物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

莫建麟

（阿壩師范學(xué)院電子信息與自動化學(xué)院 四川省汶川縣 623002）

物聯(lián)網(wǎng)的提出是在二十世紀(jì)九十年代末，由美國相關(guān)專家學(xué)者所提出來的，其含義在發(fā)展過程中持續(xù)產(chǎn)生變化。物聯(lián)網(wǎng)在起初提出來時的含義為，經(jīng)過射頻識別融合互聯(lián)網(wǎng)達(dá)到信息的智能管理與識別，于物聯(lián)網(wǎng)這一大型網(wǎng)絡(luò)之中，任意兩個物品均能夠進(jìn)行互聯(lián)、共享和互換，并且這一過程均無需人工干涉。隨后，伴隨技術(shù)持續(xù)發(fā)展，技術(shù)水平不斷提升，物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)在涵義變得越來越豐富了。在原本信息交換這一基礎(chǔ)之上，物聯(lián)網(wǎng)還可以達(dá)到物和物交互與無縫銜接，可以有效管理與實(shí)時把控物理世界。因此，對于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)與運(yùn)用進(jìn)行研究與分析是很有必要的。

1 物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵及其趨勢

1.1 內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，物聯(lián)網(wǎng)融合信息傳感和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)成了智能化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，于互聯(lián)網(wǎng)之中，可以構(gòu)成智能化管理和識別，提升物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用優(yōu)勢。于互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之中，要采用各種設(shè)備聯(lián)合構(gòu)成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，如掃描器與GPS 系統(tǒng)等，經(jīng)過這部分設(shè)備的有效運(yùn)用，構(gòu)成對物體動態(tài)信息的采集和傳輸。除此以外，物聯(lián)網(wǎng)還可以處理數(shù)據(jù)信息，其融合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的各種信息技術(shù)，構(gòu)成對技術(shù)的融合運(yùn)用，進(jìn)而在信息采集和處理，以及傳輸過程中構(gòu)成非常好的效果。在這里面涵蓋了傳感器、無線通信等多種技術(shù)，所以物聯(lián)網(wǎng)也可被叫作綜合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這種技術(shù)能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，促使各種技術(shù)結(jié)合采用，于物聯(lián)網(wǎng)中，信息傳輸十分便捷，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和技術(shù)智能化水平也會快速提升。

1.2 發(fā)展趨勢

計算機(jī)模式每間隔十多年就會出現(xiàn)很大的改革，如起初的大型計算機(jī)轉(zhuǎn)型為個人計算機(jī)，以個人計算機(jī)普及導(dǎo)致的互聯(lián)網(wǎng)革命，可預(yù)見在不久以后一定會有以物聯(lián)網(wǎng)為重要標(biāo)志的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)改革?，F(xiàn)如今，在全球范圍內(nèi)，有非常多的國家均投入了很多的人力與物資進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)探究與分析。就中國來說，在21 世紀(jì)開始，就投入了很多資金研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開啟了物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)。伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)水平的持續(xù)提升，能夠進(jìn)行小范圍實(shí)驗(yàn)與試用，此乃物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從理論進(jìn)入實(shí)踐的核心步驟?，F(xiàn)階段，已經(jīng)有很多企業(yè)嘗試把物聯(lián)網(wǎng)投到商業(yè)試用中，如，外國IBM、國內(nèi)的聯(lián)通、移動等。對現(xiàn)下物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢加以判斷，能夠想見未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一定會進(jìn)入綜合推廣時期，這一時期需要花費(fèi)很多資金。在此階段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會獲得規(guī)模較大的商業(yè)試用，而大量基建與終端產(chǎn)品推動，一定會促進(jìn)有關(guān)市場快速發(fā)展。

2 對于物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的探索

2.1 射頻識別技術(shù)

這種技術(shù)也被人們叫作電子標(biāo)簽，以標(biāo)簽。閱讀器以及天線構(gòu)成，該技術(shù)是經(jīng)過射頻符號對物體自動辨識，不需要人為干預(yù)，接著把識別出來的射頻對象通過數(shù)據(jù)篩選與登記、整理和保存、以及保管。當(dāng)具備電子標(biāo)簽的物品經(jīng)過設(shè)置的信息讀寫器時，信息讀寫器里面的無線電波對電子標(biāo)簽加以掃描，進(jìn)而把標(biāo)簽里面有價值的信息經(jīng)過天線迅速傳輸至有關(guān)電子網(wǎng)絡(luò)中。尤其需要關(guān)注到的是特殊物品對自身的標(biāo)簽安全有一定的要求。射頻識別技術(shù)中的RFID系統(tǒng)涵蓋了標(biāo)簽、讀寫器、系統(tǒng)軟件、中間件與后臺應(yīng)用程序。該系統(tǒng)是讀寫器與標(biāo)簽之間采用無線電頻率開展通信的無線通信系統(tǒng)。射頻識別系統(tǒng)中的標(biāo)簽作為信息的重要載體，關(guān)鍵是附帶于要識別的物體上，讀寫器具備讀寫功能，但是通常是由系統(tǒng)采用的射頻識別技術(shù)標(biāo)簽性能來決定的。射頻識別系統(tǒng)軟件是在前面兩者之間通信所需功能集合。讀寫裝置和后臺處理兩者間展開通信的軟件為中間件，利用該設(shè)備能夠連接射頻識別軟件與后臺系統(tǒng)，同時經(jīng)過標(biāo)簽發(fā)出指令，接下來通過讀寫器與中間件加以處理后構(gòu)成準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

而射頻識別技術(shù)的工作頻率通?？梢苑殖桑?/p>

（1）低頻，即30 到300KHz，比較常用的是125KHz；

（2）高頻，即3 到30MHz，頻率為13.56MHz；

（3）超高頻，即3 到30GHz，頻率為5.8 與24GHz；

（4）特高頻，即300MHz 到3GHz，頻率為433MHz，800 到960MHz。

2.2 傳感技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)功能實(shí)現(xiàn)的主要依據(jù)為信息采集，當(dāng)前運(yùn)用甚廣的信息采集方式為傳感器。傳感器在各大行業(yè)或領(lǐng)域中均有著非常廣泛運(yùn)用的檢測裝置，是信息采集的重要設(shè)備，并且對物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸與分析等影響較大。伴隨科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，傳感器為充分服務(wù)于社會，對傳感器的設(shè)備變得更網(wǎng)絡(luò)化了，與此同時傳感器將來發(fā)展趨勢也傾向于智能化。除此以外，監(jiān)控區(qū)域中微型傳感器的大范圍運(yùn)用，還有其依托無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，同樣是物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用甚廣的一大標(biāo)志。于無線傳感網(wǎng)絡(luò)之中，傳感節(jié)點(diǎn)不單單擁有路由功能，而且也具備端節(jié)點(diǎn)功能，所以其的優(yōu)劣程度對無線傳感網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行影響巨大。

2.3 云計算

該種技術(shù)是經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)將多個成本較低的計算實(shí)體整理為強(qiáng)大的計算功能系統(tǒng)，接著采用全新的商業(yè)模式使終端用戶可以體會到計算能力相關(guān)的服務(wù)。假設(shè)將計算能力設(shè)置為發(fā)電能力，則云就是發(fā)電站，由單機(jī)發(fā)電模式向集中供電模式改變，即人們常說的把計算機(jī)計算模式向云計算模式改變，而云被當(dāng)作發(fā)電站的時候，其會具備十分強(qiáng)大的計算能力，這就表明計算能力也可當(dāng)作一種商品于各大行業(yè)或領(lǐng)域間流通，與此同時其成本低，運(yùn)用方便，好似日常用電與用水一樣。云計算和發(fā)電站的差別在于電是經(jīng)過電網(wǎng)輸送的，計算能力則是經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳送的。因此，對云計算而言，其重要理念為要把其簡化為純粹的輸入與輸出設(shè)備，接著根據(jù)各種需求體會云計算處理數(shù)據(jù)的能力。而物聯(lián)網(wǎng)感知層得到信息后，會經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層把數(shù)據(jù)信息放置于標(biāo)準(zhǔn)平臺中，接下來采用云計算對數(shù)據(jù)信息加以分析與處理，把對應(yīng)職能安排至各個數(shù)據(jù)，如此才可以把數(shù)據(jù)變成用戶所需信息。

2.4 智能化信號處理

這種技術(shù)會對采集設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)處置，用來得到和目標(biāo)事物息息相關(guān)的信息。第一步要得到多種物理量的量測值，也就是人們常說的原始信號。進(jìn)而經(jīng)過該信號提取技術(shù)篩選出有價值的信號，同時提升信號信噪比。信噪比高的信號可以經(jīng)過各種類型的信號加以轉(zhuǎn)變，在映射空間中可以開展信號特征提取。除此以外，借助信號分析技術(shù)，比方說，特征比較、分類等，可以把擁有多種特征的信息歸類至某類物理事件內(nèi)。信號處理涵蓋了信號抗干擾及其奮力一擊信號濾波等。以上技術(shù)能夠以以下方法得以實(shí)現(xiàn)：首先，結(jié)點(diǎn)。這種方法有實(shí)時性特征，因此是可以推薦的，這樣一來可以縮減不必要的數(shù)據(jù)流量傳輸中能量的耗損。其次，基站?；举Y源是各種各樣的，十分豐富，可以高效處理復(fù)雜信號，而且也可以開展模式識別與分類學(xué)習(xí)，在處理信號時有著很大的優(yōu)勢，但是該網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)流量和傳送中的能耗比結(jié)點(diǎn)大，這表明基站網(wǎng)絡(luò)成本較高?？傊@幾種方法都有自己的優(yōu)勢與劣勢，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)況進(jìn)行合理選擇。

3 有效運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)

3.1 智能化社區(qū)生活構(gòu)建

于社區(qū)生活之中，人們的一大煩惱是物業(yè)管理缺乏合理性。每當(dāng)發(fā)生類似于水管漏水、走廊電燈不亮、電梯損壞等問題，物業(yè)均無法在第一時間加以修理；并且，還有多種物業(yè)費(fèi)收繳不透明，根本無處申報。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)剛好可以解決這些問題。物聯(lián)網(wǎng)目的在于實(shí)現(xiàn)物對物的把控，把該項技術(shù)使用在社區(qū)生活只能夠，可以進(jìn)行智能化家具、建筑與空間管理，為人們的生活帶來便捷，促使每項服務(wù)變得更為人性化。經(jīng)過隨處可見的傳感器，采集社區(qū)信息，并借助IPv6 協(xié)議物聯(lián)網(wǎng)尋址技術(shù)達(dá)到對物的有效控制。如此，人們就無需擔(dān)心放置于社區(qū)中的電動車被偷，進(jìn)而提升人們對物的控制能力。再者，人們能夠借助社區(qū)中的電子政務(wù)與電子商務(wù)等平臺，在平臺上隨時溝通想法，對物業(yè)部管理提出合適的建議或意見，把人們的真實(shí)心理與需求傳輸給管理人員，給社區(qū)智能化決策提供重要依據(jù)。和傳統(tǒng)社區(qū)比較，經(jīng)過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)達(dá)到智能化社區(qū)，不但可以充分滿足信息化建設(shè)需求，還可以在提升人們物質(zhì)生活的同時滿足人們的精神需求，非常符合以人為本與構(gòu)建和諧社區(qū)的理念。

3.2 開展精細(xì)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

中國乃農(nóng)業(yè)之大國，科學(xué)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對養(yǎng)活十多億的人口而言是十分關(guān)鍵的。現(xiàn)如今，諸多地方的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因?yàn)榧夹g(shù)滯后，依舊是依靠天氣吃飯，假設(shè)這一年是好年成，那么農(nóng)業(yè)收成就很好；假設(shè)這一年出現(xiàn)了洪澇災(zāi)害、干旱災(zāi)害，或者是雨季沒有按期來臨，均會導(dǎo)致農(nóng)田生產(chǎn)大大減少，嚴(yán)重一點(diǎn)會導(dǎo)致顆粒無收。而假設(shè)把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，就可以對影響農(nóng)作物生長發(fā)育的水分、光照、土壤等因素加以檢測，具體分析導(dǎo)致農(nóng)田產(chǎn)量不同的原因，給科學(xué)管理農(nóng)田提供重要依據(jù)。該項技術(shù)的運(yùn)用，不但可以采集到農(nóng)作物于生長發(fā)育中風(fēng)力與溫度、濕度與土壤pH 值等數(shù)據(jù)信息的變化，還能進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，助力農(nóng)民抵抗自然災(zāi)害，提升農(nóng)田產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)效益。精細(xì)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)同樣受到各個國家領(lǐng)導(dǎo)人與政府的時刻關(guān)注，中國當(dāng)前處在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要階段，綠色蔬菜栽培與零污染食品生產(chǎn)是確保食品安全的重要環(huán)節(jié)，是涉及民生問題的關(guān)鍵內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會為農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來機(jī)遇，對農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢帶來很大的影響，而新技術(shù)改革與創(chuàng)新也必然會快速發(fā)展，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化水平提高。

3.3 創(chuàng)建智能化交通

中國城市發(fā)展階段，交通問題各大城市發(fā)展中普遍存在的問題。現(xiàn)如今，一些大型城市主干道路中，各司機(jī)與城市管理部門均出現(xiàn)了交通堵塞與停車?yán)щy等問題?；谶@些問題，在和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特征相融的情況下，智能交通預(yù)警和智能停車引導(dǎo)兩種系統(tǒng)誕生了。智能交通預(yù)警主要是將馬路攝像頭監(jiān)測的交通信息作為重要依據(jù)，于后臺程序?qū)崟r分析且將獲取到的道路信息傳遞到客戶端，或者采用廣播形式及時預(yù)警告訴司機(jī)，同時為司機(jī)指出合適的道路，這樣就可以避免司機(jī)走彎路，防止發(fā)生交通堵塞的現(xiàn)象。智能停車引導(dǎo)就是把監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)置于城市中每個停車處，這部分節(jié)點(diǎn)會實(shí)時監(jiān)測停車位狀態(tài)，同時把采集到的停車位信息及時輸送給司機(jī)。這一系統(tǒng)是利用對車位磁場變化的檢測。司機(jī)進(jìn)入城市以后要獲得停車位，系統(tǒng)可以自動給司機(jī)查找周圍是否有合適的停車位，而且為其提供駕駛路線，讓其快速尋找到停車位。再者，司機(jī)也能借助手機(jī)終端安裝客戶端軟件對城市中的停車位使用狀態(tài)加以查找，避免花費(fèi)過多時間。智能停車引導(dǎo)在如今的城市停車場車位監(jiān)測中運(yùn)用甚廣。

3.4 進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測

在中國發(fā)展項目之中，一直是把環(huán)境保護(hù)的問題當(dāng)成主要項目的，過去的測量方法不僅操作復(fù)雜，而且數(shù)據(jù)讀取也有難度，數(shù)據(jù)實(shí)時性匱乏，同時在數(shù)據(jù)采集過程中也有著一定的物資、人力與財力要求?？墒?，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以有效改善該種情況。當(dāng)代社會發(fā)展研發(fā)的多種類型的具備環(huán)境參數(shù)的傳感器不僅具備很高的進(jìn)度，還具有實(shí)時性。運(yùn)用在環(huán)境監(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，關(guān)鍵是采用由各種傳感器組成的需要對參數(shù)加以監(jiān)測的節(jié)點(diǎn)，同時在自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)助力中構(gòu)成的擁有自由組合特征的專有數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)其中多節(jié)點(diǎn)不能采用以后，別的傳感器節(jié)點(diǎn)可以自行挑選傳感路徑，進(jìn)而形成全新的網(wǎng)絡(luò)。采用該種方法輸送數(shù)據(jù)，可以給數(shù)據(jù)提供安全保障，而且還可以確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行順利。于環(huán)境監(jiān)測過程中結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以給環(huán)境監(jiān)督控制提供實(shí)時性，比如，傳感器對某一水源的水質(zhì)加以監(jiān)測時，發(fā)覺不正常現(xiàn)象時會把這種現(xiàn)象在第一時間告知管理員，讓其在短期中了解大致情況。在收回借助傳感器采集的數(shù)據(jù)的時候，可以展開云托管，這樣不但可以確保數(shù)據(jù)安全性，還有益于分析與共享數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

通過分析可了解，對于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展研究是很有價值作用的，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展是把以往的信息技術(shù)承襲與當(dāng)代技術(shù)加以創(chuàng)新。在上文中，經(jīng)過詳細(xì)介紹各種物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)在涵義，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而對物聯(lián)網(wǎng)將來發(fā)展趨勢奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。不過，此次研究僅僅是一小部分，還存在著諸多不足之處，因而為確保物聯(lián)網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展，不但需要花費(fèi)更多的時間與金錢在技術(shù)上，而且在全國各地經(jīng)濟(jì)與文化等方面均應(yīng)當(dāng)有所涉及。