物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展

河海大學(xué)計(jì)算機(jī)及信息學(xué)院 韓 娜 譚 晶

物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展

河海大學(xué)計(jì)算機(jī)及信息學(xué)院 韓 娜 譚 晶

一、物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物體連接到互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行信息的交換和通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、控制和管理的系統(tǒng)。

從物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)來看，物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到一定階段后的產(chǎn)物，是一種聚合性應(yīng)用與技術(shù)的提升，它將各種感知技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能與自動(dòng)化技術(shù)聚合與集成，實(shí)現(xiàn)人與物的“智慧”對(duì)話，創(chuàng)造出一個(gè)“智慧”的世界。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展被稱為信息產(chǎn)業(yè)第三次革命性的創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。

1. 互聯(lián)網(wǎng)。即對(duì)需要聯(lián)網(wǎng)的“物”一定可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

2. 能夠識(shí)別與通信，即接入物聯(lián)網(wǎng)的“物”必須具備自動(dòng)識(shí)別與物物通信（M2M）的功能。

3. 智能化，即網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要具有自我反饋、自動(dòng)化與智能控制的功能。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)和應(yīng)用模式

從技術(shù)架構(gòu)來看，物聯(lián)網(wǎng)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

1. 感知層。感知層由各種傳感器及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、RFID 標(biāo)簽、二維碼標(biāo)簽和攝像頭、讀寫器、GPS等感知終端。感知層與人的眼耳鼻喉器官和皮膚等神經(jīng)末梢的作用相當(dāng)，是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的來源。

2. 網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。

3. 應(yīng)用層。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)特性主要體現(xiàn)在其應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，目前綠色農(nóng)業(yè)、公共安全、工業(yè)監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市管理、智能交通、遠(yuǎn)程醫(yī)療和智能家居等各個(gè)行業(yè)均有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的嘗試，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成功地應(yīng)用到了各個(gè)行業(yè)。

三、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及特點(diǎn)

1. RFID技術(shù)。作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的排頭兵，射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identif cation，簡稱 RFID）已成為市場(chǎng)的焦點(diǎn)技術(shù)。RFID是20世紀(jì)90年代興起的一種比較先進(jìn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，其識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID無線系統(tǒng)由1個(gè)詢問器（或閱讀器）和很多應(yīng)答器（或標(biāo)簽）構(gòu)成，主要用于控制、檢測(cè)和跟蹤物體。RFID技術(shù)不僅可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，還可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作起來快捷方便。以簡單RFID系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)已有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及中間件技術(shù)等，構(gòu)建一個(gè)由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無數(shù)移動(dòng)的標(biāo)簽組成的物聯(lián)網(wǎng)，已成為RFID技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2. RFID技術(shù)的特點(diǎn)。在物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想中，RFID標(biāo)簽中存儲(chǔ)著大量規(guī)范和具有互用性的信息，通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)把它們自動(dòng)采集到中央信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物品(商品)的識(shí)別，進(jìn)而通過開放性的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享，以及對(duì)物品的透明管理。

四、中國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

1. 我國實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)能夠在中國迅速崛起，得益于我國在物聯(lián)網(wǎng)方面的幾大優(yōu)勢(shì)：第一，我國早在1999年就開始了物聯(lián)網(wǎng)核心傳感網(wǎng)技術(shù)的研究，研發(fā)水平一直處于世界前列；第二，我國作為世界傳感網(wǎng)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)國之一，擁有較高的專利量；第三，我國是目前能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)完整產(chǎn)業(yè)鏈的國家之一；第四，我國無線通信網(wǎng)絡(luò)和寬帶覆蓋率較高，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)設(shè)施支持；第五，我國已經(jīng)成為世界第三大經(jīng)濟(jì)體，擁有雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力來支持物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

2. 物聯(lián)網(wǎng)中云計(jì)算的應(yīng)用。目前，我國的無線通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋了城鄉(xiāng)各地，無線網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，安置在動(dòng)物、植物、機(jī)器和物品上的電子介質(zhì)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)可隨時(shí)隨地通過無處不在的無線網(wǎng)絡(luò)傳送出去。“云計(jì)算”技術(shù)的運(yùn)用使數(shù)以億計(jì)的各類物品的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理成為可能。掌握物聯(lián)網(wǎng)的世界話語權(quán)，不僅僅體現(xiàn)在技術(shù)領(lǐng)先上，更在于我國是世界上少數(shù)能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的國家之一。這使我國在信息技術(shù)領(lǐng)域迎頭趕上甚至占領(lǐng)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的高端將等成為可能。

五、物聯(lián)網(wǎng)面臨的安全問題

1. 個(gè)人隱私權(quán)問題。在物聯(lián)網(wǎng)中，傳感網(wǎng)的建設(shè)要求RFID標(biāo)簽預(yù)先被嵌入任何與人息息相關(guān)的物品中。然而，人們?cè)谟^念上似乎還不能完全接受自己周圍的生活物品甚至包括自己都時(shí)刻處于一種被監(jiān)控的狀態(tài)，這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致個(gè)人的隱私權(quán)受到侵犯。因此，如何確保標(biāo)簽物的擁有者個(gè)人隱私不受侵犯，便成為射頻識(shí)別技術(shù)以至物聯(lián)網(wǎng)推廣的關(guān)鍵問題。

2. 多方合作，解決問題。物聯(lián)網(wǎng)是建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的，因此互聯(lián)網(wǎng)所能遇到的信息安全問題在物聯(lián)網(wǎng)中也會(huì)存在，只是在表現(xiàn)形式與危害程度上有些區(qū)別。而且，物聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)氖谴罅可婕捌髽I(yè)經(jīng)營的物流、生產(chǎn)、銷售、金融的數(shù)據(jù)，一旦政府在些領(lǐng)域與國外進(jìn)行合作，如何確保企業(yè)商業(yè)信息和國家機(jī)密等信息不會(huì)泄露將是至關(guān)重要的問題。所以說在這一點(diǎn)上，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不僅僅是一個(gè)技術(shù)問題，同時(shí)還是涉及政治法律和國家安全的問題。我們必須要在研究物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的同時(shí)，從道德、技術(shù)保障與法制環(huán)境完善這3個(gè)角度出發(fā)，為物聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展創(chuàng)造一個(gè)良好的環(huán)境。

六、結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)經(jīng)歷了從概念到技術(shù)、從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變，今后這些技術(shù)還將不斷完善和推陳出新，進(jìn)而推廣到各行各業(yè)的應(yīng)用中，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在中國將會(huì)有更大的發(fā)展空間。筆者相信，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，在不久的將來，由物聯(lián)網(wǎng)帶來的“智慧生活”必將惠及我們每個(gè)人的身邊。