物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段及其關(guān)鍵技術(shù)

黃曉巧 楊彥青

1許昌學(xué)院公共實驗中心 河南 461000 2張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院宣傳統(tǒng)戰(zhàn)處 河北 075000

0 前言

“物聯(lián)”是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息革命的第三浪潮。一方面，物聯(lián)網(wǎng)可以提高經(jīng)濟效益，大大節(jié)約成本；另一方面，物聯(lián)網(wǎng)又可以推動經(jīng)濟技術(shù)的研發(fā)?，F(xiàn)在全球各個國家都在爭先恐后對物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行研究和開發(fā)，希望在這個領(lǐng)域取得話語權(quán)。

1995年，比爾·蓋茨在《未來之路》一書中曾經(jīng)提及物聯(lián)網(wǎng)的概念。不過，“物聯(lián)網(wǎng)”概念的真正提出是由麻省理工學(xué)院Kevin Ashton在1999年提出的，“物聯(lián)網(wǎng)”被定義為：把所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。2005年，國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了一份題為《The Internet of things》的年度報告，正式將“物聯(lián)網(wǎng)”稱為“the Internet of Things”。

1 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段

物聯(lián)網(wǎng)從無到有，再到發(fā)展壯大都需要經(jīng)過一定的歷史時期。物聯(lián)網(wǎng)一般要經(jīng)歷下面幾個階段。

(1) 物聯(lián)網(wǎng)為孤島方式

這個階段是物聯(lián)網(wǎng)的起始階段，物聯(lián)網(wǎng)是傳感網(wǎng)，不接入互聯(lián)網(wǎng)。主要進(jìn)行實驗以及為了某種特殊用途而建立起來的傳感網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是傳感網(wǎng)，只是給人們生活的環(huán)境中的物體安裝傳感器，這些傳感器可以很好地幫助我們認(rèn)識環(huán)境，這個傳感網(wǎng)不接入互聯(lián)網(wǎng)，例如上海浦東機場的傳感器網(wǎng)絡(luò)。其本身并不接入互聯(lián)網(wǎng)，卻號稱是中國第一個物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)是相對獨立的兩個網(wǎng)絡(luò)。

(2) 物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)相互融合

物聯(lián)網(wǎng)研究與開發(fā)不斷向前推進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)不再是全新的網(wǎng)絡(luò)，不再是獨立的網(wǎng)絡(luò)，它要借助于互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢來發(fā)展自己，互聯(lián)網(wǎng)畢竟發(fā)展到今天依然這么興盛，而且還再不斷的狀大中，這和互聯(lián)網(wǎng)本身的功能、技術(shù)是分不開的。物聯(lián)網(wǎng)也可以認(rèn)為是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的自然延伸和擴張，是互聯(lián)網(wǎng)的一部分?；ヂ?lián)網(wǎng)是可以包容一切的網(wǎng)絡(luò)，將會有更多的物品加入到這個網(wǎng)絡(luò)中，也就是說，物聯(lián)網(wǎng)是包含互聯(lián)網(wǎng)之中的。

(3) 物聯(lián)網(wǎng)是泛在網(wǎng)絡(luò)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟以及各方面的標(biāo)準(zhǔn)的出臺，未來的互聯(lián)網(wǎng)將會是物聯(lián)網(wǎng)的一部分。人，物品隨時隨地都被身邊的物聯(lián)網(wǎng)所包圍，人可以隨時隨地與想要進(jìn)行信息交流的人或物進(jìn)行信息交換。這個階段的物聯(lián)網(wǎng)就是泛在網(wǎng)絡(luò)。泛在網(wǎng)即為物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的終極目標(biāo)---人類可以隨時、隨地，使用任何網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)系任何的人或物，達(dá)到信息的交互的自由。

2 物聯(lián)網(wǎng)的工作原理

物聯(lián)網(wǎng)由 EPC(產(chǎn)品電子代碼)標(biāo)簽、解讀器、分布式Savant軟件系統(tǒng)、Internet、ONS(Object Naming Service)服務(wù)器、PML(Physical Markup Language)服務(wù)器以及眾多數(shù)據(jù)庫組成。各部分之間分工合作，通過傳送、感應(yīng)、管理等過程，實現(xiàn)物與物之間的感知，因此，物聯(lián)網(wǎng)又稱傳感網(wǎng)。

2.1 概念

EPC編碼是由一個標(biāo)頭和另外三段數(shù)據(jù)組成的一組數(shù)字，這三段數(shù)據(jù)依次為廠商識別代碼、對象分類代碼以及序列號。

解讀器是使用多種方式與標(biāo)簽交換信息的設(shè)備，主要負(fù)責(zé)將接收到的射頻信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

分布式Savant軟件系統(tǒng)是處于解讀器與Internet之間的中間件。解讀器把傳感器和電子標(biāo)簽的信息讀取出來，送到Savant，數(shù)據(jù)經(jīng)過Savant處理后，傳送到Internet。

所謂ONS，是指對象名稱解析服務(wù)，是一種全球查詢服務(wù)，可以將EPC編碼轉(zhuǎn)換成一個或多個Intemet地址，從而為Savant系統(tǒng)指明如何找到此編碼對應(yīng)的貨品的詳細(xì)信息。

所謂 PML，是指物理標(biāo)記語言。PML服務(wù)器是提供與ID相關(guān)聯(lián)信息的服務(wù)器，其主要存儲的內(nèi)容有：每個生產(chǎn)商產(chǎn)品的原始信息，如產(chǎn)品EPC、產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品種類、生產(chǎn)廠商、產(chǎn)地、生產(chǎn)日期、有效期、是否是復(fù)雜產(chǎn)品，主要成分等；產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中的路徑信息，如單位角色、單位名稱、倉庫號、讀寫器號、時間、城市、解讀器用途以及時間等庫存信息。

2.2 工作原理

如圖1所示，首先，解讀器通過射頻信號讀取EPC標(biāo)簽中的信息，得到一連串EPC數(shù)據(jù)，并且將其傳入分布式Savant軟件系統(tǒng)。Savant具有數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)校驗以及數(shù)據(jù)暫存等功能，由Savant將相應(yīng)EPC信息傳給ONS服務(wù)器，找到該EPC對應(yīng)的IP地址，然后ONS服務(wù)器指示Savant到一個保存著產(chǎn)品文件的 PML服務(wù)器查找相關(guān)的物品信息，找到的相應(yīng)文件信息可以由Savant復(fù)制，經(jīng)過Savant處理后，將其傳送到Internet，從而相應(yīng)文件中的產(chǎn)品信息就能夠傳送到供應(yīng)鏈上。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)信息傳感圖

3 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 無線射頻識別技術(shù)RFID

無線射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)，一種非接觸式的自動識別技術(shù)。它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，用于控制、檢測和跟蹤物體。RFID系統(tǒng)一般由閱讀器、應(yīng)答器(標(biāo)簽)和應(yīng)用系統(tǒng)三部分組成。

RFID技術(shù)的基本工作原理：當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(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)；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)(即Savant系統(tǒng))進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的處理。

3.2 智能嵌入式技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、對可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以軟硬件一體的，以軟件為主。它一般由以下幾部分組成：嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。

嵌入式技術(shù)是在 Internet的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的。智能嵌入式技術(shù)目前主要應(yīng)用于信息家電，在家庭智能管理、交通管理、環(huán)境工程與自然、電子商務(wù)等方面都得到了長足的發(fā)展。智能嵌入式技術(shù)應(yīng)用前景非常廣闊，在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用也會越來越廣泛，就像RFID技術(shù)。

3.3 傳感器與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

(1) 傳感器

人類通過身體的感覺器官來獲取外部信息，傳感器就是人類感覺器官的延伸。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，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(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。

(2) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是集分布式信息采集、信息傳輸和信息處理技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。以其低成本、微型化、低功耗和靈活的組網(wǎng)方式、鋪設(shè)方式以及適合移動目標(biāo)等特點受到廣泛關(guān)注。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一系列傳感器節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r地監(jiān)測、感知和采集節(jié)點部署區(qū)的觀察者感興趣的感知對象的各種信息，如光強、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為一個微型化的嵌入式系統(tǒng)，構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)層技術(shù)平臺。

4 總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)就其發(fā)展過程要經(jīng)歷物聯(lián)網(wǎng)為孤島方階段、物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)相互融合階段以及物聯(lián)網(wǎng)的泛在階段。物聯(lián)網(wǎng)由EPC標(biāo)簽、解讀器、分布式Savant系統(tǒng)、Internet、ONS服務(wù)器、PML服務(wù)器以及眾多的數(shù)據(jù)庫之間協(xié)同工作，實現(xiàn)物與物之間的信息交換以及物與人之間的信息互換。物聯(lián)網(wǎng)方面的技術(shù)很多，關(guān)鍵技術(shù)主要有 RFID、智能嵌入式技術(shù)和傳感器等。當(dāng)然，物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模商用還沒有實現(xiàn)，原因很多，如標(biāo)準(zhǔn)的制定需要一定的時間，物聯(lián)網(wǎng)的安全問題也要考慮，還需要國家出臺相應(yīng)的政策激勵物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)。

[1]AKYILDIZ IF,WANG X.Survey on Wireless Mesh Networks[J].IEEE Communications Magazine.2005.

[2]物聯(lián)網(wǎng)及其發(fā)展概述[ES/OL].http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=6380.

[3]物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用[ES/OL].http://wireless.people.com.cn/GB/10422251.html.

[4]應(yīng)福.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用[J].通信與信息技術(shù).2010.