物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用之我見

王自力

（河南省駐馬店職業(yè)技術(shù)學(xué)院 463000）

1 物聯(lián)網(wǎng)及其體系結(jié)構(gòu)分析

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

美國麻省理工學(xué)院Auto-ID實驗室于1999年首次提出“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念，2005年11月，由國際電信聯(lián)盟正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。2006年3月，歐盟召開會議，進(jìn)一步對物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了科學(xué)描述。2009年，IBM首席執(zhí)行官提出了“智慧地球”的概念。

物聯(lián)網(wǎng)的概念有狹義和廣義之分，狹義的物聯(lián)網(wǎng)是指物—物相連的互聯(lián)網(wǎng)，所謂相連的主體不僅只包括物品到物品，還涉及到物品到識別管理設(shè)備；這里所說的廣義的互聯(lián)網(wǎng)，即物理空間和信息空間的融合，也就是現(xiàn)實與虛擬的融合，將所有物體以及數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化結(jié)合起來，實現(xiàn)物品的識別、監(jiān)控以及遠(yuǎn)程管理。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的基本屬性及特征

對互聯(lián)網(wǎng)而言，物聯(lián)網(wǎng)可以說是其向物理世界的延伸與拓展。互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)挠行緩?，傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種自組織網(wǎng)絡(luò)方式，是物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的一類感知技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)基于自身的基本屬性，可以實現(xiàn)任何人、任何物體在任何時間、地點(diǎn)，使用任何網(wǎng)絡(luò)和任何設(shè)備的連接。就物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)屬性來說，主要包括內(nèi)容、收集、通信、計算以及場景的連通性。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成部分的特性、作用和包含關(guān)系，其特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

其一，基本功能特征。物體既可是真實世界的實體，也可是虛擬物體；物體具有標(biāo)識，可通過標(biāo)識進(jìn)行自動識別；物體通過協(xié)議實現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的通信；物體在真實世界與虛擬世界進(jìn)行信息交換。

其二，物體通用特征。物體利用“服務(wù)”作為與其它物體進(jìn)行聯(lián)系的接口；物體與其他物體的競爭，主要體現(xiàn)在服務(wù)、資源以及可選性感知對象方面；物體附有傳感器，可實現(xiàn)與環(huán)境的交互。

其三，社會特性。主要表現(xiàn)在：物體具備與其他物體以及計算機(jī)設(shè)備通信的功能；物體可進(jìn)行初始化交互。

其四，自治特征。具體表現(xiàn)為：物體能夠自動完成很多任務(wù)；物體對其所在的環(huán)境具備協(xié)商性和適應(yīng)性；物體能對所在環(huán)境的模式進(jìn)行解析；物體可在其推理能力的基礎(chǔ)上作出判斷；物體可選擇性地進(jìn)行演進(jìn)和信息傳播。

其五，自我復(fù)制與控制特征。主要體現(xiàn)在：物體可創(chuàng)建、管理其他物體，也可毀滅其他物體。

根據(jù)以上所述，物聯(lián)網(wǎng)以互聯(lián)網(wǎng)作為平臺，將具備感知功能的信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效整合，以實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的相互聯(lián)系和相互溝通。物聯(lián)網(wǎng)作為一種新型的信息技術(shù)，在各個行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用空間。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟和完善，其應(yīng)用前景將極為廣闊。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)體系的構(gòu)成

物聯(lián)網(wǎng)體系的構(gòu)成主要包括以下幾個部分：

其一，感知。其主要功能是通過不同類型的傳感器對物質(zhì)的靜態(tài)和動態(tài)信息進(jìn)行獲取與辨識，針對某一具體的感知任務(wù)，通常以協(xié)同處理的方式對多角度、多種類和多尺度的信息進(jìn)行計算和控制，并經(jīng)由接入設(shè)備實現(xiàn)信息與網(wǎng)絡(luò)中的其它單元的資源共享與交互。

其二，接入。其主要功能是通過現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，比如無線接入網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)以及衛(wèi)星網(wǎng)等，將感知層獲取的信息傳送到互聯(lián)網(wǎng)中。

其三，互聯(lián)網(wǎng)。其主要功能是以IP、IPv6／IPv4為核心建立互聯(lián)網(wǎng)平臺，對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息資源進(jìn)行整合，形成互聯(lián)互通的智能型網(wǎng)絡(luò)，為上層的服務(wù)管理以及各行各業(yè)的應(yīng)用提供一個高效、可靠的基礎(chǔ)設(shè)施平臺。

其四，服務(wù)管理。其主要功能是通過計算能力超強(qiáng)的中心計算機(jī)群，對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存在的大量信息進(jìn)行實時管理和有效控制，同時還可為上層應(yīng)用提供良好的用戶接口。

其五，應(yīng)用。其主要功能是對系統(tǒng)底層進(jìn)行集成，構(gòu)建面向各行各業(yè)的實際應(yīng)用，比如自然災(zāi)害的檢測、文物保護(hù)和文化傳播、健康監(jiān)護(hù)等。

2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)作為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域與現(xiàn)代信息科學(xué)研究的熱點(diǎn)，其關(guān)鍵技術(shù)有顯著的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：多技術(shù)融合、跨學(xué)科交叉等。對物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究可從硬件與軟件兩個方面考慮，以下進(jìn)行詳細(xì)介紹：

2.1 物聯(lián)網(wǎng)硬件技術(shù)

2.1.1 傳感器探測技術(shù)

傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，可以對物聯(lián)網(wǎng)自身及其外部運(yùn)行的環(huán)境予以感知，因此，將傳感器技術(shù)看作是信息傳輸、分析和反饋的一種新技術(shù)支撐。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展以及新形勢的影響，從而使傳感器的發(fā)展越來越傾向于智能化和網(wǎng)絡(luò)化，傳統(tǒng)傳感器漸漸被智能傳感器與嵌入式傳感器所代替。其中，無線傳感器所使用的網(wǎng)絡(luò)為借助衛(wèi)星傳感器的節(jié)點(diǎn)在監(jiān)測區(qū)中進(jìn)行科學(xué)、合理的布置所形成的，通常采用的方式為無線通信方式，進(jìn)而連接形成組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從某種意義分析，傳感器成為物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的一個主要標(biāo)志?，F(xiàn)如今，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)發(fā)展方向主要表現(xiàn)在以下幾個方面：網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和控制智能化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的探究；網(wǎng)絡(luò)安全問題的研究等。

2.1.2 嵌入式可編程RFID技術(shù)

該技術(shù)有時也可以稱之為是射頻識別技術(shù)，指的是借助識別系統(tǒng)所發(fā)出的射頻信號，從而獲得和收集工作相關(guān)的數(shù)據(jù)。而對于識別來說，能夠借助計算機(jī)來完成，并不需要人工幫助，同時，此項技術(shù)的應(yīng)用范圍也十分廣泛。RFID重要組成包含閱讀器與應(yīng)答器，主要目的是檢測與控制目標(biāo)物體。FRID技術(shù)的工作原理主要是：在目標(biāo)物體進(jìn)入磁場之后，便能夠收到所發(fā)射的射頻信號，再利用感應(yīng)電流的作用，把信息儲存到芯片當(dāng)中，再有選擇性的予以發(fā)送，當(dāng)信息通過解讀器獲得讀取后，就可將信息傳到中央信息系統(tǒng)當(dāng)中，在此系統(tǒng)中完成處理之后，再對目標(biāo)物進(jìn)行有效的控制與管理。現(xiàn)如今，從某種程度來分析，RFID技術(shù)完全能夠滿足用戶的各種需求，但是，對于那些相對服務(wù)的處理要求是難以實現(xiàn)的。

2.1.3 對計算與智能控制技術(shù)的認(rèn)知

對計算機(jī)的認(rèn)知是在對腦科學(xué)研究的基礎(chǔ)之上的，重點(diǎn)對人大腦感覺、意識以及行為等能力加以模仿，從而最終實現(xiàn)控制的目的，并且，它所占用的空間相對較小。認(rèn)知計算已成為目前人工智能技術(shù)的主流研究方向，其研究成果將成為智能技術(shù)發(fā)展的科學(xué)的理論基礎(chǔ)。在物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展中，若要對目標(biāo)物體加以控制與管理，那么就應(yīng)該從環(huán)境當(dāng)中獲得物體自身行為習(xí)慣，這樣一來，才可作為判斷物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個主要依據(jù)。

2.1.4 納米技術(shù)

通常來說，關(guān)于納米技術(shù)尺寸結(jié)構(gòu)的探究，大致在O．1～1OOmm范圍之內(nèi)，因此，對此范圍內(nèi)材料性質(zhì)以及應(yīng)用情況等進(jìn)行研究是非常重要的。近幾年，傳感器技術(shù)發(fā)展十分迅猛，特別是微傳感器技術(shù)，由于具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如：體積小、性能良好以及功耗偏低等，因此，具有廣闊的發(fā)展優(yōu)勢。在新形勢下，便開始出現(xiàn)了納米傳感器技術(shù)，此技術(shù)則是接著納米傳感器完成相對復(fù)雜的工作任務(wù)的。

2.1.5 云計算

云計算是繼分布式計算、網(wǎng)格計算以及并行計算之后的飛躍和發(fā)展，它主要依托互聯(lián)網(wǎng)，采用面向服務(wù)的體系機(jī)構(gòu)，融合虛擬技術(shù)。云計算作為一種新型的計算模式，是數(shù)字時代與網(wǎng)絡(luò)時代的重要標(biāo)志，它有著極為廣泛的應(yīng)用前景，云計算技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，既可以拓展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的范圍，又可獲取更高性能的計算能力、數(shù)據(jù)處理能力以及儲存能力。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)軟件技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)軟件技術(shù)可用于對底層網(wǎng)絡(luò)分布硬件的工作方式及行為進(jìn)行有效控制和管理，并為各類協(xié)議、各種算法提供安全可靠的操控平臺。該技術(shù)為用戶實施物聯(lián)網(wǎng)有有效管控提供了便利，可實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的信息處理以及優(yōu)質(zhì)服務(wù)，降低使用復(fù)雜度，使物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實踐變得簡單化。物聯(lián)網(wǎng)軟件技術(shù)可對整個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的任務(wù)及相關(guān)服務(wù)進(jìn)行描述，同時，借助軟件設(shè)計為用戶實施網(wǎng)絡(luò)管理創(chuàng)設(shè)有效的操作平臺，并對各項環(huán)境評估實行驗證。以下是網(wǎng)絡(luò)的軟件框架結(jié)構(gòu)圖：

其體系框架中各個節(jié)點(diǎn)通過中間件傳遞服務(wù)。作為中間件管理的云計算、自組織管理及安全技術(shù)僅僅是邏輯意義上存在于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，但從物理角度來說，其涵蓋于節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，在網(wǎng)絡(luò)體系內(nèi)協(xié)調(diào)任務(wù)控制及資源配置，執(zhí)行多類服務(wù)項目之間的互相操作。

3 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟和推廣，其應(yīng)用空間將越來越廣闊，涉及的領(lǐng)域?qū)⒃絹碓蕉?，可以說物聯(lián)網(wǎng)無處不在，無所不能，它將會人們帶來全新的生活和工作方式。以下從幾個具體方面，對物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

3.1 智能化的城市社區(qū)的建造

所謂智能化城市社區(qū)主要是指通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能控制技術(shù)以及集成等技術(shù)，對現(xiàn)有建筑物具有的各項功能和服務(wù)都加以擴(kuò)展與延伸，將管理更加智能化與人性化，建設(shè)高檔社區(qū)，使人們的居住環(huán)境更加舒適與方便。而對智能化城市社區(qū)建設(shè)來說，既能夠很好的滿足環(huán)境成本低、高質(zhì)量需求，并且又能使人們都能積極參與到各種經(jīng)濟(jì)或者是政治活動當(dāng)中，有利于拉近人和人之間的距離。除此之外，通過物理網(wǎng)積水建設(shè)智能型城市社區(qū)，這對和諧、平等家園的構(gòu)建有著積極的意義。

3.2 使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)趨于精細(xì)化

對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)精細(xì)化來說，指的是借助傳感器來收集農(nóng)作物產(chǎn)量、生長環(huán)境、生長時間等差異信息，并且在此基礎(chǔ)之上對導(dǎo)致農(nóng)田產(chǎn)量出現(xiàn)差異的原因予以分析和深入的探究，同時將此作為主要依據(jù)，及時采取有效的對策予以調(diào)控。然而，結(jié)合當(dāng)前發(fā)展情況來分析，國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依然處在轉(zhuǎn)型階段，也就是說處于由傳統(tǒng)型農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變當(dāng)中，但是，在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后，會加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)朝著更加精細(xì)化方向快速發(fā)展，并且，又能使各種自動化技術(shù)獲得全面發(fā)展。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，又能夠?qū)r(nóng)作物生長溫度、水分、濕度等予以實時監(jiān)測，同時和系統(tǒng)存儲條件的信息進(jìn)行比較，從而加以準(zhǔn)確預(yù)測，為農(nóng)田科學(xué)中職提供可靠的技術(shù)支持。

3.3 智能交通建設(shè)

所謂智能交通建設(shè)，主要是指在交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)中，通過傳感器技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、信息發(fā)布技術(shù)、自動控制技術(shù)等，建立一種高效、準(zhǔn)確、可靠的現(xiàn)代交通運(yùn)輸管控系統(tǒng)。具體做法：安裝傳感器、嵌入式芯片和道路監(jiān)視器于汽車上，傳感器以及道路監(jiān)視可用于感知路況信息，嵌入式芯片則可用于對汽車身份的標(biāo)識，并可及時的進(jìn)行信息的發(fā)送與接收，有利于確保交通的安全。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)除了應(yīng)用于上述領(lǐng)域外，在其它領(lǐng)域，比如旅游服務(wù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、水系監(jiān)測、智能消防等也有著廣泛的應(yīng)用空間。將傳感器嵌入到道路、橋梁、電網(wǎng)、建筑、大壩以及油氣管道中，并將互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)有機(jī)結(jié)合起來，就可實現(xiàn)人類社會和物理系統(tǒng)的有機(jī)整合。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)作為一種新型的信息技術(shù)，越來越受到社會各個行業(yè)的關(guān)注和重視。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日趨成熟和完善，其應(yīng)用空間將越來越廣闊，涉及的領(lǐng)域?qū)⒃絹碓蕉?，可以說物聯(lián)網(wǎng)無處不在，無所不能，它將為人類社會的生產(chǎn)和生活提供更加方便、快捷的服務(wù)，并對社會與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)有著極其重要的作用。

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