淺談物聯(lián)網(wǎng)技術的應用

漆國華

摘要：近幾年來物聯(lián)網(wǎng)技術逐步得到的廣泛應用。本文簡要的介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術的研究背景、傳感網(wǎng)原理及應用。以具代表性的基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)應用架構、基于傳感網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)應用架構、基于M2M的物聯(lián)網(wǎng)應用架構為例，對物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡體系與服務體系進行了闡述，分析了物聯(lián)網(wǎng)研究中的關鍵技術，包括RFID技術、傳感器網(wǎng)絡，物聯(lián)網(wǎng)應用軟件開發(fā)與檢測技術，智能技術和納米技術。介紹了物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領域的廣泛應用。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);相關技術;應用

一、物聯(lián)網(wǎng)相關概念

物聯(lián)網(wǎng)（ IoT ，Internet of things ）即“萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡，將各種信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡，實現(xiàn)在任何時間、任何地點，人、機、物的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)并非一個全新的技術，而是融合了以往的嵌入式系統(tǒng)，無線傳感器網(wǎng)絡等多門技術的集成應用及創(chuàng)新。然后由于其是一項綜合技術的應用，這在當今全世界還處在研究，實驗階段。本文主要闡述了什么是物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)相關概念，相關技術以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應用。

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分，IT行業(yè)又叫：泛互聯(lián)，意指物物相連，萬物萬聯(lián)。由此，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡;第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。

二、物聯(lián)網(wǎng)相關技術

1.物聯(lián)網(wǎng)技術體系框架

包括感知層技術，網(wǎng)絡層技術，應用層技術和公共技術。感知層的數(shù)據(jù)采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，包括各類物理量、標識、音頻、視頻數(shù)據(jù);網(wǎng)絡層能夠把感知到的信息無障礙，高可靠性的，高安全性的進行傳送，需要傳感網(wǎng)絡與移動通信技術，互聯(lián)網(wǎng)技術融合;應用層主要包括應用支撐平臺子層和應用服務子層。其中應用支撐平臺子層用于支撐跨行業(yè)，跨應用，跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同，共享，互通的功能。應用服務子層包括智能交通，智能醫(yī)療，智能家居，智能物流，智能電力等行業(yè)應用;公共技術不屬于物聯(lián)網(wǎng)技術的某個特帶層面，而是與物聯(lián)網(wǎng)技術架構的三層都有關系，它包括標識與解析，安全技術，網(wǎng)絡管理和服務質(zhì)量管理。

2.無線射頻識別技術（RFID）技術

無線射頻識別即射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID），是自動識別技術的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標簽或射頻卡）進行讀寫，從而達到識別目標和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g之一。

無線射頻識別技術通過無線電波不接觸快速信息交換和存儲技術，通過無線通信結合數(shù)據(jù)訪問技術，然后連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，加以實現(xiàn)非接觸式的雙向通信，從而達到識別的目的，用于數(shù)據(jù)交換，串聯(lián)起一個極其復雜的系統(tǒng)。在識別系統(tǒng)中，通過電磁波實現(xiàn)電子標簽的讀寫與通信。根據(jù)通信距離，可分為近場和遠場，為此讀/寫設備和電子標簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對應地被分為負載調(diào)制和反向散射調(diào)制。

工作原理：RFID技術的基本工作原理并不復雜：標簽進入閱讀器后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標簽或被動標簽），或者由標簽主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。

完整的RFID系統(tǒng)是由閱讀器與電子標簽也就是所謂的應答器及應用軟件系統(tǒng)三個部分所組成，其工作原理是閱讀器（Reader）發(fā)射一特定頻率的無線電波能量，用以驅動電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)， 送給應用程序做相應的處理。

3.傳感器技術

傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測，感受外界的信號，物理條件（如光，熱，濕度，）或化學組成（煙霧）并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。

常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：光敏傳感器——視覺聲敏傳感器——聽覺 氣敏傳感器——嗅覺化學傳感器——味覺 壓敏、溫敏。

流體傳感器——觸覺敏感元件的分類：物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應?；瘜W類，基于化學反應的原理。生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將敏感元件分46類）。

三、物聯(lián)網(wǎng)的應用及智能產(chǎn)業(yè)

1.智能工業(yè)。智能工業(yè)是物理設備、電腦網(wǎng)絡、人腦智慧相互融合、三位一體的新型工業(yè)體系。智能工業(yè)是將具有環(huán)境感知能力的各類終端、基于泛在技術的計算模式、移動通信等不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，大幅提高制造效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化的新階段。工業(yè)和信息化部制定的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中將智能工業(yè)應用示范工程歸納為：生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測、制造供應鏈跟蹤、產(chǎn)品全生命周期監(jiān)測，促進安全生產(chǎn)和節(jié)能減排。

2.智能農(nóng)業(yè)。智能農(nóng)業(yè)集科研、生產(chǎn)、加工、銷售于一體，實現(xiàn)周年性、全天候、反季節(jié)的企業(yè)化規(guī)模生產(chǎn);集成現(xiàn)代生物技術、農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)用新材料等學科，以現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設施為依托，科技含量高，產(chǎn)品附加值高，土地產(chǎn)出率高和勞動生產(chǎn)率高，是我國農(nóng)業(yè)新技術革命的跨世紀工程。智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)品通過實時采集溫室內(nèi)溫度、土壤溫度、CO2濃度、濕度信號以及光照、葉面濕度、露點溫度等環(huán)境參數(shù)，自動開啟或者關閉指定設備?？梢愿鶕?jù)用戶需求，隨時進行處理，為設施農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息自動監(jiān)測、對環(huán)境進行自動控制和智能化管理提供科學依據(jù)。通過模塊采集溫度傳感器等信號，經(jīng)由無線信號收發(fā)模塊傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對大棚溫濕度的遠程控制。

3.智能物流。智能物流是利用集成智能化技術，使物流系統(tǒng)能模仿人的智能，具有思維，感知，學習，推理判斷和自行解決物流中某些問題的能力。智能物流的未來發(fā)展將會體現(xiàn)出五個特點：智能化、一體化、層次化、柔性化和社會化。在物流作業(yè)過程中的大量運籌與決策的智能化;以物流管理為核心，實現(xiàn)物流過程中運輸，存儲，包裝，裝卸等環(huán)節(jié)的一體化和智能物流系統(tǒng)的層次化;智能物流的發(fā)展會更加突出“以顧客為中心”的理念，根據(jù)消費者需求變化來靈活調(diào)節(jié)生產(chǎn)工藝的柔性化;智能物流的發(fā)展將會促進區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展和世界資源優(yōu)化配置，實現(xiàn)社會化。通過智能物流系統(tǒng)的四個智能機理，即信息的智能獲取技術，智能傳遞技術，智能處理技術，智能運用技術。

物聯(lián)網(wǎng)還在智能家居、智能交通、公共安全等領域廣泛的應用。

四、結束語

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵可知，要真正實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)需要感知，傳輸，控制及智能等多項技術。物聯(lián)網(wǎng)的研究將帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈或者說推動產(chǎn)業(yè)鏈的共同發(fā)展。信息感知技術，數(shù)據(jù)融合與智能技術，云計算等技術的研究與應用，將直接影響物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應用，只有綜合了這些問題，物聯(lián)網(wǎng)才能得到快速推廣，造福于人類社會，實現(xiàn)智慧地球的美好愿望。

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