物聯網技術與應用

胡春園 毛雪冬

摘 要：隨近幾年來著發展的要求，物聯網技術受到了人們的廣泛關注，逐漸成為當今世界IT領域的三大熱點技術之一。如果說連上互聯網，我就是世界的中心，那么接入物聯網，我就是世界的眼睛，給我一個RFIO，我能掌握世界。本文介紹了物聯網的定義，對國內外的物聯網的發展現狀進行分析，闡述了物聯網的體系架構、物聯網的產業鏈及物聯網的應用等。這篇文章將帶領大家走進物聯網的世界。

關鍵字：物聯網；RFID技術；傳感技術；應用實例

1 物聯網的概述

1.物聯網的定義

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。

物聯網的英文名字是“The Internet of things”顧名思義，物聯網就是“物體相連的互聯網”這有兩層意思：第一，物聯網的核心和基礎仍然是物聯網，是在互聯網的基礎上的延伸和擴展的網絡：第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信。

因此，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，把任何物體與物聯網相連，進行信息交換和通信，以實現對物體的識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。目的是讓所有的物品都與網 絡連接在一起，方便識別和管理。其核心是將互聯網擴展應用于我們所生活的各個領域。

2.基本特點

1.全面感知：利用RFID、傳感器、二維碼、衛星、微波，及其他各種感知設備隨時隨地采集各種動態對象，全面感知世界。

2.可靠地傳送：利用以太網、無限網、移動網將感知的信息及時傳送。

3.智能控制：對物體實現智能化控制和管理，真正達到人與物的溝通。

3.基于物聯網的研究熱點

1.標準化的制定（設備、接入、管理、通信、輸出）

2.傳感器的應用（制造、感應、編碼寫入、數據傳輸）

3.安全技術（設備自身安全、網絡安全、傳輸安全、隱私保護）

4.數據存儲（海量數據存儲、快速查詢、保密）……

2 關鍵技術

1.RFID技術

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。

基本組成部分：

1）標簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；

2）閱讀器（Reader）：讀取（有時也可以寫入）標簽信息的設備，可設計為移動式或固定式；

3）天線（Antenna）：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

工作原理：標簽進入磁場后，接收到閱讀器發出的射頻信號，無源標簽或被動標簽憑借射頻電磁波束中所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息，有源標簽或主動標簽則主動發送某一頻率的信號；閱讀器讀取信息并解碼后，將信息送至中央信息系統進行相關數據處理。

關鍵技術如下：

1）標簽的能量供應 ：有源標簽自帶電池，用于給數據載體供電。而無源標簽工作所需能量則從射頻電磁波束中獲取，和有源射頻識別系統相比，無源系統需要較大的發射功率，射頻電磁波在標簽上經射頻檢波、倍壓、穩壓、存儲電路處理，轉化為標簽工作所需的工作電壓。

2）標簽到閱讀器的數據傳輸標簽回送到閱讀器的數據傳輸方式可歸結為三類：

（a）利用負載調制的反射或反向散射方式（反射波的頻率與閱讀器的發送頻率一致）；

（b）利用閱讀器發送頻率的次諧波傳送標簽信息（標簽反射波與閱讀器的發送頻率不同，為其高次諧波（n倍）或分諧波（1/n倍））；

（c）其它形式。

3）數據傳輸的完整性與安全性 。

4）由于數字信號在傳輸的過程中會受到干擾，故其傳輸至接收端可能發生誤判，為保證數據的完整性，可以使用校驗法和法來識別傳輸錯誤并進行校正，最常用的是奇偶校驗法以及冗余校驗法。在與安全相關的領域，例如出入系統、售票系統越來越多地應用射頻識別系統，在數據傳輸的過程中難免不受到攻擊，因此必須采取一定的防范措施保證數據安全，例如可以通過在閱讀器與標簽之間建立密鑰來對要傳輸的數據進行加密，以達到安全的目的。

2.傳感器技術

傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理條件（如光、熱、濕度）或化學組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其它裝置或器官。國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。根據傳感器工作原理，可將其分為三大類：

（1）物理傳感器

物理傳感器應用某些物理效應，如壓電效應，磁致伸縮現象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應，將被測信號量的物理量轉換成便于處理的電信號。

（2）化學傳感器

化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象為因果關系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉換成電信號。

（3）其它 幾種常見的傳感器如下：

電阻式傳感器、電阻應變式傳感器、壓阻式傳感器、熱電阻傳感器、 溫度傳感器、光敏傳感器等等

3.無線傳感器網絡WSN

無線傳感網絡（WSN）是由大量傳感器節點通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網絡系統，其目的是協作感知，采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象信息，它能夠實現數據的采集的量化，處理融合和傳輸應用。

3 物聯網的應用實例

a）城市市政管理：城市地圖導航，市政交通管理，環保監察，公共設施信息，租賃通等；

b）農業園林：精細農業，將無線傳感器網絡布設于農田、園林、溫室等目標區域，網絡節點大量實時的收集溫度、濕度、光照、氣體濃度等物理量，精準的獲取土壤水分、養分程度、電導率、PH值、氮素等土壤信息。無限電將有助于實現農業生產的標準化、數字化、網絡化。有效促進農業的發展：增產增收、節約能源，相當于露地栽培產量的10倍以上。

c）基于物聯網的醫療保健信息交換平臺：通過建立醫療保健信息交換平臺，實現醫療保健信息資源共享，降低藥品庫和成本并提高效率。增加醫生對患者以往病史和治療記錄的了解，提高診斷質量和服務質量；推動各醫院之間的服務共享和靈活轉帳，形成一種新的管理系統，使開支更加透明化。

d）智能樓宇：智能家居，大型建筑復雜環境室內定位系統，聯網的水電煤表。

作者簡介

胡春園（1984-），女，天津市，工程師，碩士研究生，研究方向：物聯網。