物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用研究

任穎　李華偉　呂海燕

摘要：該文主要從物聯(lián)網(wǎng)的概念、體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用幾個方面進(jìn)行了描述。最后指出物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步研究的方向以及制約國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的問題及解決對策。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；體系架構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)；傳感器

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）14-3252-02

Abstract： This paper describes the concept of internet of things and the architecture of the internet of things， the key technologies and typical application of computer of internet of things. Besides，we point out the next research fields on internet of things and the main problem which hinder the development fo the domestic internet of things and its solutions.

Key words： internet of things； architecture of system； key technology； sensor

隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，無線通信技術(shù)，傳感器技術(shù)，嵌入式高性能，智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。1995年比爾蓋茨首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念，物聯(lián)網(wǎng)最簡單的定義是指：將所有物品通過信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，以實現(xiàn)智能化識別和管理。從定義可以看出，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展，能夠?qū)崿F(xiàn)物與物、物與人、所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接、識別、管理和控制，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成一個無處不在的巨大網(wǎng)絡(luò)。

1 物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)

從技術(shù)架構(gòu)上來看，物聯(lián)網(wǎng)有三個層次，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層主要是由RFID感應(yīng)器、RFID標(biāo)簽、傳感器、傳感器節(jié)點、智能終端等組成；網(wǎng)絡(luò)層是移動通訊網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、信息中心和網(wǎng)絡(luò)中心；應(yīng)用層指的是物流監(jiān)控、智能交通、智能家居等。物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.1感知層

這層主要是實現(xiàn)對物理世界的信息采集、自動識別、智能控制。感知層又分為數(shù)據(jù)采集與執(zhí)行、短距離無線通信兩個部分。感知層進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的采集是通過傳感器、二維條碼、RFID、實時定位等傳感設(shè)備的感知技術(shù)來實現(xiàn)的。

1.2網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的中間層，滿足網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸需要，包括信息存儲和查詢，網(wǎng)絡(luò)管理等功能。傳感器節(jié)點與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相連，并將感知信息送到應(yīng)用層。

1.3應(yīng)用層

實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的是應(yīng)用層。主要是由客戶端、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)查詢模塊組成。應(yīng)用層是事物的動力和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，主要功能是感知的信息處理和傳輸信息，并做出正確決策的控制箱，智能化管理的實施，應(yīng)用和服務(wù)。

2 物聯(lián)網(wǎng)的主要關(guān)鍵技術(shù)

從物聯(lián)網(wǎng)的體系構(gòu)架中可以歸納出RFID、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)融合和智能技術(shù)、云計算是物聯(lián)網(wǎng)的主要關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 RFID技術(shù)

RFID是一種無線通信技術(shù)，具體的目標(biāo)是通過無線電信號進(jìn)行識別并讀寫數(shù)據(jù)。通過一個典型的RFID系統(tǒng)電子標(biāo)簽，閱讀器和信息處理系統(tǒng)。當(dāng)特定信息的電子標(biāo)簽閱讀器，閱讀器激活標(biāo)簽，和對讀者和信息處理系統(tǒng)發(fā)送標(biāo)記信息，自動獲取過程的完整信息。RDIF技術(shù)工作原理如圖2所示。

2.2 傳感器技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是信息采集，而目前的信息采集主要是通過傳感器、傳感節(jié)點和電子標(biāo)簽等方式完成的。傳感器采集的信息是否準(zhǔn)確、可靠、實時都將影響信息的處理與傳輸，所以對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的性能起到舉足輕重的作用。傳感器技術(shù)是發(fā)展體積小、低耗能、自供電集成中英處理器，微處理系統(tǒng)等各類新型芯片。傳感器自組網(wǎng)技術(shù)主要解決移動、有線、無線的多層次組網(wǎng)技術(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)融合和智能技術(shù)

由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是由大量傳感網(wǎng)節(jié)點構(gòu)成的，在信息感知的過程中，傳統(tǒng)各節(jié)點單獨傳輸數(shù)據(jù)至匯聚節(jié)點的方法存在著很多不良的現(xiàn)象，包括通信帶寬和能量資源的嚴(yán)重浪費和流失，信息的收集效率低下，以及信息收集的時效性不高等，需要使用數(shù)據(jù)融合與智能處理技術(shù)。數(shù)據(jù)融合技術(shù)是隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)挖掘所需的信息，使用有效方法進(jìn)行分析，記錄，從而為實施戰(zhàn)略和評價活動提供有關(guān)的信息支持的技術(shù)。智能技術(shù)使物品有“頭腦”，能適時地與網(wǎng)絡(luò)世界信息交互。

2.4 云計算

云計算是一種分布式計算技術(shù)，其基本的概念是通過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計算程序自動分裂成許多更小的子程序，然后搜索、分析和計算，最后將處理結(jié)果回傳給用戶。隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)量的增加，對數(shù)據(jù)存儲和計算量的需求帶來對“云計算”能力的要求。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用形式多種多樣，而且隨著技術(shù)的創(chuàng)新和用戶壁壘的逐漸消除，應(yīng)用種類不斷增加，遍及軍事、智能建筑、智能交通、智能物流和醫(yī)療管理等領(lǐng)域。

3.1 智能交通系統(tǒng)（ITS）

ITS是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及GPS等應(yīng)用于整個交通運(yùn)輸管理體系，從而建立交通運(yùn)輸綜合管理和控制系統(tǒng)的實時性、準(zhǔn)確性和高效性。

ITS可以減少交通負(fù)荷和環(huán)境污染、保證交通安全、減少堵塞率，加強(qiáng)交通的監(jiān)管并減少尾氣排放。

3.2智能家居系統(tǒng)

目前家居僅限一些簡單的智能應(yīng)用，如自動開關(guān)電燈、熱水器的時間、溫度的調(diào)節(jié)等。未來可以實現(xiàn)家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和控制?？梢宰詣痈袘?yīng)照明、空調(diào)設(shè)備，自動調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度、光線，減少能源浪費。

3.3智能物流

隨著網(wǎng)絡(luò)購物的流行，智能物流也是現(xiàn)代物流業(yè)的一種發(fā)展趨勢。有了物聯(lián)網(wǎng)就能夠在物流過程中主動獲取信息、主動監(jiān)控車輛與貨物、主動分析信息，使商品從一開始就被跟蹤與管理，可以充分利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，以信息化、智能化系統(tǒng)為支撐，實現(xiàn)物流、信息流、資金流全方位高效配置和發(fā)展的物流體系。

3.4農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

遠(yuǎn)程控制與實時采集是物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的主要應(yīng)用主要。主要原理是通過無線信號收發(fā)模塊傳輸數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對溫室的遠(yuǎn)程控制，如自動開啟或關(guān)閉指定設(shè)備、調(diào)節(jié)溫度和濕度等環(huán)境。還可以采集溫室內(nèi)溫度、濕度信號以及光照、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)。

4 結(jié)束語

計算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用研究是整個世界各個行業(yè)發(fā)展長期關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域，大家拭目以待物聯(lián)網(wǎng)世界的來臨。物聯(lián)網(wǎng)使人與物以及物物都能智能的聯(lián)系將會使我們的生活變得更加快捷舒適。雖然中國已經(jīng)初步具備了一定的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，但在核心技術(shù)和高端產(chǎn)品上仍有不少差距，所以應(yīng)該加強(qiáng)對物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的研究和開發(fā)、加快物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)、提升物聯(lián)網(wǎng)安全保障能力，積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫忠富，杜克明，尹首一.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢與農(nóng)業(yè)應(yīng)用展望[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2010（5）：5-8.

[2] 郎為民，王逢東.全球物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].電信快報：網(wǎng)絡(luò)與通信，2011（4）：3-6.

[3] 沈蘇彬.物聯(lián)網(wǎng)概念模型與體系結(jié)構(gòu)[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，30（4）：1-8.

[4] 鄔賀銓.物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與挑戰(zhàn)綜述[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，22（5）：526-531.

[5] 王建平.對物聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的思考[J].物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)動態(tài)，2010（4）：9-25.

[6] 邱善勤.物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段分析[J].物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)動態(tài)，2010，（1）：23-29.

[7] 董鐘明.物聯(lián)網(wǎng)市場與應(yīng)用發(fā)展趨勢[J].電子與電腦，2011（9）.

[8] 楊波. 跟蹤信息技術(shù)發(fā)展關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2011（12）.

[9] 吳大鵬，舒毅.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012（6）.

[10] 李野，王晶波，董利波，等.物聯(lián)網(wǎng)在智能交通中的應(yīng)用研究[J].移動通信，2010，34（15）：30-34.