郗大江 文曉東

【摘?要】介紹物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)及感知層和應(yīng)用場(chǎng)景，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)幾種技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);NB-IOT;條碼;二維碼;RFID M2M

Discussion on Internet of Things Technology

Xi Da-jiang，Wen Xiao-dong

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， Ltd?Xi'an?Shanxi?710000）

【Abstract】Introduce the IoT architecture， sensing layer and application scenarios， and compare several technologies of the Internet of Things.

【Key words】Internet of Things;NB-IOT;Barcode;Two-dimensional code;RFID M2M

1. 引言

（1）在通信發(fā)展的歷史中，從1875年6月世界第一部電話（貝爾）誕生到百年后1973年4月世界第一臺(tái)手機(jī)——摩托羅拉手機(jī)面世，再到2007年1月第一臺(tái)蘋果誕生，無論是通信技術(shù)還是移動(dòng)終端都是圍繞人與人之間的通信展開。

（2）隨著3G/4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)部署和工業(yè)自動(dòng)化、智能化的發(fā)展這個(gè)狀況正在改變，一方面是人的通信問題已經(jīng)基本解決，另一方面物的功能和智能正在增強(qiáng)，隨著5G未來蜂窩網(wǎng)絡(luò)研究的開啟，物聯(lián)網(wǎng)可以說是迎來了真正的春天。

2. 萬物互聯(lián)開啟未來新世界

物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為“Internet of Things”，其核心和基礎(chǔ)是互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，按照約定的協(xié)議，把任何物品和互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

2.1?物聯(lián)網(wǎng)是如何感知的。

物聯(lián)網(wǎng)分為：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層位于物聯(lián)網(wǎng)的最底層，通過傳感網(wǎng)識(shí)別來獲取信息，感知層包括條碼、二維碼和掃描器、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）和解讀器、攝像頭、北斗或GPS、溫度、濕度等傳感器和終端（見圖1）。

2.1.1?條碼。

條形碼（barcode）是將寬度不等的多個(gè)黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識(shí)符。常見的條形碼是由反射率相差很大的黑條（簡(jiǎn)稱條）和白條（簡(jiǎn)稱空）排成的平行線圖案（見圖2）。

2.1.2?二維碼。

二維碼又稱二維條碼，常見的二維碼為QR Code，QR全稱Quick Response，用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息的;在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何形體來表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過圖象輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理：它具有條碼技術(shù)的一些共性：每種碼制有其特定的字符集;每個(gè)字符占有一定的寬度;具有一定的校驗(yàn)功能等。同時(shí)還具有對(duì)不同行的信息自動(dòng)識(shí)別功能、及處理圖形旋轉(zhuǎn)變化點(diǎn)（見圖3）。

2.1.3?RFID。

（1）射頻識(shí)別，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱無線射頻識(shí)別，可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。無線電的信號(hào)是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場(chǎng)，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去，以自動(dòng)辨識(shí)與追蹤該物品。某些標(biāo)簽在識(shí)別時(shí)從識(shí)別器發(fā)出的電磁場(chǎng)中就可以得到能量，并不需要電池;也有標(biāo)簽本身擁有電源，并可以主動(dòng)發(fā)出無線電波（調(diào)成無線電頻率的電磁場(chǎng)）。

（2）RFID技術(shù)中所衍生的產(chǎn)品大概有三大類：無源RFID產(chǎn)品、有源RFID產(chǎn)品、半有源RFID產(chǎn)品（見圖4）。

應(yīng)答器：由天線，耦合元件及芯片組成，一般來說都是用標(biāo)簽作為應(yīng)答器，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。

閱讀器：由天線，耦合元件，芯片組成，讀?。ㄓ袝r(shí)還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式rfid讀寫器或固定式讀寫器。

應(yīng)用軟件系統(tǒng) ：是應(yīng)用層軟件，主要是把收集的數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，并為人們所使用。

2.1.4?傳感器。

（1）傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。

（2）傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。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)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、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。

（3）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(xué)傳感器——味覺

壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺。

（4）敏感元件直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào);轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);變換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制;轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電（見圖5）。

2.1.5?物聯(lián)網(wǎng)終端。

（1）M2M是Machine-to-Machine簡(jiǎn)稱，以機(jī)器終端智能交互為核心的、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用和服務(wù)，M2M終端是一種典型的物聯(lián)網(wǎng)終端。廣義上，M2M可代表機(jī)器對(duì)機(jī)器、人對(duì)機(jī)器、機(jī)器對(duì)人、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器之間的連接和通信，涵蓋了所有實(shí)現(xiàn)在人、機(jī)器、系統(tǒng)之間建立通信連接的技術(shù)和手段。

（2）M2M應(yīng)用市場(chǎng)正在全球范圍快速增長(zhǎng)，隨著包括通信設(shè)備、管理軟件等相關(guān)技術(shù)的深化，M2M產(chǎn)品成本的下降，M2M業(yè)務(wù)將逐漸走向成熟。目前，在美國(guó)和加拿大等國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)、機(jī)械服務(wù)、維修業(yè)務(wù)、自動(dòng)售貨機(jī)、公共交通系統(tǒng)、車隊(duì)管理、工業(yè)流程自動(dòng)化、電動(dòng)機(jī)械、城市信息化等領(lǐng)域的應(yīng)用（見圖6）。

2.1.6?應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成。

（1）智能化機(jī)器。

“智能化”，所謂使機(jī)器“開口說話”，讓機(jī)器具有信息感知、信息加工及無線加工的能力。

（2）M2M硬件。

使機(jī)器可具備聯(lián)網(wǎng)能力和遠(yuǎn)程通信的部件，進(jìn)行信息提取，從不同設(shè)備內(nèi)汲取需要的信息，傳輸?shù)椒治霾糠帧?/p>

（3）通信網(wǎng)絡(luò)。

包括廣域網(wǎng)（無線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)和公眾電話網(wǎng)），局域網(wǎng)（以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、wifi），個(gè)域網(wǎng)（Zigbee、傳感器網(wǎng)絡(luò)），通過上述網(wǎng)絡(luò)將M2M硬件傳輸?shù)男畔⑺瓦_(dá)指定位置，是出于M2M技術(shù)框架的核心的地位。

（4）中間件。

M2M網(wǎng)關(guān)完成在不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，在通信網(wǎng)絡(luò)和IT系統(tǒng)之間建立橋梁。

2.2?物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。

互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層負(fù)責(zé)提供豐富的應(yīng)用，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)信息化需求相結(jié)合，是智能處理，即利用云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、中間件等技術(shù)和行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)廣泛智能化的應(yīng)用解決方案。物聯(lián)網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)層將感知層的物件連接起來，由應(yīng)用層提供豐富的應(yīng)用（見圖7）。

2.2.1?智慧城市。

智慧城市應(yīng)用體系：智慧物流體系、智慧制造體系、智慧貿(mào)易體系、智慧能源應(yīng)用體系、智慧公共服務(wù)、智慧社會(huì)管理體系、智慧交通體系、智慧健康保障體系、智慧安居服務(wù)體系、智慧文化服務(wù)體系。

（1）智慧公共服務(wù)：建設(shè)智慧公共服務(wù)和城市管理系統(tǒng)。通過加強(qiáng)就業(yè)、醫(yī)療、文化、安居等專業(yè)性應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，通過提升城市建設(shè)和管理的規(guī)范化、精準(zhǔn)化和智能化水平，有效促進(jìn)城市公共資源在全市范圍共享，積極推動(dòng)城市人流、物流、信息流、資金流的協(xié)調(diào)高效運(yùn)行，在提升城市運(yùn)行效率和公共服務(wù)水平的同時(shí)，推動(dòng)城市發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)。

（2）智慧城市綜合體：采用視覺采集和識(shí)別、各類傳感器、無線定位系統(tǒng)、RFID、條碼識(shí)別、視覺標(biāo)簽等頂尖技術(shù)，構(gòu)建智能視覺物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)城市綜合體的要素進(jìn)行智能感知、自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，涵蓋城市綜合體當(dāng)中方方面面，將采集的數(shù)據(jù)可視化和規(guī)范化，讓管理者能進(jìn)行可視化城市綜合體管理。

（3）智慧政務(wù)城市綜合管理運(yùn)營(yíng)平臺(tái)：括指揮中心、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、智能監(jiān)控系統(tǒng)、和平區(qū)街道圖書館和數(shù)字化公共服務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)四個(gè)部分內(nèi)容，并統(tǒng)一數(shù)據(jù)、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)數(shù)據(jù)中心、共享平臺(tái)，從根本上有效的將政府各個(gè)部門的數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通，并對(duì)車流、人流、物流實(shí)現(xiàn)全面的感知。

（4）智慧安居服務(wù)。融合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等各種信息技術(shù)，發(fā)展社區(qū)政務(wù)、智慧家居系統(tǒng)、智慧樓宇管理、智慧社區(qū)服務(wù)、社區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控、安全管理、智慧商務(wù)辦公等智慧應(yīng)用系統(tǒng)，使居民生活“智能化發(fā)展”。

（5）智慧教育文化服務(wù)：教育綜合信息網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)校、數(shù)字化課件、教學(xué)資源庫、虛擬圖書館、教學(xué)綜合管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)等資源共享數(shù)據(jù)庫及共享應(yīng)用平臺(tái)系統(tǒng)。

（6）智慧服務(wù)應(yīng)用。①智慧物流：配合綜合物流園區(qū)信息化建設(shè)，推廣射頻識(shí)別（RFID）、多維條碼、衛(wèi)星定位、貨物跟蹤、電子商務(wù)等信息技術(shù)在物流行業(yè)中的應(yīng)用。②智慧貿(mào)易：支持企業(yè)通過自建網(wǎng)站或第三方電子商務(wù)平臺(tái)，開展網(wǎng)上詢價(jià)、網(wǎng)上采購(gòu)、網(wǎng)上營(yíng)銷，網(wǎng)上支付等電子商務(wù)活動(dòng)。

（7）智慧健康保障體系建設(shè)。建立衛(wèi)生服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和城市社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)體系，促進(jìn)各醫(yī)療衛(wèi)生單位信息系統(tǒng)之間的溝通和交互。以實(shí)現(xiàn)醫(yī)院服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化為重點(diǎn)，推進(jìn)遠(yuǎn)程掛號(hào)、電子收費(fèi)、數(shù)字遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)、圖文體檢診斷系統(tǒng)等智慧醫(yī)療系統(tǒng)建設(shè)，提升醫(yī)療和健康服務(wù)水平。

（8）智慧交通。通過監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、交通流量分布優(yōu)化等技術(shù)，完善公安、城管、公路等監(jiān)控體系和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，建立以交通誘導(dǎo)、應(yīng)急指揮、智能出行、出租車和公交車管理等系統(tǒng)為重點(diǎn)的、統(tǒng)一的智能化城市交通綜合管理和服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)交通信息的充分共享、公路交通狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控及動(dòng)態(tài)管理，全面提升監(jiān)控力度和智能化管理水平，確保交通運(yùn)輸安全、暢通。

（9）“智慧城市”是IBM“智慧的地球”策略中的一個(gè)重要方面?！爸腔鄣牡厍颉碧岢鲆愿腔鄣姆椒?，通過新一代信息技術(shù)改變?nèi)藗兘换サ姆绞?，提高?shí)時(shí)信息處理能力及感應(yīng)與響應(yīng)速度，增強(qiáng)業(yè)務(wù)彈性和連續(xù)性，促進(jìn)社會(huì)各項(xiàng)事業(yè)的全面和諧發(fā)展。

2.2.2?車聯(lián)網(wǎng)。

車聯(lián)網(wǎng)（Internet of Vehicles）是由車輛位置、速度和路線等信息構(gòu)成的巨大交互網(wǎng)絡(luò)（見圖8）。

（1）第一層（端系統(tǒng)）：端系統(tǒng)是汽車的智能傳感器，負(fù)責(zé)采集與獲取車輛的智能信息，感知行車狀態(tài)與環(huán)境;是具有車內(nèi)通信、車間通信、車網(wǎng)通信的泛在通信終端;同時(shí)還是讓汽車具備IOV尋址和網(wǎng)絡(luò)可信標(biāo)識(shí)等能力的設(shè)備。

（2）第二層（管系統(tǒng)）：解決車與車（V2V）、車與路（V2R）、車與網(wǎng)（V2I）、車與人（V2H）等的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)車輛自組網(wǎng)及多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的通信與漫游，在功能和性能上保障實(shí)時(shí)性、可服務(wù)性與網(wǎng)絡(luò)泛在性，同時(shí)它是公網(wǎng)與專網(wǎng)的統(tǒng)一體。