浅析万物互联及其关键技术
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摘要：物联网技术的发展，给人们带来了对“万物互联”的畅想。在这个科技快速发展的时代，万物互联所需的多项关键技术均已趋于成熟，万物互联指日可待。本文从万物互联的定义、发展现状、关键技术以及应用场景等几个方面对万物互联进行了探讨，简单分析了万物互联的可实现性。
关键词：万物互联；关键技术；物联网
一.引言
2019年，互联网领域最热的词之一无非就是“万物互联”。那么何为万物互联？提到万物互联（Internet of Everything），物联网（Internet of things）是一个不得不提的词。万物互联，实质上就是物联网的一个更高层次的表达，是物联网的更高层次的发展阶段。物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。万物互联时代面临着各种各样的技术挑战，要实现万物互联，需要各个领域的人才互联互通，共同克服各种困难。本文简单分析了万物互联的关键技术，简单完成了对万物互联的可实现性分析。
二.万物互联的技术过程
万物互联的基础是物联网，物联网大体包括设备、网络、软件应用。这其中，设备包括数据采集装置（也就是传感器）、信号发射接收设备，网络用于实现设备的连接以及数据的传输，而软件应用是处理数据以及实现特定操作的载体。也可以这么说，物联网融合了各种技术，建立了一个半自治的网络。这个网络不一定就是互联网，也可以是自组网，简单地说就是物联网设备并不需要时刻保持接入互联网甚至有些不需要接入互联网。那么我们要怎么才能建立一个万物互联的世界呢？主要有三个阶段：
第一个阶段：设备的铺设及互联互通
要实现万物互联的世界，设备是基础，没有设备连物都没有何来万物互联呢？所以发展的第一阶段当然是需要部署海量的设备，并将设备相互连接起来，这也就形成了万物互联的基础。现在海量的设备已经部署在我们的身边，无论是连接手机的智能手环还是智能家居设备，我们身边的许多的设备都被穿上了传感器的衣服，通过WiFi或者其他连接形式接入了互联网或者自组网中。万物互联的基础已经存在。
第二阶段：设备的协同配合
第一阶段已经有了设备的基础，设备之间的数据流通也有了一定的基础，第二阶段就是要完成设备之间的自动化操作，也就当某一个设备接收到一个数据超过一个阈值之后，会自动执行某些预置的操作。就好比在家中安装一个自动火警报警器，当温度阈值超过某一个值时，触发报警器，通过互联网或者电话报火警。这一阶段更多的是一些智能化操作，挑战更多来自于如何用这种智能化的操作去替代繁杂的操作。
第三阶段：智能应用的开发。
前面阶段已经提到万物互联时代，传感器采集了海量的数据，如果要利用这些数据实现更强大更复杂的操作，我们就需要开发更强大的智能应用去处理这些数据，甚至引入其他数据对当前情况进行判断，人工智能、大数据等技术就是解决这一问题的技术手段。
整体而言，万物互联的大时代所需要的基本条件已经具备，虽然在某些技术领域仍需等待突破，但是也都是含苞待放。万物互联将至。
三.万物互联所需的关键技术。
1.移动互联网技术
移动互联网技术是万物互联的核心技术之一，既包括了移动通信技术又包括了互联网技术，而这两种技术又是相互融合的。主要包含：移动通信技术、局域网、广域网、TCP/IP协议以及云计算等技术。其中最为关键的技术就是5g（第五代移动通信技术）。提到5G，以下几种技术就不得不提。
（1）massive MIMO技术
在理想的传播模型中，当发射功率是一个固定值时，接收功率与波长的平方、发射天线增益和接收天线增益成正比，与发射天线和接收天线之间的距离的平方成反比。大部分5G网络部署在毫米波频段，此时的波长非常小，所以信号的衰减会非常严重。但是我们不能随意增大发射端发生功率，因为发射功率总会有一个上限，我们也不能随意增大发射天线和接收天线的增益，因为受制于材料技术和物理规律，我们也不能随意减小发射与接收的距离，因为远距离通信也是用户的需求之一，那么唯一的解决方案就是增大天线的规模，也就是利用massive MIMO技术。另外使用massive MIMO技术，我们能够生成高增益、可调节的赋形波束，从而明显改善信号覆盖，并且由于其波束非常窄，可以大大减少对周边的干扰。
（2）全双工技术
全双工技术是5G高吞吐量和低延迟的关键技术，他能实现设备的发射机和接收机同时同频全双工，突破了现有的FDD（频分双工）和时分双工（TDD）模式，是5G通信的关键技术之一。
（3）D2D技术。
D2D技术，也及时直接通信技术，不需要通过基站，实现终端之间的直接通信，这种技术能够实现较高的数据速率、较低的时延、较低的功耗、频谱资源的高效利用以及提升链路灵活性和网络可靠性。
（4）超密集网络
由于5G需要满足更大的流量需求，超密集网络成为了满足这个需求的主要手段之一。这种技术不仅能够改善网络覆盖，更能够大幅度提升系统容量。小区间干扰是这种技术的主要困扰之一，因此干扰消除、小区快速发现、密集小区间协作、基于终端能力提升的移动性增强方案等都是现有的研究热门。
2.信息采集技術
信息采集技术，也就是传感器技术。信息采集技术实质是新一代物理及新材料技术，研究人员在这方面不断突破，现已存在能够满足基本需求的传感器件。
3.物品编码技术
随着越来越多的设备接入互联网，设备相互之间要怎么识别呢？设备怎么知道要把消息传给哪个设备呢？只要是接入互联网的设备，它就会有一个表明它身份的标识，这个标识就是IP。但是随着接入互联网的设备越来越多，原有的标识方法IPv4可提供的可用IP地址数量仅有34亿左右，远远无法满足万物互联的需求，所以研究人员推出了新一代互联网协议--IPv6。IPv6理论上具有340个100万的11次幂，也就是340个千亿的千亿的千亿的地址数量，这个数量远远超过了IP地址的需求。万物互联的实现，离不开IPv6的部署。
4.网络安全技术
万物互联时代，无数的设备接入互联网，这也就意味着互联网存在着更多的攻击点，另外，在这个“万物均要互联，一切皆可编程”的时代，物理世界与虚拟世界逐渐打通，网络空间的攻击将会渗透到虚拟空间，直接映射到物理世界的安全，网络安全也就成为了万物互联的主要挑战之一。业界需要更强大的手段去迎接这个挑战。针对这个挑战，业界也提出了许多的解决方案，比如说利用人工智能预测网络威胁、ARM安全架构PSA、亚马逊AWS Greengrass云端设备等。
四.总结
万物互联的是实现面临着许多的挑战，也有许多的技术难点，但是在科研人员的努力下，许多关键问题已经解决，许多技术难点也已经有了解决的方向。在这样一个带时代背景之下，万物互联，指日可待。
参考文献
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[2]唐连雷，王海龙.5G移动通信应用场景及关键技术探讨[J].中国新通信，2018，20（22）：141.
[3]乔伟哲，李雅.万物互联5G时代的关键技术[J].山西电子技术，2018（03）：65-66+90.
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