基于信息技術的物聯網研究與應用

韓文科

（邯鄲銀行，河北 邯鄲 056005）

1 物聯網概念

物聯網的核心技術是基于嵌入式設備通過網絡將各類事物連接在一起。技術原理是將各種傳感器、射頻設備以及定位設備等集成起來，將采集的信息實時傳送到物聯網設備中，進行信息共享而形成網絡。物聯網主要解決物品與物品（Thing to Thing，T2T）、人與物品（Human to Thing，H2T）以及人與人（Human to Human，H2H）之間的互連。

2 物聯網技術

物聯網特性是將所有的事物與網絡連接，方便識別、管理和控制，而不完全依賴個人計算機。物聯網使用的網絡并不拘泥于傳統計算機間的互聯網，也可以使用與傳統計算機間互聯網技術相類似的低功耗網絡技術。

2.1 物聯網協議

物聯網技術處于發展初期階段，所使用的低功耗網絡存在多種網絡協議。常用的一些通用協議有藍牙、WiFi以及紫蜂協議等[1]。WiFi協議雖然成熟，但其功耗對于部分物聯網設備來說相對較高。藍牙技術功耗雖然不高，但支持連接的外部設備數量有限。因此，具備低功耗、支持大量連接的物聯網通信技術的紫蜂協議被廣泛應用。紫蜂協議通信速率較低，可以滿足物聯網設備之間低功耗、低速率、高連接數的交互需求。紫蜂協議也存在一定的缺陷，如無法直接與傳統互聯網連接、與其他低功耗物聯網協議不兼容等，有待進一步完善。

2.2 物聯網原理

通常情況下，基本的物聯網架構主要由傳感器、嵌入式設備等組件組成，通過“采集—傳送—處理—發送”的過程實現聯通。物聯網設備中的傳感器類似于人體的五官，負責采集各種數據。RFID是一種無線通信技術，可以在設備之間沒有機械或光學接觸的情況下進行通信，保證信號的傳輸準確性和及時性。嵌入式設備是物聯網設備的大腦，負責處理和運算。物聯網的基本工作原理：傳感器通過有線或RFID的方式將數據傳輸給嵌入式設備，嵌入式設備進行運算和簡單的策略配置，將處理后的數據按照約定的協議經通信設備傳送。

2.3 數據處理技術

嵌入式設備是由單片機芯片集成的小型數據處理器，是物聯網設備數據處理的核心。基于單片機芯片，按所需功能添加外圍電路組成有實際意義的電路，就是簡單的嵌入式設備。物聯網需要使用大量的輕度計算設備，同時需要保證這些設備實時在線，而單片機非常適用這樣的場景。目前，嵌入式設備在種類、精度、運算速度等方向不斷發展，嵌入式設備所使用的軟件平臺也在逐步開放和整合。

3 物聯網應用

物聯網最基本的功能就是建立連接，提高管理和使用效率。物聯網應用領域廣泛，凡涉及“智能”二字都與物聯網有一定的聯系，在家居、交通、城市管理、醫療、工業以及安防等行業都有較好的應用。

3.1 智能家居

智能家居是典型的物聯網應用。將帶有光敏傳感器或熱敏傳感器的設備連接，通過檢測，根據預定策略自動控制相關電器設備；將物聯網設備與傳統通信設備相連，消除電器之間的孤島效應，使設備聯動，有效提高設備使用效率[2]。

3.2 智能交通

物聯網技術在道路交通管理方面也有較好的應用。通過道路安裝傳感器，實時接收路況信號，交通參與者根據路況信息自動規劃路徑，有效降低交通事故發生頻率，避開擁堵，提高出行效率。同時，交管部門可以根據物聯網設備采集的信息制定相應的管理方案。

3.3 智慧城市

物聯網技術應用于城市管理領域，可以提高城市管理效率，方便群眾生活，同時為打造節約型社會提供有力保障。

3.3.1 智能芯片

最貼近人們生活的身份證加入了支持無線射頻識別技術的芯片。將公民的身份信息數字化后存儲到芯片，當需要認定身份時，只需將身份證在專用的讀卡器上掃一下，便可讀取其中的公民信息資料。甚至讀卡器可直接與公安系統相連接進行聯網核查，高效且方便。

3.3.2 智能電網

在傳統電網中加入傳感器、通信和處理設備，實時監測電網運行狀態，如負荷、電壓、溫度等。將各個輸電網絡的傳感器通過物聯網連接起來，根據物聯網設備收集到的參數進行電網的實時調配和檢修，提高電網的穩定性。

3.3.3 智能照明

通過加載光敏、紅外傳感器等物聯網技術的照明設施，將亮度、行人信息傳送至市政部門，根據信息分批、分區控制照明設施，能夠有效減少能量損耗。傳感器還可以及時發現故障，通知市政部門維修，減少市民出行的不便。

3.3.4 智能防洪

在特定區域放置檢測降雨量和積水量的傳感器，當發現降雨量增加時，及時啟動排水設備，提前應對洪澇災害；當發現積水量異常增加時，提前判斷管道堵塞等故障，及時處理檢修，降低風險。

3.4 數字化醫療

在醫療行業，通過讓患者穿戴帶有心跳傳感器、血壓傳感器等設備的醫療裝置，實時收集患者的健康信息，可方便醫生參考這些信息制定妥善的治療方案，提升人們的健康指數，實現數字化醫療診治。

3.5 物聯網工業

在工業領域引入物聯網等理念，有助于加速推進“兩化融合”步伐，推動工業化和信息化全面結合，能夠進一步降低能耗，提高生產效率，促進可持續發展，為我國工業3.0、中國制造2020、實現制造業強國夢奠定堅實的基礎。

3.5.1 智能物流

貨物數量大、路由復雜是物流行業面臨的挑戰之一。應用物聯網技術能夠顯著減低成本，提高物流效率。通過在物貨包裝上打印二維碼，在貨物分揀運行路徑上加載物聯網二維碼讀取裝置，這樣物流企業在分揀的同時可以清晰定位貨物的位置、分揀的正確性和貨物的狀態，方便安排下一階段的工作。根據物流線路貨運狀況及時調度車輛，優化物流速度，有效降低失誤率，促進行業發展。

3.5.2 工業自動化

隨著工業企業的規模化和集約化發展，生產流水線復雜程度越來越高，自動化水平不斷提升。生產過程中不可避免會出現生產線故障、異常等問題，降低生產效率，也可能存在原材料儲備方面的問題，而應用物聯網技術能夠有效解決這些問題。在生產線中加入相應的傳感器檢測故障、異常、原材料儲備等數據，將數據實時傳送至生產調度中心，使管理者能夠及時發現問題并處置，同時也可以及時響應并處理傳感器自身的故障。另外，可以通過物聯網與材料供應商連接，當原材料儲備量較低時，直接向供應商推送相關信息，實現工業生產鏈上下游的有效銜接，保障生產的連續性。

3.6 物聯網安防

物聯網技術應用到安防領域，能夠提高安全指數，降低安全隱患，有效提升社會治安管理水平。在消防報警設備中使用物聯網技術，可實現物聯網設備與公安消防部門的聯動。傳感器檢測煙霧濃度閾值，可以快速觸發警情，及時通知消防部門部署人員采取應對策略實施救援，將損失降到最低。通過紅外線和門磁檢測等傳感器與物聯網設備連接，能夠及時發現非法入侵等異常信息，同時可以通過技術識別對比，自動拍照并報警。

4 物聯網發展

隨著社會的發展和技術的進步，物聯網技術已廣泛應用于多個領域。物聯網技術快速發展的同時，也面臨著一些挑戰。只有不斷創新、改進和提升，才能有效應對發展過程中出現的風險，更好地促進物聯網技術的健康發展。

4.1 風險和應對

物聯網技術因其復雜性面臨的風險更加多元化、復雜化和堆疊化[3]。有效防范和處置風險，是物聯網發展過程中必須解決的問題。

4.1.1 面臨的風險

相比傳統互聯網風險，物聯網連接設備的廣度和深度使其安全漏洞的屬性更加廣泛和放大。物聯網設備硬件漏洞修復難度高，軟件更新復雜度深。

4.1.2 有效防范風險

正確利用物聯網技術，可有效規避風險，消除隱患，使其更好地服務人們的生活。需要注意，防范風險和處置風險尤為重要。例如，物聯網技術使用中的隱私保護問題，可以通過加密傳感器或信息匿名，制定相關策略防范信息外泄，是消費級物聯網設備有效防范風險的有效途徑。

4.2 物聯網發展

隨著物聯網產業的蓬勃發展，行業巨頭紛紛在物聯網領域持續發力，為物聯網的快速發展帶來了新的機遇。

4.2.1 技術創新

微軟公司針對嵌入式設備發布了windows操作系統的Embedded分支系列，宣告進入嵌入式領域，并在銀行業自助設備中廣泛使用。微軟公司專門發布了基于物聯網應用的操作系統windows10 IoT，其中“IoT”是物聯網Internet of Things的縮寫，表明了應用方向——物聯網嵌入式設備，預示著物聯網技術在信息化時代蓬勃發展的生命力。

4.2.2 科技應用

谷歌公司推出了Google Home計劃，通過將家庭智能設備集中進行控制，布局家居物聯網技術入口；國內的小米公司也在生活領域有物聯網技術的廣泛應用[4]。隨著物聯網技術在生活領域深度應用，必將使人類的生活品質更加美好。

5 結 論

從信息技術的發展歷史來看，一項技術的獲取、快速被接納，是當前信息時代物聯網技術前進的目標，也是未來物聯網技術的發展方向——讓科技成果變得更易用、更普惠，更接近人們的生活。只有不斷創新，才能促進物聯網技術更好更快發展。