物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)成與關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用初探

王 濤

（日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院,276826）

1 物聯(lián)網(wǎng)的基本信息以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的基本概念和基本屬性

物聯(lián)網(wǎng)概念的提出首次是在1999 年由麻省理工學(xué)院的Auto=ID 實(shí)驗(yàn)室提出的，研究人員將書籍、鞋子、茶杯等物件上配置上一種微型的傳感器設(shè)備，就可以對(duì)該物件的位置信息、狀態(tài)信息做到了如指掌，使該物件得到了基本的智能管理。物聯(lián)網(wǎng)概念的確立是在2005 年悉尼舉辦的信息社會(huì)世界峰會(huì)上確立的，并且國(guó)際電信聯(lián)盟也發(fā)布了和“物聯(lián)網(wǎng)”相關(guān)的理論文獻(xiàn)《ITU 湖湘網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的基本概念，并且也指出了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用地位。

所謂物聯(lián)網(wǎng)，就是將各種信息傳感器設(shè)備、傳感器系統(tǒng)，與各種接入網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)連接，形成一個(gè)巨大的智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在此要注意，傳感器的設(shè)備與系統(tǒng)選擇也是具有方向性的，選擇傳感器設(shè)備與系統(tǒng)時(shí)必須做到能夠滿足物-物通信模式，并且能夠形成無線自組織的網(wǎng)絡(luò)形式，比如有傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻標(biāo)簽閱讀裝置、條碼識(shí)別設(shè)備、二維碼識(shí)別設(shè)備、全球定位系統(tǒng)等。

物聯(lián)網(wǎng)可以說是由多種先進(jìn)技術(shù)綜合而成的，在物聯(lián)網(wǎng)的工作過程中，核心部分的技術(shù)應(yīng)用就是傳感器技術(shù)的應(yīng)用。在傳感器技術(shù)的應(yīng)用過程中是通過無線自組織網(wǎng)絡(luò)的形式與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)系的，也就是所謂的傳感器網(wǎng)絡(luò)，是一種物與物交流的基本感知技術(shù)。根據(jù)上述內(nèi)容可知，物聯(lián)網(wǎng)的工作目標(biāo)就是使任何物體、任何人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，使用任何網(wǎng)絡(luò)途徑進(jìn)行連接交流，在此可以體現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)的基本屬性，那就是集中性、收集性、計(jì)算性、通信性以及事物的聯(lián)通性，這些屬性是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人與人連接、人與物連接的基本功能屬性。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的基本體系構(gòu)成

物聯(lián)網(wǎng)的基本體系構(gòu)成總體上可以歸納為以下幾個(gè)系統(tǒng)，包括感知系統(tǒng)的感知性能、接入系統(tǒng)的信息接入性能、互聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞性能、服務(wù)管理系統(tǒng)的管理控制性能以及應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用性能。

（1）對(duì)于感知系統(tǒng)來說，該系統(tǒng)的主要功能是利用各種傳感器對(duì)周圍的物質(zhì)屬性、環(huán)境狀態(tài)、行為狀態(tài)進(jìn)行物理量信息的獲取，并且要進(jìn)一步的對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)辨識(shí)。在進(jìn)行信息感知與信息狀態(tài)辨識(shí)的過程中，首先應(yīng)當(dāng)該針對(duì)性的選定感知事物或者感知場(chǎng)景，然后選用協(xié)調(diào)處理的方式對(duì)該事物、該場(chǎng)景進(jìn)行多角度、多尺度以及多種類的信息采集，隨后對(duì)該事物、該場(chǎng)景的信息進(jìn)行在線計(jì)算與控制，通過接入設(shè)備將信息傳遞到網(wǎng)絡(luò)中與其他單元的信息資源進(jìn)行交流共享。

（2）對(duì)于接入系統(tǒng)來說，該系統(tǒng)的主要功能是將感知系統(tǒng)所接收處理的信息轉(zhuǎn)移到互聯(lián)網(wǎng)中。在這個(gè)過程中需要一定的無線自組織網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)移，比如移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、無線接入網(wǎng)、無線局域網(wǎng)以及衛(wèi)星網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施。

（3）對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)來說，它的主要功能就是利用IPv6/ IPv4 和IP(Post-IP)等軟件設(shè)備構(gòu)建一個(gè)能夠互相傳遞、互相共享、互相交流的互聯(lián)網(wǎng)智能交流平臺(tái)，能夠?qū)⒏鱾€(gè)單元的信息整合到一起，為上層管理、行業(yè)應(yīng)用以及資源共享建立一個(gè)高效、可信、實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)。

（4）對(duì)于服務(wù)管理系統(tǒng)來說，該系統(tǒng)的主要功能是通過大量超級(jí)計(jì)算機(jī)的智能管理功能將互聯(lián)網(wǎng)中各個(gè)單元大量的信息進(jìn)行整理、管理和控制，使得信息的應(yīng)用更加快捷、方便以及有效。

（5）對(duì)于應(yīng)用系統(tǒng)來說，該系統(tǒng)的主要功能是集成系統(tǒng)的底層功能，使得物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類行業(yè)的操作性，比如智能交通的應(yīng)用、遠(yuǎn)程醫(yī)療的應(yīng)用、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用。

2 傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)

本文以其中的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為例，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析探討。對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)來說，主要是由以下幾方面組成的：

2.1 智能感知技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)最基本的工作環(huán)節(jié)就是對(duì)目標(biāo)信息的采集，是進(jìn)行物與物聯(lián)系、物與人聯(lián)系的基本前提。在進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，一般都會(huì)安裝MCU 控制器、嵌入式系統(tǒng)、操作系統(tǒng)，因?yàn)檫@樣能夠使得采集設(shè)備具有造價(jià)低、性能高、操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)用性比較強(qiáng)。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的工作環(huán)節(jié)，對(duì)數(shù)據(jù)的采集具有廣泛性、全面性與微觀形，必須做到全面信息的收集，比如客觀世界中的溫度、濕度、光照度等物理量也要做到詳細(xì)的信息收集，而在這個(gè)過程中傳感器技術(shù)的應(yīng)用是必不可失的。

2.2 智能信號(hào)處理技術(shù)

在數(shù)據(jù)信息采集之后，需要對(duì)其進(jìn)行初始的數(shù)據(jù)處理，這樣才能夠得到與目標(biāo)事物有聯(lián)系的數(shù)據(jù)信息。在數(shù)據(jù)信息處理過程中，第一步需要從數(shù)據(jù)信息中分析計(jì)算出量測(cè)值，也就是原始信號(hào)，然后利用先進(jìn)的信號(hào)提取技術(shù)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行篩選提取，篩選出有用的原始信號(hào)后再進(jìn)行有用信號(hào)信噪比的調(diào)整，使有用信號(hào)的信噪比得到提高。第二步將處理好的信號(hào)在影射空間進(jìn)行各類信號(hào)的轉(zhuǎn)換，這樣就可以在影射空間得到信號(hào)的特征，相應(yīng)的要及時(shí)收集這些信息的相關(guān)特征。第三步要利用先進(jìn)的信號(hào)分析技術(shù)，對(duì)這些信號(hào)特征進(jìn)行分析、分類，使得這些信息特征能夠?qū)?yīng)出相應(yīng)的物理事件，使得這些信息能夠?qū)μ?hào)入座。

在進(jìn)行信號(hào)的處理過程中，需要利用信號(hào)的干擾技術(shù)、信號(hào)的分離技術(shù)和信號(hào)的濾波技術(shù)以及其他技術(shù)，根據(jù)信息處理的特征，可以在節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)信息的處理，也可以在基站上實(shí)現(xiàn)信息的處理。對(duì)于在節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)的信息處理技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是在信息的整理過程中能夠達(dá)到實(shí)時(shí)性，能夠有效的避免數(shù)據(jù)信息的不必要流失，也可以減少傳輸過程中能量的消耗，但是在利用這種方式進(jìn)行信息處理時(shí)需要大量的節(jié)點(diǎn)資源，但是實(shí)際情況卻是相反，節(jié)點(diǎn)資源非常有限，這樣就可能造成低算法、復(fù)雜度高的情況出現(xiàn)，工作難度比較大。對(duì)于在基站上實(shí)現(xiàn)的信息處理技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是在信息的處理過程中能夠良好的面對(duì)復(fù)雜的信號(hào)，甚至可以達(dá)到分類學(xué)習(xí)和模式是被，信號(hào)的處理能力非常高，但是在利用這種方式進(jìn)行信息處理時(shí)，就會(huì)發(fā)生信息流失大、能量消耗大的問題，所以在此要斟酌使用。

2.3 網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)的工作活動(dòng)中，數(shù)據(jù)信息的網(wǎng)絡(luò)接入環(huán)節(jié)也是很重要的，如果不能夠做到良好的網(wǎng)絡(luò)接入，就會(huì)丟失大量的信息、不能做到信息的實(shí)時(shí)性，這樣就會(huì)嚴(yán)重的影響到物聯(lián)網(wǎng)的工作質(zhì)量與工作效率，所以網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的好壞直接影響著物聯(lián)網(wǎng)的成功與失敗。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的接入方式都是通過網(wǎng)關(guān)來完成的，所以對(duì)于網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)來說，主要包括連接終端感知網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器的橋梁，比如GSM、TD-SCDMA 的蜂窩式網(wǎng)絡(luò)，WLAN、WPAN 的專用無線式網(wǎng)絡(luò)以及Intenrent 等各種網(wǎng)絡(luò)等。

3 結(jié)束語

綜上所述可知，物聯(lián)網(wǎng)本身就是由多種先進(jìn)技術(shù)綜合而成的，應(yīng)用技術(shù)數(shù)量多而復(fù)雜，具有顯著的技術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。隨著計(jì)算機(jī)時(shí)代、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)主流的應(yīng)用技術(shù)，而物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)支持就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與多種應(yīng)用技術(shù)，如果實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的普及型，不僅能夠做到人與人的信息交流、人與物的信息交流、物與物的相互關(guān)聯(lián)，也能夠積極的推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的開發(fā)與利用，具有深遠(yuǎn)的意義。

[1] 李振汕.對(duì)物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)發(fā)展問題的探討[J]廣西政法管理干部學(xué)院信息工程.2011，(01) ：3 ～4

[2] 劉強(qiáng)，崔莉，陳海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用.《計(jì)算機(jī)科學(xué)》.2010 年6 期

[3] 吳好，鄭淑蓉.物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的市場(chǎng)支撐體系研究.《科技管理研究》.2012 年15 期