1.物联网的概述

1.1 物联网的定义

物联网（Internet of things，or IoT）是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连续、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网就是物物相连的互联网，是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。物联网包含两层含义：

 ● 物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；

 ● 其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。

物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。

为了更好地定义物联网，描述物联网的特征，我们将物联网与互联网各自的基本特征比较如下表所示：

物联网、互联网的特征比较分析表

由上表可知，物联网与互联网有着显著的区别，同时也存在着密切的联系。物联网是基于互联网之上的一种高级网络形态，物联网和互联网的共同点是：技术基础是相同的，即它们都是建立在分组数据技术的基础之上的。物联网和互联网的不同点是：用于承载物联网和互联网的分组数据网无论是网络组织形态，还是网络的功能和性能，对网络的要求都是不同的。互联网对网络性能要求是： “尽力而为” 的传送能力和基于优先级的资源管理，对安全、可信、可控、可管等都没有要求。物联网对网络的要求高得多，对实时性、安全可信性、资源保证性等都有很高的要求。因此从这方面来说，两者是有差别的。

1.2 互联网的关键技术

技术是应用的基础，物联网要实现物与物之间的感知、识别、通信等功能需要有大量先进技术的支持。目前物联网关键性的技术包括：

 ● 传感器节点技术：传感器能够探测、感受外界的信号、物理条件或化学组成，并将探知的信息传递给其他装置。主要包括传感器技术、RFID射频技术、微型嵌入式系统；

 ● 组网和互联技术：是实现物联网功能的纽带，主要包括：构建新型分布式无线传感网络组网结构、基于分布式感知的动态分组技术、实现高可靠性的物联网单元冗余技术、无缝接入或断开和网络自平衡技术；

 ● 全球定位系统：结合卫星及通讯技术以实现物体的精确定位，现有的系统包括美国的GPS、中国的北斗系统、欧盟的伽利略系统及俄罗斯的格格纳斯系统；

 ● 应用技术：是指具体服务于特定行业或者实现特定功能的应用技术，主要包括：感知信息处理技术、系统软件、传感器应用抽象和标准化以及应用软件及平台技术；

 ● 新材料技术：物联网新材料技术主要包括使传感器节点进一步小型化的纳米技术、提高传感器可靠性的抗氧化技术、减小传感器功耗的集成电路技术。

2.物联网的技术体系结构

虽然物联网的定义目前没有统一的说法，但物联网的技术体系结构基本得到统一认识，分为感知层、网络层、应用层三个大层次。如下图所示：

2.1 应用层

应用层完成物品信息的汇总、协同、共享、互通、分析、决策等功能，相当于物联网的控制层、决策层。物联网的根本还是为人服务，应用层完成物品与人的最终交互，前面两层将物品的信息大范围地收集起来，汇总在应用层进行统一分析、决策，用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之问的信息协同、共享、互通，提高信息的综合利用度，最大程度地为人类服务。其具体的应用服务又回归到前面提到的各个行业应用，如智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等。

2.2 网络层

网络层完成大范围的信息沟通，主要借助于已有的广域网通信系统(如PSTN网络、2G/3G移动网络、互联网等)，把感知层感知到的信息快速、可靠、安全地传送到地球的各个地方，使物品能够进行远距离、大范围的通信，以实现在地球范围内的通信。当然，现有的公众网络是针对人的应用而设计的，当物联网大规模发展之后，也逐渐催生出了满足物联网数据通信要求的新通讯技术，如LoRa技术、NB-IoT技术等。

2.3 感知层

感知层是让物品说话的先决条件，主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、身份标识、位置信息、音频、视频数据等。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。感知层又分为数据采集与执行、短距离无线通信2个部分。数据采集与执行主要是运用智能传感器技术、身份识别以及其他信息采集技术，对物品进行基础信息采集，同时接收上层网络送来的控制信息，完成相应执行动作。既能向网络表达自己的各种信息，又能接收网络的控制命令，完成相应动作。短距离无线通信能完成小范围内的多个物品的信息集中与互通功能。

3.物联网技术在智慧能源领域中的应用

3.1 物联网技术在智能电网中的应用

智能电网能够将具备智能判断与自适应能力的能源统一接入到网络之中，并对其进行分布式管理。这正是物联网概念在实际中的代表性应用。通过物联网技术，可以对电网和用户的信息进行实时监控和采集，并可将已嵌入智能模块的各供电、输电和用电设备连接为一体，从而实现各设备的物理实体入网，通过智能化、信息化、网络化的管理来实现能源替代以及对电能的最优配置和利用。

智能仪表是应用计算机技术、通信技术等，形成以智能芯片为核心，具有自动计量计费或数据传输、过载断电、用电管理等功能的电能表的统称。现阶段智能仪表包括单相电子表和三相电子表。按照功能又分为许多种。智能仪表可以在任何地点对用电设备进行管理控制，提供多种增值服务。依托于物联网技术，在智能电网时代，用户可以实时查看每台设备的用电状况甚至于整个电网系统的运行状况，自主设立电器设备的使用功率和时间，选择最优的能源使用方案，从而提高能源利用效率。

3.2 物联网技术在大型数据中心机房监控方面的应用

随着互联网应用的发展，各类大型或超大型的数据中心营运而生，为了保证数据中心安全、稳定、可靠地运行，相应配套的建立了各种监控管理系统，用于对数据中心的物理运行环境状况、动力配电状况、设备运行状况、人员活动状况以及消防状况包括可能出现的危急状况进行监视、控制和管理。

应用物联网技术，将各子系统有机的结合起来，形成一个统一的整体，有效地降低人员成本、提升运行效率、增强决策能力，使得整个数据中心的运行管理水平得到很大的提高。

需要接入的子系统包括：动力监控系统（供配电监控、柴发监控、UPS监控等）、空调设备监控、温湿度监控、图像视频监控、漏水检测、门禁管理、消防系统监控、消防电源监控等。

3.3 物联网技术在高校能耗管理方面的应用

高校占地面积比较大，各种功能建筑分布范围广，同时高校又是集教学、科研和生活于一体，既是人口的高密度区，又是重要的能源消耗大户，利用物联网技术建立高校的综合能耗管理系统就显得尤为重要。

在高校能耗管理系统中，涉及到电能管理、供水管理、供暖管理等各子系统，并要求按教学楼、宿舍、食堂、图书馆、实验室、办公室及其他功能建筑进行能耗信息的分类存储，设立能耗指标，进行能耗考核等，为管理者提供更好更科学的决策支持，为科学管理和高效管理奠定基础。

无需另行建设专用的通讯网络，利用现有的校园网、互联网、现场总线、短距离无线通信技术实现设备及子系统的互联，这是物联网概念的精髓。

3.4 物联网技术在医院能源管理方面的应用

物联网在医院能耗管理系统的规划和建设上，通过实时在线能源数据，能源质量检测、能源自动化控制作为系统支撑实现一体化的能源管控，进行能源统计、分析、诊断、预测、调度，通过这些有效的技术和管理手段，可有效提高医院对于能源的管理，减少能源方面的支出，并挖掘节能潜力，做到“节能增效”。

4.物联网技术在智慧能源领域的应用前景

物联网在智慧能源领域的主要应用是自动监视、自动抄表，实现包括电、水、气、热、冷等用户使用量数据的自动读取，以及随后的根据使用量计算费用、优化能源分配、节能降耗措施等。

物联网在智慧能源领域的另一个应用是能源配送及能源使用设施的远程监测和维护管理，鉴于能源配送及使用的连续性和实时性，相关的安全性指标将会十分苛刻。

物联网技术可以构建一个连接用户、设备及设备供应商的数据通道，为设备的不断改进、升级迭代及主动智能维护提供强大的数据支持。