新時(shí)期物聯(lián)網(wǎng)信息融合技術(shù)及存在的問題分析

吳曉強(qiáng)+張春友+史吏

摘 要 在大數(shù)據(jù)的支持下，新時(shí)期的物聯(lián)網(wǎng)信息融合技術(shù)已經(jīng)得到了非常大的發(fā)展，而且隨著信息時(shí)代的高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為熱門研究領(lǐng)域。ZigBee技術(shù)擁有世界公認(rèn)的耗能低，優(yōu)越的可擴(kuò)展性，成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，已成為物聯(lián)網(wǎng)研究的一條主線。構(gòu)建一個(gè)在ZigBee網(wǎng)絡(luò)的物流網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使得人們能在日常生活中方便使用到物聯(lián)網(wǎng)。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)；信息融合；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)幀

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）194-0066-02

早在1991年，美國麻省理工學(xué)院的Sundmaeker等人就已經(jīng)提出了“物聯(lián)網(wǎng)”這個(gè)概念，6年后，在信息社會(huì)世界峰會(huì)上國際電信聯(lián)盟才在一個(gè)報(bào)告中正式確定并擴(kuò)展解釋了“物聯(lián)網(wǎng)”，預(yù)示著新時(shí)代的到來。物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行原理是現(xiàn)實(shí)世界中各種各樣的物品在傳感器運(yùn)行前提下與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，它可以通過識(shí)別，定位，實(shí)時(shí)監(jiān)控追蹤等方式智能化地實(shí)現(xiàn)人與物品，甚至是物品之間的信息交換。

1 創(chuàng)建信息互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

在創(chuàng)建無聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)過程中，需要3種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信協(xié)作，進(jìn)而推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的框架建設(shè)，促進(jìn)原始數(shù)據(jù)的信息化融合處理，簡單來說就是借助3種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，使數(shù)據(jù)之間更加流暢的進(jìn)行交流。

第一種是設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需從結(jié)構(gòu)和軟件上下手，首先便是基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的完成構(gòu)成整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中包括了傳感器處理器、微處理器、無線網(wǎng)絡(luò)通信處理器和能量供應(yīng)處理器等。一般采用TI公司的硬件當(dāng)作節(jié)點(diǎn)微控制器，而無線網(wǎng)絡(luò)通信處理器則選擇相應(yīng)的芯片和外部原件進(jìn)行裝配。

第二種是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中最重要的軟件設(shè)計(jì)，如圖1所示，軟件底層采用的操作系統(tǒng)是uc/OS-Ⅱ。首先在節(jié)點(diǎn)軟件上的操作系統(tǒng)是選擇ZigBee協(xié)議棧，并通過這個(gè)協(xié)議棧事項(xiàng)整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的樹簇化。其次在整個(gè)軟件設(shè)計(jì)工程中設(shè)置許多用戶文件夾，各種文件夾存放不同種類的源代碼和源文件。最后采用TI公司提供的相關(guān)驅(qū)動(dòng)庫。

第三種是通信協(xié)議幀設(shè)計(jì)，在物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)創(chuàng)建過程中，為了使信息能受到其他設(shè)備的識(shí)別，和統(tǒng)一整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀的格式，需要對(duì)注冊(cè)用戶的數(shù)據(jù)幀模式進(jìn)行具體數(shù)據(jù)位定義。需要注意的是，以ASCII碼的形式傳送的整數(shù)是一個(gè)字節(jié)形式的，因此把它轉(zhuǎn)換成字符串的形式在進(jìn)行注冊(cè)用戶自定義數(shù)據(jù)幀進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)通信。在這個(gè)過程中需為各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供3個(gè)特殊的數(shù)據(jù)幀以用于匯報(bào)狀態(tài)，使上位機(jī)方便進(jìn)行決策和改進(jìn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)信息融合技術(shù)

信息融合指的是根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)不同信息進(jìn)行分類綜合處理的過程。物聯(lián)網(wǎng)信息融合技術(shù)課又分為以下幾個(gè)水平：低級(jí)，中級(jí)，高級(jí)和多級(jí)水平。將前三種信息融合水平綜合起來便是多級(jí)水平融合。在物聯(lián)網(wǎng)中，低級(jí)水平融合的作用主要是消除雜音，緣由是在進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入時(shí)會(huì)造成噪音影響，而低級(jí)水平融合便能消除噪音。中級(jí)水平融合和高級(jí)水平融合主要偏向于獲取實(shí)用性較強(qiáng)的有價(jià)值信息。

1）低級(jí)信息融合：又稱為數(shù)據(jù)級(jí)融合，是指融合處理采集后的初始數(shù)據(jù)。其要求是融合階段必須是在信息同質(zhì)化的前提下進(jìn)行，常使用金字塔算法和特征匹配等傳統(tǒng)方法進(jìn)行融合。

2）中級(jí)信息融合：常稱為特征級(jí)融合。在提取原始數(shù)據(jù)特征值的基礎(chǔ)上運(yùn)用的比較特征值的融合方法。它可以在各種信息間進(jìn)行融合，但無法分析判斷融合結(jié)果，也無法做出決策。常用的方法是卡爾曼濾波算法和聚類算法等。

3）高級(jí)水平融合：預(yù)先處理、提取和識(shí)別不同質(zhì)數(shù)據(jù)及其特征值，并通過分配可信度作出決策。此種融合可以對(duì)融合結(jié)果進(jìn)行初步判斷和分析，并能形成相應(yīng)的決策建議。高級(jí)水平融合適用領(lǐng)域廣泛，性能也較前面兩種好。常用的方法是推理和證據(jù)理論。

3 存在的問題

信息融合對(duì)物聯(lián)網(wǎng)來說是至關(guān)重要，必不可少的。由于物聯(lián)網(wǎng)所采集的信息內(nèi)容繁雜，且傳感器采集信息的時(shí)間有相應(yīng)的間隔差距，其能感知的物體也有所不同等眾多原因，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)信息融合技術(shù)須具備同時(shí)處理眾多多源異構(gòu)的信息的功能。而在當(dāng)前社會(huì)背景下，現(xiàn)實(shí)中還有許多物聯(lián)網(wǎng)信息融合技術(shù)需要整頓完善，才能使得信息融合這一過程更加快速有效地完成。

1）信息融合中的多元異構(gòu)處理問題。海量信息的融合問題在物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行中是十分棘手的。一是表達(dá)上的形式問題和語言的描述問題，這是由于物聯(lián)網(wǎng)信息必須在表達(dá)形式和語言描述都統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的條件下才能更好地融合。二是維數(shù)問題，信息融合面臨的維數(shù)問題來自于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的測(cè)量維數(shù)。三是各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的調(diào)節(jié)和分配問題，以及對(duì)原始數(shù)據(jù)的存取等問題。

2）各類數(shù)據(jù)融合問題。物聯(lián)網(wǎng)對(duì)信息的采集來自現(xiàn)實(shí)世界，而我們生存的現(xiàn)實(shí)世界中物體種類繁復(fù)多樣，數(shù)量大，這直接導(dǎo)致傳感系統(tǒng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的不可缺少性。傳感器采集到的信息繁雜多樣，而有效獲取有價(jià)值的信息并以此為物聯(lián)網(wǎng)注冊(cè)用戶提供各種所需服務(wù)，就必須對(duì)采集到的大量信息進(jìn)行處理。而當(dāng)前國際上專門針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中信息融合技術(shù)的研究尚起步，無法適應(yīng)海量數(shù)據(jù)處理的需要。因此，目前需對(duì)設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)信息融合的網(wǎng)絡(luò)、算法、數(shù)據(jù)傳遞等問題進(jìn)行必要研究。

3）信息融合中的安全隱患問題。在一些高度敏感領(lǐng)域如金融、政府、軍事等領(lǐng)域，信息安全問題極為重要。隨著信息化時(shí)代的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)適用范圍也不斷擴(kuò)大，其涉及到的信息也不斷變廣，注重信息安全已是必不可少的階段。要保障網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中無一個(gè)節(jié)點(diǎn)被病毒感染，提前避免信息被偷竊或篡改等問題的發(fā)生。因此，在研究網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，還得要求融合節(jié)點(diǎn)具有分辨有效信息的功能和措施，能辨真?zhèn)?，分?duì)錯(cuò)，切實(shí)保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)用戶的身份隱私和信息安全。

4 結(jié)論

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)在整體的生產(chǎn)生活應(yīng)用過程中發(fā)揮了極大的作用，在世界方面來看物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展時(shí)期較早，而且發(fā)展水平較高；在我國物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的時(shí)間其實(shí)不算短，但其牽涉到的領(lǐng)域眾多，涉及的信息繁雜，在進(jìn)行感知信息的過程中急需完善。本文簡要分析了低級(jí)水平融合、中級(jí)水平融合以及高級(jí)水平融合技術(shù)，并針對(duì)信息融合中易出現(xiàn)的問題進(jìn)行了簡單討論。通過對(duì)這些問題的認(rèn)識(shí)和思考，希望有助于物聯(lián)網(wǎng)信息融合技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]成城.基于Web的社交物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)、模型及其安全與隱私關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2014.endprint