物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究

徐麗平

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為信息產(chǎn)業(yè)的第三代浪潮，其發(fā)展與應(yīng)用為人與物、物與物之間的信息交換創(chuàng)造了一個(gè)全新的平臺(tái)。文章分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展歷程，闡述了物聯(lián)網(wǎng)的概念和體系結(jié)構(gòu)，分析討論了其關(guān)鍵技術(shù)，研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；關(guān)鍵技術(shù)；智能化

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的信息技術(shù)革命的第三次浪潮。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)是可以實(shí)現(xiàn)物物相連的新型網(wǎng)絡(luò)，是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將“物”加入到信息系統(tǒng)，將RFDI、無線傳感技術(shù)等應(yīng)用于“物”的感知、監(jiān)控、管理的技術(shù)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)利用各種感知技術(shù)及信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、紅外感應(yīng)技術(shù)、激光掃描器、全球定位系統(tǒng)等對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的物品進(jìn)行智能感知和識(shí)別，將采集的信息通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有效的信息交換和通信，從而將“物”加入到網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中，將人與人之間的溝通和交流拓展到人與物及物與物之間，即物聯(lián)網(wǎng)將其用戶端拓展和延伸到了任何物和物之間。物聯(lián)網(wǎng)的基本特征有物聯(lián)化、智能化、互聯(lián)化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、感知化。

1物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)早在1995年就被比爾蓋茨提出。1999年，麻省理工學(xué)院給出了他們的物聯(lián)網(wǎng)的定義：物聯(lián)網(wǎng)就是將所有物品通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理的網(wǎng)絡(luò)。2005年ITU在其名為“物的互聯(lián)網(wǎng)”的年終報(bào)告中以新的通信維度來定義物聯(lián)網(wǎng)，并預(yù)見物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)如傳感器技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、嵌入式技術(shù)等將得到更加廣泛的應(yīng)用?；趯?duì)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵的研究，即通過傳感器感知“物”的狀態(tài)，我國中科院認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是感知網(wǎng)。目前，韓國、日本均提出了本國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，美國更是將物聯(lián)網(wǎng)列為振興經(jīng)濟(jì)的有力武器，我國也高度重視物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用?，F(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生活的各個(gè)方面，如智能家居、智能交通、智能圖書館、產(chǎn)品溯源等，給人們的生活帶來了翻天覆地的變化。

2物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

（1）感知層。

感知層主要完成大規(guī)模、分布式的信息感知與信息采集。通過各種類型的傳感器感知設(shè)備，提取設(shè)備的屬性、狀態(tài)及行為態(tài)勢等有用信息，從而感知、識(shí)別目標(biāo)。并將信息提供給網(wǎng)絡(luò)層的其他設(shè)備以實(shí)現(xiàn)交流互通及資源共享。RFID標(biāo)簽和讀寫器、全球定位系統(tǒng)、各種傳感器和M2M終端、攝像頭等是感知層的重要組成部分。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。

網(wǎng)絡(luò)層是由互聯(lián)網(wǎng)與各種通信網(wǎng)絡(luò)（電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)及其他專業(yè)網(wǎng)絡(luò)）等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施組成的融合網(wǎng)絡(luò)。主要負(fù)責(zé)接入、傳送和管控來自感知層的信息，完成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層與感知層之間的數(shù)據(jù)傳輸、信息通信。

（3）應(yīng)用層。

應(yīng)用層主要是行業(yè)專業(yè)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，為行業(yè)的智能化應(yīng)用提供實(shí)用的解決方案，由支持物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)行的各行各業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)組成，為用戶實(shí)現(xiàn)使用物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用接口，為各種終端及用戶設(shè)備提供應(yīng)用服務(wù)。

3物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)

3.1RFID

RFID（radio frequency identification，射頻識(shí)別）是一種可工作于各種環(huán)境、無須人工干預(yù)的非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取對(duì)象的各種數(shù)據(jù)。RFID可實(shí)現(xiàn)多個(gè)標(biāo)簽的同時(shí)識(shí)別，并能對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行識(shí)別。RFID由標(biāo)簽、閱讀器和天線3個(gè)部分組成。其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有ISO/IEC10536，IS0/IEC 14443，IS0/IEC15693和ISO/IEC18000。應(yīng)用最多的是ISO/IEC 14443和ISO/IEC15693。RFID具有識(shí)別穿透能力強(qiáng)、無線無源、安全防偽等特點(diǎn)，RFID技術(shù)與通訊、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)全-球范圍內(nèi)物體的自動(dòng)識(shí)別、定位、監(jiān)控、追蹤，因而成為物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3.2無線傳感網(wǎng)技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN，Wireless Sensor Network）是高效、高穩(wěn)定性的自組織的無線網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，具有分布式信息采集、信息傳輸和處理技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)內(nèi)部署了大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)正是通過遍布在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的無數(shù)傳感器及由它們通過自組織方式形成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測光、聲音、溫度、壓力、運(yùn)動(dòng)等數(shù)據(jù)以感知物體的。傳感器各節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)任意時(shí)間及地點(diǎn)的信息進(jìn)行感知、數(shù)據(jù)采集和分析處理，并通過網(wǎng)關(guān)連接到公用Internet網(wǎng)絡(luò)，將信息發(fā)布給監(jiān)測者。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要有WLAN技術(shù)、UWB技術(shù)、Zigbee技術(shù)、RFID等。

3.3云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算是利用遠(yuǎn)程服務(wù)器或非本地的服務(wù)器的分布式計(jì)算機(jī)為網(wǎng)絡(luò)用戶提供計(jì)算、存儲(chǔ)、軟硬件等服務(wù)，具有大規(guī)模的并行計(jì)算能力和彈性增長的存儲(chǔ)資源。云計(jì)算將海量數(shù)據(jù)的計(jì)算程序通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)拆分成無數(shù)小的子程序，再交由多部服務(wù)器同時(shí)完成，因而能夠在數(shù)秒之內(nèi)發(fā)揮與超級(jí)計(jì)算機(jī)同樣的強(qiáng)大效能，處理數(shù)以千萬計(jì)甚至億計(jì)的信息。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感設(shè)備時(shí)刻在采集海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算、處理，需要云計(jì)算能夠?qū)崿F(xiàn)海量數(shù)據(jù)處理需求的計(jì)算模型來支撐。為使用戶有效使用數(shù)據(jù)，云計(jì)算通過靈活、協(xié)同、安全的資源共享將信息孤島構(gòu)造成一個(gè)大規(guī)模的、異構(gòu)的資源池，從而為海量數(shù)據(jù)的高效利用提供支撐。

4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

4.1智能家居

智能家居是指為提高居住的舒適性、安全性和便利性，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的智能控制技術(shù)應(yīng)用于家庭的各種設(shè)備及家電的控制與管理，實(shí)現(xiàn)家居功能全智能自動(dòng)化。目前已實(shí)現(xiàn)的功能包括自動(dòng)燈光控制系統(tǒng)、安防控制系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)家電控制系統(tǒng)等。

4.2智能圖書館

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，RFID（射頻識(shí)別技術(shù)）被廣泛應(yīng)用于新加坡、印度、等10多個(gè)國家的智能圖書館管理系統(tǒng)。為圖書管理及用戶服務(wù)的發(fā)展提供了新的契機(jī)。在圖書管理方面，實(shí)現(xiàn)了圖書溯源，保證圖書質(zhì)量。在新書上架及圖書典藏時(shí)，更易于對(duì)圖書進(jìn)行感知和定位。為用戶提供智能身份識(shí)別、智能圖書定位、智能圖書導(dǎo)讀等個(gè)性化服務(wù)。近年來更是與高校學(xué)科建設(shè)相結(jié)合，為高校的科研提供學(xué)科服務(wù)。

4.3食品溯源

隨著人們生活水平的提高，食品健康問題成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，建立食品可追溯系統(tǒng)成為人們的迫切需求，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特別是RFID技術(shù)的發(fā)展使其成為可能。利用RFID標(biāo)簽采集食品從養(yǎng)殖場到屠宰場最后到銷售環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)上傳至中央服務(wù)器，以供消費(fèi)者查詢驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)從農(nóng)場到餐桌的信息透明，從而保證食品安全，增強(qiáng)消費(fèi)者的信心。

4.4智能交通

智能交通系統(tǒng)主要是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的RFID技術(shù)、智能感知技術(shù)、無線通信技術(shù)應(yīng)用于城市交通管理。通過對(duì)車輛、天氣、路況、交通事故的實(shí)時(shí)感知與監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)智能交通監(jiān)控、智能交通管理（實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)交通情況）、智能停車管理及不停車收費(fèi)系統(tǒng)等。為解決城市交通擁堵問題提供新的解決方案。

5結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)把傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展到了更為廣泛的物理世界，引領(lǐng)了新時(shí)代信息化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的浪潮，是信息化發(fā)展的又一大趨勢，必將對(duì)社會(huì)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來深遠(yuǎn)影響。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，物聯(lián)網(wǎng)將被更加廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，不斷推進(jìn)“智能型”社會(huì)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)。