陳可睿

1 引言

21世紀(jì)以來(lái)，隨著全球一體化以及信息技術(shù)多元化的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為一面引領(lǐng)電子科技爆炸式時(shí)代的旗幟。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，使人們的生活和科技更好的聯(lián)系在了一起，有效改善了物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)以前生產(chǎn)力水平較低和信息交流困難的問(wèn)題。2010年全國(guó)召開(kāi)兩會(huì)并在會(huì)上明確說(shuō)明要將物聯(lián)網(wǎng)作為重要的發(fā)展戰(zhàn)略之一以推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；2011年國(guó)家政府更是將物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展列入十二五規(guī)劃中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的問(wèn)世，改變了人們對(duì)于信息交流的認(rèn)知，打破了以前信息交流的障礙。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1]指將物品的信息通過(guò)傳感器或射頻裝置或條形碼二維碼形式使物與物之間形成聯(lián)系，然后將這種聯(lián)系利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)?；驹硎歉鶕?jù)信息識(shí)別技術(shù)和空間耦合傳輸?shù)奶匦詠?lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的識(shí)別和管理工作。依托RFID技術(shù)或傳感器技術(shù)，將傳統(tǒng)技術(shù)和新型IT技術(shù)有效的結(jié)合到了一起，從而實(shí)現(xiàn)更快速，更準(zhǔn)確數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)還憑借著其本身強(qiáng)大的處理能力，獲取信息能力和管理能力，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定性更高，實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有針對(duì)性的優(yōu)勢(shì)。

如今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在工作、生產(chǎn)等各個(gè)方面：處處可見(jiàn)的條形碼和二維碼，公路運(yùn)輸網(wǎng)中被廣泛使用的ETC，主要利用了RFID技術(shù)的信息傳輸功能；智能家居，智能安防，航空航天，交通管理等部門中，物聯(lián)網(wǎng)也是扮演著必不可少的角色。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在目前發(fā)展的狀態(tài)下，進(jìn)一步引領(lǐng)科技的浪潮，推動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

信息技術(shù)的發(fā)展使得人們對(duì)物體的了解認(rèn)知以及監(jiān)控管理有了更多的要求，這樣導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，其中最主要的是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)主要分為四類[2]，一是RFID技術(shù)，二是傳感器技術(shù)，三是M2M技術(shù)，四是云計(jì)算技術(shù)。

2.1 RFID技術(shù)

RFID是射頻識(shí)別技術(shù)，通過(guò)電磁波獲取信息并傳輸信息最終反饋到處理器上進(jìn)行信息處理，從而快速的實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證和信息獲取[3]。RFID技術(shù)由三部分構(gòu)成：閱讀器，電子標(biāo)簽和天線。

（1）電子標(biāo)簽是整個(gè)系統(tǒng)信息的主要載體，由芯片和耦合元器件組成。每個(gè)標(biāo)簽都有它獨(dú)特的映射介質(zhì)。而這些編碼都有它的容量。標(biāo)簽一般展現(xiàn)于被檢測(cè)的物體的外表，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器范圍時(shí)，就會(huì)根據(jù)電感耦合原理從讀寫(xiě)器給標(biāo)簽一個(gè)電信號(hào)，從而激活標(biāo)簽工作。標(biāo)簽再將信息傳送給讀寫(xiě)器。

（2）閱讀器主要用來(lái)閱讀信息和改寫(xiě)信息。其基本原理是將從電子標(biāo)簽反饋過(guò)來(lái)的電子信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后再通過(guò)閱讀器中的處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行加工處理，最后通過(guò)交互將處理過(guò)的信號(hào)傳遞給上層應(yīng)用層的應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。閱讀器有兩種形式，一是手持式，應(yīng)用實(shí)例就是超市掃碼器；二是固定式，應(yīng)用實(shí)例就是公交車刷卡器。

（3）天線主要用來(lái)在閱讀器和標(biāo)簽之間傳遞射頻信號(hào)。天線有的鑲嵌在RFID標(biāo)簽中，有的以內(nèi)置的方式存在于讀寫(xiě)器間，或是可以直接與射頻輸出端口相連，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞。

RFID技術(shù)主要體現(xiàn)在接收和發(fā)送兩種過(guò)程，如圖1所示。第一種，裸露在外的電子標(biāo)簽在被掃描的時(shí)候主動(dòng)向閱讀器發(fā)送信號(hào)，芯片負(fù)責(zé)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，天線用于發(fā)送射頻信號(hào)和閱讀器通信，閱讀器收到信號(hào)后傳送數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行解析和存儲(chǔ)。第二種，閱讀器從存儲(chǔ)器中獲取需要發(fā)送給標(biāo)簽的詳細(xì)信息，然后由閱讀模塊和天線交互，通過(guò)天線發(fā)送射頻信號(hào)將具體信息發(fā)送給電子標(biāo)簽。

圖1 RFID工作原理圖

2.2 傳感器技術(shù)

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必不可少的技術(shù)之一，是新時(shí)代新需求對(duì)物體監(jiān)控管理重要的一部分。如果把處理系統(tǒng)比作人類的大腦，那么傳感器就是人的感官系統(tǒng)，將收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后發(fā)送到計(jì)算機(jī)上。其工作原理就是將傳感器大量的布置在需要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的環(huán)境中，它們之間會(huì)形成自組織的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)[4]。將一個(gè)傳感器都被當(dāng)做一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它可以獨(dú)立地工作，也可以和其他節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，再將共同的信號(hào)傳輸?shù)郊Y(jié)點(diǎn)上。當(dāng)外界條件發(fā)生改變時(shí)，傳感器就會(huì)感知到這些變化，進(jìn)而將信號(hào)傳輸?shù)郊Y(jié)點(diǎn)上，然后信號(hào)從集結(jié)點(diǎn)被傳送到電子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理。

傳感器技術(shù)是多部門多學(xué)科結(jié)合到一起的高新科技技術(shù)，其將物理，化學(xué)，生物，統(tǒng)計(jì)，光熱，電信號(hào)等學(xué)科有效且高效地結(jié)合到一起，因此它被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，常被用來(lái)監(jiān)測(cè)不同環(huán)境下不同的物理量，化學(xué)量，生物量，比如濕度、溫度、光照、壓力、體內(nèi)指標(biāo)、溶液濃度等，它還具有隱蔽性高，廉價(jià)，容易部署等特點(diǎn)，因此也被廣泛的運(yùn)用于軍事領(lǐng)域中。如今的傳感器技術(shù)，趨向于集成化，智能化，微型化，信息化，正在逐漸邁向更高深更智能的領(lǐng)域——生物傳感器。因此，傳感器技術(shù)的發(fā)展對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用起到推波助瀾的關(guān)鍵作用。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

即使感知層多么發(fā)達(dá)，沒(méi)有一個(gè)好的傳輸通訊層也是發(fā)揮不了作用的。因此，作為信息在物物之間聯(lián)系的紐帶，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)應(yīng)用而生。而它也分為很多種類，比如互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)、無(wú)線傳感技術(shù)、2G，3G，4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等。其中，最為關(guān)鍵的，就是M2M技術(shù)。

M2M是英文（Machine-To-Machine）的簡(jiǎn)稱，就是實(shí)現(xiàn)機(jī)器與其他機(jī)器或人之間的溝通聯(lián)系互相交流。具體通過(guò)各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將機(jī)器和人組成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)資源信息之間的共享，從而將信息從一個(gè)“物”上轉(zhuǎn)移到另一個(gè)“物”上。但M2M并不是簡(jiǎn)單的人為地?cái)?shù)據(jù)運(yùn)輸，而是通過(guò)智能化交互化實(shí)現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器之間的主動(dòng)通訊[4]。

M2M有很廣闊的發(fā)展空間，如今其就被廣泛應(yīng)用于智能查表、車載導(dǎo)航等行業(yè)，隨著計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備越來(lái)越普及，M2M也會(huì)越來(lái)越科技化前衛(wèi)化。但如今需要解決的問(wèn)題，就是如何保證網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性和可靠性及如何創(chuàng)作出更標(biāo)準(zhǔn)的M2M平臺(tái)供人使用。

2.4 云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算(Cloud Computing)技術(shù)[5]是一種高效利用閑置資源的新型計(jì)算模式。用了虛擬化技術(shù)將物理資源虛擬成為軟件資源，形成了多種資源池，這樣可以提供按需交付、靈活彈性、集中規(guī)模、自由調(diào)度、安全管理等多種功能。適應(yīng)了當(dāng)代企業(yè)和用戶對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)計(jì)算，復(fù)雜邏輯處理的迫切要求。通過(guò)利用云計(jì)算技術(shù)，可以大大降低對(duì)資源使用的成本，提高資源靈活性和可用性。

目前，國(guó)外的云計(jì)算公司有谷歌云、亞馬遜云、微軟云等，國(guó)內(nèi)的有阿里云，百度云，騰訊云，華為云等，這些云計(jì)算廠商都已經(jīng)完全掌握云計(jì)算技術(shù)并已經(jīng)能夠達(dá)到商用的良好性能。目前開(kāi)源的云計(jì)算也非常多，主要流行的是OpenStack。OpenStack開(kāi)發(fā)速度非?？?，社區(qū)也很活躍，發(fā)展非常順利。

根據(jù)上述RFID技術(shù)，傳感器技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，云計(jì)算技術(shù)四種技術(shù)，分析和總結(jié)其關(guān)鍵作用，特點(diǎn)，技術(shù)難點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域，具體內(nèi)容表1可見(jiàn)如下：

表1 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)比較

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧交通中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的發(fā)展，將這兩方面的傳感技術(shù)、通信傳輸技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)恰到好處的集成，并應(yīng)用到整個(gè)城市交通中，會(huì)形成智慧交通的新局面。在交通網(wǎng)絡(luò)中，各種情況錯(cuò)綜復(fù)雜，人為指揮難以應(yīng)對(duì)及時(shí)，也很難處理得當(dāng)。但是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將各要素實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，對(duì)所有交通信息的進(jìn)行綜合處理，將道路、駕駛員、車輛、乘客及相關(guān)的交通服務(wù)部門等多種因素互連起來(lái)，使整個(gè)交通體系智能化。 接下來(lái)本文將會(huì)設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧交通的系統(tǒng)架構(gòu)、智慧交通主要的系統(tǒng)模塊并設(shè)想相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景。

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧交通系統(tǒng)架構(gòu)

智能交通系統(tǒng)是利用先進(jìn)的電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行信息的采集、處理、分析、交換、應(yīng)用，提供多樣化的服務(wù)，通過(guò)移動(dòng)計(jì)算、智能識(shí)別、數(shù)據(jù)融合、云計(jì)算等技術(shù)的應(yīng)用解決海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理等技術(shù)難題，從而形成智慧交通系統(tǒng)。智慧交通系統(tǒng)從整體架構(gòu)上可以分為感知層、傳輸層、支撐層、應(yīng)用層四個(gè)層次。

（1）感知層，感知層主要利用RFID技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、二維碼技術(shù)、實(shí)時(shí)定位和無(wú)線通信等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、收集并實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)交通信息。

（2）傳輸層，傳輸層主要通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、Internet、衛(wèi)星等通信設(shè)施將感知層所采集信息運(yùn)輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，供支撐層進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析。

（3）支撐層，支撐層是在管理系統(tǒng)、智能處理、云計(jì)算及數(shù)據(jù)庫(kù)等資源下，實(shí)現(xiàn)海量信息的并行處理及優(yōu)化，存儲(chǔ)資源動(dòng)態(tài)配置和部署。

（4）應(yīng)用層，通過(guò)信息存貯與處理系統(tǒng)、綜合控制系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行管理，將信息以多樣化的方式展現(xiàn)到用戶面前，方便用戶進(jìn)行決策和開(kāi)展業(yè)務(wù)。

3.2 智慧交通主要系統(tǒng)模塊

（1）數(shù)據(jù)采集與收集系統(tǒng)

隨著射頻識(shí)別采集器、雷達(dá)檢測(cè)器、GPS導(dǎo)航等高新科技的應(yīng)用，城市交通信息的采集更加快捷準(zhǔn)確，這為交通高效調(diào)度和智慧交通控制系統(tǒng)提供了更加實(shí)時(shí)精確的信息數(shù)據(jù)。

所有交通信息采集裝置構(gòu)成了交通信息采集系統(tǒng)。因?yàn)椴杉男畔ㄜ囕v速度信息、音頻視頻信息、位置信息、車輛流量信息等多種形式，所以信息的收集、整合和處理是智慧交通最為基礎(chǔ)也是最為重要的一部分。

（2）信息傳輸系統(tǒng)

將采集來(lái)的交通信息，運(yùn)用有線信息傳輸和無(wú)線信息傳輸方式，根據(jù)特定網(wǎng)絡(luò)情況（如電視網(wǎng)、通訊網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)等）實(shí)現(xiàn)交通信息傳輸，此過(guò)程中要保證信息的及時(shí)性、準(zhǔn)確性、安全性。

（3）交通信息存貯與處理系統(tǒng)

信息采集并傳輸過(guò)后，必須建立相應(yīng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，并運(yùn)用相關(guān)技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行分析、歸類、整理，并根據(jù)分析結(jié)果做出相應(yīng)決策。

（4）信息發(fā)布與控制系統(tǒng)

根據(jù)信息收集、傳輸、處理、分析后的決策，為交通出行提供各種信息安全服務(wù)，如交通信息發(fā)布系統(tǒng)、最佳交通導(dǎo)引系統(tǒng)、停車庫(kù)空位信息系統(tǒng)、交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)、交通安全控制系統(tǒng)、緊急事故處理系統(tǒng)等。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)在智慧交通中應(yīng)用場(chǎng)景

（1）城市公共交通，城市公共交通是智慧交通的重要領(lǐng)域，建立城市交通”一卡通”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公交車、出租車、私家車多種城市交通消費(fèi)一體化；建立智能公交調(diào)度系統(tǒng)，利用RFID、GPS、車內(nèi)視頻監(jiān)控、人像識(shí)別等技術(shù)掌握實(shí)時(shí)信息，來(lái)合理規(guī)劃和調(diào)度交通資源，也方便乘客更高效的安排出行。

（2）電子收費(fèi)，ETC（Electronic Toll Collection）即電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)，是目前世界上最先進(jìn)的路橋收費(fèi)方式，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以加快路橋收費(fèi)站車輛通車速度，加快效率、減輕或避免車輛在收費(fèi)用站口擁堵問(wèn)題。

（3）物流信息化，物流領(lǐng)域是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最具有現(xiàn)實(shí)意義的應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)道路運(yùn)輸GIS系統(tǒng)定位跟蹤和運(yùn)輸導(dǎo)航、4G網(wǎng)絡(luò)、RFID提供廣域移動(dòng)車載通信手段實(shí)現(xiàn)貨物狀態(tài)位置動(dòng)態(tài)管理；通過(guò)電子標(biāo)簽及識(shí)別技術(shù)自動(dòng)收集貨物信息，從而縮短作業(yè)時(shí)間，提高運(yùn)輸效率。

（4）電子證照，IC卡電子證件嵌入了RFID邏輯加密芯片，具有高性價(jià)比、高可靠性、高安全性等特點(diǎn)，使得IC卡電子證件成為一張智能身份卡；基于射頻識(shí)別技術(shù)的汽車電子牌照會(huì)對(duì)于防止錯(cuò)假牌證具有積極作用。

4 進(jìn)一步設(shè)想

除了智慧交通之外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用到更多方面，實(shí)現(xiàn)更多新奇的內(nèi)容。

本人經(jīng)過(guò)分析前任研究以及目前的社會(huì)現(xiàn)狀，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提出以下應(yīng)用設(shè)想：

（1）區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)上，解決安全問(wèn)題。

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它可以提供一種機(jī)制，能保證物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間保持共識(shí)而不需要與中心進(jìn)行驗(yàn)證，這樣就可以解決安全隱患、保護(hù)用戶的隱私。

（2）虛擬鍵盤徒手操作系統(tǒng)。

可以應(yīng)用穿戴式眼鏡的投影以及智慧手表的感測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將實(shí)體系統(tǒng)介面向前延伸到手臂來(lái)操作，甚至還可以有一個(gè)虛擬鍵盤來(lái)直接打字輸入命令。這種模式可以解放人的雙手，未來(lái)不用帶著平板等工具出門就能完成工作了。

5 總結(jié)

本文簡(jiǎn)單介紹了目前的物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r，從其系統(tǒng)組成的角度介紹了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展必不可少的四大關(guān)鍵技術(shù)。重點(diǎn)研究了RFID技術(shù)的基本概念、基本工作原理和核心技術(shù)，簡(jiǎn)單的說(shuō)明傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的功能和優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)隨著技術(shù)的更新迭代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)飛速發(fā)展并能夠應(yīng)用在各大領(lǐng)域，對(duì)整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和信息化水平提升有著重大意義。本文還根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出其在智慧交通方面的應(yīng)用設(shè)計(jì)，并從系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)模塊、應(yīng)用場(chǎng)景三方面重點(diǎn)分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用框架和具體價(jià)值。最后，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步應(yīng)用提出了自己的設(shè)想。