物聯網關鍵技術與應用之我見

王自力

（河南省駐馬店職業技術學院 463000）

1 物聯網及其體系結構分析

1.1 物聯網的概念

美國麻省理工學院Auto-ID實驗室于1999年首次提出“物聯網”這一概念，2005年11月，由國際電信聯盟正式提出了物聯網的概念。2006年3月，歐盟召開會議，進一步對物聯網進行了科學描述。2009年，IBM首席執行官提出了“智慧地球”的概念。

物聯網的概念有狹義和廣義之分，狹義的物聯網是指物—物相連的互聯網，所謂相連的主體不僅只包括物品到物品，還涉及到物品到識別管理設備；這里所說的廣義的互聯網，即物理空間和信息空間的融合，也就是現實與虛擬的融合，將所有物體以及數字化、網絡化結合起來，實現物品的識別、監控以及遠程管理。

1.2 物聯網的基本屬性及特征

對互聯網而言，物聯網可以說是其向物理世界的延伸與拓展。互聯網是物聯網信息傳輸的有效途徑，傳感器網絡作為一種自組織網絡方式，是物聯網中非常重要的一類感知技術。

物聯網基于自身的基本屬性，可以實現任何人、任何物體在任何時間、地點，使用任何網絡和任何設備的連接。就物聯網的相關屬性來說，主要包括內容、收集、通信、計算以及場景的連通性。

根據物聯網構成部分的特性、作用和包含關系，其特征主要表現在以下幾個方面：

其一，基本功能特征。物體既可是真實世界的實體，也可是虛擬物體；物體具有標識，可通過標識進行自動識別；物體通過協議實現與物聯網基礎設施的通信；物體在真實世界與虛擬世界進行信息交換。

其二，物體通用特征。物體利用“服務”作為與其它物體進行聯系的接口；物體與其他物體的競爭，主要體現在服務、資源以及可選性感知對象方面；物體附有傳感器，可實現與環境的交互。

其三，社會特性。主要表現在：物體具備與其他物體以及計算機設備通信的功能；物體可進行初始化交互。

其四，自治特征。具體表現為：物體能夠自動完成很多任務；物體對其所在的環境具備協商性和適應性；物體能對所在環境的模式進行解析；物體可在其推理能力的基礎上作出判斷；物體可選擇性地進行演進和信息傳播。

其五，自我復制與控制特征。主要體現在：物體可創建、管理其他物體，也可毀滅其他物體。

根據以上所述，物聯網以互聯網作為平臺，將具備感知功能的信息網絡進行有效整合，以實現人類社會與物理系統的相互聯系和相互溝通。物聯網作為一種新型的信息技術，在各個行業中有著廣泛的應用空間。隨著物聯網技術的日趨成熟和完善，其應用前景將極為廣闊。

1.3 物聯網體系的構成

物聯網體系的構成主要包括以下幾個部分：

其一，感知。其主要功能是通過不同類型的傳感器對物質的靜態和動態信息進行獲取與辨識，針對某一具體的感知任務，通常以協同處理的方式對多角度、多種類和多尺度的信息進行計算和控制，并經由接入設備實現信息與網絡中的其它單元的資源共享與交互。

其二，接入。其主要功能是通過現有的基礎設施，比如無線接入網、移動通信網、無線局域網以及衛星網等，將感知層獲取的信息傳送到互聯網中。

其三，互聯網。其主要功能是以IP、IPv6／IPv4為核心建立互聯網平臺，對網絡內的信息資源進行整合，形成互聯互通的智能型網絡，為上層的服務管理以及各行各業的應用提供一個高效、可靠的基礎設施平臺。

其四，服務管理。其主要功能是通過計算能力超強的中心計算機群，對網絡內存在的大量信息進行實時管理和有效控制，同時還可為上層應用提供良好的用戶接口。

其五，應用。其主要功能是對系統底層進行集成，構建面向各行各業的實際應用，比如自然災害的檢測、文物保護和文化傳播、健康監護等。

2 物聯網關鍵技術

物聯網作為計算機網絡領域與現代信息科學研究的熱點，其關鍵技術有顯著的特點，主要表現為：多技術融合、跨學科交叉等。對物聯網關鍵技術的研究可從硬件與軟件兩個方面考慮，以下進行詳細介紹：

2.1 物聯網硬件技術

2.1.1 傳感器探測技術

傳感器作為物聯網的重要組成部分，可以對物聯網自身及其外部運行的環境予以感知，因此，將傳感器技術看作是信息傳輸、分析和反饋的一種新技術支撐。近年來，隨著科學技術的飛速發展以及新形勢的影響，從而使傳感器的發展越來越傾向于智能化和網絡化，傳統傳感器漸漸被智能傳感器與嵌入式傳感器所代替。其中，無線傳感器所使用的網絡為借助衛星傳感器的節點在監測區中進行科學、合理的布置所形成的，通常采用的方式為無線通信方式，進而連接形成組織網絡結構。從某種意義分析，傳感器成為物聯網快速發展的一個主要標志。現如今，國內物聯網傳感器技術發展方向主要表現在以下幾個方面：網絡監測和控制智能化網絡節點的探究；網絡安全問題的研究等。

2.1.2 嵌入式可編程RFID技術

該技術有時也可以稱之為是射頻識別技術，指的是借助識別系統所發出的射頻信號，從而獲得和收集工作相關的數據。而對于識別來說，能夠借助計算機來完成，并不需要人工幫助，同時，此項技術的應用范圍也十分廣泛。RFID重要組成包含閱讀器與應答器，主要目的是檢測與控制目標物體。FRID技術的工作原理主要是：在目標物體進入磁場之后，便能夠收到所發射的射頻信號，再利用感應電流的作用，把信息儲存到芯片當中，再有選擇性的予以發送，當信息通過解讀器獲得讀取后，就可將信息傳到中央信息系統當中，在此系統中完成處理之后，再對目標物進行有效的控制與管理。現如今，從某種程度來分析，RFID技術完全能夠滿足用戶的各種需求，但是，對于那些相對服務的處理要求是難以實現的。

2.1.3 對計算與智能控制技術的認知

對計算機的認知是在對腦科學研究的基礎之上的，重點對人大腦感覺、意識以及行為等能力加以模仿，從而最終實現控制的目的，并且，它所占用的空間相對較小。認知計算已成為目前人工智能技術的主流研究方向，其研究成果將成為智能技術發展的科學的理論基礎。在物聯網未來發展中，若要對目標物體加以控制與管理，那么就應該從環境當中獲得物體自身行為習慣，這樣一來，才可作為判斷物聯網發展的一個主要依據。

2.1.4 納米技術

通常來說，關于納米技術尺寸結構的探究，大致在O．1～1OOmm范圍之內，因此，對此范圍內材料性質以及應用情況等進行研究是非常重要的。近幾年，傳感器技術發展十分迅猛，特別是微傳感器技術，由于具有諸多優點，例如：體積小、性能良好以及功耗偏低等，因此，具有廣闊的發展優勢。在新形勢下，便開始出現了納米傳感器技術，此技術則是接著納米傳感器完成相對復雜的工作任務的。

2.1.5 云計算

云計算是繼分布式計算、網格計算以及并行計算之后的飛躍和發展，它主要依托互聯網，采用面向服務的體系機構，融合虛擬技術。云計算作為一種新型的計算模式，是數字時代與網絡時代的重要標志，它有著極為廣泛的應用前景，云計算技術與物聯網的有機結合，既可以拓展物聯網應用層的范圍，又可獲取更高性能的計算能力、數據處理能力以及儲存能力。

2.2 物聯網軟件技術

物聯網軟件技術可用于對底層網絡分布硬件的工作方式及行為進行有效控制和管理，并為各類協議、各種算法提供安全可靠的操控平臺。該技術為用戶實施物聯網有有效管控提供了便利，可實現物聯網的信息處理以及優質服務，降低使用復雜度，使物聯網的應用實踐變得簡單化。物聯網軟件技術可對整個網絡應用的任務及相關服務進行描述，同時，借助軟件設計為用戶實施網絡管理創設有效的操作平臺，并對各項環境評估實行驗證。以下是網絡的軟件框架結構圖：

其體系框架中各個節點通過中間件傳遞服務。作為中間件管理的云計算、自組織管理及安全技術僅僅是邏輯意義上存在于網絡結構中，但從物理角度來說，其涵蓋于節點內部，在網絡體系內協調任務控制及資源配置，執行多類服務項目之間的互相操作。

3 物聯網關鍵技術的應用

隨著物聯網技術的日趨成熟和推廣，其應用空間將越來越廣闊，涉及的領域將越來越多，可以說物聯網無處不在，無所不能，它將會人們帶來全新的生活和工作方式。以下從幾個具體方面，對物聯網關鍵技術的應用進行分析和探討。

3.1 智能化的城市社區的建造

所謂智能化城市社區主要是指通過物聯網技術、智能控制技術以及集成等技術，對現有建筑物具有的各項功能和服務都加以擴展與延伸，將管理更加智能化與人性化，建設高檔社區，使人們的居住環境更加舒適與方便。而對智能化城市社區建設來說，既能夠很好的滿足環境成本低、高質量需求，并且又能使人們都能積極參與到各種經濟或者是政治活動當中，有利于拉近人和人之間的距離。除此之外，通過物理網積水建設智能型城市社區，這對和諧、平等家園的構建有著積極的意義。

3.2 使農業生產趨于精細化

對農業產業精細化來說，指的是借助傳感器來收集農作物產量、生長環境、生長時間等差異信息，并且在此基礎之上對導致農田產量出現差異的原因予以分析和深入的探究，同時將此作為主要依據，及時采取有效的對策予以調控。然而，結合當前發展情況來分析，國內農業生產依然處在轉型階段，也就是說處于由傳統型農業向現代型農業轉變當中，但是，在應用物聯網技術之后，會加快農業生產朝著更加精細化方向快速發展，并且，又能使各種自動化技術獲得全面發展。除此之外，物聯網技術的應用，又能夠對農作物生長溫度、水分、濕度等予以實時監測，同時和系統存儲條件的信息進行比較，從而加以準確預測，為農田科學中職提供可靠的技術支持。

3.3 智能交通建設

所謂智能交通建設，主要是指在交通運輸管理系統中，通過傳感器技術、通信網絡技術、數據處理技術、信息發布技術、自動控制技術等，建立一種高效、準確、可靠的現代交通運輸管控系統。具體做法：安裝傳感器、嵌入式芯片和道路監視器于汽車上，傳感器以及道路監視可用于感知路況信息，嵌入式芯片則可用于對汽車身份的標識，并可及時的進行信息的發送與接收，有利于確保交通的安全。

物聯網技術除了應用于上述領域外，在其它領域，比如旅游服務、遠程醫療、環境監測、水系監測、智能消防等也有著廣泛的應用空間。將傳感器嵌入到道路、橋梁、電網、建筑、大壩以及油氣管道中，并將互聯網與物聯網有機結合起來，就可實現人類社會和物理系統的有機整合。

4 結語

物聯網作為一種新型的信息技術，越來越受到社會各個行業的關注和重視。隨著現代化科學技術的不斷進步，物聯網技術日趨成熟和完善，其應用空間將越來越廣闊，涉及的領域將越來越多，可以說物聯網無處不在，無所不能，它將為人類社會的生產和生活提供更加方便、快捷的服務，并對社會與經濟可持續發展的實現有著極其重要的作用。

[1] 劉強崔莉.物聯網關鍵技術與應用[J].計算機科學,2010,6(6):78-80.

[2] 王洪智李剛.試談物聯網關鍵技術與應用[J].電腦編程技巧與維護,2011,1(22):67-69. [3]朱洪波楊龍祥.物聯網的技術思想與應用策略研究[J].通信學報,2010,3(11):59-61. [4] 李伯虎張霖.云制造典型特征、關鍵技術與應用[J].計算機集成制造系統,2012,6(7):48-50.