物聯(lián)網的關鍵技術及創(chuàng)新型應用探究

（山東青年政治學院，山東濟南，250103）

物聯(lián)網的關鍵技術及創(chuàng)新型應用探究

張婷婷

（山東青年政治學院，山東濟南，250103）

物聯(lián)網是互聯(lián)網信息技術發(fā)展的產物，被稱為又一次IT的創(chuàng)新，其在社會生活中的應用具備了多項關鍵技術，本文擬從物聯(lián)網的關鍵技術入手，探討如何在社會生活中對其進行創(chuàng)新型應用，希望能夠為物聯(lián)網的應用工作提供一些參考意見。

物聯(lián)網；關鍵技術；創(chuàng)新型應用

近些年來，我國的信息技術已經獲得了長足的發(fā)展，信息技術的應用催生了物聯(lián)網的概念。美國麻省理工學院在1999年建立了自動識別中心，該中心提出了網絡無線射頻識別系統(tǒng)，將物品通過射頻信號的識別原理來感知信息設備，進而與互聯(lián)網項鏈，實現(xiàn)智能化的識別與管理。當時在概念提出以后不同的學者對其也進行了不同的定義與解釋，至今也尚未形成一個工人的準確定義。簡單的物聯(lián)網就是將物進行連接，并不包含人的存在，從廣義的角度來說，物聯(lián)網可以將物與物、物與人進行連接，使得人和環(huán)境可以進行交互，達到人和社會進行信息交換的程度?？梢哉f物聯(lián)網的連接包含了三個維度。

物聯(lián)網是基于互聯(lián)網技術為基礎，通過使用多種多樣的信息傳感設備，將數(shù)據(jù)傳輸進入互聯(lián)網，然后借助互聯(lián)網將人和物的信息進行連接，從而最終建立一個巨大的智能網絡。

1 物聯(lián)網的關鍵技術

物聯(lián)網的各個環(huán)節(jié)都有著很強的異構性，為了實現(xiàn)異構信息的互聯(lián)與通信，互相操作，因此在未來發(fā)展的物聯(lián)網當中需要擁有一個具備分層、開放、拓展的網絡體系結構。當前我國的研究人員所認可的物聯(lián)網體系架構主要有五層，根據(jù)ITU-T.Y.2002的建議，整個架構需要以USN高層架構為基礎，從下到上分成底層傳感器、泛在傳感器接入網絡、泛在基礎骨干網絡、泛在網絡中間節(jié)點、泛在傳感網絡平臺五個層次。

根據(jù)當今世界的物聯(lián)網應用水平，目前人們可以使用到的物聯(lián)網技術總結來說主要有以下四種。

1.1M2M技術

M2M技術主要代表了機器和機器之間（machine to machine）的通信連接方式，同時也涵蓋了人與機器之間（man to machine）的通信，其以智能型的交互方式為核心進行網絡化的服務于應用。當前使用到的M2M技術，主要指的是非信息技術設備利用駁接移動網絡的方式來連接到其它IT設備系統(tǒng)。

從實際的組成部分來說，當前的M2M技術主要可以分為三個部分，首先是應用中心，應用中心的主要功能是對每一個行業(yè)中物聯(lián)網的數(shù)據(jù)終端進行數(shù)據(jù)的監(jiān)控，因此每一個終端都是一個數(shù)據(jù)的集合點，其次是無線終端，無線終端的類型是多種多樣的，并不僅僅局限于人們日常生活的電腦與手機，而是行業(yè)中用到的專業(yè)終端，最后是傳輸通道，傳輸通道指的是從數(shù)據(jù)采集的終端通過無線連接到用戶的數(shù)據(jù)處理中心之間的數(shù)據(jù)通道。

1.2傳感網技術

分布式溫濕度傳感器可以監(jiān)測環(huán)境異常，有異常則報警。動態(tài)密碼電子鎖代替普通的機械鎖和電子鎖，結合熱釋電傳感器檢測非法侵入。動態(tài)密碼電子鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)鎖具鎖閉集裝箱，其開關狀態(tài)信息通過鎖具內嵌的藍牙實時傳輸至處理核心。熱釋電傳感器安裝在集裝箱內用于檢測是否有人進入，檢測到有人進入后與主控制器收集到的電子鎖的開關狀態(tài)進行比較，如此時電子鎖狀態(tài)為打開則判定為正常開箱，如強行開鎖或未開鎖暴力拆解進入則會被判定為非法侵入，此時樹莓派控制核心向平臺發(fā)送報警信息并調用攝像頭錄制現(xiàn)場視頻并發(fā)送。安全保障模塊工作流程如圖2所示。

在ITU-T.Y.2221建議中，傳感網技術是將互聯(lián)網的傳感節(jié)點進行互聯(lián)，通過有線或無限的形式進行數(shù)據(jù)交換。傳感器終端通過傳感器和可選的檢測處理數(shù)據(jù)及聯(lián)網元件執(zhí)行構成。傳感器是感知物理條件或者化學物質同時進行數(shù)據(jù)傳遞和信號觀察特性的電信號連接的電子設備。

傳感器網絡與其它類型的網絡而言具有獨特的方面，也就是資源有限、具有高度的自組織結構、高度的動態(tài)響應和應用還有高速的處理處理中心。通過無線傳感物聯(lián)網，多個能夠進行無線通信和數(shù)據(jù)處理能力的小型化低功耗傳感節(jié)點可以組成，傳感節(jié)點可以采集信號，處理無線數(shù)據(jù)、自組織和進行無線通訊，幫助完成大規(guī)模的多元檢測任務、網絡中的節(jié)點中只有少量匯聚節(jié)點可以進行指令的發(fā)布和數(shù)據(jù)采集，與互聯(lián)網撥接通信。傳感節(jié)點只能夠采集信號，不能夠對對象進行標定，只能夠在小范圍內進行信號采集與傳輸，不能夠在物與物之間賦予信號傳輸能力。當前物聯(lián)網與互聯(lián)網已經是不可分割的兩個部分，其主要區(qū)別可以通過下面兩個公式來表示：

互聯(lián)網技術=計算機技術+微電子技術+通信技術

物聯(lián)網技術=互聯(lián)網技術+識別技術+智能執(zhí)行系統(tǒng)

如今信息技術革命已經極大地改變了人們的生活，全球已經進入了互聯(lián)網的時代，在物聯(lián)網應用中，首要的問題就應當是及時獲得準確迅速的數(shù)據(jù)信息，然后再對這些信息進行及時的加工處理，在這樣的要求下，傳感器網絡就顯得十分重要，尤其是傳感器終端，它們是人們獲得自然環(huán)境和各行各業(yè)中信息數(shù)據(jù)的重要途徑與主要手段。

1.3射頻識別技術

射頻識別技術主要是利用射頻傳感器和多跳自組織傳感網絡，協(xié)作感知、采集網絡覆蓋范圍內的感應對象的基本電子信息。射頻技術依附于敏感機理、敏感材料、工藝設備和計測技術。因此對于綜合技術與基礎技術具有很高的要求。當前射頻識別技術在被測量類型、穩(wěn)定可靠性、功耗、成本等內容上還沒有充分進行優(yōu)化，是當前物聯(lián)網發(fā)展的重要瓶頸。

射頻識別系統(tǒng)最典型的設備就是讀寫器，讀寫器的主要原理就是對帶有標價等信息的電子標志進行讀寫，并在后期進行數(shù)據(jù)整理和處理。后期的信息處理工作可以根據(jù)用戶的使用需求來進行處理和工作，由于每一個帶有電子射頻信息的標簽在整個物聯(lián)網中都是唯一的，因此即使在攜帶的數(shù)據(jù)類型上并不能夠完全符合讀寫設備的要求，其兼容性由于在特定的行業(yè)環(huán)境內也不會產生太大的負面影響。一般來說，物聯(lián)網對于N個射頻標簽的管理，每一個標簽都有M bit，根據(jù)EPC Class 0 標準通信協(xié)議的12.5μs/bit，一個M位的射頻ID發(fā)送時間為M*12.5μs，這樣當射頻標簽數(shù)量一定的時候，算法時間與算法效率是線性增長的關系。在管理射頻ID的過程中需要運用修剪枝算法，完整的識別需要結合尋找過程和定位過程。尋找過程是無效的碰撞過程，定位過程是有效的。對于N個射頻標簽，就有N-1個無效碰撞，還要有N個有效定位過程，也就是說完整的修建枝算法總的識別時間就是：

T=(2N-1)×M×12.5μs

該算法的具體定義是假設射頻ID管理設備需要對N個標簽進行讀寫，每個標簽的序號有M bit，那么就可以根據(jù)類二進制搜索算法估算出所有標簽的識別總時間T：

T=N*M*τ

其中τ為每次搜索所用時間，也就是讀寫設備發(fā)送REQUEST命令到標簽返回1bit數(shù)據(jù)所花費的時間，例如在EPC Class 0標準通信協(xié)議的規(guī)定中τ就是為12.5μs/bit。

對于物聯(lián)網、泛在網絡和傳感器網絡之間的關系和自己運用的技術，他們之間的關系可以簡要地表達為泛在網絡包含了物聯(lián)網，而物聯(lián)網又包含了傳感器網絡。

1.4泛在網絡

泛在網絡指的是在服務預定的情況下，個人節(jié)點和設備終端可以部分時間與地點地，以最少的技術壁壘駁接到通信和服務的能力。泛在網絡可以實現(xiàn)人與人、人與物之間無所不在的通信能力，是一種涵蓋了不同應用，容納智能識別與感知、廣泛網絡連接、深度通信技術等內容的網絡，遠遠超越當前的電信網絡。在近距離的通信技術上，目前應用較多的是基于IEEE的近距離媒體接入物理層和控制層的802.15.4規(guī)范，這樣的規(guī)范在當前世界上是主流的通信技術規(guī)范，目前應用的最為廣泛的就是在工業(yè)、醫(yī)療和科研領域。

2 物聯(lián)網的創(chuàng)新型應用

當前物聯(lián)網在現(xiàn)代社會中的應用已經初見雛形，由于其在信息的采集處理上具有十分快速和準確的特點，其在人們的生活中可以在未來和現(xiàn)代實現(xiàn)更多的創(chuàng)新型應用，具體來說可以在以下幾個方面得以體現(xiàn)。

2.1物聯(lián)網超市

當前人們生活中的超市雖然已經實現(xiàn)了近距離的通信技術，但是在未來以物聯(lián)網的特殊優(yōu)勢完全可以進行更加智能化的超市購物體驗。例如顧客可以在超市中進行一次性完整的結賬，也就是說顧客可以將選購的商品放入購物車內，在推動購物車經過結賬點時，購物車內的所有物品都能夠一次性地被全部掃描和讀取，再在顧客隨身攜帶的購物卡中進行一次性掃描刷取購物金額。整個超市不存在人工的收銀員，顧客可以完全自主地推動購物車走出超市，在行進途中就完成了從掃描到刷卡的全部操作，并且顧客在購物完成后還能在網絡中查詢到自己的購物歷史信息等數(shù)據(jù)。

2.2物聯(lián)網醫(yī)院

當前，物聯(lián)網技術已經在人們生活的周邊醫(yī)院中有了一定程度的應用，各類醫(yī)療器械的終端都已經形成聯(lián)網數(shù)據(jù)，前來就診的患者無需攜帶各類紙質的診斷文書進行來回跑動。在物聯(lián)網技術的幫助下，醫(yī)院可以在當前基礎上進行進一步的智能化建設，利用人們隨身攜帶的手機作為近距離的通信設備，不僅可以掃描患者的病情數(shù)據(jù)，還可以幫助領取查詢藥品等操作。物聯(lián)網的優(yōu)勢就是對數(shù)據(jù)的預防和監(jiān)控，因此醫(yī)院患者身上可以攜帶一些微小輕便的傳感設備，對人當前的生理數(shù)據(jù)機型即時監(jiān)控，并傳輸?shù)结t(yī)生的工作終端中去。如果患者的生理數(shù)據(jù)出現(xiàn)了異常，那么該數(shù)據(jù)會及時在患者的手機上進行提醒，同時通知醫(yī)院的就診醫(yī)生進行及時檢查。還有如果健康的人們在生活中突然發(fā)生了以外，那么其身上攜帶的便攜性傳感設備也可以對人的數(shù)據(jù)進行及時監(jiān)控，通過射頻識別技術、近距離通信技術、無線網絡通信、蜂窩數(shù)據(jù)、無線互聯(lián)網等多種技術進行數(shù)據(jù)聯(lián)通，幫助醫(yī)院的主治醫(yī)生在第一時間了解到病人的生理數(shù)據(jù)，這樣可以為挽救病人的病情乃至生命贏得更多的時間。

2.3物聯(lián)網安防

由于物聯(lián)網的眾多終端可以快速及時地對數(shù)據(jù)進行讀取和查看，因此其已經被廣泛地應用在各種場合的安全防控系統(tǒng)中，其主要應用在以下幾種行業(yè)當中。首先是環(huán)境行業(yè)，物聯(lián)網可以用于檢測地震、火災、水災、空氣、水源等多種環(huán)境數(shù)據(jù)，為人們生活的安全保駕護航，其次是建設行業(yè)，物聯(lián)網可以對建筑物中的漏氣、漏水、火災、晃動、外部侵入等事件和行為進行及時的監(jiān)控和預警，最后是個人安全的防控，物聯(lián)網也可以通過對個人在生活中發(fā)生的搶劫、盜竊、購物、支付、身份識別等安全行為進行及時的幫助和報警，盡最大可能減少個人的生命財產損失。

2.4物聯(lián)網物流

物流行業(yè)是一項對于即時數(shù)據(jù)的準確性和快速性要求非常高的一個行業(yè)，其數(shù)據(jù)的發(fā)布水平可以很大程度影響到客戶對于物流企業(yè)的服務質量滿意度。物聯(lián)網在物流行業(yè)中非常有優(yōu)勢，利用其射頻識別技術可以對物流的貨物進行隨時監(jiān)控，這樣可以幫助管理者更好地掌握貨物的位置。

除此以外，對于畜牧業(yè)的管理人員來說，可以給飼養(yǎng)的每一只禽類都安裝識別碼，這樣的識別碼可以伴隨其一直到市場上的銷售探微上，這樣就可以保證食品安全，消費者也可以根據(jù)其識別碼來查詢肉類的來源等等。還有零售商也可以通過物聯(lián)網來對貨物進行更高標準的管理，如果某種類型的貨物出現(xiàn)了庫存不足，那么零售商就可以及時感知并進行適當補貨，避免出現(xiàn)供貨不足的現(xiàn)象。

2.5物聯(lián)網建筑

物聯(lián)網技術如今也可以應用在人們的家居建筑中來，例如帶有家庭多媒體中心的設備可以輕易地與各類網絡設備進行連接，使得家庭中的各類電器、數(shù)碼設備、網絡設備等形成一個互聯(lián)的局域網，同時家居環(huán)境內的溫度、濕度等數(shù)據(jù)也可以通過傳感器來進行及時的監(jiān)控，使電器及時工作，保證家居環(huán)境的舒適。還有，家庭建筑中的各個傳感終端還可以及時地收集各種類型的當前運行數(shù)據(jù)，甚至能夠在數(shù)據(jù)異常的情況下及時進行自我檢查，幫助排除故障，例如洗衣機可以在自身運轉異常時自動連接廠家客服中心報告故障代碼，這樣廠家就可以及時進行感知從而上門進行維修或者更換服務。

除此以外，物聯(lián)網技術還可以廣泛地應用在人們生活的多個方面，例如在環(huán)境保護、食品安全、物流跟蹤、財務安全、航空航天、垃圾回收、工業(yè)生產等各種各樣的領域中，物聯(lián)網都可以發(fā)揮關鍵作用。

3 總結

總的來說，物聯(lián)網是現(xiàn)代信息網絡技術發(fā)展的綜合性產物，目前已經在各行各業(yè)中產生了非常廣泛的應用，可以說物聯(lián)網是計算機技術的一次革命性成果，可以說物聯(lián)網不僅可以在當前極大地方便各行各業(yè)的生產與管理，使人們的生活更加便捷，未來它必將在更多的領域內以更加先進成熟的技術進一步改變世界。

[1] 柴念龍.淺談物聯(lián)網技術的應用和發(fā)展現(xiàn)狀[J].北京：消費電子，2012(15)：60.

[2] 張帆.淺談物聯(lián)網技術的應用與發(fā)展[J].北京：計算機光盤軟件與應用，2012(20)：130.

[3] 胡斌.物聯(lián)網產業(yè)創(chuàng)新的理論與實證研究[J].太原：生產力研究，2012(7)：188-190.

Research on the key technology and innovative application of the Internet of things

Zhang Tingting
(Shandong Youth Political College,Shandong Ji'nan,250103)

The Internet of things is the product of the development of the Internet information technology, called again,the innovation of IT, its application in the social life have a number of key technologies, this article,from the key technologies of iot,discusses how to carry on the innovative application in social life,hope to be able to work to provide some references for the application of the Internet of things.

The Internet of things;The key technology;Innovative applications