1.1 物聯網概述及重點發展領域

物聯網是多學科高度交叉的、知識高度集成的前沿熱點研究領域。長距離無線通信技術涉及納米與微電子技術、新型微型傳感器技術、微機電系統技術、片上系統技術、移動互聯網技術、微功耗嵌入式技術、云計算、大數據、人工智能等多個領域，它融合通信技術、計算機技術和自動控制技術，共同構成物聯網的技術基礎。通過無線傳感器網絡的部署和采集，可以擴展人們獲取信息的能力，將客觀世界的物理信息同傳輸網絡連接在一起，改變人類自古以來僅僅依靠自身的感覺等來感知信息的現狀，極大地提高了人類獲取數據和信息的準確性、靈敏度。通過網絡技術對獲取的信息進行匯總與運用，通過云計算、大數據、人工智能等對數據進行分析，最終為人們提供服務。

物聯網在眾多領域都擁有著廣泛的應用，由于物聯網的技術分散性和特殊性，使得物聯網無處不在，例如智慧城市（見圖1.1）。

本節主要講述物聯網、長距離無線通信技術概念，以及物聯網長距離無線通信技術主流架構，同時介紹各種主流的無線傳感器網絡、相關學習路線、開發平臺等。

1.1.1 物聯網概述

物聯網（Internet of Things,IoT）的概念最早于1999年由美國麻省理工學院首次提出，2009年年初，IBM提出了“智慧地球”概念，使得物聯網成為時下熱門話題。2009年8月，我國啟動“感知中國”建設，隨后物聯網在我國進一步升溫，得到了政府、科研院校、電信運營商以及設備提供商等的高度重視。

物聯網是指利用各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）裝置、無線傳感器、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等，對現有物體信息進行感知、采集，通過網絡支撐下的可靠傳輸技術，將各種物體的信息匯入互聯網，并進行基于海量信息資源進行智能決策、安全保障及管理技術與服務的全球公共的信息綜合服務平臺。物聯網如圖1.2所示。

物聯網有兩層意思：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體，并在物體之間進行信息交換和通信。因此，物聯網是指運用傳感器、射頻識別（RFID）、智能嵌入式等技術，使信息傳感設備感知任何需要的信息，按照約定的協議，通過可能的網絡（如基于Wi-Fi等無線局域網、3G、4G）接入方式，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換，在進行物與物、物與人泛在連接的基礎上，實現對物體的智能識別、定位、跟蹤、控制和管理。物聯網分為感知層、網絡層、平臺層和應用層。

以控制和采集設備為主的設備或網絡，統稱為感知層；以數據匯總和將數據通過網絡上傳至服務器的設備或網絡，統稱為網絡層；服務器在系統中雖然沒有展現，但在系統中承擔著重要的工作，服務器主要承擔數據管理和數據服務，這一層統稱為平臺層；最終接入網絡的方式就是使用移動終端，移動終端完成人對整個物聯網的接入，這一層稱為應用層。傳統的物聯網也是由這四層構成的，物聯網架構如圖1.3所示。

1.1.2 物聯網重點發展領域

《物聯網“十二五”發展規劃》明確提出了物聯網的九大重點發展領域（見圖1.4），分別為智能工業、智能農業、智能物流、智能交通、智能環保、智能安防、智能醫療、智能電網和智能家居，物聯網已經深入社會生活的方方面面。

（1）智能工業：信息技術、網絡技術和智能技術應用于工業領域，給工業注入“智慧”的綜合技術。它突出了采用計算機技術模擬人在制造過程中和產品使用過程中的智力活動，以進行分析、推理、判斷、構思和決策，從而去擴大延伸和部分替代人類專家的腦力勞動，實現知識密集型生產和決策自動化。

（2）智能農業：在相對可控的環境條件下，采用工業化生產，實現集約高效可持續發展的現代超前農業生產方式，即農業先進設施與露地相配套、具有高度的技術規范和高效益的集約化規模經營的生產方式。它集科研、生產、加工、銷售于一體，實現周年性、全天候、反季節的企業化規模生產；它集成現代生物技術、農業工程、農用新材料等學科，以現代化農業設施為依托，科技含量高，產品附加值高，土地產出率高和勞動生產率高，是我國農業新技術革命的跨世紀工程。

（3）智能物流：利用集成智能化技術，使物流系統能模仿人的智能，具有思維、感知、學習、推理判斷和自行解決物流中某些問題的能力。智能物流能根據自身的實際水平和客戶需求對智能物流信息化進行定位，是國際未來物流信息化發展的方向。

（4）智能交通：是未來交通系統的發展方向，它是將先進的信息技術、數據通信傳輸技術、電子傳感技術、控制技術及計算機技術有效地集成運用于整個地面交通管理系統而建立的一種在大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統。

（5）智能電網：電網的智能化，也被稱為電網2.0，建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行。

（6）智能環保：在原有“數字環保”的基礎上，借助物聯網技術，把感應器和裝備嵌入到各種環境監控對象（物體）中，通過超級計算機和云計算將環保領域物聯網整合起來，實現人類社會與環境業務系統的整合，以更加精細和動態的方式實現環境管理和決策的“智慧”，是“數字環保”概念的延伸和拓展，是信息技術進步的必然趨勢。

（7）智能安防：通過相關內容和服務的信息化、圖像的傳輸和存儲、數據的存儲和處理等，實現企業或住宅、社會治安、基礎設施及重要目標的智能化安全防范。

（8）智能醫療：通過打造健康檔案區域醫療信息平臺，利用最先進的物聯網技術，實現患者與醫務人員、醫療機構、醫療設備之間的互動，逐步達到信息化。在不久的將來，醫療行業將融入更多人工智能、傳感技術等高科技，使醫療服務走向真正意義的智能化，推動醫療事業的繁榮發展。在中國新醫改的大背景下，智能醫療正在走進尋常百姓的生活。

（9）智能家居：以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、智能家居系統設計方案安全防范技術、自動控制技術、音/視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。