物联网技术浅谈

陈旭光 梁晶晶

摘要：物联网被认为是继计算机、互联网之后，信息产业发展的第三次浪潮。本文综述了物联网发展背景，详述了物联网基本构架和關键技术，总结了应用现状，展望了未来的发展方向。

关键词：物联网 架构 RFID

0 引言

物联网是在物流系统迅速发展的背景下提出来的。随着计算机、通讯技术尤其是智能化技术的发展，如今的物联网在芯片、通信协议、网络管理等领域取得了一系列的创新成果，形成了包括芯片和元器件厂商、设备商、系统集成商等在内的较多门类的产业。2014/2/20，国务院召开了全国物联网工作电视电话会议，会议在物联网核心技术、应用领域和产业发展上提出了要求。结合国务院发布的《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》，发改委、工信部等印发的《物联网发展专项行动计划（2013-2015）》以及国家标准委下达的物联网等47项国家标准计划，可以看到我国物联网行业标准体系基本形成。

1 物联网架构

物联网（Internet of things）：广义上讲，物联网就是把通信系统的任何时间、任何地点、连接任何人的方法，扩展到连接任何物品。即建立了人与物、人与人、物与物之间的信息自由交流，每一个物体都是一个信息终端，形成更为复杂的系统。物联网的核心就是万物的连接。狭义上讲，物联网就是借助射频技术、传感器、GPS等获取信息，实现对物体和过程的监控，并借助不同类型的网络接入技术将物与物，物与人进行广泛链接，具有对物品智能化感知、识别与管理功能的网络。

一般物联网包含感知层、网络层和应用层三个层面。

1.1 感知层 感知层是物联网的核心，用于识别物体，承担信息采集功能。首先通过传感器、数码相机等设备，采集外部物理世界的数据，然后通过RFID、红外、蓝牙、等短距离传输技术传递数据[3]。感知层所需要的关键技术包括检测技术、短距离无线通信技术等。感知层主要设备有：二维码标签读取器、RFID标签和读写器、GPS、摄像头、M2M终端、传感器、传感器网关等。传感器不仅感知信号、标识物体，还具有处理控制功能，现在的传感器大多已经智能化、集成化、芯片化（将压力、磁、光等传感单元集成在一个芯片中，而且芯片具备无线接入和自组网功能）。对于目前关注和应用较多的RFID网络来说，附着在设备上的RFID标签和用来识别RFID信息的扫描仪、感应器都属于物联网的感知层。

1.2 网络层 物联网通过网络层实现更加广泛的互连功能。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，负责有关信息传输的问题，把从感知层获取的数据传送到互联网中。然后根据不同的应用需求进行信息处理，实现对客观世界的有效感知及有效控制。

现阶段的网络层建立在已有的移动通讯网和互联网基础上。通讯网络运营商将在物联网网络层占据重要的地位。传感器感知到基础设施和物品信息后，需要通过网络传输到后台进行处理。目前，网络技术正在向高传输速率、高传输带宽、高频谱利用率、高智能化的接入和网络管理发展。

1.3 应用层 物联网应用层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。应用层可以分为进行数据处理的应用程序层和提供人机交互界面的终端设备层两个子层。概括的讲，应用层处理的是信息处理和人机界面问题。应用层是物联网与不同行业专业技术的深层次融合，各种类型的应用则是物联网发展的目的和驱动力。软件开发、智能技术的结合将会产生丰富的物联网应用，是物联网产业链的利润增长点，也将会进一步推动物联网普及。

2 物联网关键技术

2.1 传感器网络 传感技术主要研究如何从自然信源获取信息，并对获取的信息按一定规律进行相应处理，使之成为需要的信息形式，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。微型无线传感技术以及以此组件是物联网的基础技术之一，处于物联网构架的感知层。传感器是传感技术的核心，实现物联网中物与物、物与人信息交互的必要组成部分。传感器作为信息获取的重要手段，与通信技术、计算机技术并称信息技术三大支柱。传感器网络是集计算机、通信、微电子技术、智能计算、传感器、嵌入式系统等多领域交叉的新兴综合学科，它将大量的多种类传感器节点（传感、采集、处理、收发、网络于一体）组成自治的网络，实现对物理世界的动态智能协同感知。

2.2 RFID RFID（radio frequency identification）射频识别，也称电子标签。RFID融合了无线射频技术和嵌入式技术，可以通过无线电讯号识别特定目标（单个物体对象）并获取相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。射频标签不需要处在识别器视线之内，因此可以嵌入被追踪物体之内。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。

从结构上看，RFID是一种简单的只有两个基本器件的无线系统。系统由一个询问器和很多应答器组成该系统，用于控制、检测和跟踪物体。然而，RFID网络中的数据是随机的、动态的，而且数量巨大，如何过滤、整合处理这些数据，提高数据质量、减少冗余是RFDI的核心问题。

2.3 人工智能技术 智能技术是为了有效地达到某种预期的目的所采用的各种方法和手段。通过智能系统的植入，使得物体具备一定的智能性，可以主动或被动的实现与用户的沟通。在物联网中，人工智能技术主要负责分析物品所承载的信息内容，从而实现计算机自动处理。

2.4 无线网络 无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSNs） 的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理，是物联网底层网络的重要技术形式。

随着无线通信、传感器技术、嵌入式应用和微电子技术的日趋成熟，WSNs基本上可以实现任何时间、任何地点、任何环境条件下获取信息，从而为物联网的发展奠定基础。由于WSNs具有自组织、容错性高和隐蔽性强等优势，因此常用于目标定位、智能交通、数据收集和资源探测等领域。

2.5 嵌入式系统技术 嵌入式系统是结合了计算机、通信、集成电路、传感器技术和不同行业具体应用的技术密集型集成系统。以应用为中心，计算机为基础，软硬件可剪裁，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的应用系统。嵌入式系统一般由微处理器、嵌入式操作系统、外围设备和用户应用程序组成，用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统技术具有非常广阔的应用前景，其应用领域可以包括工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络及电子商务、环境工程与自然以及机器人等领域。

3 物联网应用和展望

物联網应用通常是以需求为导向的。以政府为导向的网联网应用表现在公共安全、城市运行管理、智能交通、医疗卫生、公共教育等领域；以市场、民生为导向的应用，如智能家居、智能安保、食品安全、远程遥控、手机支付等越来越多的领域使用了物联网技术，为人们的生产和生活提供了方便。正是这些应用需求才使得物联网有了蓬勃、可持续的发展。物联网是下一代互联网的特征，也是互联网的重要应用。物联网的发展跟移动互联网、云计算、大数据、智慧城市是相辅相成的。物联网时代是信息技术应用深化的重要体现，应用广阔、市场规模大、前景明朗。当然，发展中的物联网也面临着一些问题。诸如：缺乏详实统一的国内国际标准、不同平台协议兼容问题、IP地址分配问题等等；此外，还存在知识产权，行业和技术标准、产业和营利模式、以及财产安全和个人隐私问题等诚待规范。

参考文献：

[1]温婷.2014年物联网发展重点敲定[N].上海证券报，2014，2，19.

[2]陈天超.物联网技术基本架构综述[J].林区教育，2013（3）.

[3]陈坚强.面向服务的物联网基础共享平台的研究[D].广东工业大学，2012.

[4]2014（第五届）中国物联网大会开幕[N].中国电子学会，2014，4，2.

[5]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，2009，

12（23）.

[6]铁维骥.物联网的发展与关键技术研究[J].中国管理信息化，2013，8（22）.