物联网技术及应用研究

林淑玲

摘 要：物联网技术受到了越来越多的关注，它的发展必将促进社会的进步。本文从物联网技术的概念出发，对物联网的体系结构进行了描述，分析了物联网的关键技术，以及物联网技术的几个典型应用领域。

关键词：物联网；体系结构；射频识别；传感网

物联网是利用信息传感设备将物体互联的网络，它的目的是让所有的物体和网络连接在一起，能够实现对物体的识别、定位、和管理。物联网将互联网进行扩展和延伸，网络被延伸到了任何物体之间，物体之间都可以进行通信。越来越多的学者、企业和政府部门开始关注和重视这个新兴的技术，许多发达国家也将物联网的发展纳入其信息化战略目标。虽然，目前物联网技术还处于起步阶段，但物联网必将成为计算机、互联网之后能深刻影响人类思想和行为的又一次信息产业变革。

1 物联网的体系结构

物联网的体系结构被国际电信联盟分为三层，分别是感知层、网络层和应用层。感知层负责最底层数据的采集，可以是传感器、条形码或者摄像头，它是物联网的基础部分。网络层用来传输感知层采集的数据，数据可以通过互联网、无线、光纤、蓝牙等技术进行传输。应用层为用户提供需求服务，用于处理网络层传输来的数据，它根据各行业的需求，进行专门的处理。

2 物联网的关键技术

2.1 射频识别技术

射频识别技术是物联网核心技术之一，是兴起于20世纪90年代的一种非接触式的自动识别技术，它可利用射频信号自动识别目标并获取数据。射频识别系统由电子标签和阅读器组成。

电子标签一般被安装在物体上对目标对象进行识别，每个电子标签都拥有独一无二的电子编码。它的芯片具有记忆的能力，保存一定格式标识物体信息的电子数据。电子标签拥有依据应用环境和频率设计而成的天线。

阅读器也可称为电子标签读写器，主要用来识别电子标签以及对电子标签进行读取和写入操作。它可以通过天线以无线的方式和电子标签进行信息交换。

射频识别技术通常被用于前端数据采集系统中，后台控制系统采用计算机，通过和阅读器连接获取电子标签的数据信息，并进行处理和控制。

2.2 传感网技术

物联网的精髓是感知，感知包括传感器的信号采集、协同处理、智能组网和信息服务。传感网络是由大量传感器节点以自组织和多跳的方式构成的网络，它是一种信息获取平台，可以实现感知、采集和处理覆盖网络中被感知对象的信息，并将信息传递给管理节点，以便对目标对象进行跟踪监测。传感网络由传感器节点、汇集节点和管理节点组成。

传感网络利用传感器节点对本地的信息进行采集和处理，通过无线或多跳路由将采集的信息传递到汇集节点，并由汇集节点将信息发送到管理节点，从而实现了对覆盖网络内目标对象的监测。传感网络和传统网络不同，它不只是单一地传送数据，它的主要目的是采集设备信息，中间节点要根据具体应用对这些信息进行采集、融合、存储后完成转发的任务。

2.3 网络通信技术

物联网的目的是实现大规模的物与物的互联，这除了需要依靠底层的传感器技术、射频识别技术、智能设备等技术，要实现大规模物与物的相连，还需要网络通信技术实现物联网数据信息和控制信息的双向传输与控制。其中，蜂窝移动通信增强技术和无线网络技术将起到关键作用。

物联网背景下连接的非智能物体存在速率低、计算能力差、通信半径小的问题，低速的无线网络协议适合这类设备的通信。红外通信技术利用红外线传输数据，通信距离一般为一米左右，具有体积小、成本低、功耗低、不需要频率申请等优势。蓝牙技术是一种采用调频技术的短距离低功耗传输协议，通信距离通常为几米左右。ZigBee是一种适于近距离无线网络连接的新技术，它具有低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的特点。

无线宽带技术覆盖范围大、传输速率高，可为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的网络互联技术。无线宽带技术主要分为无线局域网和无线城域网。无线局域网以微波、激光与红外线等无线电波作为传输介质，不仅能满足移动和特殊应用领域的需求，还能覆盖有线网络难以覆盖的地方。无线城域网为用户提供高速无线数据传输业务，视线覆盖范围可达112.6千米，非视线覆盖范围可达40千米，带宽70Mbps。

移动通信网络为物联网节点进行远距离数据传输提供了灵活的方式。它的可移动性和灵活性方便了节点与服务器进行远距离数据传输，可利用移动通信网络进行物联网中数据的接入和传输，将物联网和移动通信网络融合在一起，将会推进物联网的普及进程，促进物联网应用。

3 物联网技术的应用

物联网技术引发了新的信息产业的变革，受到世界众多国家的关注，广泛应用于社会生产、管理和日常生活中。

3.1 智能交通

智能交通系统可控制车辆的行驶状态以确保安全，建立车辆、道路及驾驶员之间的通信联系，及时提供道路信息，可提供交通信息的查询，实现智能收费，实现大范围内车辆行驶和载运状况的监管。

3.2 物流管理

物流是物联网的一个重要应用领域，利用物联网技术对物流中的车辆和物品统一编码，贴上电子标签，以便进行实时监控，及时发现问题，还可通过阅读器将信息和物理位置通过卫星传至信息中心，供用户查询。

3.3 智能家居

智能家居体现在对家电控制和家庭安防两个方面。家电控制包括对家电系统的集中控制，实现家电设备的自动启动和停止控制，以及家电设备间的协同工作。家庭安防系统可实现家中出现非法进入、火灾、煤气泄漏等异常状况时，可进行报警、通知主人、向周围发出求救信号等。

3.4 农业生产

在农业生产中利用物联网技术可对农产品的整个生产过程进行监测，对农产品生长过程中的温度、湿度等进行远程控制，自动开启或关闭设备来调整温度和湿度。还可采集光照、土壤温度、土壤有机质及重金属等的含量等，对科学施肥、浇灌等管理有很重要的意义。

3.5 其它应用

物联网已经涉及到了生活的方方面面，如应用到发电、输电、配电、用电等环境的智能电网；利用物联网传感网络进行的生态环境、洪水、火灾、气象等的环境检测；在医疗领域进行药品安全监控、医疗设备管理、病患身体检测及监护；在矿山开采中检测作业环境，感知设备及矿山的安全程度，减少危害的发生；在城市管理中将各分散、独立的监控点联网，实现实时的监控和管理等。可以说物联网正进入我们生活的各个角落，它必将改变我们的生活方式。

4 结束语

物联网应用研究是世界进步和经济发展长期关注的技术领域之一，目前正处于起步阶段，它的发展空间非常巨大，我国物联网技术与一些发达国家相比尚有一定差距，但已具备了技术和应用的基础。但形成规模化的物联网产业，全面进入物联网时代，还需要一定时间的技术和应用积累。物联网技术的发展与成熟必将带来工作和生活方式的改变，促进经济的又一次腾飞。

[参考文献]

[1]康东，石喜勤，李勇鹏，等.RFID核心技术与典型应W幵发案例[M].人民邮电出版社.2008.

[2]朱仲英.传感网与物联网的进展与趋势[J].微型电脑应用.2010，26（1）.

[3]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（12）.

[4]王建平.对物联网及物联网产业的思考[J].物联网产业动态.2010（4）.