淺談物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

漆國華

摘要：近幾年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐步得到的廣泛應(yīng)用。本文簡要的介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究背景、傳感網(wǎng)原理及應(yīng)用。以具代表性的基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)、基于傳感網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)、基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)為例，對物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系與服務(wù)體系進(jìn)行了闡述，分析了物聯(lián)網(wǎng)研究中的關(guān)鍵技術(shù)，包括RFID技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件開發(fā)與檢測技術(shù)，智能技術(shù)和納米技術(shù)。介紹了物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);相關(guān)技術(shù);應(yīng)用

一、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概念

物聯(lián)網(wǎng)（ IoT ，Internet of things ）即“萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)并非一個(gè)全新的技術(shù)，而是融合了以往的嵌入式系統(tǒng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等多門技術(shù)的集成應(yīng)用及創(chuàng)新。然后由于其是一項(xiàng)綜合技術(shù)的應(yīng)用，這在當(dāng)今全世界還處在研究，實(shí)驗(yàn)階段。本文主要闡述了什么是物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概念，相關(guān)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，IT行業(yè)又叫：泛互聯(lián)，意指物物相連，萬物萬聯(lián)。由此，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

二、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)

1.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系框架

包括感知層技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)，應(yīng)用層技術(shù)和公共技術(shù)。感知層的數(shù)據(jù)采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，包括各類物理量、標(biāo)識、音頻、視頻數(shù)據(jù);網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知到的信息無障礙，高可靠性的，高安全性的進(jìn)行傳送，需要傳感網(wǎng)絡(luò)與移動通信技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合;應(yīng)用層主要包括應(yīng)用支撐平臺子層和應(yīng)用服務(wù)子層。其中應(yīng)用支撐平臺子層用于支撐跨行業(yè)，跨應(yīng)用，跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同，共享，互通的功能。應(yīng)用服務(wù)子層包括智能交通，智能醫(yī)療，智能家居，智能物流，智能電力等行業(yè)應(yīng)用;公共技術(shù)不屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的某個(gè)特帶層面，而是與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)的三層都有關(guān)系，它包括標(biāo)識與解析，安全技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)質(zhì)量管理。

2.無線射頻識別技術(shù)（RFID）技術(shù)

無線射頻識別即射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID），是自動識別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。

無線射頻識別技術(shù)通過無線電波不接觸快速信息交換和存儲技術(shù)，通過無線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，然后連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，加以實(shí)現(xiàn)非接觸式的雙向通信，從而達(dá)到識別的目的，用于數(shù)據(jù)交換，串聯(lián)起一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)。在識別系統(tǒng)中，通過電磁波實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽的讀寫與通信。根據(jù)通信距離，可分為近場和遠(yuǎn)場，為此讀/寫設(shè)備和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對應(yīng)地被分為負(fù)載調(diào)制和反向散射調(diào)制。

工作原理：RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

完整的RFID系統(tǒng)是由閱讀器與電子標(biāo)簽也就是所謂的應(yīng)答器及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部分所組成，其工作原理是閱讀器（Reader）發(fā)射一特定頻率的無線電波能量，用以驅(qū)動電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)， 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。

3.傳感器技術(shù)

傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測，感受外界的信號，物理?xiàng)l件（如光，熱，濕度，）或化學(xué)組成（煙霧）并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。

常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：光敏傳感器——視覺聲敏傳感器——聽覺 氣敏傳感器——嗅覺化學(xué)傳感器——味覺 壓敏、溫敏。

流體傳感器——觸覺敏感元件的分類：物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將敏感元件分46類）。

三、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用及智能產(chǎn)業(yè)

1.智能工業(yè)。智能工業(yè)是物理設(shè)備、電腦網(wǎng)絡(luò)、人腦智慧相互融合、三位一體的新型工業(yè)體系。智能工業(yè)是將具有環(huán)境感知能力的各類終端、基于泛在技術(shù)的計(jì)算模式、移動通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，大幅提高制造效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化的新階段。工業(yè)和信息化部制定的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中將智能工業(yè)應(yīng)用示范工程歸納為：生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測、制造供應(yīng)鏈跟蹤、產(chǎn)品全生命周期監(jiān)測，促進(jìn)安全生產(chǎn)和節(jié)能減排。

2.智能農(nóng)業(yè)。智能農(nóng)業(yè)集科研、生產(chǎn)、加工、銷售于一體，實(shí)現(xiàn)周年性、全天候、反季節(jié)的企業(yè)化規(guī)模生產(chǎn);集成現(xiàn)代生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)用新材料等學(xué)科，以現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施為依托，科技含量高，產(chǎn)品附加值高，土地產(chǎn)出率高和勞動生產(chǎn)率高，是我國農(nóng)業(yè)新技術(shù)革命的跨世紀(jì)工程。智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)品通過實(shí)時(shí)采集溫室內(nèi)溫度、土壤溫度、CO2濃度、濕度信號以及光照、葉面濕度、露點(diǎn)溫度等環(huán)境參數(shù)，自動開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備。可以根據(jù)用戶需求，隨時(shí)進(jìn)行處理，為設(shè)施農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息自動監(jiān)測、對環(huán)境進(jìn)行自動控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)。通過模塊采集溫度傳感器等信號，經(jīng)由無線信號收發(fā)模塊傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對大棚溫濕度的遠(yuǎn)程控制。

3.智能物流。智能物流是利用集成智能化技術(shù)，使物流系統(tǒng)能模仿人的智能，具有思維，感知，學(xué)習(xí)，推理判斷和自行解決物流中某些問題的能力。智能物流的未來發(fā)展將會體現(xiàn)出五個(gè)特點(diǎn)：智能化、一體化、層次化、柔性化和社會化。在物流作業(yè)過程中的大量運(yùn)籌與決策的智能化;以物流管理為核心，實(shí)現(xiàn)物流過程中運(yùn)輸，存儲，包裝，裝卸等環(huán)節(jié)的一體化和智能物流系統(tǒng)的層次化;智能物流的發(fā)展會更加突出“以顧客為中心”的理念，根據(jù)消費(fèi)者需求變化來靈活調(diào)節(jié)生產(chǎn)工藝的柔性化;智能物流的發(fā)展將會促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和世界資源優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)社會化。通過智能物流系統(tǒng)的四個(gè)智能機(jī)理，即信息的智能獲取技術(shù)，智能傳遞技術(shù)，智能處理技術(shù)，智能運(yùn)用技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)還在智能家居、智能交通、公共安全等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。

四、結(jié)束語

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵可知，要真正實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)需要感知，傳輸，控制及智能等多項(xiàng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的研究將帶動整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈或者說推動產(chǎn)業(yè)鏈的共同發(fā)展。信息感知技術(shù)，數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù)，云計(jì)算等技術(shù)的研究與應(yīng)用，將直接影響物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用，只有綜合了這些問題，物聯(lián)網(wǎng)才能得到快速推廣，造福于人類社會，實(shí)現(xiàn)智慧地球的美好愿望。

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