計算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

張士剛

（廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東 廣州 510600）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后信息技術(shù)的第三次革命，具有劃時代意義。該項技術(shù)以計算機(jī)為基礎(chǔ)，并融入了諸多相關(guān)計算機(jī)技術(shù)，在電力行業(yè)、電商物流管理、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。通過加強(qiáng)對基于計算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的分析與應(yīng)用研究，有利于讓相關(guān)人員更好地認(rèn)識該項技術(shù)，并促使該項技術(shù)發(fā)揮出更大的作用與價值，造福人類社會。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的關(guān)系

通俗而言，物聯(lián)網(wǎng)是指“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以計算機(jī)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，借助傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、RFID射頻識別技術(shù)等，成功實現(xiàn)了物與物之間的通信連接，由此能夠?qū)崿F(xiàn)物物相息、萬物互聯(lián)。一個完整的物聯(lián)網(wǎng)可分為三層架構(gòu)：（1）感知層，該層主要負(fù)責(zé)物品信息的收集，在傳感器技術(shù)、RFID射頻識別技術(shù)的幫助下，完成物品信息的感知與采集；（2）網(wǎng)絡(luò)層，該層主要負(fù)責(zé)信號傳輸，主要借助計算機(jī)通信技術(shù)，同時也以其他與計算機(jī)相關(guān)的技術(shù)作為輔助，比如BLE藍(lán)牙技術(shù)、Zigbee技術(shù)等，進(jìn)一步強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)覆蓋能力以及信息傳輸能力，能夠直接與各種移動終端和采集設(shè)備相連，而不再僅僅局限于PC端，并實現(xiàn)對遠(yuǎn)程物品設(shè)備的操作控制[1]；（3）應(yīng)用層，該層主要負(fù)責(zé)“物品信息”的處理和應(yīng)用，通過對這些信息進(jìn)行存儲、分類和挖掘，并將處理結(jié)果反饋到網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備和終端，即可完成對物品的遠(yuǎn)程操作控制。由此可知，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，正是以計算機(jī)相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)，才能成功實現(xiàn)物與物之間的連接，兩者關(guān)系非常密切，也正是在計算機(jī)相關(guān)技術(shù)的輔助下，才為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了一個完美的應(yīng)用場景，促使物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮出應(yīng)有的作用與價值。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，是計算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的又一里程碑，其將計算機(jī)技術(shù)又推向了一個新的發(fā)展高度，兩者互為表里，相得益彰，為人們生產(chǎn)生活帶來了極大的便利。

2 基于計算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 傳感器技術(shù)

“物品信息的感知”是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮作用的基礎(chǔ)，需要應(yīng)用到傳感器技術(shù)來達(dá)到這一目的。傳感器技術(shù)猶如“物品”與“網(wǎng)絡(luò)”之間的“中間傳輸轉(zhuǎn)化站”，將物品信息傳遞、轉(zhuǎn)化為物聯(lián)網(wǎng)可識別的信息。物聯(lián)網(wǎng)以計算機(jī)為基礎(chǔ)，而當(dāng)前計算機(jī)在進(jìn)行信息處理時，主要處理對象是數(shù)字信號，因而需要在傳感器的幫助下，將物品的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，才能被網(wǎng)絡(luò)所接收、處理。當(dāng)前，傳感器已經(jīng)滲透進(jìn)多個生產(chǎn)領(lǐng)域，如工業(yè)生產(chǎn)、食品生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)等，并且傳感器也在不斷朝著微型化、智能化方向進(jìn)步發(fā)展，這對物聯(lián)網(wǎng)性能的提升也有著非常重要的促進(jìn)作用。

2.2 RFID射頻識別技術(shù)

RFID射頻識別技術(shù)又被稱為“電子標(biāo)簽”，該項技術(shù)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，主要是在射頻信號的幫助下，完成對對象的自動識別，并從中獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。在整個識別過程中，無須人工干預(yù)，因此本身有著非常強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。不僅如此，針對一些高速移動的物品，RFID技術(shù)也能夠進(jìn)行識別，且可同時識別多個標(biāo)簽，整體效率較高。RFID射頻識別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行物品信息采集的重要手段，一般在計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的幫助下，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離物品信息識別，目前該項技術(shù)在電商物流領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。

2.3 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

在研發(fā)早期，嵌入式系統(tǒng)還只是以單片機(jī)形式存在，后續(xù)隨著嵌入式技術(shù)發(fā)展日益成熟，嵌入式系統(tǒng)發(fā)展越來越完善，適用場景也越來越廣闊。嵌入式技術(shù)最初的發(fā)展目標(biāo)，便是服務(wù)“物聯(lián)”，比如將微型計算機(jī)嵌入到物理對象中，實現(xiàn)對象的自動化控制。在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用嵌入式技術(shù)，主要目的是提高“物品”的通信能力以及自動化控制能力。如果將整個物聯(lián)網(wǎng)視為一個“人”，那么傳感器與RFID射頻識別技術(shù)相當(dāng)于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，用于感知收集外界物品信息，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)則是人的神經(jīng)系統(tǒng)，用于信息的傳遞，而嵌入式系統(tǒng)則是人的大腦，用于信息的處理。正是嵌入式技術(shù)的存在，才讓物品變得更加智能，物品與物品之間的連接也更加緊密。

2.4 平臺服務(wù)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的運行，還離不開各種基于計算機(jī)的服務(wù)平臺技術(shù)，主要包括以下兩種：（1）M2M平臺，該平臺屬于一種中間平臺，主要負(fù)責(zé)對終端進(jìn)行管理與監(jiān)控，并為相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)等服務(wù)，在該平臺的幫助下，還能夠?qū)K端加以控制，使其能夠科學(xué)使用網(wǎng)絡(luò)，并通過對終端流量進(jìn)行監(jiān)控，提供方便的終端遠(yuǎn)程維護(hù)操作工具；（2）云服務(wù)平臺，該平臺以云計算技術(shù)為基礎(chǔ)，主要負(fù)責(zé)為各種不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供統(tǒng)一的服務(wù)交付平臺，并且在云計算技術(shù)的幫助下，還能夠為物聯(lián)網(wǎng)提供海量的計算和存儲資源，確保物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)格式一致，促使整個物聯(lián)網(wǎng)連接交付過程更加簡單，同時還能夠利用云計算技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分布式存儲以及并行處理，其數(shù)據(jù)處理框架以本地計算方式處理大部分?jǐn)?shù)據(jù)，因此不需要進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸處理[2]。在物聯(lián)網(wǎng)不斷應(yīng)用發(fā)展過程中，自身產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息勢必會越來越多，對于這些信息的處理，采用傳統(tǒng)硬件架構(gòu)服務(wù)器，已經(jīng)無法滿足數(shù)據(jù)處理要求。因此需要應(yīng)用到云計算服務(wù)平臺，以顯著提高物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的效率，增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)整體性能。如果將物聯(lián)網(wǎng)比作一臺計算機(jī)，那么云計算便是這臺計算機(jī)的CPU。在物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展過程中，隨著云計算服務(wù)平臺的應(yīng)用越來越深入，兩者融合越來越緊密，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集端將會越來越多樣化，數(shù)據(jù)采集量會越來越大，數(shù)據(jù)處理效率也會越來越高，如此可有效提升整體物聯(lián)網(wǎng)的性能。

3 基于計算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 電商物流領(lǐng)域應(yīng)用

隨著計算機(jī)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國電商產(chǎn)業(yè)也快速崛起。同時以計算機(jī)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電商領(lǐng)域的應(yīng)用也開始逐步深入。特別是隨著我國電商運營規(guī)模的不斷擴(kuò)大，物流運營水平也需要跟隨著電商的腳步，不斷升級發(fā)展，促使物流系統(tǒng)智能化、信息化水平不斷提升，也為以計算機(jī)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)提供了一個絕佳的應(yīng)用環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)水平的提升和應(yīng)用，能夠有效解決當(dāng)下電商物流行業(yè)面臨的人員緊張、物流信息傳遞慢等問題，還能夠促使電商企業(yè)進(jìn)一步搶占市場，滿足日益增長的物流運輸需求，從而促進(jìn)電商產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)下，電商企業(yè)正在積極尋求與物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開展更加深入、多維度的合作，力求借助物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，推動電商物流產(chǎn)業(yè)不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)型和優(yōu)化升級，促使自身的核心競爭力得到有效提升。例如在2017年1月，京東、斑馬技術(shù)和神州數(shù)碼聯(lián)合宣布成立“物聯(lián)網(wǎng)＋電商物流聯(lián)合實驗室”。成立該機(jī)構(gòu)的目的，便是希望能夠在物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的幫助下，改善物流以下三種應(yīng)用場景：（1）在當(dāng)前揀選和復(fù)核打包生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高物流的運輸效率；（2）借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機(jī)視覺技術(shù)，實現(xiàn)托盤與籠車資產(chǎn)可視化智能管理；（3）促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與計算機(jī)視覺技術(shù)的深度融合，使計算機(jī)視覺和數(shù)據(jù)分析在物流運輸中得到應(yīng)用。當(dāng)下網(wǎng)購在人們?nèi)粘Ｉ钪幸殉B(tài)化，進(jìn)一步加重了電商物流的負(fù)擔(dān)，需要電商物流進(jìn)一步提高自身的自動化、智能化水平。受此影響，很多電商企業(yè)在電商物流方面，也開始加快無人倉設(shè)置布局的步伐。而想要實現(xiàn)上述目標(biāo)，首先便需要實現(xiàn)物品數(shù)據(jù)的感知與傳輸。在此過程中，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)勢必會得到更深入的應(yīng)用，從而為電商產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)更進(jìn)一步的發(fā)展提供強(qiáng)大的技術(shù)力量支持。

3.2 智能電網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用

當(dāng)下智能電網(wǎng)領(lǐng)域，同樣離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。比如利用計算機(jī)通信物聯(lián)網(wǎng)傳感節(jié)點技術(shù)，能顯著提高智能電網(wǎng)的故障定位以及報警能力水平。在具體應(yīng)用過程中，需要從智能電網(wǎng)底層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)出發(fā)，立足電網(wǎng)信息采集與傳輸，融入物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，更好地感知智能電網(wǎng)電力數(shù)據(jù)信息傳遞過程，實現(xiàn)對電力數(shù)據(jù)實時監(jiān)測與狀態(tài)控制。比如通過采用“物聯(lián)網(wǎng)傳感節(jié)點技術(shù)＋實時在線監(jiān)測技術(shù)”，能夠敏銳地感知智能電網(wǎng)線路電壓與電流的變化，并以此為依據(jù)，實現(xiàn)對電網(wǎng)架空輸電線路故障和異常狀態(tài)的精準(zhǔn)分析與判斷，及時發(fā)現(xiàn)線路異常問題，降低電網(wǎng)線路故障帶來的不利影響。在具體應(yīng)用場景方面，在傳感器節(jié)點技術(shù)的幫助下，能夠?qū)芸站€路相間故障進(jìn)行檢測。在上述過程中，通過感知了解線路相間故障狀態(tài)、過流值等參數(shù)信息，可實現(xiàn)對線路故障類型的判斷。又如在對智能電網(wǎng)主機(jī)進(jìn)行檢測時，發(fā)現(xiàn)在某條線路中，傳感器節(jié)點電流值發(fā)生了突變，超出了繼電保護(hù)規(guī)定數(shù)值，且這種電流突變值持續(xù)時間較長，如果在該段時間區(qū)間內(nèi)發(fā)生了跳閘或停電事故，便能夠以此為依據(jù)，快速做出判斷，該線路發(fā)生了短路故障[3]。但后續(xù)在啟動重合閘時，線路重新恢復(fù)供電，會對其他正常線路產(chǎn)生影響，比如其他線路會出現(xiàn)瞬間電流涌動的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象很容易導(dǎo)致其他檢測終端發(fā)生誤判。為有效解決這一問題，通常在故障重合閘間隔30 s后，傳感器節(jié)點檢測系統(tǒng)才會正式啟動。此時在物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的幫助下，傳感器節(jié)點會接收到線路短路故障信息，并將該信息發(fā)送至遠(yuǎn)端監(jiān)控服務(wù)器，服務(wù)器會對這些信息進(jìn)行智能分析與識別，最后以結(jié)果為依據(jù)，準(zhǔn)確定位故障發(fā)生位置，并及時發(fā)出故障告警信號，促使故障問題得到妥善解決，降低故障對智能電網(wǎng)的影響。

3.3 農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯方面。當(dāng)下，人們的物質(zhì)生活得到了顯著改善，因此對食品安全也越來越重視。特別是近些年，由于不斷曝出農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標(biāo)問題，廣大民眾對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的關(guān)注度也越來越高，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量也提出了更高的要求。在這一背景下，為全面保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，可應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立農(nóng)產(chǎn)品安全追溯系統(tǒng)，實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的監(jiān)督，為農(nóng)產(chǎn)品安全提供了有力的保障。在實際應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的過程中，除了需要以計算機(jī)為依據(jù)，還需要借助RFID射頻識別技術(shù)、農(nóng)田信息采集技術(shù)、計算機(jī)視覺技術(shù)、全球定位技術(shù)等，從而能夠真正深入到農(nóng)田之中，監(jiān)控農(nóng)作物的生長、采收，同時對農(nóng)產(chǎn)品運輸、加工、銷售等環(huán)節(jié)，做好相應(yīng)數(shù)據(jù)的采集，并將其統(tǒng)一存儲至云端。消費者在購買農(nóng)產(chǎn)品時，可以通過農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)，查詢自己購買的農(nóng)產(chǎn)品在各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息，消除顧慮。一旦發(fā)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品存在質(zhì)量安全問題，系統(tǒng)可對該農(nóng)產(chǎn)品迅速定位，實現(xiàn)溯源查詢，找出引發(fā)農(nóng)產(chǎn)品食品安全問題的環(huán)節(jié)，并落實到相關(guān)責(zé)任人，有效消除農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題，給消費者一個滿意的答復(fù)。在實際應(yīng)用農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)時，消費者在完成農(nóng)產(chǎn)品購買后，可以直接利用智能手機(jī)，對農(nóng)產(chǎn)品包裝上的二維碼進(jìn)行掃描，然后農(nóng)產(chǎn)品追溯查詢系統(tǒng)會通過計算機(jī)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將產(chǎn)品生產(chǎn)全過程信息發(fā)送到消費者手機(jī)中，實現(xiàn)對產(chǎn)品的全供應(yīng)鏈過程進(jìn)行追蹤查詢，全方位保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。

3.4 遠(yuǎn)程抄表領(lǐng)域應(yīng)用

如今在遠(yuǎn)程抄表領(lǐng)域，也有了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的身影，比如物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)（NB-Io T技術(shù)），便是一個典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例。NB-Io T技術(shù)是一種以蜂窩窄帶物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的一種新興信息技術(shù)，通過應(yīng)用該項技術(shù)，可使一些低功耗、低性能設(shè)備也能夠連接廣域網(wǎng)中的蜂窩數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)在GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)等計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的部署，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。整個連接過程中，設(shè)備消耗頻段比較低，在一些待機(jī)時間短，且對網(wǎng)絡(luò)連接要求較高的設(shè)備中，比如遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，便非常適合應(yīng)用該技術(shù)，能提高抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)在實際進(jìn)行信息傳輸時，主要采用的是重復(fù)傳輸方式，促使傳輸信號碼元時間有效延長，降低了信息傳輸過程中的噪音，更加有利于解調(diào)與譯碼，提高信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性。一般情況下，抄表系統(tǒng)在實際進(jìn)行信息傳輸時，信息譯碼出錯率均在10%左右，而通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)，在重復(fù)傳輸方式的幫助下，將會使得信息譯碼出錯率進(jìn)一步下降。一般經(jīng)過3次重復(fù)傳輸，能夠顯著降低譯碼錯誤概率，可從原本的10%降低至0.027%[4]。如果想要更低的譯碼錯誤概率，還可以再次進(jìn)行重復(fù)傳輸，當(dāng)重復(fù)傳輸15次以上時，譯碼錯誤概率幾乎可以忽略不計，顯著提升譯碼工作效率。在遠(yuǎn)程抄表傳感器系統(tǒng)中，通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的這種重復(fù)傳輸功能，能夠促使抄表性能得到顯著的提高，使得抄表計算變得更加精密。例如在遠(yuǎn)程水表中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)，能夠準(zhǔn)確地將水表水量轉(zhuǎn)化為電信脈沖，從而讓居民用水量統(tǒng)計變得更加精確。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的幫助下，還能夠通過連接智能終端，自動計算居民用水費用，并自動扣除相應(yīng)費用，為居民用水提供良好的便利。

4 結(jié)語

綜上所述，基于計算機(jī)的物聯(lián)網(wǎng)包含多種關(guān)鍵技術(shù)，如RFID射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、平臺服務(wù)技術(shù)等，正是這些技術(shù)的存在，才促使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)功能得以充分展現(xiàn)。為促使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到更好的應(yīng)用，需要加強(qiáng)對該技術(shù)在各個領(lǐng)域的研究，從而更好地發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用和價值，帶動產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)實現(xiàn)更好的發(fā)展。