物聯網關鍵技術及體系結構研究

廣州華立科技職業學院 利桂梅

物聯網關鍵技術及體系結構研究

廣州華立科技職業學院 利桂梅

本文以物聯網關鍵技術及體系結構為研究對象，介紹了物聯網的概念和特征，分析了物聯網關鍵技術中的RFID技術， 重點介紹了基于RFID技術的物聯網組成及其工作原理，構建了物聯網的體系結構，主要由感知層、網絡層和應用層組成，最后重點分析了物聯網存在的標準不統一、價格高昂、信息安全及數據處理等方面問題。

物聯網 關鍵技術 RFID 體系結構

1　物聯網的概念及關鍵技術

1.1物聯網的概念

物聯網是在計算機網絡技術的基礎上，通過射頻識別(RFID)技術、紅外感應技術及無線數據通信技術等，采集物品信息(如生產信息、包裝信息、位置信息等)，利用互聯網或無線通信網絡實現數據信息的傳輸，由后臺數據庫和計算機處理中心進行大數據分析，實現物品的互聯互通、識別、定位、跟蹤、查詢等管理。因此，物聯網是基于“物物互聯”的網絡，物品之間能夠實現智能化信息交換和共享。

物聯網的本質特征主要體現在三個方面：一是互聯網特征，物聯網的基礎和核心仍是互聯網，它是在互聯網基礎上延伸和擴展的一種網絡，能夠實現物品互聯互通的網絡；二是識別與通信特征，物聯網一定要具備自動識別與通信功能，利用射頻識別技術、紅外感應技術采集物品信息，利用無線通信技術實現物品信息的傳遞和通信；三是智能化特征，物聯網系統應具備自動化、智能化、網絡化等特點[1]。

1.2物聯網關鍵技術

物聯網關鍵技術主要有射頻識別(RFID)技術、傳感器技術、無線網絡通信技術等。RFID技術主要是標記和識別目標物體；傳感器技術作為“感覺器官”，主要是采集和提供原始數據信息；無線網絡通信技術負責傳輸和處理各種數據信息，從而實現物聯網數據信息的傳遞和共享。作為物聯網上游技術之一的射頻識別(RFID)技術，是實現物聯網互聯互通的重要前提和保證。各國政府及世界零售業巨頭(如沃爾瑪)投入巨資推動RFID技術在物聯網應用中的快速發展。物聯網也是基于RFID技術的傳感網，下面重點介紹RFID的組成及工作原理。

RFID技術是利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目標的技術。它是集計算機技術、信息采集處理技術、無線數據傳輸技術、網絡數據通信技術等綜合應用為一體的技術。RFID技術無需人工干預，不需要直接接觸，不需要光學可視化即可完成信息輸入和處理，可工作于各種惡劣環境，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便，實現了無源和免接觸操作。RFID技術作為快速、實時、準確采集與處理信息的高新技術，在生產、零售、物流、交通等各個行業有著廣闊的應用前景[2]。

一個完整的RFID系統主要由電子標簽、讀寫器、天線、計算機通信網絡等組成。

(1)電子標簽。電子標簽是射頻識別系統真正的數據載體，附著在物體上以標識目標對象。電子標簽一般分為有源標簽和無源標簽，有源標簽為主動式標簽，信號傳輸距離遠，但使用壽命受到限制；無源標簽為被動式標簽，識讀距離近，可永久使用。(2)讀寫器。讀寫器是射頻識別系統的重要組成部分，一般用于對電子標簽存儲信息進行讀或寫的操作。通過射頻信號采集數據，并將采集到的數據傳輸到計算機再進行處理。(3)天線。天線在電子標簽和讀寫器的數據通信過程中起關鍵作用，是電子標簽與讀寫器之間傳輸數據的發射和接收裝置。(4)計算機通信網絡。計算機通信網絡在射頻識別系統中通常用于對數據進行管理，完成數據通信和傳輸功能。讀寫器可以通過標準接口與計算機通信網絡連接，以便實現通信和數據傳輸功能。

物聯網實質就是利用RFID技術實現物品自動識別和信息處理。RFID系統工作時，電子標簽存儲著物品詳細信息，電子標簽進入讀寫器范圍時，讀寫器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的物品電子數據信息，然后通過計算機網絡將數據信息傳輸至后臺數據庫，通過儲存物品信息的中央信息系統處理，可以實現物品的識別、定位、跟蹤、監控等管理，最后根據不同需要進行物品信息的查詢和應用。

2　物聯網的體系結構

物聯網的體系結構總體上劃分為三個層次：感知層、網絡層、應用層。感知層是物聯網體系結構的基礎，利用各種感知手段和設備(如RFID技術、傳感器技術等)隨時采集物品信息，將物品信息最大程度數據化；網絡層是物聯網信息傳遞的可靠保證，通過無線網絡通信與互聯網相結合，將感知層采集的數據信息準確可靠地進行傳遞和通信；應用層是物聯網實施智能處理和控制的結果，利用現代化智能技術和后臺數據庫處理中心，將網絡層傳輸的數據信息進行整理、加工、分析和處理，實現物聯網的智能化控制[3]。物聯網通過各種技術相結合實現物品之間的全面感知、網絡傳輸和實際應用。

3　物聯網發展存在的問題

3.1標準問題

目前物聯網面臨的主要問題之一就是標準化問題，一是技術標準問題，技術標準主要包括RFID電子標簽數據信息編碼規范、編碼方法等協議，電子標簽與讀寫器接口協議，讀寫器與計算機數據交換協議，RFID工作頻段標準等；二是行業標準問題，行業標準是物聯網快速發展的保證，但是現階段各行業并沒有形成統一的行業標準。因此，由于世界各國存在不同標準，加強國家之間標準的制定，確定標準的統一化是物聯網急需解決的問題。

3.2價格問題

物聯網的快速發展和廣泛應用除了需要解決標準統一化問題之外，物聯網關鍵技術之一的RFID電子標簽及其他組件的價格問題也值得考慮。物聯網的實質是把所有物品都互聯互通，在所有物品內附著可被標記和識別的芯片，如果芯片的價格過高，那么很多低價格的物品將不會被植入芯片。因此，提高物聯網的技術水平，降低芯片及各組件價格將有力推動物聯網的發展。

3.3安全問題

物聯網面臨的又一難題是數據信息的安全保護工作。物聯網數據信息安全主要包括RFID電子標簽信息安全、數據信息網絡傳輸安全、信息儲存處理安全等。對于RFID電子標簽的數據信息無法進行保密，存儲于電子標簽上的信息就會被泄漏甚至被惡意篡改，在數據信息傳輸過程中也有可能被攔截，這些將會造成巨大的損失。因此，解決安全問題的途徑包括研究RFID電子標簽加密防偽技術，加密技術可以防止標簽信息泄漏或被篡改，再加上防偽技術的應用可以實現數據信息的安全防護；使用標準統一的通信協議進行數據信息的網絡通信；加強數據信息的訪問控制，實現信息儲存處理的安全等。在實際應用特別是特殊領域的應用過程中，如軍事物流領域、工業物流領域、智能交通控制領域等，需要保護數據信息的機密安全，防止電子標簽信息的泄漏或被其他系統攻擊，確保數據信息安全準確進行傳輸和應用[4]。

3.4數據管理平臺問題

真正實現物聯網的廣泛應用必須依靠強大的數據管理平臺，才能實現所有物品數據信息的存儲和應用。因此，需要建立具有強大存儲和處理能力的數據管理平臺，包括后臺數據庫、應用程序、信息處理中心和監控中心等。該平臺存儲RFID電子標簽的數據信息，能夠實現RFID數據信息的讀寫操作，可以實現所有物品實時動態查詢和監控等。為了確保數據信息安全，必須設定不同用戶的訪問權限，數據信息進行加密防偽處理，數據管理平臺統一使用標準的認證協議、數據交換接口、安全防護系統等。因此，物聯網的應用必須強調數據管理平臺的安全有效性，才能實現數據信息的準確查詢和監控。

4　結語

目前世界各國對物聯網的發展和應用都處于一個積極探索和研究階段，證明物聯網具有廣闊的發展和應用前景。因此，重點研究物聯網的關鍵技術，包括RFID技術、傳感器技術和無線網絡通信技術等，著力解決物聯網面臨的標準不統一、價格昂貴、數據信息安全等問題，這將會促進物聯網的快速發展，真正實現物聯網的互聯互通。

[1] 李航，陳后金．物聯網的關鍵技術及其應用前景[J]．中國科技論壇，2011(1)．

[2] 羅春彬．RFID技術發展與應用綜述[J]．通信技術，2009(12)．

[3] 張捍東，朱林．物聯網中的RFID技術及物聯網的構建[J]．計算機技術與發展，2011(5)．

[4] 李如年．基于RFID技術的物聯網研究[J]．中國電子科學研究院學報：射頻綜合專題，2009，12(6)．

F201

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2096-0298(2016)11(b)-149-02