淺議物聯(lián)網(wǎng)

李愛軍

摘 要： 物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，在現(xiàn)代化的許多領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用前景。本文在總結(jié)先前學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念、相關(guān)技術(shù)、信息采集機制等，為物聯(lián)網(wǎng)的研究提供了一定的依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng) RFID 感知層 應(yīng)用層 信息采集

1.物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1物聯(lián)網(wǎng)的定義及原理

所謂的物聯(lián)網(wǎng)又稱為傳感網(wǎng)，是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識別（RFID）技術(shù)、無線通信技術(shù)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)測和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。[1]其原理為通過各種信息傳感設(shè)備，將物理基礎(chǔ)設(shè)施與IT基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行結(jié)合，實時采集各種信息，構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”，使物品能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無需人的干預(yù)。在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，將用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，其目的是實現(xiàn)物與物、物與人、所有物品與網(wǎng)絡(luò)的連接。

1.2物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)架構(gòu)上來看，可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三大層面。[2]

感知層作為物聯(lián)網(wǎng)的底層，包括了大量的終端，由各種傳感器及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，以及對信息的自動識別和智能控制，它是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源；中間層是網(wǎng)絡(luò)層，由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，負(fù)責(zé)傳遞感知層獲得的信息，并將信息進(jìn)行進(jìn)一步的匯聚和處理，是連接感知層和應(yīng)用層之間的橋梁；上層是應(yīng)用層，其作為物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，利用各種智能計算技術(shù)對海量的感知數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析并處理，通過輸入、輸出控制終端實現(xiàn)智能化的決策和控制，相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的控制層、決策層?？梢哉f前面兩個層次是將物品的信息大范圍地收集起來，而應(yīng)用層則是對信息進(jìn)行統(tǒng)一的分析和決策，除此之外，還包括具體的行業(yè)應(yīng)用和豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，如智能交通、智能醫(yī)療等。其中感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。

2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是以RFID為基礎(chǔ)，加上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等眾多先進(jìn)技術(shù)的支持才得以組建成的。其中涉及多個領(lǐng)域，下面對其中的幾種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡單介紹。

2.1RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency IDentification），即射頻識別，又可稱電子標(biāo)簽，是利用無線射頻識別技術(shù)識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)信息的一種非接觸的自動識別技術(shù)。從硬件設(shè)備上來看，它主要包括電子標(biāo)簽和識讀器兩個部分，可實現(xiàn)近程通信。RFID通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，其識別過程無須人工干預(yù)，因此可在各種惡劣的環(huán)境中使用，RFID技術(shù)還可識別高速運動的物體，并可同時識別多個標(biāo)簽，操作簡單、快捷、方便。其可與互聯(lián)網(wǎng)、通信等技術(shù)結(jié)合起來使用，以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的信息共享和線索跟蹤。[3]

2.2傳感技術(shù)

絕大部分計算機能夠處理的只有數(shù)字信號，因此使用計算機處理信息必須要用傳感器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。傳感技術(shù)是計算機應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，傳感器是機器感知物質(zhì)世界的“感覺器官”，是物聯(lián)網(wǎng)的重要支撐。物聯(lián)網(wǎng)正是通過遍布在各個角落的傳感器及它們組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來收集現(xiàn)實世界的信息乃至感知整個物質(zhì)世界的。物聯(lián)網(wǎng)以傳感器感知物質(zhì)世界中的各種信號，從而為系統(tǒng)地處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。

2.3數(shù)據(jù)融合與挖掘

物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用令終端數(shù)量快速增長，數(shù)據(jù)量和信息量激增，信息種類、數(shù)量成倍增加，因此這就涉及多個系統(tǒng)之間各種信息數(shù)據(jù)的融合問題。要想從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出隱藏的信息是十分困難的，這給數(shù)據(jù)計算帶來了極大的挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)融合是對海量數(shù)據(jù)自治的結(jié)算和應(yīng)用融合，以實現(xiàn)信息合理的利用處理，降低帶寬占用率，減少能耗，提高響應(yīng)速度。到目前為止，物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合多采用云計算的方式，云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式。智能處理是物聯(lián)網(wǎng)的特征之一，而云計算大規(guī)模、虛擬化、多用戶、高可靠性、高可擴展性等特點正是物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；⒅悄芑l(fā)展所需的技術(shù)。采用云計算技術(shù)可實現(xiàn)信息存儲資源和計算能力的分布式共享，為信息的高效利用提供支撐。

3.物聯(lián)網(wǎng)信息采集機制

前端的信息采集是物聯(lián)網(wǎng)的核心問題，信息采集是物聯(lián)網(wǎng)智能化的重要標(biāo)志之一。因而本文在此特別對物聯(lián)網(wǎng)的信息采集機制予以說明。

所謂的信息采集，即通過感應(yīng)器進(jìn)行數(shù)據(jù)收集并實時準(zhǔn)確地將系統(tǒng)中不同結(jié)點處的分布式識讀器所采集到的數(shù)據(jù)向信息處理層傳遞的過程。物聯(lián)網(wǎng)的信息采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技術(shù)，主要在感知層內(nèi)進(jìn)行。信息采集的目的是獲取用戶感興趣的信息，由于將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點會造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過大，因此在滿足應(yīng)用需求的條件下，可采用數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)聚集和數(shù)據(jù)融合等網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)處理技術(shù)對信息進(jìn)行處理。

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集是一項重要的基礎(chǔ)性工作。要實現(xiàn)信息采集，首先要根據(jù)信息的不同內(nèi)容和格式在物體上部署各種類型的傳感器，從而大范圍地、及時地、準(zhǔn)確地捕獲各類信息。這些傳感器通過貼在產(chǎn)品上的條形碼等讀取位于射頻標(biāo)簽內(nèi)的存儲數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和信息交互。除此之外，還必須構(gòu)建各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的安全。使捕獲來的信息方便地共享，發(fā)揮其最大價值。其次還必須利用各種智能手段從信息中提取有用的數(shù)據(jù)。傳感器捕獲的信息并非全部具有價值，必須從海量的信息中智能地挑選出有用的數(shù)據(jù)，滿足不同的使用要求。[4]本文以物聯(lián)網(wǎng)信息采集系統(tǒng)的事件監(jiān)控和周期性數(shù)據(jù)匯報功能為例說明物聯(lián)網(wǎng)的信息采集機制。

事件監(jiān)控應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)的一種重要應(yīng)用，主要用于緊急事件，如地震、火災(zāi)等的監(jiān)測。在緊急事件發(fā)生之時，人們可以通過物聯(lián)網(wǎng)的事件監(jiān)控應(yīng)用，及時快捷地確定事件發(fā)生的范圍、區(qū)域、情況等，以便盡快做出相應(yīng)的對策。首先必須要在需要監(jiān)視的區(qū)域中覆蓋傳感器，傳感器節(jié)點根據(jù)用戶提交監(jiān)測請求對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在節(jié)點之間進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳遞，最終通過網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳遞給服務(wù)器并對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時，則以用戶要求的方式通知相關(guān)人員。

周期性匯報是物聯(lián)網(wǎng)的另一種重要應(yīng)用，可用于對環(huán)境和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的情況。用戶對收集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以便找出其中的規(guī)律，并對之后的變化進(jìn)行預(yù)測，及時做出反應(yīng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性的采集，并在節(jié)點之間相互通信，通過網(wǎng)關(guān)周期性將數(shù)據(jù)傳遞給服務(wù)器并儲存于數(shù)據(jù)庫中，之后再使用各種工具對收集來的信息進(jìn)行分析，從而找出其中規(guī)律，并對之后的情況予以預(yù)測。[5]

4.結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)將傳統(tǒng)的信息通信網(wǎng)絡(luò)延伸到了人們生活的物質(zhì)世界中，滿足了人類對物質(zhì)世界網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化的溝通的需求。不過由于目前對物聯(lián)網(wǎng)的研究尚處于起步階段，在技術(shù)上面還存在很多難點和問題，如物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、信息傳輸安全有待加強等，這些難關(guān)還需要技術(shù)人員和研究人員逐漸攻克。物聯(lián)網(wǎng)在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，其依托于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，通過各種技術(shù)讓物品與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，最終將最大限度地改變我們的生活，具有很大的市場潛力，根據(jù)其可以延伸出許多創(chuàng)新應(yīng)用方式。

參考文獻(xiàn)：

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[3]朱洪波，楊龍祥，于全.物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)思想與應(yīng)用策略研究[J].通信學(xué)報，2010，11：1-8.

[4]黃濤.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展探討[J].信息通信技術(shù)，2010.

[5]劉強.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計算機科學(xué)，2010，37（6）：1-10.