物联网关键技术及体系结构研究

2016-07-15广州华立科技职业学院利桂梅

中国商论 2016年32期

广州华立科技职业学院利桂梅

物联网关键技术及体系结构研究

广州华立科技职业学院利桂梅

本文以物联网关键技术及体系结构为研究对象，介绍了物联网的概念和特征，分析了物联网关键技术中的RFID技术，重点介绍了基于RFID技术的物联网组成及其工作原理，构建了物联网的体系结构，主要由感知层、网络层和应用层组成，最后重点分析了物联网存在的标准不统一、价格高昂、信息安全及数据处理等方面问题。

物联网关键技术 RFID 体系结构

1　物联网的概念及关键技术

1.1物联网的概念

物联网是在计算机网络技术的基础上，通过射频识别(RFID)技术、红外感应技术及无线数据通信技术等，采集物品信息(如生产信息、包装信息、位置信息等)，利用互联网或无线通信网络实现数据信息的传输，由后台数据库和计算机处理中心进行大数据分析，实现物品的互联互通、识别、定位、跟踪、查询等管理。因此，物联网是基于“物物互联”的网络，物品之间能够实现智能化信息交换和共享。

物联网的本质特征主要体现在三个方面：一是互联网特征，物联网的基础和核心仍是互联网，它是在互联网基础上延伸和扩展的一种网络，能够实现物品互联互通的网络；二是识别与通信特征，物联网一定要具备自动识别与通信功能，利用射频识别技术、红外感应技术采集物品信息，利用无线通信技术实现物品信息的传递和通信；三是智能化特征，物联网系统应具备自动化、智能化、网络化等特点[1]。

1.2物联网关键技术

物联网关键技术主要有射频识别(RFID)技术、传感器技术、无线网络通信技术等。RFID技术主要是标记和识别目标物体；传感器技术作为“感觉器官”，主要是采集和提供原始数据信息；无线网络通信技术负责传输和处理各种数据信息，从而实现物联网数据信息的传递和共享。作为物联网上游技术之一的射频识别(RFID)技术，是实现物联网互联互通的重要前提和保证。各国政府及世界零售业巨头(如沃尔玛)投入巨资推动RFID技术在物联网应用中的快速发展。物联网也是基于RFID技术的传感网，下面重点介绍RFID的组成及工作原理。

RFID技术是利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目标的技术。它是集计算机技术、信息采集处理技术、无线数据传输技术、网络数据通信技术等综合应用为一体的技术。RFID技术无需人工干预，不需要直接接触，不需要光学可视化即可完成信息输入和处理，可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便，实现了无源和免接触操作。RFID技术作为快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术，在生产、零售、物流、交通等各个行业有着广阔的应用前景[2]。

一个完整的RFID系统主要由电子标签、读写器、天线、计算机通信网络等组成。

(1)电子标签。电子标签是射频识别系统真正的数据载体，附着在物体上以标识目标对象。电子标签一般分为有源标签和无源标签，有源标签为主动式标签，信号传输距离远，但使用寿命受到限制；无源标签为被动式标签，识读距离近，可永久使用。(2)读写器。读写器是射频识别系统的重要组成部分，一般用于对电子标签存储信息进行读或写的操作。通过射频信号采集数据，并将采集到的数据传输到计算机再进行处理。(3)天线。天线在电子标签和读写器的数据通信过程中起关键作用，是电子标签与读写器之间传输数据的发射和接收装置。(4)计算机通信网络。计算机通信网络在射频识别系统中通常用于对数据进行管理，完成数据通信和传输功能。读写器可以通过标准接口与计算机通信网络连接，以便实现通信和数据传输功能。

物联网实质就是利用RFID技术实现物品自动识别和信息处理。RFID系统工作时，电子标签存储着物品详细信息，电子标签进入读写器范围时，读写器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的物品电子数据信息，然后通过计算机网络将数据信息传输至后台数据库，通过储存物品信息的中央信息系统处理，可以实现物品的识别、定位、跟踪、监控等管理，最后根据不同需要进行物品信息的查询和应用。

2　物联网的体系结构

物联网的体系结构总体上划分为三个层次：感知层、网络层、应用层。感知层是物联网体系结构的基础，利用各种感知手段和设备(如RFID技术、传感器技术等)随时采集物品信息，将物品信息最大程度数据化；网络层是物联网信息传递的可靠保证，通过无线网络通信与互联网相结合，将感知层采集的数据信息准确可靠地进行传递和通信；应用层是物联网实施智能处理和控制的结果，利用现代化智能技术和后台数据库处理中心，将网络层传输的数据信息进行整理、加工、分析和处理，实现物联网的智能化控制[3]。物联网通过各种技术相结合实现物品之间的全面感知、网络传输和实际应用。

3　物联网发展存在的问题

3.1标准问题

目前物联网面临的主要问题之一就是标准化问题，一是技术标准问题，技术标准主要包括RFID电子标签数据信息编码规范、编码方法等协议，电子标签与读写器接口协议，读写器与计算机数据交换协议，RFID工作频段标准等；二是行业标准问题，行业标准是物联网快速发展的保证，但是现阶段各行业并没有形成统一的行业标准。因此，由于世界各国存在不同标准，加强国家之间标准的制定，确定标准的统一化是物联网急需解决的问题。

3.2价格问题

物联网的快速发展和广泛应用除了需要解决标准统一化问题之外，物联网关键技术之一的RFID电子标签及其他组件的价格问题也值得考虑。物联网的实质是把所有物品都互联互通，在所有物品内附着可被标记和识别的芯片，如果芯片的价格过高，那么很多低价格的物品将不会被植入芯片。因此，提高物联网的技术水平，降低芯片及各组件价格将有力推动物联网的发展。

3.3安全问题

物联网面临的又一难题是数据信息的安全保护工作。物联网数据信息安全主要包括RFID电子标签信息安全、数据信息网络传输安全、信息储存处理安全等。对于RFID电子标签的数据信息无法进行保密，存储于电子标签上的信息就会被泄漏甚至被恶意篡改，在数据信息传输过程中也有可能被拦截，这些将会造成巨大的损失。因此，解决安全问题的途径包括研究RFID电子标签加密防伪技术，加密技术可以防止标签信息泄漏或被篡改，再加上防伪技术的应用可以实现数据信息的安全防护；使用标准统一的通信协议进行数据信息的网络通信；加强数据信息的访问控制，实现信息储存处理的安全等。在实际应用特别是特殊领域的应用过程中，如军事物流领域、工业物流领域、智能交通控制领域等，需要保护数据信息的机密安全，防止电子标签信息的泄漏或被其他系统攻击，确保数据信息安全准确进行传输和应用[4]。

3.4数据管理平台问题

真正实现物联网的广泛应用必须依靠强大的数据管理平台，才能实现所有物品数据信息的存储和应用。因此，需要建立具有强大存储和处理能力的数据管理平台，包括后台数据库、应用程序、信息处理中心和监控中心等。该平台存储RFID电子标签的数据信息，能够实现RFID数据信息的读写操作，可以实现所有物品实时动态查询和监控等。为了确保数据信息安全，必须设定不同用户的访问权限，数据信息进行加密防伪处理，数据管理平台统一使用标准的认证协议、数据交换接口、安全防护系统等。因此，物联网的应用必须强调数据管理平台的安全有效性，才能实现数据信息的准确查询和监控。