物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

劉冠秀

摘 要：計(jì)算機(jī)時(shí)代帶動了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。作為信息行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，物聯(lián)網(wǎng)由于自身的突出優(yōu)勢，已經(jīng)受到各界人士的關(guān)注。該文對物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及其重要性進(jìn)行了探討，指出了其現(xiàn)存問題，并總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)應(yīng)用和未來的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 關(guān)鍵技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)融合 智能控制

中圖分類號：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0001-02

當(dāng)代社會的快速發(fā)展，帶動了信息行業(yè)、通信行業(yè)的進(jìn)步，充分提高了當(dāng)下社會大眾信息交流溝通的能力，隨時(shí)隨地的信息交換模式已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的時(shí)間、空間限制，逐漸成為未來信息傳輸?shù)闹饕问?。物?lián)網(wǎng)借助傳感設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等將信息通訊連接起來，并借助智能控制、定位識別等實(shí)現(xiàn)了監(jiān)管功能。物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是已經(jīng)發(fā)展成熟的互聯(lián)網(wǎng)體系，是建立在互聯(lián)網(wǎng)之上進(jìn)行的信息擴(kuò)展建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用技術(shù)在于智能感知、信息交換、通信識別。物聯(lián)網(wǎng)中需要加強(qiáng)射頻識別裝置、感應(yīng)設(shè)備、定位系統(tǒng)的分析，將對應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)與相關(guān)設(shè)備信息合理連接，從而實(shí)現(xiàn)綜合化管理的控制。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

一般狀況下，物聯(lián)網(wǎng)可看作是互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展升級，其應(yīng)用基礎(chǔ)仍是互聯(lián)網(wǎng)。但是前者更加具有智能化、全面化、自動化的特點(diǎn)，可充分實(shí)現(xiàn)智能化連接，保證信息的傳輸不會受時(shí)間、空間的限制。人和人之間的交流溝通，一般借助互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，是虛擬和實(shí)際生活的橋梁；而物聯(lián)網(wǎng)連接屬于人與物、物與物之間的連接，是現(xiàn)實(shí)世界和理論世界的連接。

1.2 架構(gòu)分析

物聯(lián)網(wǎng)處理問題需要經(jīng)過三個(gè)過程：全面感知、可靠傳輸、智能計(jì)算，與此相對應(yīng)我們可以將物聯(lián)網(wǎng)分為三層，分別是用于相關(guān)數(shù)據(jù)感知的感知層，用于傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)層和進(jìn)行信息處理的應(yīng)用層。

感知層是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)層次，位于三層結(jié)構(gòu)中的最底層，用于識別物體、采集信息，是聯(lián)系物理世界與虛擬信息世界的紐帶。該層的主要特點(diǎn)是：嵌入智能、標(biāo)識感知、協(xié)同互動。為了實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的感知能力，需要加強(qiáng)對感知層的重視，作為信息獲取、感知并匯聚的主要設(shè)備，感知節(jié)點(diǎn)十分重要，對數(shù)據(jù)傳輸、終端形態(tài)的展現(xiàn)具有重大影響，如M2M終端、RFID終端、傳感器、網(wǎng)關(guān)要求等。

2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)是構(gòu)建“物聯(lián)網(wǎng)”的關(guān)鍵技術(shù)，也叫射頻識別技術(shù)，屬于非接觸的自動識別技術(shù)，借助射頻信號對對象的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對象識別、數(shù)據(jù)獲取等目的，該技術(shù)主要用于控制、檢測和跟蹤物體。為了合理區(qū)分不同的物體，需要加強(qiáng)對各個(gè)對象的編碼落實(shí)，對應(yīng)各個(gè)對象的編碼需要保證具有針對性、唯一性。需要引起注意的是特殊物品對ID的安全性、隱私性等方面均有嚴(yán)格要求。

RFID系統(tǒng)包括RFID標(biāo)簽、RFID讀寫器、RFID系統(tǒng)軟件、RFID中間件、后臺應(yīng)用程序。實(shí)際上，RFID系統(tǒng)就是RFID讀寫器與RFID標(biāo)簽之間用無線電頻率進(jìn)行通信的無線通信系統(tǒng)。RFID標(biāo)簽是信息的載體，應(yīng)置于要識別的物體上或者由個(gè)人攜帶；RFID讀寫器可以具有讀寫功能，不過一般取決于系統(tǒng)所用的RFID標(biāo)簽的性能；RFID系統(tǒng)軟件是在標(biāo)簽和讀寫器之間進(jìn)行通信所必需的功能集合；中間件屬于讀寫裝置和后臺處理之間的軟件，借助該部分設(shè)備可充分連接RFID軟件和后臺系統(tǒng)；經(jīng)由標(biāo)簽發(fā)出對應(yīng)指令，經(jīng)讀寫器、中間件處理后形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。借助該系統(tǒng)可充分實(shí)現(xiàn)對設(shè)備、物體的定位、控制、跟蹤、檢測等方面需求。

2.2 無線傳感技術(shù)

傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為信息獲取的重要核心技術(shù)，以其自動識別、安全可靠和可以動態(tài)跟蹤的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)真正物與物對話的應(yīng)用。它是一種包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)形成的無線系統(tǒng)，需要借助固定設(shè)備進(jìn)行支撐、部署處理，可避免傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的束縛。無線傳感技術(shù)中，單個(gè)節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行環(huán)境感應(yīng)，經(jīng)本地信息處理、無線信息發(fā)射可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效控制處理。一般射頻發(fā)射頻率較低，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸中需要考慮距離影響。

2.3 中間件技術(shù)

中間件是連接兩個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序或獨(dú)立系統(tǒng)的軟件或服務(wù)程序，用于管理計(jì)算機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)通信，它能使相連接的系統(tǒng)即使擁有不同的接口仍然能相互交換信息，具有屏蔽系統(tǒng)異構(gòu)性的作用。目前，物聯(lián)網(wǎng)中的中間件技術(shù)有RFID中間件、嵌入式中間件、M2M中間件等，其中最具代表性的是RFID中間件。

RFID中間件扮演RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，從應(yīng)用程序端使用中間件所提供的一組通用的應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface，API），即能讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。RFID中間件是一種面向消息的中間件（Message-Oriented Middleware，MOM），信息（Information）是以消息（Message）的形式從一個(gè)程序傳送到另一個(gè)或多個(gè)程序。信息可以以異步（Asynchronous）的方式傳送，所以傳送者不必等待回應(yīng)。面向消息的中間件包含的功能不僅是傳遞信息，還必須包括解譯數(shù)據(jù)、安全性、數(shù)據(jù)廣播、錯誤恢復(fù)、定位網(wǎng)絡(luò)資源、找出符合成本的路徑、消息與要求的優(yōu)先次序以及延伸的除錯工具等服務(wù)。

2.4 云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的核心。運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)可以使物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)以兆計(jì)的各類物品的實(shí)時(shí)動態(tài)管理和智能分析變得可能。物聯(lián)網(wǎng)通過將射頻識別技術(shù)、傳感技術(shù)、嵌入式技術(shù)等新技術(shù)充分運(yùn)用在各行業(yè)之中，將各種物體充分連接，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將采集到的各種實(shí)時(shí)動態(tài)信息送達(dá)計(jì)算機(jī)處理中心進(jìn)行匯總、分析和處理。

從物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)看，云計(jì)算也將成為物聯(lián)網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)的四大組成部分：感應(yīng)識別、網(wǎng)絡(luò)傳輸、管理服務(wù)和綜合應(yīng)用，其中中間兩個(gè)部分就會利用到云計(jì)算，特別是“管理服務(wù)”這一項(xiàng)，因?yàn)檫@里有海量的數(shù)據(jù)存儲和計(jì)算的要求。物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)物物相連，設(shè)備終端與設(shè)備終端相連，云計(jì)算能為連接到云上設(shè)備終端提供強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，以降低終端本身的復(fù)雜性。

云計(jì)算技術(shù)涉及系統(tǒng)較廣，包括軟件、硬件和存儲設(shè)備等部分，是虛擬化的硬件設(shè)備設(shè)施，可為后期物聯(lián)網(wǎng)提供合理的信息參考。云計(jì)算技術(shù)是提高計(jì)算機(jī)資源、計(jì)算能力的保障，為后期大量信息提供了有效支撐管理。

2.5 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（Heterogeneous Network）是一種類型的網(wǎng)絡(luò)，其是由不同制造商生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)組成的，大部分情況下運(yùn)行在不同的協(xié)議上支持不同的功能或應(yīng)用。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將相互重疊的不同類型網(wǎng)絡(luò)融合起來以構(gòu)成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，從而滿足未來終端的業(yè)務(wù)多樣性需求。為了可以同時(shí)接入到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，移動終端應(yīng)當(dāng)具備可以接入多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的接口，這種移動終端被稱為多模終端，由于多模終端可以接入到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，因此會涉及到不同網(wǎng)絡(luò)之間的切換。與同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（Homogeneous Wireless Networks）中的水平切換（Horizontal Handoff，HHO）不同，這里稱不同通信系統(tǒng)之間的切換為垂直切換（Vertical Handoff，VHO）。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在無線通信領(lǐng)域引起了普遍的關(guān)注，也已成為下一代無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。

2.6 信息安全技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)無處不在的數(shù)據(jù)感知、以無線通信為主的信息傳輸、智能化的信息處理會引起人們對信息安全和隱私保護(hù)問題的關(guān)注。從技術(shù)上講物聯(lián)網(wǎng)存在很多網(wǎng)絡(luò)安全隱患。由于物聯(lián)網(wǎng)在很多場合都需要無線傳輸，這種暴露在公開場所之中的信號很容易被竊取，也更容易被干擾，這將直接影響到物聯(lián)網(wǎng)體系的安全。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景廣闊，需要考慮各行各業(yè)的要求，將人與物、物與物之間的聯(lián)系實(shí)現(xiàn)智能控制。當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展仍處于上升階段并逐步朝著智能化方向發(fā)展，但是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)同預(yù)期發(fā)展目標(biāo)仍有一定差距。當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能家居、智能醫(yī)療等，下面僅對關(guān)鍵部分進(jìn)行分析。

3.1 智能物流

智能物流是利用RFID與傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對物品從采購、入庫、調(diào)撥、配送、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)全過程的準(zhǔn)確信息，將制造、采購、庫存、運(yùn)輸?shù)某杀窘档阶畹?，同時(shí)將各個(gè)環(huán)節(jié)可能造成的浪費(fèi)也降到最低，利用信息流精確控制物流過程，使利潤最大化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以覆蓋智能物流運(yùn)行的全過程，如智能物流的虛擬倉庫、運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控及實(shí)時(shí)決策都需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持。智能物流托管站是智能物流的應(yīng)用之一，它是指一種無人交接式的快遞配送，不需要快遞員跟收件人交接就可以接收快遞件，是一種智能柜，當(dāng)快遞員配送快遞件時(shí)，放進(jìn)智能柜后系統(tǒng)會自動發(fā)送一條短信通知收件人收件，極為方便。

3.2 智能交通

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System，簡稱ITS）是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、電子傳感技術(shù)、定位技術(shù)及控制技術(shù)等有效地集成，并運(yùn)用于整個(gè)交通管理系統(tǒng)，從而建立一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。借助智能交通可充分實(shí)現(xiàn)對交通致死率的有效防治，降低堵塞狀況等引起的危害，提高交通監(jiān)管力度，降低能源消耗和對環(huán)境的負(fù)面影響，提高整體環(huán)境的有效管理控制。

3.3 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。

在智能電網(wǎng)中，需要考慮發(fā)電、輸電和變電要求，及時(shí)進(jìn)行通信傳感設(shè)備的優(yōu)化，提高整體設(shè)備使用效率的合理性，便于智能電網(wǎng)的有效管理，提高其穩(wěn)定性、合理性，便于后續(xù)監(jiān)控工作的充分落實(shí)。

4 結(jié)語

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，需要充分考慮智能識別、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)融合等技術(shù)的應(yīng)用，加強(qiáng)對信息技術(shù)的考慮，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是工業(yè)化、信息化發(fā)展的必然產(chǎn)物，當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用仍處于起步階段，其關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)仍需進(jìn)行優(yōu)化。

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