物联网关键技术融合体系

张明会，孟 印（大连东软信息学院，辽宁 大连 116023）

ZHANG Ming-hui,MENG Yin(Dalian Neusoft Institute Information,Dalian 116023,China)

1 概 述

近年来，物联网 （Internet of Things,IoT）作为一个新兴领域已经引起国内外学术界、IT界、工业界的高度重视，被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，各个国家相关单位都在花巨资进行大量科学研究。我国在2010年3月召开的全国两会上，政府工作报告中明确指出利用物联网技术推动经济发展方式的转变，物联网已成为国家经济技术发展的战略支柱之一。根据目前较通用的定义，物联网是指通过各种信息传感设备及系统 （如RFID、传感器网络等），按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现识别、定位、跟踪、监控和管理的一种智能化网络。它涵盖了从信息采集、传输、存储、处理直至应用的全过程。

无论国内还是国外，物联网的研究和开发才处于起步阶段，有关物联网的定位和特征还存在一些混乱的概念，物联网的系统模型和体系结构尚没有形成统一的标准，其相关研究和开发还存在一定程度的盲目性。然而，不论从哪一角度考察物联网体系结构，可以确定的是物联网是一个由多项信息技术融合而成的新型技术体系，这些技术并不是孤立存在的，它们需要按照一定的机制协同合作，最终服务于上层应用。基于此，本文首先分析了物联网体系结构研究现状，在此基础上将底层的编码技术加入物联网体系中，基于扩展体系结构，将中间件技术引入信息整合层，实现信息的智能处理目的。

2 物联网体系结构

物联网体系结构主要研究其组成部件以及这些部件之间的关系，按研究者关心的角度不同，可以划分不同类型的体系结构。目前，物联网还没有一个广泛认同的体系结构，最具代表性的是欧美支持的EPCGIobal“物联网”体系架构日本的Ubiquitous ID（UID）物联网系统，IBM提出了8层物联网技术支持开放架构，如图1所示。物联网基本应用流程主要有3步：全面感知→可靠传送→智能处理。基于这个流程，中国物联网工作委员会结合中国物联网实际应用情况也给出了物联网的3层结构，如图2所示。

物联网是全新的网络架构，可以实现全球范围内物品的跟踪与信息的共享，这需要从公共物联网的角度探讨物品的编码方法，使全球物品都纳入到统一的编码之中，因此，物品编码是物联网体系结构的骨架之一。物品编码可对实体及实体相关信息进行代码化，通过统一、规范化的编码来建立全球通用的信息交换语言。编码应该提供对单个物理对象的惟一标识，应该有足够大的地址空间来标识全球所有实物对象，并应建立相应的管理制度。

鉴于些，本文将编码技术引入物联网体系结构中，从物联网所涉及的关键技术角度，采用SOA体系结构与技术，通过Web服务的封装与组合、快速的服务重构完成从数据到信息，从信息到知识的业务价值的层次转化，从而支持供应链分布式应用从信息感知化→服务互联化→智能化的海量数据处理的协同转变过程，从而将物联网的体系结构进一步扩展，得到如图3所示的6层扩展物联网体系架构。

（1）编码层：编码层是物联网的基石，编码是物联网中 “物”的身份证，贯穿物联网各环节始终。

（2）信息采集层：该层是物联网信息的源头，利用多种传感器、传感器网络、RFID、二维码、摄像头、GPS、智能物体等实现对物理对象的感知和数据获取。

（3）信息接入层：该层的主要功能是通过现有的移动通信网 （如GSM网、TD-SCDMA网）、无线接入网 （如WiMAX）、无线局域网 （WiFi）、其它通信设备等基础设施，将来自感知层的信息传送到网络层。

（4）网络层：该层主要是以IPV6和IPV4以及后IP为核心建立的互联网平台，将网络内的信息资源整合成一个互联互通的大型智能网络。

（5）信息整合层：对网络内复杂的海量数据以及不确定信息进行实时的管理和控制，完成重组、清洗、融合等处理，并将信息转化为内容提供服务，通过SOA体系结构的建立完成信息的整合处理，为上层应用提供一个良好的接口。

（6）应用服务层：该层主要是集成底层的功能，构建面向各类行业的实际应用。

3 物联网关键技术融合

基于上述扩展体系结构，本文分析物联网所涉及的关键技术主要有：编码技术、感知技术、网络技术、智能处理技术、应用仿真技术及公共技术。详细描述如图4所示。

物联网是一个由多项信息技术融合而成的新型技术体系，这的异构特征决定必须将各关键技术有效的融合，才能将RFID及其它接入设备采集到的异质信息进行有效整合，最终服务于应用。

3.1 感知技术融合——协同感知方法

物联网的感知层是物联网信息的源头，是智能信息采集的关键部分，针对物联网多元异构性、超大规模性、动态性特征，研究物联网的Web服务多种协同技术融合方法及其多层优化机理，从而建立一个从传统的应用集成到海量数据处理异构化、感知化、智能化的智能协同服务架构。针对物联网多元异构性、超大规模性、动态性等特征，研究物联网的多种自动采集技术的协同感知方法，目前大多数的研究都是从RFID技术与传感技术融合为切入点，实现终端或子网属性、状态和功能角色的互发现。

3.2 网络技术融合——异构网络环境下的自治与融合

物联网是一个异构的网络：接入技术异构、传输网络异构、终端服务异构，必然需要结构迥异的多种网络环境支撑，这些无线网络为用户提供了多种多样的通信方式、接人手段和无处不在的服务，如何充分利用不同网络间的互补特性，实现具有端到端服务质量保证的服务，是目前亟待解决的难题。

构建网络资源共享的异构网络融合平台已经是发展的趋势，这种网络的异构性主要表现在：（1）不同的无线频段特性导致的频谱资源使用的异构性；（2）不同的组网接入技术所使用的空中接口及相关协议的差异性和不可兼容性；（3）业务需求的多样化； （4）终端的多样化； （5）不同运营商所实施的不同的运营管理策略。以上几个方面交叉联系相互影响构成了末端接入网络的异构性。不同通信网络的融合是为了更好地服务于异构通信网络的协同。协同技术是实现多网融合及无线服务的泛在化、高速化和便捷化的必然选择，也是未来的物联网资源共享亟待解决的问题。

3.3 跨层技术融合——中间件

物联网中间件是业务应用程序和底层数据获取设备之间的桥梁，它封装RFID读写器管理、数据管理、事件管理等通用功能，实现软件复用，从而降低应用系统的开发成本和缩短开发周期。物联网中间件是数据管理、设备管理、事件管理的中心，是物联网应用集成的核心部件，所以在物联网产业链条中占有重要的地位。

目前物联网主要应用RFID中间件实现跨层技术融合，如基于SOA的RFID中间件、基于Web Services的RFID中间件、基于RFID的EPC中间件等都是将信息整合层技术融入到中间件的设计中，实现多技术融合。

4 结 论

社会各界在较短时间内对于物联网产生了极大的关注,说明许多人相信物联网可能对人类社会、人们日常生活产生巨大的影响。作为一个由多技术共同支撑的新型技术体系，物联网已经成为社会各界研究的焦点问题之一。本文从技术融合角度提出一种扩展后的体系结构，在此基础上分析目前感知技术融合、网络技术融合、中间件技术等的研究热点。技术融合能有效地推动物联网产业的发展，具有广阔应用前景。

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