淺議物聯網

李愛軍

摘 要： 物聯網作為新一代信息技術的重要組成部分，在現代化的許多領域中都有著廣泛的應用前景。本文在總結先前學者研究成果的基礎上，介紹了物聯網的概念、相關技術、信息采集機制等，為物聯網的研究提供了一定的依據。

關鍵詞： 物聯網 RFID 感知層 應用層 信息采集

1.物聯網概述

1.1物聯網的定義及原理

所謂的物聯網又稱為傳感網，是在計算機互聯網的基礎上，利用射頻識別（RFID）技術、無線通信技術、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協議把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監測和管理的一種網絡。[1]其原理為通過各種信息傳感設備，將物理基礎設施與IT基礎設施進行結合，實時采集各種信息，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”，使物品能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。在互聯網的基礎之上，將用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，其目的是實現物與物、物與人、所有物品與網絡的連接。

1.2物聯網的體系結構

物聯網從技術架構上來看，可分為感知層、網絡層和應用層三大層面。[2]

感知層作為物聯網的底層，包括了大量的終端，由各種傳感器及傳感器網關構成，主要用于采集物理世界中發生的物理事件和數據，以及對信息的自動識別和智能控制，它是物聯網識別物體、采集信息的來源；中間層是網絡層，由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，負責傳遞感知層獲得的信息，并將信息進行進一步的匯聚和處理，是連接感知層和應用層之間的橋梁；上層是應用層，其作為物聯網和用戶的接口，利用各種智能計算技術對海量的感知數據和信息進行分析并處理，通過輸入、輸出控制終端實現智能化的決策和控制，相當于物聯網的控制層、決策層。可以說前面兩個層次是將物品的信息大范圍地收集起來，而應用層則是對信息進行統一的分析和決策，除此之外，還包括具體的行業應用和豐富多彩的物聯網業務，如智能交通、智能醫療等。其中感知層是物聯網的核心，是信息采集的關鍵部分。

2.物聯網的關鍵技術

物聯網是以RFID為基礎，加上網絡技術、數據庫技術等眾多先進技術的支持才得以組建成的。其中涉及多個領域，下面對其中的幾種關鍵技術進行簡單介紹。

2.1RFID技術

RFID（Radio Frequency IDentification），即射頻識別，又可稱電子標簽，是利用無線射頻識別技術識別目標對象并獲取相關信息的一種非接觸的自動識別技術。從硬件設備上來看，它主要包括電子標簽和識讀器兩個部分，可實現近程通信。RFID通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，其識別過程無須人工干預，因此可在各種惡劣的環境中使用，RFID技術還可識別高速運動的物體，并可同時識別多個標簽，操作簡單、快捷、方便。其可與互聯網、通信等技術結合起來使用，以實現全球范圍內的信息共享和線索跟蹤。[3]

2.2傳感技術

絕大部分計算機能夠處理的只有數字信號，因此使用計算機處理信息必須要用傳感器將模擬信號轉換成數字信號。傳感技術是計算機應用中的關鍵技術，傳感器是機器感知物質世界的“感覺器官”，是物聯網的重要支撐。物聯網正是通過遍布在各個角落的傳感器及它們組成的無線傳感器網絡來收集現實世界的信息乃至感知整個物質世界的。物聯網以傳感器感知物質世界中的各種信號，從而為系統地處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。

2.3數據融合與挖掘

物聯網的廣泛應用令終端數量快速增長，數據量和信息量激增，信息種類、數量成倍增加，因此這就涉及多個系統之間各種信息數據的融合問題。要想從海量的數據中挖掘出隱藏的信息是十分困難的，這給數據計算帶來了極大的挑戰。數據融合是對海量數據自治的結算和應用融合，以實現信息合理的利用處理，降低帶寬占用率，減少能耗，提高響應速度。到目前為止，物聯網的數據融合多采用云計算的方式，云計算是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式。智能處理是物聯網的特征之一，而云計算大規模、虛擬化、多用戶、高可靠性、高可擴展性等特點正是物聯網規模化、智能化發展所需的技術。采用云計算技術可實現信息存儲資源和計算能力的分布式共享，為信息的高效利用提供支撐。

3.物聯網信息采集機制

前端的信息采集是物聯網的核心問題，信息采集是物聯網智能化的重要標志之一。因而本文在此特別對物聯網的信息采集機制予以說明。

所謂的信息采集，即通過感應器進行數據收集并實時準確地將系統中不同結點處的分布式識讀器所采集到的數據向信息處理層傳遞的過程。物聯網的信息采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技術，主要在感知層內進行。信息采集的目的是獲取用戶感興趣的信息，由于將所有數據傳輸到匯聚節點會造成網絡負載過大，因此在滿足應用需求的條件下，可采用數據壓縮、數據聚集和數據融合等網內數據處理技術對信息進行處理。

在物聯網系統中，數據的采集是一項重要的基礎性工作。要實現信息采集，首先要根據信息的不同內容和格式在物體上部署各種類型的傳感器，從而大范圍地、及時地、準確地捕獲各類信息。這些傳感器通過貼在產品上的條形碼等讀取位于射頻標簽內的存儲數據，并通過網絡進行數據傳輸和信息交互。除此之外，還必須構建各種網絡協議以確保數據的安全。使捕獲來的信息方便地共享，發揮其最大價值。其次還必須利用各種智能手段從信息中提取有用的數據。傳感器捕獲的信息并非全部具有價值，必須從海量的信息中智能地挑選出有用的數據，滿足不同的使用要求。[4]本文以物聯網信息采集系統的事件監控和周期性數據匯報功能為例說明物聯網的信息采集機制。

事件監控應用是物聯網的一種重要應用，主要用于緊急事件，如地震、火災等的監測。在緊急事件發生之時，人們可以通過物聯網的事件監控應用，及時快捷地確定事件發生的范圍、區域、情況等，以便盡快做出相應的對策。首先必須要在需要監視的區域中覆蓋傳感器，傳感器節點根據用戶提交監測請求對數據進行采集，在節點之間進行通信和數據傳遞，最終通過網關將數據傳遞給服務器并對數據進行檢測，當發現異常數據時，則以用戶要求的方式通知相關人員。

周期性匯報是物聯網的另一種重要應用，可用于對環境和數據進行分析的情況。用戶對收集來的數據進行統計分析，以便找出其中的規律，并對之后的變化進行預測，及時做出反應。傳感器網絡對數據進行周期性的采集，并在節點之間相互通信，通過網關周期性將數據傳遞給服務器并儲存于數據庫中，之后再使用各種工具對收集來的信息進行分析，從而找出其中規律，并對之后的情況予以預測。[5]

4.結語

物聯網將傳統的信息通信網絡延伸到了人們生活的物質世界中，滿足了人類對物質世界網絡化、信息化、智能化的溝通的需求。不過由于目前對物聯網的研究尚處于起步階段，在技術上面還存在很多難點和問題，如物聯網相關標準不統一、信息傳輸安全有待加強等，這些難關還需要技術人員和研究人員逐漸攻克。物聯網在許多領域有著廣泛的應用前景，其依托于現有的網絡，通過各種技術讓物品與網絡結合在一起，最終將最大限度地改變我們的生活，具有很大的市場潛力，根據其可以延伸出許多創新應用方式。

參考文獻：

[1]呂廷杰.物聯網的由來與發展趨勢[M].北京：北京郵電大學，2010：248-151.

[2]孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯網：概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報，2010，33（3）：1-9.

[3]朱洪波，楊龍祥，于全.物聯網的技術思想與應用策略研究[J].通信學報，2010，11：1-8.

[4]黃濤.物聯網技術與應用發展探討[J].信息通信技術，2010.

[5]劉強.物聯網關鍵技術與應用[J].計算機科學，2010，37（6）：1-10.