物联网技术与应用研究

任颖　李华伟　吕海燕

摘要：该文主要从物联网的概念、体系结构和关键技术以及物联网的典型应用几个方面进行了描述。最后指出物联网进一步研究的方向以及制约国内物联网发展的问题及解决对策。

关键词：物联网；体系架构；关键技术；传感器

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）14-3252-02

Abstract： This paper describes the concept of internet of things and the architecture of the internet of things， the key technologies and typical application of computer of internet of things. Besides，we point out the next research fields on internet of things and the main problem which hinder the development fo the domestic internet of things and its solutions.

Key words： internet of things； architecture of system； key technology； sensor

随着计算机技术的飞速发展，无线通信技术，传感器技术，嵌入式高性能，智能网络技术的飞速发展，智能物联网技术应运而生。1995年比尔盖茨首次提出物联网的概念，物联网最简单的定义是指：将所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，以实现智能化识别和管理。从定义可以看出，物联网是在互联网基础上的延伸和扩展，能够实现物与物、物与人、所有的物品与网络的连接、识别、管理和控制，与互联网结合形成一个无处不在的巨大网络。

1 物联网的体系架构

从技术架构上来看，物联网有三个层次，分别是感知层、网络层、应用层。感知层主要是由RFID感应器、RFID标签、传感器、传感器节点、智能终端等组成；网络层是移动通讯网络、互联网、信息中心和网络中心；应用层指的是物流监控、智能交通、智能家居等。物联网的体系结构如图1 所示。

1.1感知层

这层主要是实现对物理世界的信息采集、自动识别、智能控制。感知层又分为数据采集与执行、短距离无线通信两个部分。感知层进行数据信息的采集是通过传感器、二维条码、RFID、实时定位等传感设备的感知技术来实现的。

1.2网络层

网络层是物联网的中间层，满足网络数据的传输需要，包括信息存储和查询，网络管理等功能。传感器节点与物联网系统相连，并将感知信息送到应用层。

1.3应用层

实现物联网信息服务的是应用层。主要是由客户端、数据存储模块和数据查询模块组成。应用层是事物的动力和目标网络的发展，主要功能是感知的信息处理和传输信息，并做出正确决策的控制箱，智能化管理的实施，应用和服务。

2 物联网的主要关键技术

从物联网的体系构架中可以归纳出RFID、传感器技术、数据融合和智能技术、云计算是物联网的主要关键技术。

2.1 RFID技术

RFID是一种无线通信技术，具体的目标是通过无线电信号进行识别并读写数据。通过一个典型的RFID系统电子标签，阅读器和信息处理系统。当特定信息的电子标签阅读器，阅读器激活标签，和对读者和信息处理系统发送标记信息，自动获取过程的完整信息。RDIF技术工作原理如图2所示。

2.2 传感器技术

物联网的基础是信息采集，而目前的信息采集主要是通过传感器、传感节点和电子标签等方式完成的。传感器采集的信息是否准确、可靠、实时都将影响信息的处理与传输，所以对物联网应用系统的性能起到举足轻重的作用。传感器技术是发展体积小、低耗能、自供电集成中英处理器，微处理系统等各类新型芯片。传感器自组网技术主要解决移动、有线、无线的多层次组网技术。

2.3 数据融合和智能技术

由于物联网应用是由大量传感网节点构成的，在信息感知的过程中，传统各节点单独传输数据至汇聚节点的方法存在着很多不良的现象，包括通信带宽和能量资源的严重浪费和流失，信息的收集效率低下，以及信息收集的时效性不高等，需要使用数据融合与智能处理技术。数据融合技术是随着计算机技术和网络信息技术挖掘所需的信息，使用有效方法进行分析，记录，从而为实施战略和评价活动提供有关的信息支持的技术。智能技术使物品有“头脑”，能适时地与网络世界信息交互。

2.4 云计算

云计算是一种分布式计算技术，其基本的概念是通过网络将庞大的计算程序自动分裂成许多更小的子程序，然后搜索、分析和计算，最后将处理结果回传给用户。随着物联网业务量的增加，对数据存储和计算量的需求带来对“云计算”能力的要求。

3 物联网技术的应用

物联网的应用形式多种多样，而且随着技术的创新和用户壁垒的逐渐消除，应用种类不断增加，遍及军事、智能建筑、智能交通、智能物流和医疗管理等领域。

3.1 智能交通系统（ITS）

ITS是将先进的信息技术、数据通信技术、网络技术、传感器技术以及GPS等应用于整个交通运输管理体系，从而建立交通运输综合管理和控制系统的实时性、准确性和高效性。

ITS可以减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、减少堵塞率，加强交通的监管并减少尾气排放。

3.2智能家居系统

目前家居仅限一些简单的智能应用，如自动开关电灯、热水器的时间、温度的调节等。未来可以实现家庭设备的远程管理和控制。可以自动感应照明、空调设备，自动调节室内的温度、光线，减少能源浪费。

3.3智能物流

随着网络购物的流行，智能物流也是现代物流业的一种发展趋势。有了物联网就能够在物流过程中主动获取信息、主动监控车辆与货物、主动分析信息，使商品从一开始就被跟踪与管理，可以充分利用云计算、物联网等现代信息技术，以信息化、智能化系统为支撑，实现物流、信息流、资金流全方位高效配置和发展的物流体系。

3.4农业生产

远程控制与实时采集是物联网在农业上的主要应用主要。主要原理是通过无线信号收发模块传输数据，从而实现对温室的远程控制，如自动开启或关闭指定设备、调节温度和湿度等环境。还可以采集温室内温度、湿度信号以及光照、CO2浓度等环境参数。

4 结束语

计算机物联网的应用研究是整个世界各个行业发展长期关注的技术领域，大家拭目以待物联网世界的来临。物联网使人与物以及物物都能智能的联系将会使我们的生活变得更加快捷舒适。虽然中国已经初步具备了一定的物联网技术，但在核心技术和高端产品上仍有不少差距，所以应该加强对物联网核心技术的研究和开发、加快物联网标准体系的建设、提升物联网安全保障能力，积极推进物联网技术的应用。

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