陳旭光 梁晶晶

摘要：物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。本文綜述了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景，詳述了物聯(lián)網(wǎng)基本構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)了應(yīng)用現(xiàn)狀，展望了未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 架構(gòu) RFID

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是在物流系統(tǒng)迅速發(fā)展的背景下提出來(lái)的。隨著計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)尤其是智能化技術(shù)的發(fā)展，如今的物聯(lián)網(wǎng)在芯片、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理等領(lǐng)域取得了一系列的創(chuàng)新成果，形成了包括芯片和元器件廠商、設(shè)備商、系統(tǒng)集成商等在內(nèi)的較多門(mén)類的產(chǎn)業(yè)。2014/2/20，國(guó)務(wù)院召開(kāi)了全國(guó)物聯(lián)網(wǎng)工作電視電話會(huì)議，會(huì)議在物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)發(fā)展上提出了要求。結(jié)合國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，發(fā)改委、工信部等印發(fā)的《物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃（2013-2015）》以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委下達(dá)的物聯(lián)網(wǎng)等47項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃，可以看到我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系基本形成。

1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things）：廣義上講，物聯(lián)網(wǎng)就是把通信系統(tǒng)的任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、連接任何人的方法，擴(kuò)展到連接任何物品。即建立了人與物、人與人、物與物之間的信息自由交流，每一個(gè)物體都是一個(gè)信息終端，形成更為復(fù)雜的系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)的核心就是萬(wàn)物的連接。狹義上講，物聯(lián)網(wǎng)就是借助射頻技術(shù)、傳感器、GPS等獲取信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體和過(guò)程的監(jiān)控，并借助不同類型的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)將物與物，物與人進(jìn)行廣泛鏈接，具有對(duì)物品智能化感知、識(shí)別與管理功能的網(wǎng)絡(luò)。

一般物聯(lián)網(wǎng)包含感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)層面。

1.1 感知層 感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，用于識(shí)別物體，承擔(dān)信息采集功能。首先通過(guò)傳感器、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備，采集外部物理世界的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)RFID、紅外、藍(lán)牙、等短距離傳輸技術(shù)傳遞數(shù)據(jù)[3]。感知層所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括檢測(cè)技術(shù)、短距離無(wú)線通信技術(shù)等。感知層主要設(shè)備有：二維碼標(biāo)簽讀取器、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、GPS、攝像頭、M2M終端、傳感器、傳感器網(wǎng)關(guān)等。傳感器不僅感知信號(hào)、標(biāo)識(shí)物體，還具有處理控制功能，現(xiàn)在的傳感器大多已經(jīng)智能化、集成化、芯片化（將壓力、磁、光等傳感單元集成在一個(gè)芯片中，而且芯片具備無(wú)線接入和自組網(wǎng)功能）。對(duì)于目前關(guān)注和應(yīng)用較多的RFID網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，附著在設(shè)備上的RFID標(biāo)簽和用來(lái)識(shí)別RFID信息的掃描儀、感應(yīng)器都屬于物聯(lián)網(wǎng)的感知層。

1.2 網(wǎng)絡(luò)層 物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)更加廣泛的互連功能。網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，負(fù)責(zé)有關(guān)信息傳輸?shù)膯?wèn)題，把從感知層獲取的數(shù)據(jù)傳送到互聯(lián)網(wǎng)中。然后根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行信息處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀世界的有效感知及有效控制。

現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)層建立在已有的移動(dòng)通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上。通訊網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商將在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層占據(jù)重要的地位。傳感器感知到基礎(chǔ)設(shè)施和物品信息后，需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)進(jìn)行處理。目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在向高傳輸速率、高傳輸帶寬、高頻譜利用率、高智能化的接入和網(wǎng)絡(luò)管理發(fā)展。

1.3 應(yīng)用層 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的主要功能是把感知和傳輸來(lái)的信息進(jìn)行分析和處理，做出正確的控制和決策，實(shí)現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)。應(yīng)用層可以分為進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用程序?qū)雍吞峁┤藱C(jī)交互界面的終端設(shè)備層兩個(gè)子層。概括的講，應(yīng)用層處理的是信息處理和人機(jī)界面問(wèn)題。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與不同行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深層次融合，各種類型的應(yīng)用則是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目的和驅(qū)動(dòng)力。軟件開(kāi)發(fā)、智能技術(shù)的結(jié)合將會(huì)產(chǎn)生豐富的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，也將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)普及。

2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò) 傳感技術(shù)主要研究如何從自然信源獲取信息，并對(duì)獲取的信息按一定規(guī)律進(jìn)行相應(yīng)處理，使之成為需要的信息形式，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。微型無(wú)線傳感技術(shù)以及以此組件是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，處于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架的感知層。傳感器是傳感技術(shù)的核心，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中物與物、物與人信息交互的必要組成部分。傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并稱信息技術(shù)三大支柱。傳感器網(wǎng)絡(luò)是集計(jì)算機(jī)、通信、微電子技術(shù)、智能計(jì)算、傳感器、嵌入式系統(tǒng)等多領(lǐng)域交叉的新興綜合學(xué)科，它將大量的多種類傳感器節(jié)點(diǎn)（傳感、采集、處理、收發(fā)、網(wǎng)絡(luò)于一體）組成自治的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的動(dòng)態(tài)智能協(xié)同感知。

2.2 RFID RFID（radio frequency identification）射頻識(shí)別，也稱電子標(biāo)簽。RFID融合了無(wú)線射頻技術(shù)和嵌入式技術(shù)，可以通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)（單個(gè)物體對(duì)象）并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。射頻標(biāo)簽不需要處在識(shí)別器視線之內(nèi)，因此可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。

從結(jié)構(gòu)上看，RFID是一種簡(jiǎn)單的只有兩個(gè)基本器件的無(wú)線系統(tǒng)。系統(tǒng)由一個(gè)詢問(wèn)器和很多應(yīng)答器組成該系統(tǒng)，用于控制、檢測(cè)和跟蹤物體。然而，RFID網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)是隨機(jī)的、動(dòng)態(tài)的，而且數(shù)量巨大，如何過(guò)濾、整合處理這些數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量、減少冗余是RFDI的核心問(wèn)題。

2.3 人工智能技術(shù) 智能技術(shù)是為了有效地達(dá)到某種預(yù)期的目的所采用的各種方法和手段。通過(guò)智能系統(tǒng)的植入，使得物體具備一定的智能性，可以主動(dòng)或被動(dòng)的實(shí)現(xiàn)與用戶的溝通。在物聯(lián)網(wǎng)中，人工智能技術(shù)主要負(fù)責(zé)分析物品所承載的信息內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理。

2.4 無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetworks，WSNs） 的基本功能是將一系列空間分散的傳感器單元通過(guò)自組織的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從而將各自采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸匯總，以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間分散范圍內(nèi)的物理或環(huán)境狀況的協(xié)作監(jiān)控，并根據(jù)這些信息進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理，是物聯(lián)網(wǎng)底層網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)形式。

隨著無(wú)線通信、傳感器技術(shù)、嵌入式應(yīng)用和微電子技術(shù)的日趨成熟，WSNs基本上可以實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何環(huán)境條件下獲取信息，從而為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。由于WSNs具有自組織、容錯(cuò)性高和隱蔽性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，因此常用于目標(biāo)定位、智能交通、數(shù)據(jù)收集和資源探測(cè)等領(lǐng)域。

2.5 嵌入式系統(tǒng)技術(shù) 嵌入式系統(tǒng)是結(jié)合了計(jì)算機(jī)、通信、集成電路、傳感器技術(shù)和不同行業(yè)具體應(yīng)用的技術(shù)密集型集成系統(tǒng)。以應(yīng)用為中心，計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，軟硬件可剪裁，適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般由微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、外圍設(shè)備和用戶應(yīng)用程序組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括工業(yè)控制、交通管理、信息家電、家庭智能管理系統(tǒng)、POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)、環(huán)境工程與自然以及機(jī)器人等領(lǐng)域。

3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和展望

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用通常是以需求為導(dǎo)向的。以政府為導(dǎo)向的網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用表現(xiàn)在公共安全、城市運(yùn)行管理、智能交通、醫(yī)療衛(wèi)生、公共教育等領(lǐng)域；以市場(chǎng)、民生為導(dǎo)向的應(yīng)用，如智能家居、智能安保、食品安全、遠(yuǎn)程遙控、手機(jī)支付等越來(lái)越多的領(lǐng)域使用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為人們的生產(chǎn)和生活提供了方便。正是這些應(yīng)用需求才使得物聯(lián)網(wǎng)有了蓬勃、可持續(xù)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)是下一代互聯(lián)網(wǎng)的特征，也是互聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展跟移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智慧城市是相輔相成的。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代是信息技術(shù)應(yīng)用深化的重要體現(xiàn)，應(yīng)用廣闊、市場(chǎng)規(guī)模大、前景明朗。當(dāng)然，發(fā)展中的物聯(lián)網(wǎng)也面臨著一些問(wèn)題。諸如：缺乏詳實(shí)統(tǒng)一的國(guó)內(nèi)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、不同平臺(tái)協(xié)議兼容問(wèn)題、IP地址分配問(wèn)題等等；此外，還存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)，行業(yè)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)和營(yíng)利模式、以及財(cái)產(chǎn)安全和個(gè)人隱私問(wèn)題等誠(chéng)待規(guī)范。

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