物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀探析＊

王詩(shī)瑩，滕海坤，李倫彬

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物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀探析＊

王詩(shī)瑩，滕海坤，李倫彬

（黑河學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，黑龍江 黑河 164300）

2009年，溫家寶總理在無(wú)錫研發(fā)中心做出迅速建立感知中國(guó)中心的指示，“物聯(lián)網(wǎng)”概念在全國(guó)范圍內(nèi)被正式提出，并迅速應(yīng)用于多個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，是連接傳感網(wǎng)和通信網(wǎng)的橋梁，由硬件和軟件共同組成。以物聯(lián)網(wǎng)為切入點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究資料，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)、深入分析。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)；硬件技術(shù)；軟件技術(shù)；現(xiàn)狀探析

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）思想起源于美國(guó)，由比爾?蓋茨首先提出，1999年美國(guó)麻省理工學(xué)院自動(dòng)化識(shí)別中心首次對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵進(jìn)行界定，指出物聯(lián)網(wǎng)屬于人工智能范疇，通過(guò)在物體上嵌入電子標(biāo)簽，利用通信網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至終端，達(dá)到及時(shí)掌握物質(zhì)和信息的目的。其他部門也在后續(xù)的研究中對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的概念和定義進(jìn)行了擴(kuò)展與補(bǔ)充[1]。2000年，物聯(lián)網(wǎng)被定義為將人類工作、生活過(guò)程中真實(shí)存在的事物互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。2005年，國(guó)際電信聯(lián)盟將物聯(lián)網(wǎng)定義為所有物體利用遙感技術(shù)進(jìn)行信息交換的大數(shù)據(jù)平臺(tái)。2009年，IBM公司進(jìn)一步提升物聯(lián)網(wǎng)的地位，將其視為振興美國(guó)經(jīng)濟(jì)的“重要生產(chǎn)力”。2012年，美國(guó)政府加大投資建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，歐洲、日本、韓國(guó)等也紛紛推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。在國(guó)內(nèi)，在國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和新一代寬帶移動(dòng)無(wú)線通信網(wǎng)等相關(guān)政策的引導(dǎo)下，物聯(lián)網(wǎng)體系框架已經(jīng)初步形成，逐漸向國(guó)際體系靠攏。

在物聯(lián)網(wǎng)體系框架中，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)由多層次架構(gòu)構(gòu)成，具有實(shí)現(xiàn)廣域互聯(lián)和局域互聯(lián)的重要作用。本文從物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)概述、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀3個(gè)方面進(jìn)行綜述。

1 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)概述

以物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)為關(guān)鍵詞，在中國(guó)知網(wǎng)中進(jìn)行搜索，發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是2010年之后出現(xiàn)的新名詞，這與2009年溫家寶總理在無(wú)錫微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心發(fā)表重要講話事件相吻合。從國(guó)內(nèi)看，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)研究還處于新興階段，相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量呈穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)，2015年至今趨于穩(wěn)定。目前，中國(guó)知網(wǎng)共收錄相關(guān)文獻(xiàn)278篇，有的側(cè)重于技術(shù)開發(fā)，有的則結(jié)合相應(yīng)的行業(yè)背景，比如智能家居、智慧油田、智慧醫(yī)療等。在體系結(jié)構(gòu)方面，目前最常用為三層體系架構(gòu)[2]和四層體系架構(gòu)[3]。三層體系架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其中感知層指對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中各種事物的感知，主要完成感知設(shè)備的物理接入和組網(wǎng)控制；網(wǎng)絡(luò)層用于通信網(wǎng)絡(luò)的管理和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸；應(yīng)用層面向物聯(lián)網(wǎng)最終端的用戶，接觸到行業(yè)的具體業(yè)務(wù)管理。隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，應(yīng)用層的終端用戶已經(jīng)擴(kuò)展至10多個(gè)領(lǐng)域，包括智慧物流、智能家居、智能樓宇、精細(xì)農(nóng)業(yè)、感知醫(yī)療、智能電網(wǎng)、智能交通、工業(yè)監(jiān)控和公共安全等。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還可以分為感知接口層、協(xié)議適配層、數(shù)據(jù)模型同步層和平臺(tái)通信層4個(gè)部分，其中，感知接口層提供設(shè)備接入的接口；協(xié)議適配層負(fù)責(zé)對(duì)搜集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)入封裝，并上傳至數(shù)據(jù)模型同步層；數(shù)據(jù)模型同步層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新和處理；平臺(tái)通信層則負(fù)責(zé)與云平臺(tái)對(duì)接。上述研究一定程度上推進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的發(fā)展，無(wú)論架構(gòu)哪種體系，均由軟件和硬件兩部分進(jìn)行支撐，而最重要的硬件由傳感器構(gòu)成，軟件則根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的編程語(yǔ)言。

2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)施

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)施中最重要的組成之一。物聯(lián)網(wǎng)雖然是一個(gè)新興概念，而傳感器卻是一個(gè)已有概念，在中國(guó)知網(wǎng)上，以傳感器為關(guān)鍵字進(jìn)行搜索，發(fā)現(xiàn)最早的研究可以追溯至20世紀(jì)50年代，相關(guān)研究共329 035篇。因此，物聯(lián)網(wǎng)是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)綜合利用，有其現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，而不是一個(gè)新的技術(shù)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)在研究分析發(fā)現(xiàn)，傳感器相關(guān)研究主要分為傳感器的研發(fā)和傳感器的應(yīng)用兩大方面，由于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，傳感器技術(shù)也需要不斷提高。傳感器于物聯(lián)網(wǎng)具有重大意義[4]：①傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，是云平臺(tái)和終端用戶連接的重要手段，是物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)部件；②物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行性能一定程度上依賴于傳感器，因?yàn)閭鞲衅魇菙?shù)據(jù)和信息準(zhǔn)確、可靠的基礎(chǔ)保證；③傳感器推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，隨著傳感器不斷升級(jí)，形成的傳感器網(wǎng)絡(luò)也不斷更新?lián)Q代，物聯(lián)網(wǎng)也是第4代傳感器網(wǎng)絡(luò)推動(dòng)的結(jié)果；④傳感器的水平?jīng)Q定物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景。傳感器技術(shù)經(jīng)過(guò)近70年的發(fā)展，雖然已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但是還有許多問(wèn)題有待于解決。與計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)相比，傳感器技術(shù)的發(fā)展還處于弱勢(shì)地位，比如技術(shù)創(chuàng)新能力差、研究投入不足、人才短缺和競(jìng)爭(zhēng)力弱等。綜上所述，在推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的同時(shí)，也要重視推動(dòng)傳感器技術(shù)的發(fā)展，加強(qiáng)國(guó)內(nèi)自主權(quán)，既能提升自身經(jīng)濟(jì)，還可以保證國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的穩(wěn)定發(fā)展。

3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的軟件在整個(gè)過(guò)程中起輔助作用，卻至關(guān)重要，軟件與硬件缺一不可。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)在軟件開發(fā)平臺(tái)的選擇上，多以Linux系統(tǒng)為主，在開發(fā)語(yǔ)言上具有多種選擇，與計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的發(fā)展相一致[5]。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言經(jīng)歷了機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言3個(gè)階段，而機(jī)器語(yǔ)言編程效率低，已經(jīng)被淘汰，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中多使用匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言，并以高級(jí)語(yǔ)言為主。不同學(xué)者嘗試?yán)貌煌恼Z(yǔ)言編寫物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟件，比如C/C++，但上述語(yǔ)言編寫過(guò)于煩瑣、安全性低且要求開發(fā)人員技術(shù)熟練。為此，有學(xué)者提出使用實(shí)時(shí)Java語(yǔ)言[6]，其不僅將Java語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)集于一身，還對(duì)實(shí)時(shí)程序中的缺陷進(jìn)行了擴(kuò)展。Python語(yǔ)言也成為近年應(yīng)用的熱點(diǎn)。

4 結(jié)論

通過(guò)資料分析可知，國(guó)內(nèi)外各行各業(yè)逐漸重視物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將其視為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，制定了國(guó)家的長(zhǎng)期戰(zhàn)略規(guī)劃，并提出“智慧地球”的目標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，其具有橋梁的作用，連接著終端用戶與云平臺(tái)，保證數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程。本文以物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)為研究對(duì)象，對(duì)其研究情況和體系架構(gòu)進(jìn)行概述，詳細(xì)介紹了三層體系架構(gòu)和四層體系架構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，分別對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的硬件和軟件進(jìn)行綜述，并發(fā)現(xiàn)傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵，而Java技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的需求也在不斷增加，且利用Python也是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

［1］蘇美文.物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的理論分析與對(duì)策研究［D］.遼寧：吉林大學(xué)，2015.

［2］滕海坤，劉心聲，李倫彬.基于RTSJ的物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)研究［J］.鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，31（1）：30-35.

［3］田創(chuàng)，陳文藝.物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)接入網(wǎng)關(guān)研究［J］.信息技術(shù)，2018（9）：125-129.

［4］丁露，倪佳.物聯(lián)網(wǎng)與傳感器技術(shù)發(fā)展綜述［J］.中國(guó)儀器儀表，2013（9）：26-29.

［5］蔣昌茂，劉洪林，梁潤(rùn)華.基于ZigBee、WiFi無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.科技與創(chuàng)新，2018（1）：45-48.

［6］滕海坤，陸二慶.基于RTSJ的智能家居系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)［J］.桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31（1）：148-152.

TP393.03

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.069

2095－6835（2018）22－0069－02

黑龍江省高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)黑河學(xué)院專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2017-KYYWF-0361）

王詩(shī)瑩（1985—），女，黑龍江齊齊哈爾人，講師，博士。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕