物联网文献综述

1、物联网文献综述【摘要】随着射频识别技术、智能技术以及纳米技术的飞速发展，物联网（internet of things, iot）概念被提出并被认为是继计算机、internet之后，信息产业领域的第三次发展浪潮。本文介绍了物联网基本概念，优势及国内外状况，体系架构，及在医疗领域的功能和应用。 【关键字】物联网 射频技术 体系架构 医疗领域1 物联网1.1 物联网的定义 所谓物联网(internet of things)，指的是将各种信息传感设备，如射频识别(rfid)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。物联网是由多学科高度交叉的新兴前沿研究热

2、点领域，它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知的信息传送到用户终端。1.2 物联网的优势【1】理论上讲它是替代条形码，现在用条形码的地方都可以换成电子标签，更进一步来讲电子标签更具有优越性的一个方面是电子标签具有穿透性，隔着箱子也能读到，不像条形码一定要对着读,电子标签具有抗污染性，表面污损还是可以读到;第二是它的读取速度，电子标签理论上每秒可以读几百张;第三就是它的读取距离，从高频的几十公

3、分到超高频的几米甚至微波的几十米都可以读得到，还有利用芯片编码的全球唯一性，作为防伪方面的使用。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，国际上将“物联网”称为是下一个万亿(美元)级的产业。对人类的发展来讲就是互联网改变了人与人之间的交互方式，那么物联网是革命性的改变人跟环境的交互的方式。2 物联网在国内外现状【2】2.1 物联网在国外现状美国：作为振兴经济的新武器。奥巴马总统就职后，积极回应了ibm公司提出的智慧地球的概念，并很快将物联网的计划升级为国家战略。该战略一经提出，在全球范围内得到极大的响应，物联网荣升2009 年最热门话题之一。无论基础设施、技术水平还是产业链发

4、展程度，美国都走在世界各国的前列，已经趋于完善的通信互联网络为物联网的发展创造了良好的先机。美国经济复苏和再投资法提出，从能源、科技、医疗、教育等方面着手，通过政府投资、减税等措施来改善经济、增加就业机会，推动美国长期发展。其中鼓励物联网技术发展政策主要体现在推动能源、宽带与医疗3大领域上。欧盟：引领世界物联网“加速跑”。在2009 年11月的全球物联网会议上，欧盟专家介绍了欧盟物联网行动计划，意在引领世界物联网发展。从目前的发展看，欧盟已推出的物联网应用在医学上主要为：各成员国在药品中越来越多地使用专用序列码，确保了药品在到达病人手中之前就可得到认证，减少了制假、赔偿、欺诈现象的发生和药品分

5、发中出现的错误。序列码能够方便地追踪用户的医药产品，确保欧洲在对抗不安全药品和打击药品制假中取得成效。为了加强政府对物联网的管理，消除物联网发展的障碍，欧盟制定了一系列物联网的管理规则。2.2 物联网在国内现状中国：政府重视。据了解，国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020 年)和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。据相关部门预测，2035年前后，我国的传感网终端将达到数千亿个；2050 年，传感器将在生活中无处不在。实现以上目标，未来物联网的发展将经历4 个阶段，2010 年之前rfid 被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010-2015年物体互联，2

6、015-2020年物体进入半智能化，2020年之后物件进入全智能化【3】。温家宝总理在题为“让科技引领中国可持续发展”的讲话（2009 年11月3 日），指出：要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后ip时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。我国是世界上少数能实现物联网技术产业化的国家之一，已有不少成功运用的案例，覆盖无线城市、公共安全、城市管理等多个领域。在世界物联网领域，中国与德国、美国、韩国、英国一起，成为国际标准制定的主导国之一。现在中国有多年信息科学技术的积累及互联网的普及，中国物联网的发展将可能与世界同步【4】。3 物联网体系架构3.1 物

7、联网应用场景应用场景一：当你早上拿车钥匙出门上班，在电脑旁待命的感应器检测到之后就会通过互联网络自动发起一系列事件，比如通过短信或者喇叭自动播报今天的天气，在电脑上显示快捷通畅的开车路径并估算路上所花时间，同时通过短信或者即时聊天工具告知你的同事你将马上到达等。应用场景二：联网冰箱也将是最常见的物联网物品之一。想象一下，联网冰箱可以监视冰箱里的食物，在我们去超市的时候，家里的冰箱会告诉我们缺少些什么，也会告诉我们食物什么时候过期。它还可以跟踪常用的美食网站，为你收集食谱并在你的购物单里添加配料。这种冰箱知道你喜欢吃什么东西，依据的是你给每顿饭做出的评分。它可以照顾你的身体，因为它知道什么食物对

8、你有好处。应用场景三：用户开通了家庭安防业务，可以通过pc或手机等终端远程查看家里的各种环境参数、安全状态和视频监控图像。当网络接入速度较快时，用户可以看到一个以三维立体图像显示的家庭实景图，并且采用警示灯等方式显示危险；用户还可以通过鼠标拖动从不同的视角查看具体情况；在网络接入速度较慢时，用户可以通过一个文本和简单的图示观察家庭安全状态和危险信号。综上所述，从体系架构角度可以将物联网支持的业务应用可分为3 类：（1）具备物理世界认知能力的应用。根据物理世界的相关信息，如用户偏好、生理状态、周边环境等，改善用户的业务体验。（2）在网络融合基础上的泛在化应用。不以业务类型划分，而是从网络的业务提

9、供方式划分，强调泛在网络区别于现有网络的业务提供方式。如异构网络环境的无缝接入，协同异构网络的宽带业务提供，面向应用的终端能力协同等。（3）基于应用目标的综合信息服务应用，包括基于应用目标的信息收集、分发、分析、网络和用户行为决策和执行。如以儿童安全为目标的定位、识别、监控、跟踪、预警，交互式的gps导航等。3.2 物联网需求分析物联网是为了打破地域限制，实现物物之间按需进行的信息获取、传递、存储、融合、使用等服务的网络。因此，物联网应该具备如下3个能力。（1）全面感知：利用rfid、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息，包括用户位置、周边环境、个体喜好、身体状况、情绪、环境温度、湿度，以及

10、用户业务感受、网络状态等。（2）可靠传递：通过各种网络融合、业务融合、终端融合、运营管理融合，将物体的信息实时准确地传递出去。（3）智能处理：利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体进行实时智能化控制。物联网并不是一个全新的网络，它是在现有的电信网、互联网、未来融合各种业务的下一代网络以及一些行业专用网的基础上，通过添加一些新的网络能力实现所需的服务。人们可以在不意识到网络存在的情况下，随时随地通过适合的终端设备接入物联网并享受服务。物联网应具有以下特性：可扩展性，要求网络的性能不受网络规模的影响；透明性，要求物联网应用不依赖于特定的底层物理网络；一致性，

11、要求可以跨越不同网络的互操作特性；可伸缩性，要求不会因为物联网功能实体的失效导致应用性能急剧劣化，应至少可获得传统网络的性能。3.2 物联网的体系架构目前在业界物联网体系架构大致被公认为感知层、网络层、应用层三个大层次。如下图所示：【具体应用】智能家居 智能交通 智能电网 智能物流 智能医疗 智能农业 工业监控 城市管理 环境检测【数据分析处理】云计算、数据挖掘应用层【广域网通讯】pstn、2g/3g移动网络、互联网、广电网络、专网网络层【短距离无线网络】红外、蓝牙、wifi、zigbee、其他无线【数据采集、执行控制】各类传感器、rfid、条码、摄像头动作执行部件 感知层3.2.1 应用层应

12、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。3.2.2 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

13、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。这相当于人借助火车、飞机等公众交通系统在地球范围内的交流。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，能否完全满足物联网数据通信的要求还有待验证。即便如此，在物联网的初期，借助已有公众网络进行广域网通信也是必然的选择，如同上世纪90年代中期在adsl与小区宽带发展起来之前，用电话线进行拨号上网一样，它也发挥了巨大的作用，完成了其应有的阶段性历史任务。3.2.3 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

14、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。这相当于给物品赋予了嘴巴、耳朵和手，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，相当于物品的脚。4 物联网在医疗领域的功能医疗卫生领域物联网管理系统是利用rfid、传感器、二维码等随时随地获取药品或药械信息，通过有线或无线网络与互联网融合，将产品信息适

15、时准确传递，再利用云计算系统对海量信息进行分析和处理，实现产品智能化的控制管理。医疗卫生领域物联网的主要应用技术在于电子病历技术、医学影像处理技术、物资管理可视化技术 、医疗信息数字化技术 、医疗过程数字化技术等方面。物联网技术也能够帮助医院实现对人的智能化医疗和对物的智能化管理工作，支持医院内部医疗信息、设备信息、药品信息、人员信息、管理信息的数字化采集、处理、存储、传输、共享等，实现物资管理可视化、医疗信息数字化、医疗过程数字化、医疗流程科学化、服务沟通人性化，能够满足医疗健康信息、医疗设备与用品、公共卫生安全的智能化管理与监控等方面的需求【5】物联网的运用使得个体与医院可以直接对话，实现

16、疾病的及早治疗和健康维护。建立完备的、标准化的个人电子健康档案之后，通过区域医疗信息系统，患者可以迅捷地找到以最短距离、最低成本针对自己病情进行有效治疗的社区医疗机构，甚至可以在家接受社区医疗的上门服务；患者还可以方便地进行远程预约门诊、日常医疗咨询。物联网及其相关技术也可以很好地解决实现健康管理遇到的困难与问题，实现数字化健康管理【6-7】。物联网技术可以为居民提供实时的健康管理服务，为医护人员提供在线的医疗服务平台，为卫生管理者提供健康档案实时的动态数据，并将三方有机结合在一起。它是一个闭合的循环系统，由3部分组成：自我健康管理（健康教育、健康记录等）、健康监测（包括健康指标监测，如血压、

17、心电等，智能健康预警，查看居民健康档案，查看健康常识与健康指导等）、远程医疗协助（包括用药指导、膳食指导、运动指导、慢病病例等）它们相互作用，环环相扣，保证了对个体健康的全程监控。5 物联网rfid技术在医疗领域中的具体应用在物联网中，需要将亿万个不同的物品连网，为了避免混淆这些不同的物品，对物品进行标识是必须的，rfid 技术提供了此功能。国际电信联盟（itu）把射频识别（ radiofrequency identification，rfid）、传感器技术 、纳米技术 、智能嵌入技术视为物联网发展过程中的关键技术。其中，rfid是物联网构建的基础和核心。rfid 是一种非接触式的自动识别技术

18、，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。rfid 技术与互联网、通讯等技术相结合，实现全球范围内物品跟踪与信息共享8。rfid 技术在医疗领域中有以下几方面的具体应用。5.1 在医疗设备管理方面【9-10】将医疗设备的rfid存入生产商和供应商的信息、设备的维修保养信息（包括耗材）、医疗设备不良记录跟踪信息等，通过应用医疗设备rfid简化了设备巡检、维护。利用rfid技术, 可以进一步完善医疗设备的档案, 医学工程科的所有工作人员在使用系统记录设备信息时都是在收集档案，另一方面大部分的档案信息都以电子数据形式存在于系统中，工作人员在

19、电脑上就可以查阅，从而省去了查找、借阅、登记和归还等繁琐手续，极大地减轻了档案管理的工作量。同样，在使用rfid技术对医疗设备的管理后, 院方的管理人员可以方便的知道设备位置，当前使用状态，一次使用的时间等信息，这样对小型的医疗仪器如监护仪、呼吸机等，就能根据科室的需求，适时做出调整，提高设备的使用效率。由于能真实计算出仪器的一次使用时间，对使用科室的成本能做出合理的计算，有利于打破医疗设备被科室视为私有物品而不能很好地共享的难题，整体提高医院物流管理绩效。5.2 在病房和药房管理方面每位住院的患者都将佩戴一个rfid腕带，存储了患者的相关信息（包括药物过敏史、每天用药和打针情况），更详细的信

20、息还可以通过rfid上的epc编码对应到数据库中，可帮助医生或护士对交流困难的病人进行身份的确认。rfid腕带能够防止被调换或除下，确保标识对象的唯一性及准确性。腕带允许医院管理员对部分数据进行加密，即使腕带丢失，也不会被其他人员破解。在一些特殊科室的管理方面，例如管理产科新生儿，就可以给新生儿佩戴rfid腕带，规范在住院期间对新生儿发生的医疗行为，从源头避免新生儿被调换、被盗等情况的发生11。此外，还可以利用摄像探头监视病房，及时发现病人需要看护或救助情况；利用各类传感器管理病房和药房温度、湿度、气压，监测病房的空气质量和污染情况。建议医院的工作人员也佩戴有rfid胸卡，防止未经许可的医护、

21、工作人员和病人进出医院，监视、追踪未经许可进入高危区域的人员。5.3 在药品管理和用药环节方面将药品名称、品种、产地、批次及生产、加工、运输、存储、销售等环节的信息都存于rfid标签中，当出现问题时，可以追溯全过程。把信息加入到药品的rfid标签的同时，还可以把信息传送到公共数据库中，患者或医院可以将标签的内容和数据库中的记录进行对比，从而有效地识别假冒药品。患者也能利用rfid 标签，确认购买的药品是否存在问题。利用rfid技术在用药过程的各个环病人用药、药效追踪、药品库存管理、药品供应商进货、保存期限及保存环境条件以及用药成本之控管与分析。在药品的仓储运输过程中，安装温湿度传感器，可以敏锐

22、感知环境信息，一旦环境发生变化就自动报警。同时由于所有药品都贴有标志身份的电子标签，系统能在第一时间掌握信息，及时“截住”问题药的流动。在国内建立这种全过程的监控之后，在使用环节中发现问题药，可以快速截留尚在途中的所有同类药品。此外，病人也可以通过手机来读写这盒药品的信息，了解其生产、流通过程中的全部信息，放心购买，另外也可以将药品的适应症、相互作用、配伍禁忌、禁忌症、用法、用量信息等药品说明书信息存于rfid标签中。病人可以方便查询药品的使用说明，医护工作人员可以使用这些信息对药品的用药安全进行审核。5.4 在智能化医疗楼宇方面rfid射频识别技术，给医疗楼宇中所有医护人员、急救车辆、医疗物

23、品加装带有全球唯一识别码的标签进行信息标示，并通过系统将他们关联起来。通过对系统采集到的大量数据进行分析，达到对所有的医护人员、急救车辆、医疗物品进行有效管理的目的。可以将系统与楼宇中的其他设备联动，使整个医疗楼宇具有了安全、便利、高效、节能的特点。另外,在医疗楼宇的电梯管理当中,可以在医疗电梯中设置rfid阅读器, 并联结到电梯管理系统工作站,实现可到达楼层管理, 人员到达权限均可根据需要预先设置。在非工作时间段和节假日,电梯管理系统就可以自动识别权限, 自动停到持卡的医疗工作人员的楼层。有多层权限的工作人员,自己选择按键，这样既可以杜绝外来人员在医疗大楼内随意走动, 也可以进一步降低院内交叉感染的概率。6 总结总而言之,利用物联网技术构建电子医疗体系,可以给医疗服务领域带来更多便利12。要提高医疗服务现代化水平,不仅