物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式技術(shù)研究

張立新　杜剛

摘要：對(duì)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，介紹了嵌入式技術(shù)以及嵌入式體系定義、相關(guān)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式的構(gòu)成以及所應(yīng)用的領(lǐng)域。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式技術(shù)相互之間的作用關(guān)系進(jìn)行了分析研究，發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)就是嵌入式技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物。據(jù)此，提出了關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)概念中“物”的組成模型。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；嵌入式系統(tǒng)；構(gòu)成模型

DOIDOI：10.11907/rjdk.143884

中圖分類號(hào)：TP3-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)

文章編號(hào)：16727800（2015）002001602

作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：張立新（1966-），女，北京人，北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用、嵌入式技術(shù)應(yīng)用、高職教育；杜剛（1980-），男，北京人，北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用、嵌入式技術(shù)應(yīng)用、高職教育。

0引言

伴隨我國(guó)信息技術(shù)的日益成熟和飛速發(fā)展，各種各樣的“物”通過(guò)多種不同途徑融入到信息網(wǎng)絡(luò)中，互聯(lián)網(wǎng)和“物”之間進(jìn)行信息傳遞，以此來(lái)達(dá)到信息的相互傳送、利用和變換。被接入到互聯(lián)網(wǎng)中的“物”種類繁多且數(shù)量龐大，其中最有代表性的有：PDA、飛機(jī)、車輛以及手機(jī)等。不同種類的“物”不斷融入網(wǎng)絡(luò)之中，致使互聯(lián)網(wǎng)涵蓋范圍越來(lái)越廣，越來(lái)越復(fù)雜，出現(xiàn)的問(wèn)題也越來(lái)越多，這時(shí)候就需要一個(gè)新的理論和技術(shù)支持， “物聯(lián)網(wǎng)”概念由此逐漸出現(xiàn)在人們的視野中。

1物聯(lián)網(wǎng)定義及支撐技術(shù)

目前，物聯(lián)網(wǎng)的探究和研發(fā)還處在起步階段，相關(guān)研究主要集中在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的模型、關(guān)鍵技術(shù)以及整體體系的框架方面，取得了一定的成果。本文重點(diǎn)就物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行深入探討，以此提升對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知層次，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)研究技術(shù)的發(fā)展。

1.1物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)的英文全拼為“The Internet of Things”，簡(jiǎn)稱為lot。目前，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的概念還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論。相關(guān)文獻(xiàn)指出：物聯(lián)網(wǎng)就是物和物之間相聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)[1]，這其中包含了雙重含義：①互聯(lián)網(wǎng)依然是作為物聯(lián)網(wǎng)的核心內(nèi)容，物聯(lián)網(wǎng)就是互聯(lián)網(wǎng)的延伸；②物聯(lián)網(wǎng)的客戶端已經(jīng)擴(kuò)展到任何物體之間，實(shí)施信息的傳遞以及變換。或者說(shuō)：物聯(lián)網(wǎng)可以被看成是一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，或稱物聯(lián)網(wǎng)就是RFID網(wǎng)絡(luò)等。上述物聯(lián)網(wǎng)概念是從互聯(lián)網(wǎng)的角度進(jìn)行理解和定義的，以此得知：互聯(lián)網(wǎng)中涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)重點(diǎn)一方面是互聯(lián)網(wǎng)，另一方面是信息通信。

目前，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義主要有：

（1）國(guó)際上對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的通用定義：通過(guò)射頻、激光掃描、紅外光感以及GPS全球定位等信息交換設(shè)備，依據(jù)有關(guān)規(guī)定，將任何形式的物與互聯(lián)網(wǎng)之間實(shí)施聯(lián)通，以此進(jìn)行信息的相互流通和相互交換，從而實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)不同“物”的辨別、管理、定位以及跟蹤等。

（2）物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，它是基于可交換的信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)，具備自行配置能力的全球化動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，接入網(wǎng)絡(luò)的物體都具有相應(yīng)的標(biāo)識(shí)，而且能夠利用智能接口使其無(wú)縫接入到信息網(wǎng)絡(luò)中。

（3）通信標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)議上將物聯(lián)網(wǎng)概念定義成：通過(guò)特定的劃分和一定的感知、信息傳遞、計(jì)算以及實(shí)施等技術(shù)體系設(shè)備，進(jìn)而得到有關(guān)物理方面的可用信息，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)達(dá)到信息傳送的目的，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)處理和傳達(dá)信息，實(shí)現(xiàn)物和物、人和物之間信息交換的特定網(wǎng)絡(luò)。

（4）物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)不同種類的先進(jìn)技術(shù)，例如有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等同時(shí)構(gòu)建起來(lái)的，這個(gè)過(guò)程的主要技術(shù)就是RFID技術(shù)，人們稱它為電子標(biāo)簽。它是基于RFID系統(tǒng)之上的系統(tǒng)，和當(dāng)前已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、中間件技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等結(jié)合，構(gòu)建出一個(gè)由很多聯(lián)網(wǎng)閱讀設(shè)施和很多移動(dòng)標(biāo)簽組成、相對(duì)因特網(wǎng)更加龐大的信息網(wǎng)絡(luò)。RFID技術(shù)擴(kuò)展逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)內(nèi)容。在這樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，系統(tǒng)可以自發(fā)、準(zhǔn)時(shí)地對(duì)有關(guān) “物”進(jìn)行認(rèn)知、掌控、跟蹤以及定位，進(jìn)行有關(guān)信息傳輸。

以上對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義，前3點(diǎn)體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的拓展，其聯(lián)網(wǎng)對(duì)象不局限于數(shù)字設(shè)備，可以是具體的物體，比如動(dòng)物、植物、建筑物等生活常見(jiàn)品；闡述了物聯(lián)網(wǎng)所具備的能力，比如人的感知、計(jì)算、任務(wù)的執(zhí)行和相關(guān)通訊等。在第四個(gè)定義中，具體闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不是一項(xiàng)全新的科技，是當(dāng)前很多先進(jìn)技術(shù)的集合。從相關(guān)技術(shù)角度去分析物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可知，物聯(lián)網(wǎng)并不是一種單獨(dú)出現(xiàn)的新科技產(chǎn)物，要想真正實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的對(duì)應(yīng)功能，前提是必須以很多相關(guān)技術(shù)作為支撐，所以說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)其實(shí)是多種高科技相融合的產(chǎn)物。

1.2嵌入式系統(tǒng)概念及相關(guān)支撐技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)是伴隨微處理器的有效使用而出現(xiàn)的[2]。經(jīng)歷近30多年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)逐漸由單一系統(tǒng)變化為復(fù)雜系統(tǒng)。人們將因特爾處理芯片用于輸出和輸入過(guò)程的相關(guān)控制設(shè)施中，這就是很具代表性的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。伴隨著芯片技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)的發(fā)展，誕生了許多不同種類的嵌入式系統(tǒng)，系統(tǒng)功能也變得復(fù)雜化和越來(lái)越強(qiáng)大，日常生活中較為常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品有：手機(jī)、車輛以及MP3、MP4播放器等等。雖然嵌入式產(chǎn)品已經(jīng)深入到我們的日常生活中，但是人們對(duì)什么是嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間的探討，至今未得出一致的定義。這其中能讓大部分人接受的定義為：嵌入式系統(tǒng)是用于“輔助、控制以及監(jiān)視的裝置和運(yùn)行的設(shè)備”，從中可以得出嵌入式是硬件與軟件相結(jié)合的綜合體的定義，它還可以包括機(jī)械等附加裝備。

1.3物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)之間的聯(lián)系及區(qū)別

物聯(lián)網(wǎng)中的基本設(shè)施具有通信、認(rèn)知、運(yùn)算、統(tǒng)一以及執(zhí)行等功能，并且還可以提供相應(yīng)的服務(wù)；嵌入式系統(tǒng)主要是針對(duì)嵌入對(duì)象的特定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所具有的功能是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)體系的一個(gè)子集，但兩者的差別在不斷縮小。隨著嵌入式技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，產(chǎn)生了一些比較復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，比如智能電話，已達(dá)到了物聯(lián)網(wǎng)中設(shè)備或者物的基本要求。

2物聯(lián)網(wǎng)中的“物”和嵌入式系統(tǒng)中的設(shè)備

有關(guān)“物”，亞里士多德從哲學(xué)角度理解了物的“分類法”以及“物都具備靈魂的特性”。因此，可以從哲學(xué)方面去對(duì)“物”進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確的定義，那就是物不僅僅局限于自然界中真實(shí)存在的物體，它也包含了很多虛擬世界中的物品以及和物相關(guān)聯(lián)的事情。物聯(lián)網(wǎng)中的物可以被定義成日常生活中可被識(shí)別和認(rèn)知的物體、實(shí)際存在的物體或者是虛擬物體。物聯(lián)網(wǎng)中，很多日常生活常見(jiàn)物品都被嵌入了相應(yīng)的微處理器，而且一直保持著系統(tǒng)更新，在原有的系統(tǒng)基礎(chǔ)上又增添了很多新的功能以及通信接口等等。所以說(shuō)，只要增添更多的物品網(wǎng)絡(luò)接口，人和計(jì)算機(jī)之間就可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)相關(guān)的物品。另外，如果將傳感器嵌入到特定的物體中，則這些物體本身就可以進(jìn)行信息交換，人和相應(yīng)的服務(wù)器也可以對(duì)它們進(jìn)行遠(yuǎn)程操控和監(jiān)視。另外，可通過(guò)對(duì)軟件系統(tǒng)的更新和改進(jìn)，使其變得更加智能化。

總而言之，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)從連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展到了物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，在嵌入式微處理器、相關(guān)傳感器、執(zhí)行體、對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口和結(jié)合對(duì)象之間達(dá)成無(wú)縫接入，同時(shí)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)物和物之間、人和物之間的信息通訊操作。

3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍

社會(huì)經(jīng)濟(jì)每一領(lǐng)域都有物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用[36]，如航天航空、通信、醫(yī)藥、汽車生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)、多媒體娛樂(lè)、節(jié)能環(huán)保、零售物流行業(yè)以及環(huán)境檢測(cè)等等。經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)從最基本的控制設(shè)備逐步滲透到了日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)在社會(huì)中的運(yùn)用覆蓋了辦公設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、交通運(yùn)輸、信息通信、衛(wèi)生設(shè)備等等，從中可以看出嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和物聯(lián)網(wǎng)基本相同，這也說(shuō)明了嵌入式系統(tǒng)就是物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)步和發(fā)展的基本內(nèi)容，物聯(lián)網(wǎng)就是嵌入式發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物。它們之間的關(guān)系是相互依存、不可分割的，嵌入式發(fā)展了，物聯(lián)網(wǎng)就會(huì)在嵌入式的基礎(chǔ)上發(fā)展和壯大。因此，物聯(lián)網(wǎng)要發(fā)展，首先要重視嵌入式技術(shù)的發(fā)展。

4結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了研究，探討了二者之間的聯(lián)系和對(duì)應(yīng)的關(guān)系。隨著社會(huì)信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各種各樣的“物”通過(guò)多種不同的途徑融入到信息網(wǎng)絡(luò)中，互聯(lián)網(wǎng)和“物”之間進(jìn)行信息傳遞，以此達(dá)到信息的相互傳送、利用和變換。本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式之間的相互關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的探討，以此提升對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)知程度，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展。

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責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：杜能鋼）