物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)，定義、體系結(jié)構(gòu)等都處于發(fā)展過(guò)程，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本文通過(guò)現(xiàn)有資料的分析，綜合處物聯(lián)網(wǎng)的定義、體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)社會(huì)起到積極的作用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；傳感網(wǎng)；RFID

中圖分類號(hào)：TP391.44；TN929.5

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的新一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)[1]。它通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency IDentification，RFID）、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，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)概念最初是1991年由美國(guó)麻省理工學(xué)院的Kevin Ash-ton教授提出。1999年美國(guó)麻省理工學(xué)院的自動(dòng)中心，闡明了物聯(lián)網(wǎng)的基本含義，提出物聯(lián)網(wǎng)以RFID技術(shù)作為支撐的物流網(wǎng)絡(luò)。2005年國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，世界上所有的物體報(bào)告指出，無(wú)所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來(lái)臨，世界上所有的物體都可以通過(guò)因特網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行交換[2]。RFID、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將到更加廣泛的應(yīng)用[3]。2009年歐盟委員會(huì)提出針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)方案，方案明確表示在技術(shù)層面將給予大量資金支持，在政府管理層面將提出與現(xiàn)有法規(guī)相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管方案。

1 IoT體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)就是“物與物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。其中包含兩層含義：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)展到了任何物體與物體之間，進(jìn)行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)正處于發(fā)展階段，未來(lái)會(huì)有很多新的技術(shù)融入到物聯(lián)網(wǎng)，研究學(xué)者根據(jù)研究角度的不同提出了不同的體系結(jié)構(gòu)[4]。ITU提出了一個(gè)開(kāi)放性的體系結(jié)構(gòu)，自下到上共分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、和應(yīng)用層。

（1）感知層處于物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的底層，是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的來(lái)源，類似人體結(jié)構(gòu)中皮膚和五官。感知層解決的是人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問(wèn)題，它由各種類型傳感器構(gòu)成，包括溫濕度傳感器、二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、攝像頭、GPS等感知終端。

（2）網(wǎng)絡(luò)層屬于物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的第二層，其核心仍然是互聯(lián)網(wǎng)，2G網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)或者4G網(wǎng)絡(luò)，包括有線網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)的融合，是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞，負(fù)責(zé)IP尋址和路由的發(fā)現(xiàn)，及時(shí)傳遞和處理感知層獲取的信息。IPV6技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了保證：一方面，IPV6技術(shù)的大量地址空間為物聯(lián)網(wǎng)中大量節(jié)點(diǎn)提供了保證；另一方面，IPV6技術(shù)采用無(wú)狀態(tài)地址分配的方法來(lái)解決快速海量地址分配的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)層需要采取類似TCP/IP協(xié)議的分層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為上層應(yīng)用提供服務(wù)[5]，物聯(lián)網(wǎng)分層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議示意圖如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)分層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議示意圖

（3）應(yīng)用層屬于物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的最高層，是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，功能是依靠網(wǎng)絡(luò)傳遞過(guò)來(lái)的各種數(shù)據(jù)信息，通過(guò)與行業(yè)需求結(jié)合，進(jìn)行分析、建模，并自動(dòng)執(zhí)行處理一些行為，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。

2 IoT關(guān)鍵技術(shù)

國(guó)際電聯(lián)指出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)[6]：包含RFID技術(shù)、傳感技術(shù)、智能技術(shù)和納米技術(shù)。

2.1 傳感技術(shù)

傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展分為三個(gè)階段：傳感器、無(wú)線傳感器和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器是機(jī)器感知環(huán)境的感覺(jué)器官，感知光、電、熱等信號(hào)，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)提供初始數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)需要各種傳感器來(lái)感知整個(gè)世界。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括下面三個(gè)部分：傳感單元、處理單元和通信單元。

目前物聯(lián)網(wǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究包括：先進(jìn)測(cè)量技術(shù)和監(jiān)控，綜合傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)協(xié)作的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集各種監(jiān)測(cè)對(duì)象，通過(guò)分布式測(cè)量技術(shù)和算法來(lái)去提高監(jiān)測(cè)需求；智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)化節(jié)點(diǎn)，研究采用復(fù)合未來(lái)要求的傳感器，智能傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論，識(shí)別更多的敏感元件，提高抗干擾能力，增加信號(hào)局部處理功能，改變傳統(tǒng)的集中式數(shù)據(jù)處理為分布式信息處理系統(tǒng)；傳感器網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議安全研究，傳感器面臨很多節(jié)點(diǎn)被攻擊或者操縱，從而造成網(wǎng)絡(luò)威脅。

2.2 RFID技術(shù)

RFID技術(shù)，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。RFID和二維碼一樣可以被全面識(shí)別，包括狀態(tài)、地理信息等信息識(shí)別，同時(shí)可以識(shí)別多個(gè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)物體標(biāo)簽。

RFID系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上由3個(gè)部分組成：標(biāo)簽、閱讀器和天線。標(biāo)簽是由耦合元件和芯片構(gòu)成，標(biāo)簽上有唯一的編碼，某些射頻標(biāo)簽附在衣物、個(gè)人財(cái)物上，甚至于植入人體之內(nèi)，標(biāo)簽包含了電子存儲(chǔ)的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識(shí)別。與條形碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識(shí)別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。閱讀器有手持式或固定式的可以讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備。天線是標(biāo)簽和閱讀器之間的傳遞射頻信號(hào)。

2.3 智能技術(shù)

隨著云計(jì)算在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究，物聯(lián)網(wǎng)中的大量數(shù)據(jù)信息需要高效處理，云計(jì)算中的網(wǎng)格計(jì)算和智能化技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)提供了信息存儲(chǔ)資源和計(jì)算的分布式共享技術(shù)。通過(guò)在物體中植入智能系統(tǒng)，可以主動(dòng)的實(shí)現(xiàn)與用戶的溝通。包括智能信息獲取方法，人機(jī)交互技術(shù)和智能控制技術(shù)和智能信號(hào)處理。

3 總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展正處于初期，面臨各個(gè)方面的挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，安全方面、技術(shù)方面、建設(shè)方面，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)將是工業(yè)化和信息化融合的突破口，為創(chuàng)建智慧城市，經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到積極的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]Welbourne E.Building the internet of things using RFID：The RFID ecosystem experience[J].IEEE Internet Conputing，2009，13（6）：75-81.

[4]錢志鴻，王義君.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用研究[J].電子學(xué)報(bào)，2012，5（40）：1024-1029.

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[6]劉強(qiáng)，崔莉.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2010，37（6）：1-5.

作者簡(jiǎn)介：李俐（1986-），女，河南商丘人，教師，助教，碩士，研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全；王凱（1982-），男，河南商丘人，教師，助教，學(xué)士，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

作者單位：商丘學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南商丘 476000