物聯網技術淺談

陳旭光 梁晶晶

摘要：物聯網被認為是繼計算機、互聯網之后，信息產業發展的第三次浪潮。本文綜述了物聯網發展背景，詳述了物聯網基本構架和關鍵技術，總結了應用現狀，展望了未來的發展方向。

關鍵詞：物聯網 架構 RFID

0 引言

物聯網是在物流系統迅速發展的背景下提出來的。隨著計算機、通訊技術尤其是智能化技術的發展，如今的物聯網在芯片、通信協議、網絡管理等領域取得了一系列的創新成果，形成了包括芯片和元器件廠商、設備商、系統集成商等在內的較多門類的產業。2014/2/20，國務院召開了全國物聯網工作電視電話會議，會議在物聯網核心技術、應用領域和產業發展上提出了要求。結合國務院發布的《關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》，發改委、工信部等印發的《物聯網發展專項行動計劃（2013-2015）》以及國家標準委下達的物聯網等47項國家標準計劃，可以看到我國物聯網行業標準體系基本形成。

1 物聯網架構

物聯網（Internet of things）：廣義上講，物聯網就是把通信系統的任何時間、任何地點、連接任何人的方法，擴展到連接任何物品。即建立了人與物、人與人、物與物之間的信息自由交流，每一個物體都是一個信息終端，形成更為復雜的系統。物聯網的核心就是萬物的連接。狹義上講，物聯網就是借助射頻技術、傳感器、GPS等獲取信息，實現對物體和過程的監控，并借助不同類型的網絡接入技術將物與物，物與人進行廣泛鏈接，具有對物品智能化感知、識別與管理功能的網絡。

一般物聯網包含感知層、網絡層和應用層三個層面。

1.1 感知層 感知層是物聯網的核心，用于識別物體，承擔信息采集功能。首先通過傳感器、數碼相機等設備，采集外部物理世界的數據，然后通過RFID、紅外、藍牙、等短距離傳輸技術傳遞數據[3]。感知層所需要的關鍵技術包括檢測技術、短距離無線通信技術等。感知層主要設備有：二維碼標簽讀取器、RFID標簽和讀寫器、GPS、攝像頭、M2M終端、傳感器、傳感器網關等。傳感器不僅感知信號、標識物體，還具有處理控制功能，現在的傳感器大多已經智能化、集成化、芯片化（將壓力、磁、光等傳感單元集成在一個芯片中，而且芯片具備無線接入和自組網功能）。對于目前關注和應用較多的RFID網絡來說，附著在設備上的RFID標簽和用來識別RFID信息的掃描儀、感應器都屬于物聯網的感知層。

1.2 網絡層 物聯網通過網絡層實現更加廣泛的互連功能。網絡層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，負責有關信息傳輸的問題，把從感知層獲取的數據傳送到互聯網中。然后根據不同的應用需求進行信息處理，實現對客觀世界的有效感知及有效控制。

現階段的網絡層建立在已有的移動通訊網和互聯網基礎上。通訊網絡運營商將在物聯網網絡層占據重要的地位。傳感器感知到基礎設施和物品信息后，需要通過網絡傳輸到后臺進行處理。目前，網絡技術正在向高傳輸速率、高傳輸帶寬、高頻譜利用率、高智能化的接入和網絡管理發展。

1.3 應用層 物聯網應用層的主要功能是把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，做出正確的控制和決策，實現智能化的管理、應用和服務。應用層可以分為進行數據處理的應用程序層和提供人機交互界面的終端設備層兩個子層。概括的講，應用層處理的是信息處理和人機界面問題。應用層是物聯網與不同行業專業技術的深層次融合，各種類型的應用則是物聯網發展的目的和驅動力。軟件開發、智能技術的結合將會產生豐富的物聯網應用，是物聯網產業鏈的利潤增長點，也將會進一步推動物聯網普及。

2 物聯網關鍵技術

2.1 傳感器網絡 傳感技術主要研究如何從自然信源獲取信息，并對獲取的信息按一定規律進行相應處理，使之成為需要的信息形式，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。微型無線傳感技術以及以此組件是物聯網的基礎技術之一，處于物聯網構架的感知層。傳感器是傳感技術的核心，實現物聯網中物與物、物與人信息交互的必要組成部分。傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術、計算機技術并稱信息技術三大支柱。傳感器網絡是集計算機、通信、微電子技術、智能計算、傳感器、嵌入式系統等多領域交叉的新興綜合學科，它將大量的多種類傳感器節點（傳感、采集、處理、收發、網絡于一體）組成自治的網絡，實現對物理世界的動態智能協同感知。

2.2 RFID RFID（radio frequency identification）射頻識別，也稱電子標簽。RFID融合了無線射頻技術和嵌入式技術，可以通過無線電訊號識別特定目標（單個物體對象）并獲取相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。射頻標簽不需要處在識別器視線之內，因此可以嵌入被追蹤物體之內。RFID技術與互聯網、通訊等技術相結合，可實現全球范圍內物品跟蹤與信息共享。

從結構上看，RFID是一種簡單的只有兩個基本器件的無線系統。系統由一個詢問器和很多應答器組成該系統，用于控制、檢測和跟蹤物體。然而，RFID網絡中的數據是隨機的、動態的，而且數量巨大，如何過濾、整合處理這些數據，提高數據質量、減少冗余是RFDI的核心問題。

2.3 人工智能技術 智能技術是為了有效地達到某種預期的目的所采用的各種方法和手段。通過智能系統的植入，使得物體具備一定的智能性，可以主動或被動的實現與用戶的溝通。在物聯網中，人工智能技術主要負責分析物品所承載的信息內容，從而實現計算機自動處理。

2.4 無線網絡 無線傳感器網絡（WirelessSensorNetworks，WSNs） 的基本功能是將一系列空間分散的傳感器單元通過自組織的無線網絡進行連接，從而將各自采集的數據通過無線網絡進行傳輸匯總，以實現對空間分散范圍內的物理或環境狀況的協作監控，并根據這些信息進行相應的分析和處理，是物聯網底層網絡的重要技術形式。

隨著無線通信、傳感器技術、嵌入式應用和微電子技術的日趨成熟，WSNs基本上可以實現任何時間、任何地點、任何環境條件下獲取信息，從而為物聯網的發展奠定基礎。由于WSNs具有自組織、容錯性高和隱蔽性強等優勢，因此常用于目標定位、智能交通、數據收集和資源探測等領域。

2.5 嵌入式系統技術 嵌入式系統是結合了計算機、通信、集成電路、傳感器技術和不同行業具體應用的技術密集型集成系統。以應用為中心，計算機為基礎，軟硬件可剪裁，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的應用系統。嵌入式系統一般由微處理器、嵌入式操作系統、外圍設備和用戶應用程序組成，用于實現對其它設備的控制、監視或管理等功能。嵌入式系統技術具有非常廣闊的應用前景，其應用領域可以包括工業控制、交通管理、信息家電、家庭智能管理系統、POS網絡及電子商務、環境工程與自然以及機器人等領域。

3 物聯網應用和展望

物聯網應用通常是以需求為導向的。以政府為導向的網聯網應用表現在公共安全、城市運行管理、智能交通、醫療衛生、公共教育等領域；以市場、民生為導向的應用，如智能家居、智能安保、食品安全、遠程遙控、手機支付等越來越多的領域使用了物聯網技術，為人們的生產和生活提供了方便。正是這些應用需求才使得物聯網有了蓬勃、可持續的發展。物聯網是下一代互聯網的特征，也是互聯網的重要應用。物聯網的發展跟移動互聯網、云計算、大數據、智慧城市是相輔相成的。物聯網時代是信息技術應用深化的重要體現，應用廣闊、市場規模大、前景明朗。當然，發展中的物聯網也面臨著一些問題。諸如：缺乏詳實統一的國內國際標準、不同平臺協議兼容問題、IP地址分配問題等等；此外，還存在知識產權，行業和技術標準、產業和營利模式、以及財產安全和個人隱私問題等誠待規范。

參考文獻：

[1]溫婷.2014年物聯網發展重點敲定[N].上海證券報，2014，2，19.

[2]陳天超.物聯網技術基本架構綜述[J].林區教育，2013（3）.

[3]陳堅強.面向服務的物聯網基礎共享平臺的研究[D].廣東工業大學，2012.

[4]2014（第五屆）中國物聯網大會開幕[N].中國電子學會，2014，4，2.

[5]王保云.物聯網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報，2009，

12（23）.

[6]鐵維驥.物聯網的發展與關鍵技術研究[J].中國管理信息化，2013，8（22）.