物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用研究

林淑玲

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)受到了越來越多的關(guān)注，它的發(fā)展必將促進社會的進步。本文從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念出發(fā)，對物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)進行了描述，分析了物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的幾個典型應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；體系結(jié)構(gòu)；射頻識別；傳感網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是利用信息傳感設(shè)備將物體互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，它的目的是讓所有的物體和網(wǎng)絡(luò)連接在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)對物體的識別、定位、和管理。物聯(lián)網(wǎng)將互聯(lián)網(wǎng)進行擴展和延伸，網(wǎng)絡(luò)被延伸到了任何物體之間，物體之間都可以進行通信。越來越多的學(xué)者、企業(yè)和政府部門開始關(guān)注和重視這個新興的技術(shù)，許多發(fā)達國家也將物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展納入其信息化戰(zhàn)略目標。雖然，目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還處于起步階段，但物聯(lián)網(wǎng)必將成為計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后能深刻影響人類思想和行為的又一次信息產(chǎn)業(yè)變革。

1 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)被國際電信聯(lián)盟分為三層，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層負責(zé)最底層數(shù)據(jù)的采集，可以是傳感器、條形碼或者攝像頭，它是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)部分。網(wǎng)絡(luò)層用來傳輸感知層采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以通過互聯(lián)網(wǎng)、無線、光纖、藍牙等技術(shù)進行傳輸。應(yīng)用層為用戶提供需求服務(wù)，用于處理網(wǎng)絡(luò)層傳輸來的數(shù)據(jù)，它根據(jù)各行業(yè)的需求，進行專門的處理。

2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 射頻識別技術(shù)

射頻識別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)之一，是興起于20世紀90年代的一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它可利用射頻信號自動識別目標并獲取數(shù)據(jù)。射頻識別系統(tǒng)由電子標簽和閱讀器組成。

電子標簽一般被安裝在物體上對目標對象進行識別，每個電子標簽都擁有獨一無二的電子編碼。它的芯片具有記憶的能力，保存一定格式標識物體信息的電子數(shù)據(jù)。電子標簽擁有依據(jù)應(yīng)用環(huán)境和頻率設(shè)計而成的天線。

閱讀器也可稱為電子標簽讀寫器，主要用來識別電子標簽以及對電子標簽進行讀取和寫入操作。它可以通過天線以無線的方式和電子標簽進行信息交換。

射頻識別技術(shù)通常被用于前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，后臺控制系統(tǒng)采用計算機，通過和閱讀器連接獲取電子標簽的數(shù)據(jù)信息，并進行處理和控制。

2.2 傳感網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的精髓是感知，感知包括傳感器的信號采集、協(xié)同處理、智能組網(wǎng)和信息服務(wù)。傳感網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點以自組織和多跳的方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，它是一種信息獲取平臺，可以實現(xiàn)感知、采集和處理覆蓋網(wǎng)絡(luò)中被感知對象的信息，并將信息傳遞給管理節(jié)點，以便對目標對象進行跟蹤監(jiān)測。傳感網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點、匯集節(jié)點和管理節(jié)點組成。

傳感網(wǎng)絡(luò)利用傳感器節(jié)點對本地的信息進行采集和處理，通過無線或多跳路由將采集的信息傳遞到匯集節(jié)點，并由匯集節(jié)點將信息發(fā)送到管理節(jié)點，從而實現(xiàn)了對覆蓋網(wǎng)絡(luò)內(nèi)目標對象的監(jiān)測。傳感網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不同，它不只是單一地傳送數(shù)據(jù)，它的主要目的是采集設(shè)備信息，中間節(jié)點要根據(jù)具體應(yīng)用對這些信息進行采集、融合、存儲后完成轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的目的是實現(xiàn)大規(guī)模的物與物的互聯(lián)，這除了需要依靠底層的傳感器技術(shù)、射頻識別技術(shù)、智能設(shè)備等技術(shù)，要實現(xiàn)大規(guī)模物與物的相連，還需要網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息和控制信息的雙向傳輸與控制。其中，蜂窩移動通信增強技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將起到關(guān)鍵作用。

物聯(lián)網(wǎng)背景下連接的非智能物體存在速率低、計算能力差、通信半徑小的問題，低速的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議適合這類設(shè)備的通信。紅外通信技術(shù)利用紅外線傳輸數(shù)據(jù)，通信距離一般為一米左右，具有體積小、成本低、功耗低、不需要頻率申請等優(yōu)勢。藍牙技術(shù)是一種采用調(diào)頻技術(shù)的短距離低功耗傳輸協(xié)議，通信距離通常為幾米左右。ZigBee是一種適于近距離無線網(wǎng)絡(luò)連接的新技術(shù)，它具有低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的特點。

無線寬帶技術(shù)覆蓋范圍大、傳輸速率高，可為物聯(lián)網(wǎng)提供高速可靠廉價且不受接入設(shè)備位置限制的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)。無線寬帶技術(shù)主要分為無線局域網(wǎng)和無線城域網(wǎng)。無線局域網(wǎng)以微波、激光與紅外線等無線電波作為傳輸介質(zhì)，不僅能滿足移動和特殊應(yīng)用領(lǐng)域的需求，還能覆蓋有線網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的地方。無線城域網(wǎng)為用戶提供高速無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，視線覆蓋范圍可達112.6千米，非視線覆蓋范圍可達40千米，帶寬70Mbps。

移動通信網(wǎng)絡(luò)為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸提供了靈活的方式。它的可移動性和靈活性方便了節(jié)點與服務(wù)器進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸，可利用移動通信網(wǎng)絡(luò)進行物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的接入和傳輸，將物聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)絡(luò)融合在一起，將會推進物聯(lián)網(wǎng)的普及進程，促進物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引發(fā)了新的信息產(chǎn)業(yè)的變革，受到世界眾多國家的關(guān)注，廣泛應(yīng)用于社會生產(chǎn)、管理和日常生活中。

3.1 智能交通

智能交通系統(tǒng)可控制車輛的行駛狀態(tài)以確保安全，建立車輛、道路及駕駛員之間的通信聯(lián)系，及時提供道路信息，可提供交通信息的查詢，實現(xiàn)智能收費，實現(xiàn)大范圍內(nèi)車輛行駛和載運狀況的監(jiān)管。

3.2 物流管理

物流是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對物流中的車輛和物品統(tǒng)一編碼，貼上電子標簽，以便進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題，還可通過閱讀器將信息和物理位置通過衛(wèi)星傳至信息中心，供用戶查詢。

3.3 智能家居

智能家居體現(xiàn)在對家電控制和家庭安防兩個方面。家電控制包括對家電系統(tǒng)的集中控制，實現(xiàn)家電設(shè)備的自動啟動和停止控制，以及家電設(shè)備間的協(xié)同工作。家庭安防系統(tǒng)可實現(xiàn)家中出現(xiàn)非法進入、火災(zāi)、煤氣泄漏等異常狀況時，可進行報警、通知主人、向周圍發(fā)出求救信號等。

3.4 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可對農(nóng)產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程進行監(jiān)測，對農(nóng)產(chǎn)品生長過程中的溫度、濕度等進行遠程控制，自動開啟或關(guān)閉設(shè)備來調(diào)整溫度和濕度。還可采集光照、土壤溫度、土壤有機質(zhì)及重金屬等的含量等，對科學(xué)施肥、澆灌等管理有很重要的意義。

3.5 其它應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)涉及到了生活的方方面面，如應(yīng)用到發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)境的智能電網(wǎng)；利用物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)進行的生態(tài)環(huán)境、洪水、火災(zāi)、氣象等的環(huán)境檢測；在醫(yī)療領(lǐng)域進行藥品安全監(jiān)控、醫(yī)療設(shè)備管理、病患身體檢測及監(jiān)護；在礦山開采中檢測作業(yè)環(huán)境，感知設(shè)備及礦山的安全程度，減少危害的發(fā)生；在城市管理中將各分散、獨立的監(jiān)控點聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)實時的監(jiān)控和管理等?？梢哉f物聯(lián)網(wǎng)正進入我們生活的各個角落，它必將改變我們的生活方式。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究是世界進步和經(jīng)濟發(fā)展長期關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域之一，目前正處于起步階段，它的發(fā)展空間非常巨大，我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與一些發(fā)達國家相比尚有一定差距，但已具備了技術(shù)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。但形成規(guī)?；奈锫?lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，全面進入物聯(lián)網(wǎng)時代，還需要一定時間的技術(shù)和應(yīng)用積累。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與成熟必將帶來工作和生活方式的改變，促進經(jīng)濟的又一次騰飛。

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