檢查每株植物的土壤水分狀況，并根據(jù)需要適時澆水。

你在辦公室度過了非常疲憊的一天，現(xiàn)在你只想回家，讓人幫你沖咖啡、準備床鋪、燒水洗澡，可悲的是，家里只有你一個人，沒人幫你。如今不會了，物聯(lián)網(wǎng)可以幫助你。你的家居助手會用咖啡機調(diào)制出合你口味的咖啡，命令智能熱水器開啟并將水溫保持在期望值上，還能幫你開啟智能空調(diào)為房間降溫。

選擇僅僅受限于你的想象力，這兩個場景對應(yīng)于消費物聯(lián)網(wǎng)——專注于面向消費者應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)。此外，還存在一個更大范疇的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（Industry IoT，IIoT），其中，制造商和工業(yè)界通過積極優(yōu)化生產(chǎn)流程并實施遠程監(jiān)控來提高生產(chǎn)力和效率。

物聯(lián)網(wǎng)參考模型

就像互聯(lián)網(wǎng)的開放式系統(tǒng)互聯(lián)（Open System Interconnection，OSI）參考模型一樣，物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可定義為六層：四個水平層和兩個垂直層。其中兩個垂直層是管理層和安全層，它們分布在四個水平層中，如下圖所示。

• 設(shè)備層：它位于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的最底層，也稱作感知層。該層包含許多感知或控制物理世界及采集數(shù)據(jù)所需要的物理硬件，如傳感器、RFID 和執(zhí)行器等。
• 網(wǎng)絡(luò)層：該層通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)支持和數(shù)據(jù)傳輸，即負責將從設(shè)備層采集的信息安全可靠地傳輸?shù)叫畔⑻幚硐到y(tǒng)。傳輸介質(zhì)和傳輸技術(shù)都是網(wǎng)絡(luò)層的一部分，如 3G、UMTS、ZigBee、藍牙、Wi-Fi 等。
• 服務(wù)層：負責管理服務(wù)。它接收來自網(wǎng)絡(luò)層的信息，將信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，并對這些信息進行處理，然后根據(jù)結(jié)果自動做出決策。
• 應(yīng)用層：根據(jù)服務(wù)層處理的信息來管理應(yīng)用程序。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的范圍很廣，有智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、智慧家庭等。

物聯(lián)網(wǎng)平臺

來自網(wǎng)絡(luò)層的信息往往是在物聯(lián)網(wǎng)平臺的幫助下進行管理的。

目前，許多公司都提供物聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)，這些平臺不僅提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)，還可以實現(xiàn)與不同硬件的無縫集成。由于這些平臺充當硬件和應(yīng)用層之間的媒介，因此物聯(lián)網(wǎng)平臺也稱為物聯(lián)網(wǎng)中間件，是物聯(lián)網(wǎng)參考模型中服務(wù)層的一部分。

物聯(lián)網(wǎng)平臺提供了在世界上任何地方實現(xiàn)萬物互聯(lián)和通信的能力。有一些流行的物聯(lián)網(wǎng)平臺，比如 Google 云平臺、Azure 物聯(lián)網(wǎng)、亞馬遜 AWS 物聯(lián)網(wǎng)、Predix 和 H2O 等。

用戶可以根據(jù)以下標準選擇最適合自己的物聯(lián)網(wǎng)平臺：

• 可擴展性：允許在現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中添加和刪除新設(shè)備。
• 易用性：系統(tǒng)應(yīng)能完美運行，并在最少干預(yù)情況下提供所有規(guī)格的產(chǎn)品。
• 第三方集成：支持異構(gòu)設(shè)備和協(xié)議之間的互聯(lián)通信。
• 部署選項：應(yīng)當可以在各種硬件設(shè)備和軟件平臺上運行。
• 數(shù)據(jù)安全：確保數(shù)據(jù)和設(shè)備的安全。

物聯(lián)網(wǎng)垂直領(lǐng)域

垂直行業(yè)市場是指供應(yīng)商針對某一行業(yè)、貿(mào)易、職業(yè)或有其他特殊需求的客戶群體提供特定商品和相關(guān)服務(wù)的市場。物聯(lián)網(wǎng)成就了許多這樣的垂直市場。

下面列舉一些頂級的物聯(lián)網(wǎng)垂直領(lǐng)域：

1) 智能樓宇

采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑不僅可以減少資源的消耗，還可以提高人們的居住體驗或工作滿意度。

智能樓宇配備的智能傳感器不僅可以監(jiān)控資源的消耗，還可以主動探測居民需求。通過這些智能設(shè)備和傳感器采集的數(shù)據(jù)對建筑、能源、安防、園林綠化、暖通空調(diào)、照明等進行遠程監(jiān)控。然后，再利用這些數(shù)據(jù)預(yù)測分析來實現(xiàn)自動化操作管理，從而優(yōu)化效率，節(jié)省時間、資源和成本。

2) 智慧農(nóng)業(yè)

物聯(lián)網(wǎng)可以使地方農(nóng)業(yè)和商業(yè)性農(nóng)業(yè)更環(huán)保、更經(jīng)濟、生產(chǎn)效率更高。

通過在農(nóng)場各處布置傳感器實現(xiàn)農(nóng)田灌溉過程的自動化。據(jù)預(yù)測，智慧農(nóng)業(yè)的實踐將使生產(chǎn)率成倍增加，從而使糧食資源得到極大提高。

3) 智慧城市

智慧城市是一個包含智慧停車系統(tǒng)、智慧公交系統(tǒng)等智能系統(tǒng)的城市。它可以為政府和市民解決公共交通、公共安全、能源管理等方面的問題。

通過使用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以優(yōu)化城市基礎(chǔ)設(shè)施的使用率，提高市民的生活質(zhì)量。

4) 智慧互聯(lián)醫(yī)療

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠程醫(yī)療，可以實現(xiàn)針對患者的遠程實時監(jiān)測和決策。

個人可通過佩戴醫(yī)療傳感器來監(jiān)測身體健康參數(shù)，如心跳、體溫、血糖水平等。可穿戴式傳感器，如加速度計、陀螺儀等，可用于監(jiān)測個人的日?；顒?。

物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)

物聯(lián)網(wǎng)將以前從未聯(lián)網(wǎng)過的設(shè)備（比如汽車發(fā)動機）連接到互聯(lián)網(wǎng)上，從而產(chǎn)生了大量連續(xù)的數(shù)據(jù)流。

下圖展示了市場調(diào)研機構(gòu) IHS（全球商業(yè)資訊關(guān)鍵信息服務(wù)供應(yīng)商）預(yù)測的未來幾年聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的增長趨勢。其中，到 2025 年，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達到 754.4 億

不斷降低的傳感器成本、高效的功耗技術(shù)、廣泛的網(wǎng)絡(luò)覆蓋（紅外、NFC、藍牙、Wi-Fi 等），以及支持物聯(lián)網(wǎng)部署和發(fā)展的云平臺的出現(xiàn)，是推動物聯(lián)網(wǎng)在家庭、個人生活和工業(yè)領(lǐng)域普及的主要原因。這也進一步促使各個企業(yè)開始思考提供新的服務(wù)，開發(fā)新的商業(yè)模式。例如：

• 愛彼迎（Airbnb）：它是一家將旅游人士和家有空房出租的房主聯(lián)系起來的服務(wù)型網(wǎng)站，靠提供租賃服務(wù)賺取傭金。
• 優(yōu)步（Uber）：它把出租車司機和旅行者的位置信息關(guān)聯(lián)起來，通過定位旅客的位置為他們分配距離最近的司機。

服務(wù)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)既龐大又復(fù)雜，對大數(shù)據(jù)處理技術(shù)提出了迫切需求?？梢哉f，大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)相互促進，相輔相成。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不斷產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)流提供了諸如溫度、污染程度、地理位置和距離等狀態(tài)信息。它們按照時間序列產(chǎn)生并且自相關(guān)。由于數(shù)據(jù)本質(zhì)上是動態(tài)變化的，因此任務(wù)變得非常具有挑戰(zhàn)性。這就需要在邊緣設(shè)備（傳感器或網(wǎng)關(guān)）上或云端進行數(shù)據(jù)分析。

在將數(shù)據(jù)發(fā)送至云端之前，需要進行某種形式的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。這可能涉及以下幾個方面：

• 時間或空間分析；
• 邊緣節(jié)點處的數(shù)據(jù)匯聚；
• 數(shù)據(jù)匯總；
• 多個物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流的關(guān)聯(lián)分析；
• 數(shù)據(jù)清理；
• 丟失數(shù)據(jù)的填充；
• 數(shù)據(jù)歸一化；
• 轉(zhuǎn)化為云端可接受的數(shù)據(jù)格式。

在邊緣設(shè)備節(jié)點上，復(fù)雜事件處理（Complex Event Processing，CEP）系統(tǒng)能組合來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，從而推斷事件或模式。

利用數(shù)據(jù)流分析法分析數(shù)據(jù)，例如將分析工具應(yīng)用到數(shù)據(jù)流中，但以離線模式開發(fā)出可供外部使用的洞察力和規(guī)則，然后再將離線構(gòu)建的模型應(yīng)用于所生成的數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)不同方式的數(shù)據(jù)處理：

• 原子型：每次處理一條數(shù)據(jù)，是真正意義上的流處理。
• 微分批：把一小段時間內(nèi)的一組數(shù)據(jù)當作一個微批次，對這個微批次內(nèi)的數(shù)據(jù)進行處理。
• 窗口化：每批次處理一個時間幀內(nèi)的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)流分析可以與 CEP 相結(jié)合，將一個時間幀內(nèi)的事件與關(guān)聯(lián)模式相結(jié)合，以檢測特殊模式（例如，異常或故障）