物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)研究

摘要：物聯(lián)網(wǎng)是新型信息技術(shù)的重要組成部分，可以將全球范圍內(nèi)不同行業(yè)、不同領(lǐng)域的物品按照其內(nèi)在聯(lián)系緊密的關(guān)聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)億萬(wàn)種商品之間的互聯(lián)，截止到目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在零售、物流、制藥等領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用并取得初步成果，本文主要探究物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)以及相關(guān)技術(shù)和問(wèn)題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；體系結(jié)構(gòu)；技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 20-0000-02

物聯(lián)網(wǎng)是新型信息技術(shù)的重要組成部分，可以將全球范圍內(nèi)不同行業(yè)、不同領(lǐng)域的物品按照其內(nèi)在聯(lián)系緊密的關(guān)聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)億萬(wàn)種商品之間的互聯(lián)，物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生將會(huì)對(duì)人們的生活方式和社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響，從產(chǎn)生之后就受到前所未有的重視。

1 物聯(lián)網(wǎng)概念的產(chǎn)生背景及發(fā)展歷程

物聯(lián)網(wǎng)的概念最初是在1999年美國(guó)召開(kāi)的移動(dòng)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議上提出的，到2008年，物聯(lián)網(wǎng)的概念已經(jīng)初步普及，逐漸受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈將商品的傳輸分為表示階段、感知階段、處理階段和信息傳送階段，截止到目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在零售、物流、制藥等領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用并取得初步成果，如已經(jīng)投入使用的手機(jī)錢(qián)包系統(tǒng)和高速公路不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)就是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)例，據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，在2020年以后人類(lèi)將進(jìn)入智能化時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)將得到廣泛的應(yīng)用。下面，就對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)及體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的剖析。

2 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

2.1 數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)感知層是物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，主要利用讀寫(xiě)器、攝像頭、GPS、RFID技術(shù)以及識(shí)讀器等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集過(guò)程。作為物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的第一層，感知層發(fā)揮著十分重要的作用，感知層包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)短距離傳輸兩部分，利用讀寫(xiě)器、攝像頭、GPS等技術(shù)采集數(shù)據(jù)，并通過(guò)藍(lán)牙、ZIGBEE、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)等有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)將所采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)設(shè)備，為數(shù)據(jù)的后臺(tái)處理做好基礎(chǔ)。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)層

物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)層是基于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)組建而成，肩負(fù)著出傳輸數(shù)據(jù)的功能，是物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，主要將感知層采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳輸，網(wǎng)絡(luò)層對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的要求較高，目前的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并不能完全滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)層的需要，在一定程度上制約了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，因此，要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展，必須對(duì)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行整合和更新。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目的，應(yīng)用層的功能就是把感知層和網(wǎng)絡(luò)層采集傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，根據(jù)系統(tǒng)做出正確的控制，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)際上的管理和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)人機(jī)的互動(dòng)。應(yīng)用層可以分為應(yīng)用程序?qū)雍徒K端設(shè)備層，兩者共同作用實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)跨領(lǐng)域，跨行業(yè)之間的應(yīng)用。

3 物聯(lián)網(wǎng)涉及的技術(shù)

3.1 傳感器識(shí)別技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器技術(shù)在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，是物聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的信息采集手段，傳感器技術(shù)主要采用微電子技術(shù)原理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，可以探測(cè)熱、力、光、電、聲等信息，為物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)加工提供原始數(shù)據(jù)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)。

3.2 感知技術(shù)

（1）RFID技術(shù)。RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知層的關(guān)鍵性技術(shù)之一，RFID技術(shù)通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的方式將數(shù)據(jù)信息自動(dòng)識(shí)別并匯總至中央信息數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交換和共享。RFID技術(shù)主要由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器和天線(xiàn)三部分組成，電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存功能，讀寫(xiě)器實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和讀出功能，天線(xiàn)主要用于發(fā)射和接受信號(hào)。RFID識(shí)別速度快、自動(dòng)化程度高、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，目前，RIFD技術(shù)已經(jīng)在安防、監(jiān)控、文檔管理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，有廣闊的前景。

（2）ZIGBEE技術(shù)。ZIGBEE是一種介于藍(lán)牙和無(wú)線(xiàn)標(biāo)記技術(shù)之間的低功耗無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，主要采用調(diào)頻和分組交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，ZIGBEE功耗低、網(wǎng)絡(luò)容量大、工作頻段靈活、可靠性高、成本低、安全性高，目前，已在多種領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用，但是ZIGBEE技術(shù)通信范圍相對(duì)較小，一般是能承受數(shù)據(jù)流量小的業(yè)務(wù)，但是，在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用上依然有著廣泛的前景。

（3）藍(lán)牙技術(shù)。藍(lán)牙是一種短距離的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，主要采用時(shí)分多址、高速調(diào)頻等技術(shù)實(shí)現(xiàn)短距離內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸和通信，藍(lán)牙技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備之間的通信，能夠在一定程度上簡(jiǎn)化移動(dòng)設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的通信，是數(shù)據(jù)的傳輸更加高效迅速，藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。

3.3 網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)充分的利用了互聯(lián)網(wǎng)的通信優(yōu)勢(shì)資源，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，制定靈活的組網(wǎng)形式，為用戶(hù)提供了豐富有效的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)將不再是單一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，會(huì)朝著多種網(wǎng)絡(luò)融合方向發(fā)展。

3.4 信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)的手段，主要通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘、智能計(jì)算等科技手段將受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，將處理結(jié)果用簡(jiǎn)潔明了的方式呈現(xiàn)給用戶(hù)，從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用的最終目的。

4 物聯(lián)發(fā)展存在的問(wèn)題

首先是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)是一種交流規(guī)則，關(guān)系著物聯(lián)網(wǎng)物品間的溝通。各國(guó)存在不同的標(biāo)準(zhǔn)，因此需要加強(qiáng)國(guó)家之間的合作，以尋求一個(gè)能被普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)。

其次是安全的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)中的物品間聯(lián)系更緊密，物品和人也連接起來(lái)，使得信息采集和交換設(shè)備大量使用，數(shù)據(jù)泄密也成為了越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題。如何實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)及用戶(hù)隱私的保護(hù)，成為待解決的問(wèn)題。

第三，協(xié)議問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，在物聯(lián)網(wǎng)核心層面是基于TCP/IP，但在接入層面，協(xié)議類(lèi)別五花八門(mén)，CPRS、短信、傳感器、TD-SCDMA、有線(xiàn)等多種通道，物聯(lián)網(wǎng)需要一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議基礎(chǔ)。

第四，終端問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)終端除具有本身功能外還擁有傳感器和網(wǎng)絡(luò)接入等功能，且不同行業(yè)需求各異議，如何滿(mǎn)足終端產(chǎn)品的多樣化需求，對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)的一大挑戰(zhàn)。

第五，地址問(wèn)題。每個(gè)物品都需要在物聯(lián)網(wǎng)中被尋址，就需要一個(gè)地址。物聯(lián)網(wǎng)需要更多的IP地址，IPv4資源即將耗盡，那就需要IPv6來(lái)支撐。IPv4 向IPv6過(guò)渡是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，因此物聯(lián)網(wǎng)一旦使用IPv6地址，就必然會(huì)存在與IPv4兼容性問(wèn)題。

第六，費(fèi)用問(wèn)題。目前物聯(lián)網(wǎng)所需的芯片等組件的費(fèi)用較高，若把所有物品都植入識(shí)別芯片花費(fèi)自然不少，如何有效解決這一問(wèn)題仍需考慮。

第七，規(guī)?；瘑?wèn)題。規(guī)?；沁\(yùn)營(yíng)商業(yè)績(jī)的重要指標(biāo)，終端的價(jià)格、產(chǎn)品多樣性、行業(yè)應(yīng)用的深度和廣度都會(huì)地用戶(hù)規(guī)模產(chǎn)生影響，如何實(shí)現(xiàn)規(guī)模化是具有待商討的問(wèn)題。

第八，商業(yè)模式問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)在商業(yè)應(yīng)用方面的業(yè)務(wù)模式還不是很明朗，商業(yè)模式問(wèn)題值得更進(jìn)一步探討。

第九，產(chǎn)業(yè)鏈問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)所需要的自動(dòng)控制、信息傳感、射頻識(shí)別等上游技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已成熟或基本成熟，而下游的應(yīng)用也單體形式存在。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力，實(shí)現(xiàn)上下游產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動(dòng)，跨專(zhuān)業(yè)的聯(lián)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，共同推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

要建立一個(gè)有效的物聯(lián)網(wǎng)，有兩大難點(diǎn)必須解決：一是規(guī)模性，只有具備了規(guī)模，才能使物品的智能發(fā)揮作用；二是流動(dòng)性，物品通常都不是靜止的，而是處于運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，必須保持物品在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，甚至高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都能隨時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的監(jiān)控和追蹤。

實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，首先必須在所有物品中嵌入電子標(biāo)簽等存儲(chǔ)體，并需安裝眾多讀取設(shè)備和龐大的信息處理系統(tǒng)，這必然導(dǎo)致大量的資金投入。因此，在成本尚未降至能普及的前提下，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將受到限制。已有的事實(shí)均證明，在現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)效率并沒(méi)有轉(zhuǎn)化為規(guī)模的經(jīng)濟(jì)效率，目前的所謂物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也沒(méi)有一個(gè)在商業(yè)上獲得了較大成功。例如，智能抄表系統(tǒng)能將電表的讀數(shù)通過(guò)商用無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)（如GSM短消息）傳遞到電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，但電力系統(tǒng)仍沒(méi)有規(guī)模使用這類(lèi)技術(shù)，原因在于這類(lèi)技術(shù)沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效率。

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