毛新宇

（湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息工程學(xué)院，湖北武漢 43000）

嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用

毛新宇

（湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息工程學(xué)院，湖北武漢 43000）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種新型的信息傳遞技術(shù)，它融合了多種技術(shù)，包括嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。其中嵌入式系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)中的一個核心技術(shù)。本文首先討論了嵌入式系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)，并分析了嵌入式系統(tǒng)的組成。接著討論了物聯(lián)網(wǎng)的概念、特征和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。最后討論了嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，主要包括傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用。

嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器

1 引言

嵌入式系統(tǒng)英文名為Embedded system袁是對機(jī)器堯設(shè)備進(jìn)行控制堯監(jiān)控袁從而保障機(jī)器堯設(shè)備等能正常運(yùn)行的設(shè)備遙袁從上世紀(jì)70年代開始已經(jīng)出現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)袁與通用的PC系統(tǒng)不同袁ES是將該系統(tǒng)全部嵌入到受控器里面袁為實(shí)現(xiàn)某個控制功能而設(shè)計(jì)的專用系統(tǒng)[1]遙

嵌入式系統(tǒng)主要特點(diǎn)有院專用性很強(qiáng)堯系統(tǒng)內(nèi)核很小堯系統(tǒng)精簡堯?qū)崟r性高等遙嵌入式系統(tǒng)專用性很強(qiáng)袁由于系統(tǒng)是針對某一功能而設(shè)計(jì)袁所以硬件與軟件系統(tǒng)結(jié)合的很緊密袁在實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)的移植要根據(jù)硬件進(jìn)行袁即使是同一系列的產(chǎn)品將系統(tǒng)移植后還需要根據(jù)硬件特征對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行修改遙對于不同用途袁通常需要對系統(tǒng)代碼進(jìn)行修改堯編譯才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能遙由于它是針對某一功能而設(shè)計(jì)袁使得在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時內(nèi)核小遙嵌入式系統(tǒng)非常精簡袁它沒有應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件明顯區(qū)別袁它是針對某一功能而設(shè)計(jì)的遙嵌入式系統(tǒng)實(shí)時性高系統(tǒng)基本要求袁因而在編寫代碼堯算法設(shè)計(jì)上要求非常高[2]遙

2 系統(tǒng)組成

嵌入式系統(tǒng)裝置主要包括嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和相關(guān)硬件設(shè)備遙其中嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心袁它主要由應(yīng)用軟件堯硬件層堯系統(tǒng)軟件層和中間層構(gòu)成遙嵌入式應(yīng)用軟件層主要在系統(tǒng)為了使系統(tǒng)更方便等而開發(fā)的應(yīng)用程序遙硬件層主要有存儲器堯嵌入式處理器堯通用設(shè)備接口等袁它們是嵌入式系統(tǒng)的核心模塊遙由文件系統(tǒng)堯網(wǎng)絡(luò)協(xié)議堯圖形和RTOS組成了系統(tǒng)軟件層遙中間層又叫驅(qū)動層軟件袁它是將最底層硬件和系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行分開袁這樣使得系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動和硬件沒有關(guān)系遙如圖1所示為嵌入式系統(tǒng)基本組成遙

圖1 嵌入式系統(tǒng)基本組成

3 物聯(lián)網(wǎng)

3.1 概念

隨著計(jì)算機(jī)設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，全球信息技術(shù)正在發(fā)生巨大變化，這一變化就是所謂的物聯(lián)網(wǎng)。該技術(shù)是由多種信息技術(shù)進(jìn)行融合最終產(chǎn)生的新型技術(shù)[3]。上世紀(jì)90年代末有美國Auto-ID Labs提出了物聯(lián)網(wǎng)概念[4],該實(shí)驗(yàn)室提出了在汽車、衣服、圖書等實(shí)物中裝上微小設(shè)備，就能夠時刻監(jiān)測到實(shí)物的狀態(tài)、位置等詳細(xì)信息，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)物智能管理。

3.2 屬性和特征

物聯(lián)網(wǎng)是對互聯(lián)網(wǎng)的補(bǔ)充，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)只需要光纖、電纜等設(shè)備便可以實(shí)現(xiàn)人與人之間的溝通交流，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則還需要傳感器以及其他接入網(wǎng)技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中地位非常重要。物聯(lián)網(wǎng)基本屬性主要有：計(jì)算、集中、連接、內(nèi)容、收集、通信等。計(jì)算包括時間和內(nèi)容，集中包括物體和設(shè)備相關(guān)信息，連接包括地點(diǎn)和地方，通信包括網(wǎng)絡(luò)和路徑，收集包括商務(wù)和服務(wù)等。物聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)體可以根據(jù)其自身能力發(fā)揮作用，這些主要有網(wǎng)絡(luò)連接、計(jì)算能力等。物聯(lián)網(wǎng)特征主要包括基本特征、物體通用特征、社會特征、自我控制和復(fù)制特征、自治特征。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要包括三層結(jié)構(gòu)它們是感知層、網(wǎng)絡(luò)成和應(yīng)用層。感知層主要是通過傳感器采集物體相關(guān)屬性，處于最低層。網(wǎng)絡(luò)層是對將采集的信息通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行傳輸，該層是處于中間層。應(yīng)用層是最高層，是將采集信息通過手機(jī)、PC等終端設(shè)備將物體信息提供給人們[5]。

4 嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開嵌入式技術(shù)的應(yīng)用，這是因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的通信特征：物體與物體之間需要通信同時還需要智能。嵌入式系統(tǒng)是滿足特定功能而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，嵌入式剛好能將物體與計(jì)算機(jī)相連，并能傳遞信息。物體與物體相連實(shí)質(zhì)是嵌入式在終端發(fā)揮著很重要作用。我們可以認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是智能終端的網(wǎng)絡(luò)連接。嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用主要包括：傳感器開發(fā)、射頻識別技術(shù)的開發(fā)、人工智能技術(shù)的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

4.1 嵌入式和智能傳感器

物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)物體與物體相連，首先需要通過傳感器采集到物體的屬性，目前已經(jīng)有大量智能傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對物體信息采集。智能傳感器是新型技術(shù)，它的出現(xiàn)與嵌入式技術(shù)的應(yīng)用息息相關(guān)。將嵌入式技術(shù)與傳統(tǒng)傳感器結(jié)合在一起能夠使傳感器具有計(jì)算、通信和智能判斷等功能。在通訊功能上嵌入式應(yīng)用不但能實(shí)現(xiàn)連接互聯(lián)網(wǎng)還能實(shí)現(xiàn)4G通信。物聯(lián)網(wǎng)傳感器能夠智能化，離不開智能算法，而智能算法實(shí)現(xiàn)則是離不開嵌入式系統(tǒng)?？梢钥闯銮度胧郊夹g(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮著很重要作用[6]。

4.2 嵌入式和RFID技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)中智能傳感器采集到物體信息后，還需要網(wǎng)絡(luò)通信才能將信息傳送到終端。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要有Micro-Electro-Mechanism Syste(MEM)和Radio Frequency Identification(RFID)。其中RFID在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用比較廣泛。RFID具有價(jià)格便宜、使用方法等優(yōu)點(diǎn)，主要是由標(biāo)簽和閱讀器構(gòu)成，而每個標(biāo)簽只有一個標(biāo)識碼，將它用在物體上用于標(biāo)識物體。閱讀器發(fā)射出特定無線信號用于觸發(fā)標(biāo)簽電路，使標(biāo)簽發(fā)射出內(nèi)部數(shù)據(jù)，最終識別出標(biāo)簽。電子標(biāo)簽沒有電池，只有閱讀器要電池提供電能，這樣設(shè)計(jì)使得電子標(biāo)簽體積和成本大大降低，電子標(biāo)簽通用性提高。FRID系統(tǒng)可以用于物流、交通中用于物體的跟蹤和監(jiān)測。

4.3 產(chǎn)品電子編碼EPC

物聯(lián)網(wǎng)中比較經(jīng)典的應(yīng)用體結(jié)構(gòu)是EPC。其中EPC系統(tǒng)主要由EPC讀卡器、EPC編碼、實(shí)體標(biāo)記語言等組成。EPC包含了RFID、計(jì)算機(jī)技術(shù)等。而RFID技術(shù)是由嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，因而嵌入式系統(tǒng)在EPC系統(tǒng)中發(fā)揮著很重要作用[7]。

4 結(jié)束語

嵌入式技術(shù)的發(fā)展直接影響物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給人們生活帶來了很多方便，加速物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是有必要的。我國應(yīng)該加強(qiáng)對于嵌入式技術(shù)的深入學(xué)習(xí)研究，增加嵌入式系統(tǒng)研究人才和資金投入，并不斷學(xué)習(xí)西方國家先進(jìn)的技術(shù)，將嵌入式技術(shù)不斷應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)中，為人民生活提供更多的方便。

[1]夏瑋瑋,沈連豐,肖婕等.嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析與開發(fā)應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2003(02):1-2.

[2]百度百科嵌入式系統(tǒng)http://baike.haosou.com/ doc/1201766.html

[3]劉強(qiáng);崔莉;陳海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué). 2010(6):1-3.

[4]http://autoidlabs.org/wordpress_website/

[5]王新智.劉凌云.嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用初探[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2013(27):47-47.

Application of Embedded System in the Internet of Things

MAO Xin-yu
(Information Engineering Institute,Hubei University of Economics,Wuhan Hubei 430000,China)

The Internet of Things technology is a new type of information technology,which combines several technologies including embedded technology and network technology,etc.The embedded system is a core technology of the Internet of things.The paper discusses the concept and characteristics of embedded system and analyzes its composition,then discusses the concept,characteristics and structure of the Internet of things.Finally,it discusses the application of embedded systems in the Internet of things,mainly including sensors and network communications applications.

embedded system;Internet of Things;sensor

TP393.03

A

1008-1739（2015）10-52-3

定稿日期：2015-04-26