探究物聯網關鍵技術與應用

摘 要：物聯網被認為是繼計算機、互聯網之后的第三代信息技術領軍者，是信息產業的方向標，并將不斷地推動著行業信息化的深化發展。物聯網因其巨大的應用前景，受到世界各國的高度關注。因此，探究物聯網關鍵技術及其應用具有重要的現實意義。該文從物聯網的基本概念入手，主要探究物聯網的關鍵技術及其應用，分析我國物聯網的發展優勢并提出了幾點建議，以期推動我國物聯網技術的發展。

關鍵詞：物聯網 互聯網 關鍵技術 應用

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（a）-0041-02

世界科學技術發展日新月異，繼計算機、互聯網在信息領域掀起革命浪潮以后，物聯網被看作是世界信息領域的又一次重大變革，在世界信息領域異軍突起。物聯網被確定為我國今后的七大戰略性新興產業之一，各省市紛紛表示進軍物聯網發展領域。但從整體上來看，物聯網的研究還處于起步階段，特別是在我國的物聯網研究中，主要偏重于它在終端設備以及應用方案等應用上，相對于發達國家而言，我國的物聯網研究比較缺乏硬件設備如MEMS（微電子機械系統）、傳感器等的技術創新，對物聯網的關鍵技術、體系架構等的研究還不深入。因此，加強物聯網的關鍵技術研究，意義重大。

1 物聯網的界定

狹義上的物聯網是指物與物之間相連的互聯網，包括物品到物品以及物品到識別管理設備的相連；廣義上的物聯網則是指物理空間與信息空間的有效融合，即是現實空間與虛擬空間的相互融合，將事件與物體網絡化和數字化，從而實現物與物、物與人之間的信息交互，以達到物品的監控定位、自動識別以及遠程控制的目標。本文立足于廣義上的物聯網進行物聯網關鍵技術研究。

物聯網在現有的互聯網基礎上進行信息傳輸，將互聯網的終端擴展到了物品實物上，并與現有的物聯網一起構成一個更智能廣泛的網絡，通過這一網絡可以實現任何時間、地點以及任何物品的連接，從而達到遠程控制聯網物品的目的。

2 物聯網的關鍵技術研究

2.1 物聯網體系的架構

根據廣義上的物聯網概念，物聯網的構架組成主要可分為三層：一層是感知數據的感知層、二層是進行數據傳輸的傳輸層，三層及最上層的內容應用層。各層情況具體如下。

（1）感知層。感知層是通過M2M終端、RFID移動終端、感知節點以及匯接節點等獲取信息，從而進行網絡的傳輸。感知層是使物聯網進行全面感知的核心能力層，它的不同形態的終端都具有不同的功能，如感知節點可以進行隨時隨地的信息感知、測量與信息傳遞；匯接節點可以進行數據的匯聚、分析以及數據的處理和傳送。此外，還包含了M2M終端、通信網以及傳感網間的網管、末梢傳感器等。感知層的主要特點在于它具有標識感知、嵌入智能以及協同互動的能力。

（2）傳輸層。傳輸層通常解決感知層獲取的數據的長距離傳輸的問題。這些數據的傳輸可以通過國際互聯網、移動通信網或者小型局域網等網絡進行傳輸。傳輸層具有激活或終止網絡的連接；路由的選擇與中斷；差錯檢測及其恢復；信息存儲查詢以及網絡管理等各種功能，為建立網絡連接服務。

（3）應用層。應用層主要利用經分析處理后的感知數據，為物聯網用戶提供服務，這一層主要解決人機界面問題以及信息處理問題。發展物聯網技術的根本目的就是為用戶提供服務，應用層將個人以及行業信息的需求與物聯網的技術結合起來，提供更廣泛的應用服務。應用層的應用服務類型可以分為遠程抄表等的查詢型應用、遠程醫療等的控制型應用、物流監控等的監控型應用以及掃描型應用等。

2.2 物聯網的關鍵技術研究

物聯網在誕生的初期，關于它的關鍵技術研究相對較少，但隨著經濟和科學技術的發展，關于其關鍵技術研究數量急劇增加，物聯網的技術細節涉及各方各面，例如RFID（射頻識別）、WSN（無線傳感網）、IVP6技術、云計算、納米技術、傳感器探測技術、認知計算機和智能控制技術等等，技術涉及范圍廣。

（1）無線傳感網。無線傳感網是物聯網的核心以及神經，是進行物聯網研究的重點。由于多數的物聯網終端都具有隨機分布性和移動性，因此就決定了無線傳感器必須要有高效智能、快速穩定的特性，從而滿足高密度、大規模、低成本、低功耗、強容錯、節點對等、動態拓撲的基本要求。

（2）IPV6技術。現目前的IPV4地址已經出現了地址枯竭的現象，而IPV6技術的出現，能夠為物聯網的終端提供足夠的且滿足條件的IP地址；同時IPv6內嵌的安全機制提供的安全環境比IPV4網絡更安全，在IPV6的協議棧中內嵌了IPSec協議，此協議可以提供兩端數據的加密通信，而且IPV6所支持的子網節點的數量非常巨大，增大了黑客掃描的難度，因此，相較于IPV4而言，IPV6更加安全；此外，IPV6的數據采用了一個20位Flow Labe字段以及一個8位Class字段進行識別傳輸，傳輸質量遠遠高于IPV4的傳輸，而且就IPV6本身的屬性而言，如地址的自動配置、動態家鄉代理地址等，決定了IPV6在解決高速率以及移動性等問題上更具優勢。因此，物聯網要實現廣泛應用的要求，IPV6技術必不可少。

（3）傳感器探測技術。傳感器是感知物聯網自身的內外部運行環境中最為關鍵的部分，傳感器技術為物聯網進行信息的傳輸、信息的分析以及反饋提供了有效的技術支撐。由于科學技術的日新月異，新時期的傳感器發展的主要趨勢越來越傾向于網絡化與智能化，并且向著智能嵌入式的Web的傳感器方向發展。各類微型的傳感器節點有效地布置在監測區內，利用無線通信的方式，有效地鏈接為一個有序的組織網絡，從而組成了無線傳感器網絡，實現了傳感器的網絡化，是物聯網發展的一個重要的標志。在我國，傳感器技術的發展方向主要有傳感器底層協議及網絡組織結構研究、傳感器的網絡安全問題及其自身檢測和控制研究、網絡化控制與先進測試技術等傳感器探測技術的研究。

（4）認知計算機和智能控制技術。當前，人工智能技術的主要研究方向就是認知計算機，它主要通過對人腦感覺意識、行為能力進行模仿，從而實現控制的目的，它具有消耗能量低、空間占用小的優勢。在物聯網的發展過程中，具有能夠從環境中獲得物體自身的行為，才能有效地控制連接物體，為物聯網提供大量的判斷依據。

（5）RFID技術。RFID技術又稱射頻識別技術，它利用射頻信號并通過電磁場或者交變磁場（空間耦合）以達到無接觸的信息傳遞的目的，并利用所傳遞的信息進行識別。物聯網RFID技術興起以后，被廣泛應用于零售、物流等行業。

（6）云計算技術。隨著物聯網的應用發展，其終端的數量會大量增加，這就需要借助于強大的信息處理中心，為了適應這一需求，云計算應運而生，它可以為物聯網提供高效的計算與存儲能力，并提供網絡引擎給物聯網。

3 物聯網的應用研究

物聯網具有廣泛的應用前景，從物聯網發展以來，進行了各個領域的物聯網應用研究，其中最為典型的應用有智化城市社區建設、智能交通建設等。

（1）智能化城市社區建設。物聯網的智能化城市社區建設是利用現有的網絡融合技術、系統集成技術以及物聯網技術，科學地擴展當前建筑的服務好及功能，是社區建設集人性化與智能化于一體，形成高檔的智能城市社區，從而滿足人們居住環境成本低、質量高的需求，為人們提供一個更舒適的居住環境。

（2）智能交通建設。智能交通建設主要利用數據處理技術、自動控制技術、網絡技術以及傳感器技術等運用到交通運輸管理系統中，從而建立一種準確高效的現代交通運輸管理系統。例如可以在汽車上安裝一個RFID嵌入式芯片，利用這一芯片來識別汽車身份，監控當前路況信息，并適時進行信息發送與接收，以確保道路交通安全。

除以上的應用領域以外，隨著物聯網技術的不斷推廣和成熟，它必會被應用于人們的生活、工作、學習的各個領域，未來必將是物聯網的世界，如數字家庭、數字醫療以及定位導航等各領域都離不開物聯網技術，物聯網技術將無處不在，以各種形式影響和改變著人們的生活。

4 我國物聯網的發展優勢及建議

我國在物聯網的通信網以及傳感網領域的技術研發水平位居世界前列，如在傳感網領域，我國與美、德并列成為國際標準制定主導國，擁有許多知識產權和專利，且我國的無線網絡覆蓋面廣，掌握有物聯網的世界話語權，傳感網與無線網絡結合后，物聯網在我國產生了更廣泛的應用。但相應的，為了趕上物聯網熱潮，各企業趁機倒賣傳感設備，另外在低碳號召下，各風電產業一哄而上，造成大量重復建設、產能過剩現象出現，為避免此類現象發生，我國物聯網發展須注意以下幾點：

（1）統籌規劃，示范推進。由我國各部門如科學院、交通部、能源局能開展有效的設計與規劃，并選擇基礎較好的行業或部門進行工程示范，避免盲目發展以及重復建設。

（2）加強硬件研究，形成協調機制。我國在物理網絡技術研究中最薄弱環節就在于納米材料、系統級芯片設計技術以及微電子技術，加大技術研究的投入力度。此外，可以組織物聯網協調組織，形成協調機制。

此外，在我國物聯網的發展中，還要加強智能技術的研究，探索新型的科技舉國體制，推動科技發展的力度，制定物聯網的戰略性發展策略。

物聯網技術發展方興未艾，在進一步探索其關鍵技術與應用研究的同時，還應該集中解決物聯網的發展難點，如系統開放、數據安全以及個人隱私等。我國在物聯網發展領域要結合自身優勢、克服難點，加大硬件基礎研究，抓住機遇與挑戰，實現物聯網的技術突破。

參考文獻

[1]張凌峰，孟忻，芮鶴齡，等.物聯網關鍵技術及應用研究[C]//中國通信學會.中國通信學會第六屆學術年會論文集（下）.中國通信學會，2009.

[2]劉林.物聯網關鍵技術應用在公路集裝箱物流運輸中的探索[J].科技風，2012（24）：36.

[3]何可.物聯網關鍵技術及其發展與應用[J].射頻世界，2010（1）：32-35.

[4]趙海霞.物聯網關鍵技術分析與發展探討[J].中國西部科技，2010（14）：25-26.

[5]郭苑，張順頤，孫雁飛.物聯網關鍵技術及有待解決的問題研究[J].計算機技術與發展，2010（11）：180-183.

[6]徐穎秦，謝林柏.物聯網關鍵技術和主要問題探討[J].工業儀表與自動化裝置，2011（2）：10-12.

[7]黃孝彬，毛培霖，唐浩源，等.物聯網關鍵技術及其發展[J].電子科技，2011（12）：129-132.

[8]唐川，姜禾，張娟，等.物聯網關鍵技術發展態勢分析[J].科學觀察，2012（1）：6-21.