淺析物聯網技術與相關技術的結合應用

◆靳祺楨

（天津工業大學計算機科學與軟件學院 天津 300387）

淺析物聯網技術與相關技術的結合應用

◆靳祺楨

（天津工業大學計算機科學與軟件學院 天津 300387）

物聯網技術由提出到今天已有近20年的時間，伴隨著物聯網技術的發展，許多新興技術也發展了起來，共同構建起了物聯網生態系統。本文通過對物聯網與開源硬件、物聯網與云計算、物聯網與app以及物聯網與RFID之間的關系的分析，通過一些典型的物聯網應用場景理清了物聯網技術與相關技術之間的關系，為物聯網應用開發提供新的視角和思路。

物聯網技術；開源硬件；云計算；app；RFID

0 引言

物聯網技術的概念最早是由麻省理工學院在上個世紀末率先提出的，經過將近20年的發展，物聯網已經由最初的概念迅速發展成了時下最熱門的產業之一。在物聯網的三層體系架構中，每一層中都包含著眾多的相關技術，例如感知層的傳感器技術、網絡層的網絡技術與應用層的軟件開發技術，這些技術與物聯網技術相輔相成，共同構成了大環境下的物聯網生態系統。換句話說，物聯網實質上是在眾多的新興技術與成熟技術的基礎上發展起來的，因此，理清物聯網技術與這些技術之間的關系，可以更好地幫助我們進行物聯網應用的設計與開發。

1 物聯網與開源硬件

開源硬件是指與自由及開放原始碼軟件相同方式設計的計算機和電子硬件。開源硬件開始考慮對軟件以外的領域開源，是開源文化的一部分。目前市場上主流的開源硬件有Arduino、樹莓派等。世界各地“創客”之間通過網絡相互交流開發經驗，互通有無，充分利用了互聯網的優勢大力促進了技術的發展和進步。

在物聯網應用的開發中，開源硬件往往起著感知層的核心控制的作用，例如可以利用樹莓派開發傳感器節點進行相關數據的采集，相比較利用單片機開發此類的傳感器節點，利用樹莓派開發的開發周期會大大地縮短，同時在開發難度上也會有所降低。

以樹莓派為例，其豐富的GPIO引腳為開發者提供了充分的想象空間，有樹莓派發燒友甚至利用樹莓派和一臺老舊的微波爐創造出了充滿想象力的智能化微波爐，它支持語音操控和手機/平板操控，并且可以通過掃描產品條形碼自動烹飪食物。要知道，在開源文化的環境下，開發者會將開發項目所需的所有硬件原理圖和程序源代碼都公布在網絡上，換句話說，每一個普通人都可以根據這些豐富的資料將別人的創意進行重現甚至在此基礎上創新出更好的產品。這對于物聯網的發展是很有利的，在開源文化的指引下，每個人都是物聯網產品的設計者，每個人都是物聯網產業的推動者?？梢灶A見，在未來，物聯網將融入每一個普通人的生活，我們將自己動手創造屬于自己的物聯網產品。

可以說，開源硬件的未來就是物聯網的未來，近幾年，主流開源硬件的價格在逐年降低，生產量卻在逐年上升，這無疑對物聯網產業的發展是有利的，在降低開發成本的同時，可供開發的開發板種類越來越豐富，開源硬件為開發者提供了一個全新的思路，更為物聯網技術注入了新的活力。

2 物聯網與云計算

云計算是由分布式計算（Distributed Computing）、并行處理（Parallel Computing）和網格計算（Grid Computing）發展而來的一種計算模式。解放軍理工大學劉鵬教授對云計算作出的簡短定義是“云計算是通過網絡按需提供可動態伸縮的廉價計算服務”，通過這一定義可以看出，云計算這種“按需提供”、“動態”和“廉價”的特點，充分適應了物聯網應用的開發特點。

進行物聯網應用開發，我們至少需要以下三個必要條件：（1）傳感器等電子元器件；（2）網絡通信；（3）對大規模數據的處理能力。然而，云計算能夠很好的滿足這些條件。隨著物聯網產業的發展，物聯網終端的數量將呈現出指數型增常趨勢，借助云計算處理海量信息，進行輔助決策，提升物聯網信息處理能力將成為物聯網開發的必要手段。

目前，世界上各大云計算服務提供商均相繼推出了一系列的與物聯網應用開發相關的云計算服務——“物聯云”的概念應運而生。在國內主要有阿里物聯云平臺——阿里智能、中國移動物聯網開放平臺——OneNET等，在物聯云下，物聯網應用的開發將變得更加簡單。利用供應商提供的API接口，那些沒有什么開發經驗的開發者，甚至都可以輕松地完成簡單的物聯網應用開發。由此可見，云計算作為一種虛擬化、硬件/軟件運營化的解決方案，可以為物聯網提供高效的計算、存儲能力，為泛在鏈接的物聯網提供網絡引擎。

3 物聯網與app

智能手機的迅速普及推動了嵌入式系統應用軟件開發的熱潮，目前市場上三大主流的手機操作系統，Android、IOS和Windows Phone均在市場上占有一定的份額。這樣的環境恰好為物聯網應用開發提供了機會。

app可以很好的為用戶與下層繁雜的軟件架構與硬件之間提供一個便于理解、易于操作的接口。一款界面友好，功能豐富，操作簡便的app無疑可以讓用戶更好的享受物聯網給人類生活帶來的便捷。盡管現在有越來越多的人提倡“物聯網去app化”，甚至有人提出通過app實現將物與物相連結是最初級的物聯網，但是不得不承認的是，就目前的情況而言，利用app實現人與物、物與物的相聯，是最便捷同時也是最具有市場的一種做法。當然，隨著人工智能的認知技術等技術的發展成熟，物聯網的未來一定是可以實現現實世界與虛擬世界的聯接的，到那時，app也將成為過去式。

4 物聯網與RFID

RFID技術，即射頻識別技術，是利用射頻信號通過空間耦合實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的一項技術。物聯網技術的發展離不開RFID技術的發展，在早期，物聯網技術就被人們簡單的認識為傳感器技術和RFID技術的綜合應用。隨著RFID技術的發展，無源標簽的廣泛應用，RFID的可讀些范圍也越來越遠。特別是近幾年，隨著高頻、超高頻RFID技術的發展，使RFID技術在物聯網中的應用場景不再局限于“交通卡”、“身份證”這類的近距離應用。國際物聯網貿易與應用促進協會（IIPA）發布的《2013-2017年中國RFID行業調研報告》指出，盡管超高頻RFID的市場進展不及預期，但在2010-2012年間，中國超高頻RFID市場規模以年均78%的復合增長率在快速擴張。IIPA預測，2017年將成為超高頻RFID超過高頻市場份額的分水嶺。也就是說，在未來的幾年，超高頻RFID將成為市場的主流。

盡管目前RFID標簽的價格仍然是阻礙這一技術進一步推廣的主要因素，但我們可以看到，RFID的標簽的價格正在大幅下降，隨著技術的成熟和應用場景的增多，RFID標簽成本會自然的下降。就目前來看，RFID在物聯網中應用主要可以歸納為三個大的方面：（1）通道管理，例如我們常見的門禁管理，停車場管理等；（2）數據采集與身份認證，例如身份證，社?？ㄒ约澳壳霸诟咝Ｖ斜粡V泛使用的“一卡通”等；（3）定位，定位系統用于自動化管理中對車輛、人員、生產物品等進行定位。例如博物館物品定位、監獄人員定位、礦井人員定位等。

5 物聯網的未來

在典型的物聯網三層體系結構中，每一層都包含著許多的技術。在感知層，我們需要更先進的數據采集技術和體積更小、能耗更低的傳感器節點；在網絡層，我們需要更穩定、容錯性更強的網絡結構和路由算法，更需要云計算提供更廉價、存儲量更大、讀寫速度更快的數據存儲技術；在應用層，我們需要功能更強大，界面更美觀、更友好的客戶端?？梢钥吹?，這是一個物聯網技術與相關技術共同發展的過程，每一個環節的進步都將為物聯網的發展注入新的能量。

物聯網作為互聯網的一種延伸和發展，必將在今后的發展過程中面臨同當初互聯網發展面臨的問題類似的困難。在物聯網的生態體系結構中，無論從底層硬件到上層軟件，從傳感器節點部署到異構網絡融合，還是從物聯網安全管理到市場的拓展與開發，物聯網的未來發展，將不僅僅局限于一種或兩種技術的發展這么簡單，它需要技術人員與管理人員的共同參與，學界、企業與政府的共同協作。物聯網的發展就好比一條食物鏈一般，下游技術的發展和繁榮將促進上游技術的發展和繁榮，各種技術之間相互促進，相互借鑒才能共同促進物聯網技術的發展。

在未來，物聯網產品將成為人類生活的必須品，人類的生活方式和思維方式也必將隨著物聯網的發展而發生巨大的改變。同時，作為應用的開發者，應該廣泛地將新興的技術與物聯網技術相結合，利用相關技術的優勢滿足廣大用戶不斷增長的對于物聯網應用的功能需求。

[1]錢志鴻，王義君.物聯網技術與應用研究[J].電子學報，2012.

[2]程曼，王讓會.物聯網技術的研究與應用[J].地理信息世界，2010.

[3]董新平.物聯網產業成長研究[D].華中師范大學，2012.

[4]蒙海濤，張驥，易曉娟，薛嬌嬈.物聯網技術在環境監測中的應用[J].環境科學與管理，2013.

[5]燕妮.淺論物聯網技術的應用研究[J].科技信息，2013.

[6]蘇美文.物聯網產業發展的理論分析與對策研究[D].吉林大學，2015.

表2 電力行業的相關政策

3 電力信息系統安全等級保護中等級測評的應用

電力信息系統安全等級測評涵蓋以下方面：

（1）在確定電力信息系統安全保護等級之后，通過等級測評的實施，對系統是否達到相應級別的安全保護能力進行有效評估。

（2）整改電力信息系統之后，對建設整改的效果通過等級測評進行評價，對系統是否具有相應等級的安全保護能力進行評估。

（3）電力信息系統運行維護時期，通過合理的等級測評，對系統運行過程中存在的薄弱環節進行測評，從而確保系統具有相應級別的安全保護能力。

電力系統等級測評在實施過程中，應該保證測評對電力生產系統的連續性與實時性不會造成影響，在等級測評過程中通過測評經驗的積累，使測評水平不斷提高。

4 小結

在等級保護的實施過程中，管理者需要進行積極的探索與實踐，在工作過程中真正落實等級保護。實施電力行業中二次防護工作，不斷應用等級保護，基于等級保護使電力系統的發電系統、調度系統、配電網系統、營銷系統等電力信息系統的安全得到保障，并且提高系統的運行效率，降低運行成本，這對電力行業的信息化建設具有深遠的影響。

參考文獻：

[1]余勇，林為民.電力行業信息系統等保護的研究及實施[J].信息網絡安全，2009.

[2]唐斐.信息安全等級保護標準在電力行業的應用[C].2012年電力通信管理暨智能電網通信技術論壇論文集，2013.