物聯(lián)網(wǎng)及其核心技術(shù)解析

河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息與電子工程學(xué)院　劉　博

物聯(lián)網(wǎng)及其核心技術(shù)解析

河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息與電子工程學(xué)院劉博

物聯(lián)網(wǎng)集合了各種感知技術(shù)，主要解決物品與物品，人與物品，人與人之間的互連，所以，物聯(lián)網(wǎng)至少應(yīng)具備三個(gè)關(guān)鍵特征：全面感知，互通互聯(lián)和智慧運(yùn)行。本文詳細(xì)闡述了對(duì)物聯(lián)網(wǎng)概念的解析、體系架構(gòu)組成以及其主要的核心技術(shù)，為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的規(guī)劃發(fā)展提供一定的依據(jù)和參考。

物聯(lián)網(wǎng)概念；體系架構(gòu)；核心技術(shù)

一、物聯(lián)網(wǎng)的概念解析

物聯(lián)網(wǎng)（英文簡(jiǎn)稱為IOT，即Internet of Things）是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)達(dá)到物物相連的一種網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物體與物體之間、環(huán)境以及狀態(tài)信息實(shí)時(shí)的共享以及智能化的收集、傳遞、處理、執(zhí)行。其本質(zhì)是就是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)利用物聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)層次（主要是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層）的關(guān)鍵技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)物體的自動(dòng)識(shí)別和信息（數(shù)據(jù)）的互通互聯(lián)。它與互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別在于，互聯(lián)網(wǎng)以人為本，信息的采集、處理和傳輸都是由人來(lái)完成，而物聯(lián)網(wǎng)則是以物為核心。

物聯(lián)網(wǎng)的概念還可以從以下幾個(gè)方面來(lái)解析：

（1）物聯(lián)網(wǎng)是指把世界上所有的物體都聯(lián)接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)物體的互通互聯(lián)，這中間涉及各種通信網(wǎng)絡(luò)（包括Zigbee、WiFi、藍(lán)牙、3G、4G等）和互聯(lián)網(wǎng)相互融合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的可靠傳遞實(shí)現(xiàn)物體信息的共享。

（2）簡(jiǎn)單的來(lái)講，物聯(lián)網(wǎng)就是將RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）、WSN（無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)）和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合為用戶提供生產(chǎn)生活的各方面的服務(wù)。

二、物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)主要有感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層組成。

（1）感知層即實(shí)現(xiàn)全面感知，利用各種感知、捕獲和測(cè)量的技術(shù)手段，實(shí)時(shí)的對(duì)物體進(jìn)行信息的采集和獲取。就是指物體的信息通過(guò)智能感應(yīng)裝置（比如條形碼、電子標(biāo)簽、攝像頭、各種傳感器、紅外感應(yīng)、衛(wèi)星定位等）被感知，完成各類物理事件和數(shù)據(jù)的采集，然后經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)（包括局域網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等）進(jìn)行傳輸，到達(dá)指定的中心進(jìn)行信息處理，最終實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間的自動(dòng)化信息交互與處理的智能網(wǎng)絡(luò)。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層一般指無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)傳輸層位于感知識(shí)別層和應(yīng)用支撐層中間，負(fù)責(zé)兩層之間的數(shù)據(jù)傳輸，常用的短距離無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)有：ZigBee、WiFi（Wlan）、WiMAX、Bluetooth（藍(lán)牙）等，長(zhǎng)距離無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)有：3G網(wǎng)絡(luò)（GPRS、GSM、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000等）以及現(xiàn)在正在普及的4G網(wǎng)絡(luò)等。

由感知識(shí)別層采集的數(shù)據(jù)（傳感器、RFID、攝像頭等感知設(shè)備所獲取數(shù)據(jù)）需要經(jīng)過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心、控制系統(tǒng)等地方進(jìn)行信息處理、存儲(chǔ)，傳感器網(wǎng)通過(guò)協(xié)同信息處理實(shí)現(xiàn)自組織組網(wǎng)，依次來(lái)完成信息傳輸。現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸層一般都在目前已有的移動(dòng)通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上來(lái)建立。

（3）應(yīng)用層主要提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)的智能處理和服務(wù)支撐平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)的分析和處理。包括應(yīng)用支撐提供各種接口、中間件技術(shù)、云計(jì)算和各種應(yīng)用終端軟件等。

三、核心技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)從各個(gè)層面上來(lái)分有以下幾點(diǎn)：無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（簡(jiǎn)稱RFID）、傳感器技術(shù)、無(wú)線傳感網(wǎng)、嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、服務(wù)端編程和移動(dòng)終端應(yīng)用等等。

射頻識(shí)別技術(shù)又叫電子標(biāo)簽技術(shù)，是一種可通過(guò)無(wú)線識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，無(wú)需建立機(jī)械或光學(xué)接觸的無(wú)線通信技術(shù)。系統(tǒng)一般都由標(biāo)簽、閱讀器、編程器（主機(jī)）、天線幾部分組成。RFID標(biāo)簽上存儲(chǔ)著規(guī)范而具有互用性的信息，可實(shí)現(xiàn)物品信息的無(wú)線非接觸識(shí)別，這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于物流、交通、身份識(shí)別、安防等領(lǐng)域。

傳感器技術(shù)是自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)的總稱。傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。傳感器可以獲取大量人類感官無(wú)法直接獲取的信息。這是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)之一。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)既包括Zigbee等無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，也包括為藍(lán)牙技術(shù)、WIFI技術(shù)、IPv6技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)需要更多的IP地址，IPv4資源有限，現(xiàn)在需要IPv6來(lái)支撐。物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，然而真的要把物和物連接起來(lái)，除了需要各種傳感器，首先要給他們每個(gè)都貼上一個(gè)標(biāo)簽，也就是每個(gè)物體要有自己的IP地址，這樣用戶才能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)。在IPv6可以讓人們擁有幾乎無(wú)限大的空間，就能構(gòu)筑一個(gè)人人有IP、物物相連的物聯(lián)網(wǎng)世界，那么IPv6將是物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用的基石。

嵌入式網(wǎng)關(guān)技術(shù)，嵌入式網(wǎng)關(guān)是一個(gè)中央數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元，基于傳統(tǒng)嵌入式技術(shù)，運(yùn)行復(fù)雜的嵌入式操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)傳感無(wú)線網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互。

云計(jì)算技術(shù)，云計(jì)算平臺(tái)作為海量感知數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析平臺(tái)，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展必不可少的部分，云計(jì)算已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的云存儲(chǔ)和對(duì)計(jì)算能力的需求，它越來(lái)越是大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能三位一體的融合。

移動(dòng)終端應(yīng)用技術(shù)，隨著智能化無(wú)線移動(dòng)終端的流行，傳統(tǒng)應(yīng)用也都隨之轉(zhuǎn)移，它是人機(jī)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)話應(yīng)用也成為人與物品（商品）之間溝通的窗口。

四、小結(jié)

本文物聯(lián)網(wǎng)的基本概念出發(fā)，并從多個(gè)層面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的概念進(jìn)行解析，然后又對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)組成和主要的核心技術(shù)進(jìn)了簡(jiǎn)要的闡述，為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的規(guī)劃發(fā)展提供一定的依據(jù)和參考。

［1］陳鈺瑩，付蔚，劉謀黎.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

［2］張世錦.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015，7.

［3］董耀華.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2012.

［4］宋文.無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.