物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)探討

羅鵬程 高玉峰 王洪斌 王鵬

摘 要物聯(lián)網(wǎng)作為現(xiàn)代化科技信息技術(shù)，其在各個(gè)領(lǐng)域均扮演著重要的角色，為了充分發(fā)揮其作用，物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)得到了人們的高度重視與廣泛研究。本文分析了物聯(lián)網(wǎng)的概況，介紹了其體系結(jié)構(gòu)，探討了其相關(guān)技術(shù)，旨在進(jìn)一步推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 體系結(jié)構(gòu) 技術(shù)

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也隨之出現(xiàn)，并且在眾多領(lǐng)域迅速推廣，如：零售與物流等，但目前，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的研究仍處于初級(jí)階段，缺少其體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)的研究報(bào)道。因此，本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)研究存在的不足，重點(diǎn)分析了其體系結(jié)構(gòu)、相關(guān)技術(shù)，旨在為其發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

1 物聯(lián)網(wǎng)的概況

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用價(jià)值巨大，其發(fā)展前景廣闊，因此，其相關(guān)研究得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，同時(shí)工業(yè)界也給予了高度重視。但目前，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)內(nèi)容仍十分模糊，如：基本含義、體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)等。

根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟可知，物聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)了物與物、人與物及人與人的互連，在其基本含義基礎(chǔ)上，可總結(jié)一下幾點(diǎn)特點(diǎn)：

1.1 物的廣泛性

物聯(lián)網(wǎng)中的物涵蓋范圍較廣，不僅包括物理實(shí)體，也囊括了虛擬實(shí)體，此時(shí)的物存在于時(shí)間與空間，在對(duì)其進(jìn)行發(fā)現(xiàn)與識(shí)別過(guò)程中，主要是借助其屬性實(shí)現(xiàn)的；

1.2 信息的傳遞與共享

物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)為感知外界物理信息，借助RFID技術(shù)有效發(fā)現(xiàn)與識(shí)別物，并采用傳感器節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境信息的動(dòng)態(tài)感知，此后在通信技術(shù)支持下，使信息得到有效傳遞，同時(shí)，在感知子網(wǎng)和既有互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)融合背景下，信息數(shù)據(jù)便具有了共享性；

1.3 管理與控制

互聯(lián)網(wǎng)在管理數(shù)據(jù)時(shí)，主要是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，其管理具有明顯的智能化特點(diǎn)，在決策信息反饋后，其將實(shí)現(xiàn)對(duì)物體與環(huán)境的控制。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)而言，其中涉及的人與物在任何時(shí)間、地點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)中均呈無(wú)縫融合，因此，它作為新型的智能互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，保證了人與物、物與物、人與人間信息的有效連接。

2 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

當(dāng)今，信息技術(shù)快速發(fā)展，在先進(jìn)技術(shù)支持下，物聯(lián)網(wǎng)利用開(kāi)放型協(xié)議，滿足了各種應(yīng)用的需求，同時(shí)它也實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)融合。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)報(bào)道，了解了物聯(lián)網(wǎng)的含義及特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的五層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，旨在豐富其理論研究。

物聯(lián)網(wǎng)主要是由數(shù)據(jù)識(shí)別與感知層、數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡(luò)層、資源管理層、信息處理層、具體應(yīng)用層等構(gòu)成的。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與應(yīng)用過(guò)程中，其基礎(chǔ)層便是數(shù)據(jù)識(shí)別與感知層，其具體構(gòu)成包括識(shí)別器、傳感器、接入網(wǎng)關(guān)等，利用不同的工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，此后借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或其他高新技術(shù)設(shè)備等，傳遞數(shù)據(jù)，最后后臺(tái)將對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳遞網(wǎng)絡(luò)層在互聯(lián)網(wǎng)中扮演著重要的角色，它主要是對(duì)上層的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞，它不僅保證了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳播，還提高了數(shù)據(jù)的真實(shí)性與有效性，但當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳遞要求應(yīng)具備較高的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持，而偏低的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)水平，制約著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，因此，相關(guān)人員仍需展開(kāi)深入的研究，通過(guò)升級(jí)等手段，促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展。資源管理層主要是對(duì)資源進(jìn)行初始化，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以此掌握其運(yùn)行狀況，并對(duì)各個(gè)資源進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)，進(jìn)而促進(jìn)跨域資源實(shí)現(xiàn)交互；信息處理層主要是主要是對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行理解、推理與決策，同時(shí)也提供數(shù)據(jù)查詢、存儲(chǔ)、分析及挖掘等；應(yīng)用層通過(guò)對(duì)感知數(shù)據(jù)的分析處理，根據(jù)用戶的需求，為其提供不同的服務(wù)，其應(yīng)用類型較為豐富，具體有監(jiān)控型、控制型與掃描型等。

3 物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)

3.1 標(biāo)識(shí)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)作為大型網(wǎng)絡(luò)，其借助智能設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)，促進(jìn)了不同物體的互連，其中涉及的物具有廣泛性與復(fù)雜性，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，首要問(wèn)題便是有效識(shí)別物。物的標(biāo)識(shí)技術(shù)主要是利用全局唯一值對(duì)物體進(jìn)行標(biāo)識(shí)，此技術(shù)的本質(zhì)便是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中物進(jìn)行編碼，從而使物具有了數(shù)字化的特點(diǎn)。在編碼過(guò)程中，需遵循不同的規(guī)則，常見(jiàn)的編碼有EPC、IPV6等，各編碼間的規(guī)則各異，存在映射與兼容問(wèn)題，因此，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)對(duì)其給予關(guān)注。

無(wú)線射頻身份識(shí)別即RFID，它作為識(shí)別技術(shù)的一種，具有非接觸式。在實(shí)際識(shí)別過(guò)程中，利用射頻信號(hào)對(duì)目標(biāo)展開(kāi)自動(dòng)的識(shí)別，并采集相關(guān)的數(shù)據(jù)。此技術(shù)對(duì)物體的識(shí)別具有唯一性，從而保證了其在通信或信息處理中定位的準(zhǔn)確性與管理的有效性。

3.2 感知技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)中較為重要的組成部分便是數(shù)據(jù)產(chǎn)生、獲取、傳輸、處理及應(yīng)用，在獲取數(shù)據(jù)過(guò)程中，需要智能化與信息化的設(shè)備，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備由傳感器、紅外感知設(shè)備及全球定位系統(tǒng)等。傳感器即sensor，它主要是對(duì)外部環(huán)境信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，包括光、熱、力及聲等，它為物聯(lián)網(wǎng)提供了原始數(shù)據(jù)，由于其獲取的物的信息具有動(dòng)態(tài)性，進(jìn)而物擁有了感知外部世界的能力。

3.3 通信技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳遞主要是利用網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，其中通信技術(shù)有兩種類型，分別為短距離無(wú)線通信與廣域網(wǎng)通信。前者涉及的技術(shù)主要有WLAN技術(shù)、RFID技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)及ZigBee技術(shù)等，在上述技術(shù)支持下，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)具有了簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、較低的功耗及成本，但在實(shí)際應(yīng)用中也存在不足，最為嚴(yán)重的便是干擾問(wèn)題。后者涉及的技術(shù)主要有IP互聯(lián)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)與衛(wèi)星通信技術(shù)，它為物聯(lián)網(wǎng)提供了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，但在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)不同的技術(shù)進(jìn)行整合，在此基礎(chǔ)上，才能夠保證網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多元化與交互性。

3.4 信息處理技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)中采用的信息處理技術(shù)，融合了數(shù)據(jù)挖掘、智能計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等，在對(duì)物體相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行智能處理與分析后，將結(jié)果交付給用戶。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)變革，使物與人實(shí)現(xiàn)了直接的交流，在智能化的網(wǎng)絡(luò)中，物擁有了思想，從而推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

4 總結(jié)

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要方向，其相關(guān)內(nèi)容的研究得到了各個(gè)領(lǐng)域人們的廣泛關(guān)注。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)的含義、特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)，旨在為其發(fā)展提供理論保障。

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作者單位

核工業(yè)北京地質(zhì)研究院環(huán)境工程研究所 北京市 100029