物聯網技術及應用

南京信息職業技術學院 曾慶珠

世界正在不斷變“小”，中國與世界日漸融為一體，而與此同時，金融危機、能源緊張，環境污染，食品問題、自然災害接踵而至。國家電網效率低下，導致40%～70%的電力被浪費；在這樣的背景下物聯網技術得到很好的發展。

1 物聯網概述

到2010年每個人將擁有10億個晶體管，該技術已被嵌入到數十億臺設備中；2011年網絡用戶將會達到20億戶，HSPA(高速分組接入技術)將促進三種屏幕融合(電視、電腦、手機)；數以萬計的事物利用物聯網緊密相連。

1.1 物聯網的定義

物聯網的定義是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網、移動通信網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

物聯網是通過智能感知、識別技術與云計算、泛在網絡的融合應用，被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。

1.2 物聯網的特點

(1)全面感知，利用RFID、傳感器、二維碼等各種的感知設備隨時隨地的采集各種動態對象，全面感知世界；(2)可靠傳送，利用以太網、無線網、移動網將感知的信息進行實時的傳送；(3)智能控制，對物體實現智能化的控制和管理，真正達到了人與物的溝通；(4)泛在服務，物聯網以無所不在、無所不包、無所不能來實現在任何時間、任何地點、任何人、任何物都能通信。

2 物聯網的發展及現狀

1995年，比爾·蓋茨在《未來之路》中首次提到物聯網時，迫于當時網絡終端技術的局限使得這一構想無法真正落地，轉眼16年后，物聯網再次登場，一躍成為了各國關注的焦點。

1999年，在美國召開的移動計算和網絡國際會議提出了，“傳感網是下一個世紀人類面臨的又一個發展機遇”。

2009年1月28日，美國總統與美國工商業領袖舉行了一次“圓桌會議”，IBM首席執行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念，建議新政府投資新一代的智慧型基礎設施。

2009年8月7日，溫家寶總理在考察中科院無錫高新微納傳感網工程技術研發中心時指出，把傳感系統和3G中的TD技術結合起來，加快推進傳感網發展，盡快建立“感知中國”中心。

物聯網產業發展迅猛，2009年國內RFID市場規模就將達50億元，年復合增長率為33%，其中電子標簽超過 38億元、讀寫器接近7億元、軟件和服務達到5億元的市場格局。隨著物聯網的應用和推廣，中國物聯網產業鏈1年就能創造約1000億元產值。

3 物聯網架構

物聯網架構主要有感知、傳輸、支撐和應用四大層(如圖1)。網絡感知主要通過各種類型的傳感器對物質屬性、環境狀態、行為態勢等靜、動態的信息進行大規模、分布式的信息獲取與狀態辨識。傳輸層主要功能是通過現有互聯網或移動通信網(全球移動通訊系統、TD-SCDMA、無線接入網、無線局域網、衛星網等)基礎網絡設施，對來自感知層的信息進行接入和傳輸。支撐層在高性能計算技術的支撐下，將網絡內大量或海量的信息資源通過計算分析整合成一個可以互聯互通的大型智能網絡，為上層服務管理和大規模行業應用建立起一個高效、可靠和可信的支撐技術平臺。應用層根據用戶的需求，構建面向各類行業實際應用的管理平臺和運行平臺，并根據各種應用的特點集成相關的內容服務。

圖1 物聯網體系架構

物聯網的行業特性主要體現在其應用領域內，目前綠色農業、工業監控、公共安全、城市管理、遠程醫療、智能家居、智能交通和環境監測等各個行業均有物聯網應用的嘗試，某些行業已經積累了一些成功的案例。

4 物聯網關鍵技術

物聯網的關鍵技術有傳感器技術、傳感器網絡技術、傳感網絡相關的通信技術、通信網絡技術、物聯網平臺技術以及它們之間的結合技術。

傳感器負責物聯網信息的采集是實現對現實世界感知的基礎，是物聯網服務和應用的基礎。由于各種傳感器存在的溫度、壓力、速度、濕度、高度、視頻、圖像、位置等的不同，傳感器所提供的信息接口存在巨大差異，是對物聯網終端規模化的最大挑戰。

傳感器網絡形成了一套完整的物理層、鏈路層、網絡層規范。傳感網絡有藍牙、Wi-Fi、RFID、WirelessHART等相關通信技術。傳感器終端具有IP化、功耗低、體積小、信息雙向傳遞、免人工維護等智能化。

通信網絡技術為物聯網數據提供傳送通道，適應物聯網低數據率、低移動性等業務需求。

物聯網平臺技術主要是和物聯網終端之間，以及現有網絡、系統間進行配合，以提供物聯網能力給不同的物聯網應用，在網絡架構上，構建一個能適合多個行業應用的統一業務平臺，為跨行業的統一信息服務提供支撐。隨著物聯網的進一步發展，發展到協同感知，甚至泛在服務的階段后，必然需要考慮更為有效的物聯網架構、名址、路由、通信協議。

5 物聯網技術應用

5.1 智能食品

物聯網設計食品追溯終端設備，工作人員將一只帶有標簽的黃瓜，在終端的掃描口輕輕掃描一下，設備終端的顯示屏上便立即顯示了該黃瓜的產地、育苗、種植、田間管理、采收、銷售等一條龍信息，黃瓜的生長流程一覽無余。

同時使用物聯網技術還可以在食品保鮮上得到應用。全球25%的食品在流通過程中而變質而損失，這相當于每年4580億美元經濟損失，在物聯網時代下，將智能(RFID)注入食物，這樣我們就能知道食物已運到何處，監視食物到餐桌的溫度，監控它前往超市的溫度，保證到餐桌的食物依然新鮮，從而改善我們的食物供應，從源頭保障食品的衛生安全，并守護消費者的健康，讓生活更安全。

5.2 智能物流

智能物流是指貨物從供應者向客戶的智能移動過程，例如智能運輸、智能倉儲、智能配送、智能包裝、智能裝卸以及智能信息的獲取、加工和處理等多項基本活動。

將標簽附在被識別物品上的表面或內部，當被識別物品進入識別范圍內時，RFID讀寫器自動無接觸讀寫，例如自動出庫系統、自動入庫系統、自動盤庫系統、自動周轉等子系統。在貨物的運輸中，建立交通管理、車輛控制、車輛調度等子系統。實現大范圍、全方位，實時、準確、高效的綜合運輸管理系統。

5.3 智能家電

我國正迎來一個無線城市、物聯網建設與發展的熱潮，在網絡融合、云計算和物聯網的推動下，智能家電迎來全新的變革。

智能家電無線網絡主要包括了一個家庭網關以及若干個無線通訊子節點。在家庭網關上有一個無線發射模塊，每個子節點上都接有一個無線網絡接收模塊，通過這些無線網絡收發模塊，數據就在網關和子節點之間進行傳送。

基于物聯網的家電，在充滿物物感知的環境將產生新的應用。物聯網技術的感知網絡，實現了家電與人互動過程智能人機識別等一系列的“觸覺”，而語音合成技術將實現家電開口說話的能力，讓家電能及時的將信息反饋給客戶。如，熱水器中部件損壞了，通過傳感器件的感知，并與后臺數據交流，在家電通知中心驅動語音合成芯片來實現開口說話：“熱水器內膽故障，請聯系售后解決此問題，離您最近的售后的電話為……”。同時家電的售后部門，已經得知了消息并從計算中心找到了解決方案，并可通過云計算處理新突發的事件。實現家電開口說話的能力，只需要語音合成芯片或已經內置的語音合成軟件。

5.4 網電桿塔監控

電為世界的進步提供了無窮動力，然而，預防時常發生的對于塔架進行螺絲拆卸，支架割據等盜竊行為，使用緊固件防拆探測傳感網節點，聲陣列傳感網節點等設備，對于各類破壞塔架的行為進行識別使用喇叭、攝像頭以及傳感網基站進行聯合報警，使得電力公司可以準確定位，及時取證，盡早維修。

如圖2，防拆探測傳感網節點，聲陣列傳感網節點(感知層)等監測系統安裝在電網桿塔上，實施對電塔狀態的實時監控、采集、分析和記錄電網桿塔的相關數據以及語音、圖像供監控中心計算機查詢，并在塔上異常事件時主動上傳報警信息；3G/GPRS(傳輸層)通過數據包、SMS、語音通信等方式進行數據傳輸，監控中心云計算(支撐層)將圖像、聲音和其他數據在監控平面上顯示，同時云計算將異常信息發給相應人員手機或PC(應用層)，從而對電網桿塔進行及時處理。

圖2 電網桿塔監控系統圖

6 結語

物聯網不僅將滲透到智能交通、智能城市、環境保護、節能減排、公共安全、智能家居等領域，還將極大推動經濟發展，成為新的經濟增長點。物聯網技術、產業發展和應用將引發新一輪信息技術革命和產業革命，是信息產業領域未來競爭的制高點和產業升級的核心驅動力。加快發展物聯網產業，不僅是我國提升信息產業核心競爭力、發展創新型經濟的戰略選擇，也是改造提升傳統產業、促進“兩化”融合、提升社會信息化水平的重要抓手，對經濟發展和社會生活都將產生深遠影響。

[1]李軼君.物聯網感知環境中的家電應用[J].

[2]張應福.物聯網技術與應用[J].通信與信息技術,2010(1).

[3]吳功宜.智慧的物聯網[M].機械工業出版社,2010.

[4]芬肯策勒,吳曉峰.射頻識別技術[M].電子工業出版社,2006.

[5]邢曉江.物聯網的業務及關鍵技術[J].中興通訊技術,2010(03).