物聯網關鍵技術及其應用

劉冠秀

摘 要：計算機時代帶動了物聯網技術的發展。作為信息行業發展的必然趨勢，物聯網由于自身的突出優勢，已經受到各界人士的關注。該文對物聯網的關鍵技術及其重要性進行了探討，指出了其現存問題，并總結了物聯網的相關應用和未來的發展前景。

關鍵詞：物聯網 關鍵技術 網絡融合 智能控制

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0001-02

當代社會的快速發展，帶動了信息行業、通信行業的進步，充分提高了當下社會大眾信息交流溝通的能力，隨時隨地的信息交換模式已經突破了傳統的時間、空間限制，逐漸成為未來信息傳輸的主要形式。物聯網借助傳感設備、計算機網絡等將信息通訊連接起來，并借助智能控制、定位識別等實現了監管功能。物聯網的基礎是已經發展成熟的互聯網體系，是建立在互聯網之上進行的信息擴展建設。物聯網的主要應用技術在于智能感知、信息交換、通信識別。物聯網中需要加強射頻識別裝置、感應設備、定位系統的分析，將對應互聯網與相關設備信息合理連接，從而實現綜合化管理的控制。

1 物聯網概述

1.1 互聯網與物聯網的關系

一般狀況下，物聯網可看作是互聯網的擴展升級，其應用基礎仍是互聯網。但是前者更加具有智能化、全面化、自動化的特點，可充分實現智能化連接，保證信息的傳輸不會受時間、空間的限制。人和人之間的交流溝通，一般借助互聯網實現，是虛擬和實際生活的橋梁；而物聯網連接屬于人與物、物與物之間的連接，是現實世界和理論世界的連接。

1.2 架構分析

物聯網處理問題需要經過三個過程：全面感知、可靠傳輸、智能計算，與此相對應我們可以將物聯網分為三層，分別是用于相關數據感知的感知層，用于傳輸數據的網絡層和進行信息處理的應用層。

感知層是物聯網的基礎層次，位于三層結構中的最底層，用于識別物體、采集信息，是聯系物理世界與虛擬信息世界的紐帶。該層的主要特點是：嵌入智能、標識感知、協同互動。為了實現物聯網的感知能力，需要加強對感知層的重視，作為信息獲取、感知并匯聚的主要設備，感知節點十分重要，對數據傳輸、終端形態的展現具有重大影響，如M2M終端、RFID終端、傳感器、網關要求等。

2 物聯網關鍵技術分析

2.1 RFID技術

RFID（Radio Frequency Identification）技術是構建“物聯網”的關鍵技術，也叫射頻識別技術，屬于非接觸的自動識別技術，借助射頻信號對對象的相關數據進行整合，進而實現對象識別、數據獲取等目的，該技術主要用于控制、檢測和跟蹤物體。為了合理區分不同的物體，需要加強對各個對象的編碼落實，對應各個對象的編碼需要保證具有針對性、唯一性。需要引起注意的是特殊物品對ID的安全性、隱私性等方面均有嚴格要求。

RFID系統包括RFID標簽、RFID讀寫器、RFID系統軟件、RFID中間件、后臺應用程序。實際上，RFID系統就是RFID讀寫器與RFID標簽之間用無線電頻率進行通信的無線通信系統。RFID標簽是信息的載體，應置于要識別的物體上或者由個人攜帶；RFID讀寫器可以具有讀寫功能，不過一般取決于系統所用的RFID標簽的性能；RFID系統軟件是在標簽和讀寫器之間進行通信所必需的功能集合；中間件屬于讀寫裝置和后臺處理之間的軟件，借助該部分設備可充分連接RFID軟件和后臺系統；經由標簽發出對應指令，經讀寫器、中間件處理后形成標準數據。借助該系統可充分實現對設備、物體的定位、控制、跟蹤、檢測等方面需求。

2.2 無線傳感技術

傳感網絡技術作為信息獲取的重要核心技術，以其自動識別、安全可靠和可以動態跟蹤的特點，實現真正物與物對話的應用。它是一種包括多個節點形成的無線系統，需要借助固定設備進行支撐、部署處理，可避免傳統有線網絡的束縛。無線傳感技術中，單個節點可以進行環境感應，經本地信息處理、無線信息發射可以實現對數據的有效控制處理。一般射頻發射頻率較低，單個節點的傳輸中需要考慮距離影響。

2.3 中間件技術

中間件是連接兩個獨立的應用程序或獨立系統的軟件或服務程序，用于管理計算機資源和網絡通信，它能使相連接的系統即使擁有不同的接口仍然能相互交換信息，具有屏蔽系統異構性的作用。目前，物聯網中的中間件技術有RFID中間件、嵌入式中間件、M2M中間件等，其中最具代表性的是RFID中間件。

RFID中間件扮演RFID標簽和應用程序之間的中介角色，從應用程序端使用中間件所提供的一組通用的應用程序接口（Application Programming Interface，API），即能讀取RFID標簽數據。RFID中間件是一種面向消息的中間件（Message-Oriented Middleware，MOM），信息（Information）是以消息（Message）的形式從一個程序傳送到另一個或多個程序。信息可以以異步（Asynchronous）的方式傳送，所以傳送者不必等待回應。面向消息的中間件包含的功能不僅是傳遞信息，還必須包括解譯數據、安全性、數據廣播、錯誤恢復、定位網絡資源、找出符合成本的路徑、消息與要求的優先次序以及延伸的除錯工具等服務。

2.4 云計算技術

云計算是實現物聯網的核心。運用云計算技術可以使物聯網中數以兆計的各類物品的實時動態管理和智能分析變得可能。物聯網通過將射頻識別技術、傳感技術、嵌入式技術等新技術充分運用在各行業之中，將各種物體充分連接，并通過無線網絡將采集到的各種實時動態信息送達計算機處理中心進行匯總、分析和處理。

從物聯網的結構看，云計算也將成為物聯網的重要環節。物聯網的四大組成部分：感應識別、網絡傳輸、管理服務和綜合應用，其中中間兩個部分就會利用到云計算，特別是“管理服務”這一項，因為這里有海量的數據存儲和計算的要求。物聯網強調物物相連，設備終端與設備終端相連，云計算能為連接到云上設備終端提供強大的運算處理能力，以降低終端本身的復雜性。

云計算技術涉及系統較廣，包括軟件、硬件和存儲設備等部分，是虛擬化的硬件設備設施，可為后期物聯網提供合理的信息參考。云計算技術是提高計算機資源、計算能力的保障，為后期大量信息提供了有效支撐管理。

2.5 異構網絡技術

異構網絡（Heterogeneous Network）是一種類型的網絡，其是由不同制造商生產的計算機、網絡設備和系統組成的，大部分情況下運行在不同的協議上支持不同的功能或應用。

異構網絡將相互重疊的不同類型網絡融合起來以構成異構網絡，從而滿足未來終端的業務多樣性需求。為了可以同時接入到多個網絡，移動終端應當具備可以接入多個網絡的接口，這種移動終端被稱為多模終端，由于多模終端可以接入到多個網絡中，因此會涉及到不同網絡之間的切換。與同構網絡（Homogeneous Wireless Networks）中的水平切換（Horizontal Handoff，HHO）不同，這里稱不同通信系統之間的切換為垂直切換（Vertical Handoff，VHO）。異構網絡在無線通信領域引起了普遍的關注，也已成為下一代無線網絡的發展方向。

2.6 信息安全技術

物聯網無處不在的數據感知、以無線通信為主的信息傳輸、智能化的信息處理會引起人們對信息安全和隱私保護問題的關注。從技術上講物聯網存在很多網絡安全隱患。由于物聯網在很多場合都需要無線傳輸，這種暴露在公開場所之中的信號很容易被竊取，也更容易被干擾，這將直接影響到物聯網體系的安全。

3 物聯網技術的應用

物聯網的發展前景廣闊，需要考慮各行各業的要求，將人與物、物與物之間的聯系實現智能控制。當下物聯網技術的發展仍處于上升階段并逐步朝著智能化方向發展，但是物聯網技術同預期發展目標仍有一定差距。當下物聯網技術的主要應用領域包括：智能物流、智能交通、智能電網、智能家居、智能醫療等，下面僅對關鍵部分進行分析。

3.1 智能物流

智能物流是利用RFID與傳感器技術實現對物品從采購、入庫、調撥、配送、運輸等環節全過程的準確信息，將制造、采購、庫存、運輸的成本降到最低，同時將各個環節可能造成的浪費也降到最低，利用信息流精確控制物流過程，使利潤最大化。物聯網技術可以覆蓋智能物流運行的全過程，如智能物流的虛擬倉庫、運行過程中的實時監控及實時決策都需要物聯網技術的支持。智能物流托管站是智能物流的應用之一，它是指一種無人交接式的快遞配送，不需要快遞員跟收件人交接就可以接收快遞件，是一種智能柜，當快遞員配送快遞件時，放進智能柜后系統會自動發送一條短信通知收件人收件，極為方便。

3.2 智能交通

智能交通系統（Intelligent Transportation System，簡稱ITS）是未來交通系統的發展方向，它將先進的信息技術、數據通信技術、電子傳感技術、定位技術及控制技術等有效地集成，并運用于整個交通管理系統，從而建立一種在大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統。借助智能交通可充分實現對交通致死率的有效防治，降低堵塞狀況等引起的危害，提高交通監管力度，降低能源消耗和對環境的負面影響，提高整體環境的有效管理控制。

3.3 智能電網

智能電網就是電網的智能化，也被稱為“電網2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、云計算技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標。

在智能電網中，需要考慮發電、輸電和變電要求，及時進行通信傳感設備的優化，提高整體設備使用效率的合理性，便于智能電網的有效管理，提高其穩定性、合理性，便于后續監控工作的充分落實。

4 結語

在物聯網技術中，需要充分考慮智能識別、云計算、網絡融合等技術的應用，加強對信息技術的考慮，物聯網技術是工業化、信息化發展的必然產物，當下物聯網的應用仍處于起步階段，其關鍵技術的研發仍需進行優化。

參考文獻

[1] 董耀華.物聯網技術與應用[M].上海：科學技術出版社，2011.

[2] 劉強，崔莉，陳海明.物聯網關鍵技術與應用[J].計算機科學，2010，37（6）：10-11.

[3] 施政.異構網絡中無線資源管理技術的研究[D].南京郵電大學，2013.

[4] 張鴻濤.物聯網關鍵技術及系統應用[M].北京：機械工業出版社，2012.

[5] 吳功宜，吳英.物聯網工程導論[M].北京：機械工業出版社，2012.