淺議物聯(lián)網(wǎng)

李愛軍

摘 要： 物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術的重要組成部分，在現(xiàn)代化的許多領域中都有著廣泛的應用前景。本文在總結先前學者研究成果的基礎上，介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念、相關技術、信息采集機制等，為物聯(lián)網(wǎng)的研究提供了一定的依據(jù)。

關鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng) RFID 感知層 應用層 信息采集

1.物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1物聯(lián)網(wǎng)的定義及原理

所謂的物聯(lián)網(wǎng)又稱為傳感網(wǎng)，是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用射頻識別（RFID）技術、無線通信技術、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)測和管理的一種網(wǎng)絡。[1]其原理為通過各種信息傳感設備，將物理基礎設施與IT基礎設施進行結合，實時采集各種信息，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”，使物品能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。在互聯(lián)網(wǎng)的基礎之上，將用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，其目的是實現(xiàn)物與物、物與人、所有物品與網(wǎng)絡的連接。

1.2物聯(lián)網(wǎng)的體系結構

物聯(lián)網(wǎng)從技術架構上來看，可分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層三大層面。[2]

感知層作為物聯(lián)網(wǎng)的底層，包括了大量的終端，由各種傳感器及傳感器網(wǎng)關構成，主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，以及對信息的自動識別和智能控制，它是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源；中間層是網(wǎng)絡層，由各種私有網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，負責傳遞感知層獲得的信息，并將信息進行進一步的匯聚和處理，是連接感知層和應用層之間的橋梁；上層是應用層，其作為物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，利用各種智能計算技術對海量的感知數(shù)據(jù)和信息進行分析并處理，通過輸入、輸出控制終端實現(xiàn)智能化的決策和控制，相當于物聯(lián)網(wǎng)的控制層、決策層。可以說前面兩個層次是將物品的信息大范圍地收集起來，而應用層則是對信息進行統(tǒng)一的分析和決策，除此之外，還包括具體的行業(yè)應用和豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，如智能交通、智能醫(yī)療等。其中感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關鍵部分。

2.物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術

物聯(lián)網(wǎng)是以RFID為基礎，加上網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術等眾多先進技術的支持才得以組建成的。其中涉及多個領域，下面對其中的幾種關鍵技術進行簡單介紹。

2.1RFID技術

RFID（Radio Frequency IDentification），即射頻識別，又可稱電子標簽，是利用無線射頻識別技術識別目標對象并獲取相關信息的一種非接觸的自動識別技術。從硬件設備上來看，它主要包括電子標簽和識讀器兩個部分，可實現(xiàn)近程通信。RFID通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，其識別過程無須人工干預，因此可在各種惡劣的環(huán)境中使用，RFID技術還可識別高速運動的物體，并可同時識別多個標簽，操作簡單、快捷、方便。其可與互聯(lián)網(wǎng)、通信等技術結合起來使用，以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的信息共享和線索跟蹤。[3]

2.2傳感技術

絕大部分計算機能夠處理的只有數(shù)字信號，因此使用計算機處理信息必須要用傳感器將模擬信號轉換成數(shù)字信號。傳感技術是計算機應用中的關鍵技術，傳感器是機器感知物質(zhì)世界的“感覺器官”，是物聯(lián)網(wǎng)的重要支撐。物聯(lián)網(wǎng)正是通過遍布在各個角落的傳感器及它們組成的無線傳感器網(wǎng)絡來收集現(xiàn)實世界的信息乃至感知整個物質(zhì)世界的。物聯(lián)網(wǎng)以傳感器感知物質(zhì)世界中的各種信號，從而為系統(tǒng)地處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。

2.3數(shù)據(jù)融合與挖掘

物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用令終端數(shù)量快速增長，數(shù)據(jù)量和信息量激增，信息種類、數(shù)量成倍增加，因此這就涉及多個系統(tǒng)之間各種信息數(shù)據(jù)的融合問題。要想從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出隱藏的信息是十分困難的，這給數(shù)據(jù)計算帶來了極大的挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)融合是對海量數(shù)據(jù)自治的結算和應用融合，以實現(xiàn)信息合理的利用處理，降低帶寬占用率，減少能耗，提高響應速度。到目前為止，物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合多采用云計算的方式，云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關服務的增加、使用和交付模式。智能處理是物聯(lián)網(wǎng)的特征之一，而云計算大規(guī)模、虛擬化、多用戶、高可靠性、高可擴展性等特點正是物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化、智能化發(fā)展所需的技術。采用云計算技術可實現(xiàn)信息存儲資源和計算能力的分布式共享，為信息的高效利用提供支撐。

3.物聯(lián)網(wǎng)信息采集機制

前端的信息采集是物聯(lián)網(wǎng)的核心問題，信息采集是物聯(lián)網(wǎng)智能化的重要標志之一。因而本文在此特別對物聯(lián)網(wǎng)的信息采集機制予以說明。

所謂的信息采集，即通過感應器進行數(shù)據(jù)收集并實時準確地將系統(tǒng)中不同結點處的分布式識讀器所采集到的數(shù)據(jù)向信息處理層傳遞的過程。物聯(lián)網(wǎng)的信息采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技術，主要在感知層內(nèi)進行。信息采集的目的是獲取用戶感興趣的信息，由于將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點會造成網(wǎng)絡負載過大，因此在滿足應用需求的條件下，可采用數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)聚集和數(shù)據(jù)融合等網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)處理技術對信息進行處理。

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集是一項重要的基礎性工作。要實現(xiàn)信息采集，首先要根據(jù)信息的不同內(nèi)容和格式在物體上部署各種類型的傳感器，從而大范圍地、及時地、準確地捕獲各類信息。這些傳感器通過貼在產(chǎn)品上的條形碼等讀取位于射頻標簽內(nèi)的存儲數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸和信息交互。除此之外，還必須構建各種網(wǎng)絡協(xié)議以確保數(shù)據(jù)的安全。使捕獲來的信息方便地共享，發(fā)揮其最大價值。其次還必須利用各種智能手段從信息中提取有用的數(shù)據(jù)。傳感器捕獲的信息并非全部具有價值，必須從海量的信息中智能地挑選出有用的數(shù)據(jù)，滿足不同的使用要求。[4]本文以物聯(lián)網(wǎng)信息采集系統(tǒng)的事件監(jiān)控和周期性數(shù)據(jù)匯報功能為例說明物聯(lián)網(wǎng)的信息采集機制。

事件監(jiān)控應用是物聯(lián)網(wǎng)的一種重要應用，主要用于緊急事件，如地震、火災等的監(jiān)測。在緊急事件發(fā)生之時，人們可以通過物聯(lián)網(wǎng)的事件監(jiān)控應用，及時快捷地確定事件發(fā)生的范圍、區(qū)域、情況等，以便盡快做出相應的對策。首先必須要在需要監(jiān)視的區(qū)域中覆蓋傳感器，傳感器節(jié)點根據(jù)用戶提交監(jiān)測請求對數(shù)據(jù)進行采集，在節(jié)點之間進行通信和數(shù)據(jù)傳遞，最終通過網(wǎng)關將數(shù)據(jù)傳遞給服務器并對數(shù)據(jù)進行檢測，當發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時，則以用戶要求的方式通知相關人員。

周期性匯報是物聯(lián)網(wǎng)的另一種重要應用，可用于對環(huán)境和數(shù)據(jù)進行分析的情況。用戶對收集來的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以便找出其中的規(guī)律，并對之后的變化進行預測，及時做出反應。傳感器網(wǎng)絡對數(shù)據(jù)進行周期性的采集，并在節(jié)點之間相互通信，通過網(wǎng)關周期性將數(shù)據(jù)傳遞給服務器并儲存于數(shù)據(jù)庫中，之后再使用各種工具對收集來的信息進行分析，從而找出其中規(guī)律，并對之后的情況予以預測。[5]

4.結語

物聯(lián)網(wǎng)將傳統(tǒng)的信息通信網(wǎng)絡延伸到了人們生活的物質(zhì)世界中，滿足了人類對物質(zhì)世界網(wǎng)絡化、信息化、智能化的溝通的需求。不過由于目前對物聯(lián)網(wǎng)的研究尚處于起步階段，在技術上面還存在很多難點和問題，如物聯(lián)網(wǎng)相關標準不統(tǒng)一、信息傳輸安全有待加強等，這些難關還需要技術人員和研究人員逐漸攻克。物聯(lián)網(wǎng)在許多領域有著廣泛的應用前景，其依托于現(xiàn)有的網(wǎng)絡，通過各種技術讓物品與網(wǎng)絡結合在一起，最終將最大限度地改變我們的生活，具有很大的市場潛力，根據(jù)其可以延伸出許多創(chuàng)新應用方式。

參考文獻：

[1]呂廷杰.物聯(lián)網(wǎng)的由來與發(fā)展趨勢[M].北京：北京郵電大學，2010：248-151.

[2]孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯(lián)網(wǎng)：概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報，2010，33（3）：1-9.

[3]朱洪波，楊龍祥，于全.物聯(lián)網(wǎng)的技術思想與應用策略研究[J].通信學報，2010，11：1-8.

[4]黃濤.物聯(lián)網(wǎng)技術與應用發(fā)展探討[J].信息通信技術，2010.

[5]劉強.物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術與應用[J].計算機科學，2010，37（6）：1-10.