物联网是一个快速发展的综合概念，包括计算机科学，网络技术，微电子学和传感器技术领域的研究。 这种范例代表了未来网络技术发展的主要方向，它将解决人类从测量环境指标到提高生产效率的许多日常任务。

在本文中，我们将熟悉物联网的基本定义及其特征，分析该领域并突出实现该概念的主要问题和任务。

什么是物联网？

物联网（IoT）的定义是，人们使用的大多数设备都将配备用于控制的微控制器和用于相互之间数字数据传输和通信的网络接口。 RFID组将IoT定义为可访问设施的全球网络，其唯一寻址基于标准通信协议 。

物联网的以下使用领域可以区分：工业和生产； 运输和运输； 监测建筑结构的技术状况，空气质量，噪声背景和能耗； 废物管理； 智能停车和交通拥堵数据； 智能路灯和家庭使用。

从技术角度来看，物联网不是一项新技术，而是结合了具有以下功能的现有工具：

• 通信和交互 -对象可以与Internet资源或彼此建立连接并更新其状态。 最重要的是无线技术，例如GSM和UMTS，Wi-Fi，蓝牙，ZigBee和其他当前开发的无线网络标准。
• 可寻址性 -在物联网上对象在空间中分布并且必须具有明确的寻址。
• 标识使您可以将数据与特定对象唯一地关联并检索它。 RFID和NFC标准是技术的示例，它们甚至可以识别没有内置能源的无源物体。
• 探测 -物联网设备使用传感器收集环境信息，交换信息或在其影响下更改其状态。
• 内置信息处理 -对象可以配备处理器或微控制器以进行即时分析和信息处理。
• 定位 -设备知道其物理位置，这是通过使用GPS或移动通信网络以及信标（例如，具有已知坐标的WLAN或RFID阅读器）实现的。

主要问题与任务

物联网的概念是全面的，涉及硬件，网络和软件等领域的集成。 结果，出现了许多技术和社会法律上的问题和任务。

系统架构

物联网的基本目标是开发和选择正确的系统架构，因为整个进一步的开发过程将取决于研究初期的决策。 目前，关于物联网架构尚无普遍认可和使用的特定协议。

最常见的是三级和五级架构模型。 第一个是基本的，包括感知，网络和应用程序级别。 该模型定义了物联网的基本概念，但是它不够详细，这对于更深入的研究是必需的。 因此，文献提出了具有大量级别的体系结构。 例如，五级模型，该模型另外包括处理层和传输层。

其他示例是多云和有雾的建筑。 据研究人员称，雾计算的发展最近出现了一种趋势，其中传感器和网络网关执行一些处理和分析数据的任务。

雾和云计算经常一起使用，因为这对于优化IoT应用程序性能是必需的。 为了实现模糊的计算，可以在LAN和云之间构建网关。 在这里，采用了一种多级方法，该方法提供了监视（对使用的容量和资源进行控制），预处理（对数据的过滤，处理和分析），存储（数据复制，分发和存储）以及确保数据安全性（加密并确保数据完整性和机密性）的功能。 ） 目前，这种架构最受关注，而且据研究人员说，它是最有前途的。

设备电源

物联网的一项重要任务是不断移动且没有恒定能源的设备的电源。 在许多情况下，电池和电源由于尺寸，重量和维护要求而存在问题。 开发人员和研究人员的希望在于嵌入式系统的低功耗处理器的未来，该处理器的能耗将大大降低。 有可充电的无线传感器，可以在几米的距离内传输其读数。 像RFID系统一样，它们可以远程或从测量过程本身接收能量，例如使用压电或热电材料。 另外，为了降低电力成本，必须形成具有最少的发送数据量的协议栈。

因此，开发和选择无线标准的任务。 在能源成本方面，不适合使用GSM，Wi-Fi和蓝牙等标准技术-它们具有较宽的带宽，并且所使用的能源量是IoT系统无法接受的。

为了解决此问题，开发了满足物联网要求的标准，例如，IEEE 802.15.4，IEEE 802.11低功耗，蓝牙低功耗，6LoWPAN，RFID，NFC，ZigBee，Sigfox，LoraWAN和其他使用很少的无线网络协议能源，并与现有的传输和网络层协议兼容。

Web协议栈开发

物联网的Web堆栈的开发需要对其结构进行有效的构建，这既要满足通信基础设施的要求（与现有标准的兼容性）又要满足物联网的要求。 此类标准的示例包括：在表示层上-CoAP； 传输层-UDP； 网络层-IPv6 / 6LoWPAN。

这些标准以与无限制堆栈协议相同的方式与通信基础结构进行交互，但是传输的数据量要少得多。 这一事实有助于减少物联网设备的功耗并增加其运行时间。

设备寻址方案

就分配给物联网设备的地址的唯一性而言，寻址方案是至关重要的方面，因为它们必须唯一地标识其他设备并与它们交换信息。 创建唯一地址的最重要特征是：它的唯一性，可靠性，稳定性和可伸缩性。

现有且无处不在的IPv4协议仅允许识别位于特定地理区域中的一组设备，但是它无法分配每个单独的IoT节点。 IPv6可以缓解设备标识问题，但是无线节点的异构性，可变数据类型，同时操作以及来自不同设备的数据合并会进一步加剧该问题。

物联网系统的可扩展性

物联网的下一个问题是可扩展性。 根据思科的估计，到2020年，将有500亿台设备连接到云，而根据Gartner的估计，将有260亿台设备连接到云。 物联网的总容量比常规互联网要广。 因此，物联网空间的可扩展性将比常规Web应用程序更为复杂。 但是，物联网设备接收的大多数数据可以或应该在本地处理，并立即丢弃。

保证的服务质量（QoS）

Web用户允许常规Web服务使用可变的延迟，但是传感器或IoT致动器的暂时无法访问将直接影响物理世界。 需要一种可控制的，最佳的方法来服务各种网络流量，每种方法都有其自己的需求。

物联网的另一个方面是网络的持续运行，以实现无处不在的数据传输。 尽管TCP / IP堆栈通过以更可靠，更有效的方式进行路由来保证这一点，但从源到目的地，IoT仍面临网关和无线触摸设备之间接口的瓶颈。 添加网络和设备不应损害网络性能，设备性能，网络上可靠的数据传输或从用户界面有效使用设备。

个人信息的安全性和私密性

除了安全性方面（例如通信通道的真实性和可靠性以及消息完整性）外，其他要求在物联网中也很重要。 有必要为设备提供对服务范围的选择性访问，或者在某个时间以防止与其他设备进行通信。 中间件应具有内置机制来解决此问题，以及用户身份验证和访问控制的实现。 许多信息安全任务可以使用加密方法解决，并且需要广泛研究才能广泛使用。

国际活动

物联网领域的国际活动正在蓬勃发展，许多倡议正在行业，学术界和各级政府中实施。 在欧洲，正在做出巨大的努力，将涵盖M2M，WSN和RFID的研究小组和组织的活动整合到单个IoT系统中，以确定用于实现此目标的物联网交互的参考模型。 在日本，韩国，美国和澳大利亚，行业和政府部门正在就各种物联网计划进行合作，正在实施大规模计划。 中国在其“十二五”规划中也进行了深入的物联网工作，该计划指出资源和投资应集中在各个领域的物联网发展。

这意味着需要为所有国家建立一个统一的联盟来解决物联网问题，以加快该领域的发展步伐，并确定协调实施该技术思想的途径。

结果如何？

随着新的物联网技术的持续兴起，物联网的概念很快将无可避免地大规模发展。 通过将“智能”引入到我们周围的物体中，这种新的网络范式将影响我们生活的每个部分，从自动化房屋到智能监控健康和环境。

物联网是一个集成的领域，需要在各个领域中制定标准。 由于该概念的复杂性和结构性，其发展过程中出现了与各个领域相关的许多任务。 工业可以从与电信，硬件，软件和服务行业密切相关的物联网的发展中受益。