探究物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三代信息技術(shù)領(lǐng)軍者，是信息產(chǎn)業(yè)的方向標(biāo)，并將不斷地推動(dòng)著行業(yè)信息化的深化發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)因其巨大的應(yīng)用前景，受到世界各國(guó)的高度關(guān)注。因此，探究物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。該文從物聯(lián)網(wǎng)的基本概念入手，主要探究物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用，分析我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)并提出了幾點(diǎn)建議，以期推動(dòng)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng) 關(guān)鍵技術(shù) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（a）-0041-02

世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)在信息領(lǐng)域掀起革命浪潮以后，物聯(lián)網(wǎng)被看作是世界信息領(lǐng)域的又一次重大變革，在世界信息領(lǐng)域異軍突起。物聯(lián)網(wǎng)被確定為我國(guó)今后的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，各省市紛紛表示進(jìn)軍物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展領(lǐng)域。但從整體上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)的研究還處于起步階段，特別是在我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)研究中，主要偏重于它在終端設(shè)備以及應(yīng)用方案等應(yīng)用上，相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)研究比較缺乏硬件設(shè)備如MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）、傳感器等的技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)、體系架構(gòu)等的研究還不深入。因此，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研究，意義重大。

1 物聯(lián)網(wǎng)的界定

狹義上的物聯(lián)網(wǎng)是指物與物之間相連的互聯(lián)網(wǎng)，包括物品到物品以及物品到識(shí)別管理設(shè)備的相連；廣義上的物聯(lián)網(wǎng)則是指物理空間與信息空間的有效融合，即是現(xiàn)實(shí)空間與虛擬空間的相互融合，將事件與物體網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化，從而實(shí)現(xiàn)物與物、物與人之間的信息交互，以達(dá)到物品的監(jiān)控定位、自動(dòng)識(shí)別以及遠(yuǎn)程控制的目標(biāo)。本文立足于廣義上的物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究。

物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行信息傳輸，將互聯(lián)網(wǎng)的終端擴(kuò)展到了物品實(shí)物上，并與現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)一起構(gòu)成一個(gè)更智能廣泛的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)這一網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、地點(diǎn)以及任何物品的連接，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制聯(lián)網(wǎng)物品的目的。

2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 物聯(lián)網(wǎng)體系的架構(gòu)

根據(jù)廣義上的物聯(lián)網(wǎng)概念，物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架組成主要可分為三層：一層是感知數(shù)據(jù)的感知層、二層是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏攲?，三層及最上層的?nèi)容應(yīng)用層。各層情況具體如下。

（1）感知層。感知層是通過(guò)M2M終端、RFID移動(dòng)終端、感知節(jié)點(diǎn)以及匯接節(jié)點(diǎn)等獲取信息，從而進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的傳輸。感知層是使物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行全面感知的核心能力層，它的不同形態(tài)的終端都具有不同的功能，如感知節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行隨時(shí)隨地的信息感知、測(cè)量與信息傳遞；匯接節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯聚、分析以及數(shù)據(jù)的處理和傳送。此外，還包含了M2M終端、通信網(wǎng)以及傳感網(wǎng)間的網(wǎng)管、末梢傳感器等。感知層的主要特點(diǎn)在于它具有標(biāo)識(shí)感知、嵌入智能以及協(xié)同互動(dòng)的能力。

（2）傳輸層。傳輸層通常解決感知層獲取的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)距離傳輸?shù)膯?wèn)題。這些數(shù)據(jù)的傳輸可以通過(guò)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)或者小型局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。傳輸層具有激活或終止網(wǎng)絡(luò)的連接；路由的選擇與中斷；差錯(cuò)檢測(cè)及其恢復(fù)；信息存儲(chǔ)查詢以及網(wǎng)絡(luò)管理等各種功能，為建立網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。

（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層主要利用經(jīng)分析處理后的感知數(shù)據(jù)，為物聯(lián)網(wǎng)用戶提供服務(wù)，這一層主要解決人機(jī)界面問(wèn)題以及信息處理問(wèn)題。發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的根本目的就是為用戶提供服務(wù)，應(yīng)用層將個(gè)人以及行業(yè)信息的需求與物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)結(jié)合起來(lái)，提供更廣泛的應(yīng)用服務(wù)。應(yīng)用層的應(yīng)用服務(wù)類型可以分為遠(yuǎn)程抄表等的查詢型應(yīng)用、遠(yuǎn)程醫(yī)療等的控制型應(yīng)用、物流監(jiān)控等的監(jiān)控型應(yīng)用以及掃描型應(yīng)用等。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

物聯(lián)網(wǎng)在誕生的初期，關(guān)于它的關(guān)鍵技術(shù)研究相對(duì)較少，但隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于其關(guān)鍵技術(shù)研究數(shù)量急劇增加，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)細(xì)節(jié)涉及各方各面，例如RFID（射頻識(shí)別）、WSN（無(wú)線傳感網(wǎng)）、IVP6技術(shù)、云計(jì)算、納米技術(shù)、傳感器探測(cè)技術(shù)、認(rèn)知計(jì)算機(jī)和智能控制技術(shù)等等，技術(shù)涉及范圍廣。

（1）無(wú)線傳感網(wǎng)。無(wú)線傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心以及神經(jīng)，是進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)研究的重點(diǎn)。由于多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)終端都具有隨機(jī)分布性和移動(dòng)性，因此就決定了無(wú)線傳感器必須要有高效智能、快速穩(wěn)定的特性，從而滿足高密度、大規(guī)模、低成本、低功耗、強(qiáng)容錯(cuò)、節(jié)點(diǎn)對(duì)等、動(dòng)態(tài)拓?fù)涞幕疽蟆?/p>

（2）IPV6技術(shù)?，F(xiàn)目前的IPV4地址已經(jīng)出現(xiàn)了地址枯竭的現(xiàn)象，而IPV6技術(shù)的出現(xiàn)，能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的終端提供足夠的且滿足條件的IP地址；同時(shí)IPv6內(nèi)嵌的安全機(jī)制提供的安全環(huán)境比IPV4網(wǎng)絡(luò)更安全，在IPV6的協(xié)議棧中內(nèi)嵌了IPSec協(xié)議，此協(xié)議可以提供兩端數(shù)據(jù)的加密通信，而且IPV6所支持的子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量非常巨大，增大了黑客掃描的難度，因此，相較于IPV4而言，IPV6更加安全；此外，IPV6的數(shù)據(jù)采用了一個(gè)20位Flow Labe字段以及一個(gè)8位Class字段進(jìn)行識(shí)別傳輸，傳輸質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于IPV4的傳輸，而且就IPV6本身的屬性而言，如地址的自動(dòng)配置、動(dòng)態(tài)家鄉(xiāng)代理地址等，決定了IPV6在解決高速率以及移動(dòng)性等問(wèn)題上更具優(yōu)勢(shì)。因此，物聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的要求，IPV6技術(shù)必不可少。

（3）傳感器探測(cè)技術(shù)。傳感器是感知物聯(lián)網(wǎng)自身的內(nèi)外部運(yùn)行環(huán)境中最為關(guān)鍵的部分，傳感器技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息的傳輸、信息的分析以及反饋提供了有效的技術(shù)支撐。由于科學(xué)技術(shù)的日新月異，新時(shí)期的傳感器發(fā)展的主要趨勢(shì)越來(lái)越傾向于網(wǎng)絡(luò)化與智能化，并且向著智能嵌入式的Web的傳感器方向發(fā)展。各類微型的傳感器節(jié)點(diǎn)有效地布置在監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)，利用無(wú)線通信的方式，有效地鏈接為一個(gè)有序的組織網(wǎng)絡(luò)，從而組成了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了傳感器的網(wǎng)絡(luò)化，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)重要的標(biāo)志。在我國(guó)，傳感器技術(shù)的發(fā)展方向主要有傳感器底層協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)研究、傳感器的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題及其自身檢測(cè)和控制研究、網(wǎng)絡(luò)化控制與先進(jìn)測(cè)試技術(shù)等傳感器探測(cè)技術(shù)的研究。

（4）認(rèn)知計(jì)算機(jī)和智能控制技術(shù)。當(dāng)前，人工智能技術(shù)的主要研究方向就是認(rèn)知計(jì)算機(jī)，它主要通過(guò)對(duì)人腦感覺(jué)意識(shí)、行為能力進(jìn)行模仿，從而實(shí)現(xiàn)控制的目的，它具有消耗能量低、空間占用小的優(yōu)勢(shì)。在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程中，具有能夠從環(huán)境中獲得物體自身的行為，才能有效地控制連接物體，為物聯(lián)網(wǎng)提供大量的判斷依據(jù)。

（5）RFID技術(shù)。RFID技術(shù)又稱射頻識(shí)別技術(shù)，它利用射頻信號(hào)并通過(guò)電磁場(chǎng)或者交變磁場(chǎng)（空間耦合）以達(dá)到無(wú)接觸的信息傳遞的目的，并利用所傳遞的信息進(jìn)行識(shí)別。物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)興起以后，被廣泛應(yīng)用于零售、物流等行業(yè)。

（6）云計(jì)算技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展，其終端的數(shù)量會(huì)大量增加，這就需要借助于強(qiáng)大的信息處理中心，為了適應(yīng)這一需求，云計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生，它可以為物聯(lián)網(wǎng)提供高效的計(jì)算與存儲(chǔ)能力，并提供網(wǎng)絡(luò)引擎給物聯(lián)網(wǎng)。

3 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用研究

物聯(lián)網(wǎng)具有廣泛的應(yīng)用前景，從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展以來(lái)，進(jìn)行了各個(gè)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究，其中最為典型的應(yīng)用有智化城市社區(qū)建設(shè)、智能交通建設(shè)等。

（1）智能化城市社區(qū)建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)的智能化城市社區(qū)建設(shè)是利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，科學(xué)地?cái)U(kuò)展當(dāng)前建筑的服務(wù)好及功能，是社區(qū)建設(shè)集人性化與智能化于一體，形成高檔的智能城市社區(qū)，從而滿足人們居住環(huán)境成本低、質(zhì)量高的需求，為人們提供一個(gè)更舒適的居住環(huán)境。

（2）智能交通建設(shè)。智能交通建設(shè)主要利用數(shù)據(jù)處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及傳感器技術(shù)等運(yùn)用到交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)中，從而建立一種準(zhǔn)確高效的現(xiàn)代交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。例如可以在汽車上安裝一個(gè)RFID嵌入式芯片，利用這一芯片來(lái)識(shí)別汽車身份，監(jiān)控當(dāng)前路況信息，并適時(shí)進(jìn)行信息發(fā)送與接收，以確保道路交通安全。

除以上的應(yīng)用領(lǐng)域以外，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推廣和成熟，它必會(huì)被應(yīng)用于人們的生活、工作、學(xué)習(xí)的各個(gè)領(lǐng)域，未來(lái)必將是物聯(lián)網(wǎng)的世界，如數(shù)字家庭、數(shù)字醫(yī)療以及定位導(dǎo)航等各領(lǐng)域都離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將無(wú)處不在，以各種形式影響和改變著人們的生活。

4 我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)及建議

我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)以及傳感網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)水平位居世界前列，如在傳感網(wǎng)領(lǐng)域，我國(guó)與美、德并列成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定主導(dǎo)國(guó)，擁有許多知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利，且我國(guó)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，掌握有物聯(lián)網(wǎng)的世界話語(yǔ)權(quán)，傳感網(wǎng)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合后，物聯(lián)網(wǎng)在我國(guó)產(chǎn)生了更廣泛的應(yīng)用。但相應(yīng)的，為了趕上物聯(lián)網(wǎng)熱潮，各企業(yè)趁機(jī)倒賣傳感設(shè)備，另外在低碳號(hào)召下，各風(fēng)電產(chǎn)業(yè)一哄而上，造成大量重復(fù)建設(shè)、產(chǎn)能過(guò)剩現(xiàn)象出現(xiàn)，為避免此類現(xiàn)象發(fā)生，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展須注意以下幾點(diǎn)：

（1）統(tǒng)籌規(guī)劃，示范推進(jìn)。由我國(guó)各部門如科學(xué)院、交通部、能源局能開展有效的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，并選擇基礎(chǔ)較好的行業(yè)或部門進(jìn)行工程示范，避免盲目發(fā)展以及重復(fù)建設(shè)。

（2）加強(qiáng)硬件研究，形成協(xié)調(diào)機(jī)制。我國(guó)在物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究中最薄弱環(huán)節(jié)就在于納米材料、系統(tǒng)級(jí)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)以及微電子技術(shù)，加大技術(shù)研究的投入力度。此外，可以組織物聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)組織，形成協(xié)調(diào)機(jī)制。

此外，在我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，還要加強(qiáng)智能技術(shù)的研究，探索新型的科技舉國(guó)體制，推動(dòng)科技發(fā)展的力度，制定物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略性發(fā)展策略。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展方興未艾，在進(jìn)一步探索其關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究的同時(shí)，還應(yīng)該集中解決物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展難點(diǎn)，如系統(tǒng)開放、數(shù)據(jù)安全以及個(gè)人隱私等。我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展領(lǐng)域要結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)、克服難點(diǎn)，加大硬件基礎(chǔ)研究，抓住機(jī)遇與挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)突破。

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