隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)開發(fā)正以前所未有的速度深度融合,深刻改變著社會生產(chǎn)方式和人們的生活方式。本文將從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)的融合現(xiàn)狀、典型應用場景、面臨的關鍵技術(shù)挑戰(zhàn)以及未來發(fā)展趨勢四個方面展開分析與研究。
一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)的融合現(xiàn)狀
物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的核心在于通過信息傳感設備,按約定的協(xié)議,將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進行信息交換和通信,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。這一目標的實現(xiàn),高度依賴于網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展。當前,以5G/6G、低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN,如NB-IoT、LoRa)、Wi-Fi 6/7、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等為代表的先進網(wǎng)絡技術(shù),為物聯(lián)網(wǎng)提供了高速率、低時延、廣覆蓋、大連接的通信基礎。網(wǎng)絡技術(shù)開發(fā)的重點正從服務于人轉(zhuǎn)向服務于物,并逐步形成“云-管-邊-端”協(xié)同的體系架構(gòu),為海量物聯(lián)網(wǎng)設備的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與應用提供了堅實支撐。
二、典型應用場景分析
- 智慧城市:通過部署大量環(huán)境監(jiān)測、交通監(jiān)控、市政設施(如智慧路燈、井蓋)傳感器,結(jié)合5G網(wǎng)絡和城市專網(wǎng),實現(xiàn)對城市運行狀態(tài)的實時感知與智能調(diào)度,提升城市治理效率和居民生活質(zhì)量。
- 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng):在制造車間部署工業(yè)傳感器、控制器和機器視覺設備,利用時間敏感網(wǎng)絡(TSN)、5G URLLC(超高可靠低時延通信)等技術(shù),實現(xiàn)生產(chǎn)設備的遠程監(jiān)控、預測性維護、柔性生產(chǎn),推動制造業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉(zhuǎn)型。
- 智能家居與建筑:利用Zigbee、Z-Wave、藍牙Mesh及Wi-Fi等技術(shù),將家庭或樓宇中的電器、安防、能源設備聯(lián)網(wǎng),通過家庭網(wǎng)關或云平臺實現(xiàn)集中控制與智能聯(lián)動,提升居住的便捷性與能效。
- 智慧農(nóng)業(yè):通過部署土壤、氣象、作物生長等傳感器,結(jié)合LPWAN網(wǎng)絡,實現(xiàn)對農(nóng)田環(huán)境的精準監(jiān)測與自動灌溉、施肥,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與資源利用率。
- 車聯(lián)網(wǎng):借助C-V2X(蜂窩車聯(lián)網(wǎng))和5G網(wǎng)絡,實現(xiàn)車與車、車與路、車與人、車與云的全面互聯(lián),為自動駕駛、智能交通管理、車載信息服務提供關鍵通信保障。
三、面臨的關鍵技術(shù)挑戰(zhàn)
- 安全與隱私:物聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量龐大、部署分散、計算資源有限,極易成為網(wǎng)絡攻擊的入口。數(shù)據(jù)在采集、傳輸、存儲過程中的隱私泄露風險也日益突出。需要開發(fā)輕量級加密、身份認證、可信計算、數(shù)據(jù)脫敏等安全技術(shù)。
- 連接與互操作性:物聯(lián)網(wǎng)設備種類繁多,通信協(xié)議和標準各異(如MQTT、CoAP、LoRaWAN等),導致系統(tǒng)間互聯(lián)互通困難。亟需推動協(xié)議標準化和平臺接口統(tǒng)一。
- 數(shù)據(jù)處理與計算:海量物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)洪流對網(wǎng)絡帶寬、云端計算和存儲造成巨大壓力。邊緣計算(MEC)與云計算協(xié)同成為必然選擇,需要在網(wǎng)絡邊緣部署計算能力,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的就近處理與實時響應。
- 能耗與續(xù)航:許多物聯(lián)網(wǎng)設備(如野外傳感器)依賴電池供電,對低功耗通信技術(shù)和能量收集技術(shù)提出了極高要求。網(wǎng)絡技術(shù)的開發(fā)需持續(xù)優(yōu)化能效。
- 網(wǎng)絡架構(gòu)與服務質(zhì)量:為滿足不同物聯(lián)網(wǎng)應用(如高清視頻監(jiān)控與抄表)差異化的帶寬、時延和可靠性需求,網(wǎng)絡需要具備切片能力,提供定制化的虛擬網(wǎng)絡服務。
四、未來發(fā)展趨勢
- “AI+IoT+Network”深度融合:人工智能技術(shù)將深度嵌入物聯(lián)網(wǎng)終端、邊緣和云端,實現(xiàn)從感知智能到認知決策智能的演進,網(wǎng)絡將作為智能輸送的“神經(jīng)網(wǎng)絡”進行自適應優(yōu)化。
- 向確定性網(wǎng)絡演進:為滿足工業(yè)控制、遠程手術(shù)等極致應用場景的需求,網(wǎng)絡技術(shù)將向提供確定性時延、抖動和丟包率保障的方向發(fā)展,如TSN與5G/6G的融合。
- 空天地海一體化網(wǎng)絡:未來物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋將不限于地面,衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、高空平臺網(wǎng)絡將與地面蜂窩網(wǎng)絡深度融合,為全球無死角、全場景的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋提供可能。
- 內(nèi)生安全與可信物聯(lián)網(wǎng):安全能力將作為原生設計內(nèi)置到網(wǎng)絡架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中,構(gòu)建從芯片、設備到網(wǎng)絡、應用的全鏈條可信體系。
- 綠色低碳與可持續(xù)發(fā)展:網(wǎng)絡技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)解決方案的開發(fā)將更加注重能效提升,利用綠色能源,助力實現(xiàn)“雙碳”目標。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)開發(fā)的協(xié)同創(chuàng)新,是驅(qū)動數(shù)字經(jīng)濟和社會智能化發(fā)展的核心引擎。面對廣闊的應用前景與技術(shù)挑戰(zhàn),需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游在標準制定、技術(shù)研發(fā)、應用創(chuàng)新與安全保障等方面加強合作,共同構(gòu)建一個更智能、更高效、更安全、更開放的萬物互聯(lián)新時代。