物联网关键技术及其应用

刘冠秀

摘 要：计算机时代带动了物联网技术的发展。作为信息行业发展的必然趋势，物联网由于自身的突出优势，已经受到各界人士的关注。该文对物联网的关键技术及其重要性进行了探讨，指出了其现存问题，并总结了物联网的相关应用和未来的发展前景。

关键词：物联网 关键技术 网络融合 智能控制

中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（b）-0001-02

当代社会的快速发展，带动了信息行业、通信行业的进步，充分提高了当下社会大众信息交流沟通的能力，随时随地的信息交换模式已经突破了传统的时间、空间限制，逐渐成为未来信息传输的主要形式。物联网借助传感设备、计算机网络等将信息通讯连接起来，并借助智能控制、定位识别等实现了监管功能。物联网的基础是已经发展成熟的互联网体系，是建立在互联网之上进行的信息扩展建设。物联网的主要应用技术在于智能感知、信息交换、通信识别。物联网中需要加强射频识别装置、感应设备、定位系统的分析，将对应互联网与相关设备信息合理连接，从而实现综合化管理的控制。

1 物联网概述

1.1 互联网与物联网的关系

一般状况下，物联网可看作是互联网的扩展升级，其应用基础仍是互联网。但是前者更加具有智能化、全面化、自动化的特点，可充分实现智能化连接，保证信息的传输不会受时间、空间的限制。人和人之间的交流沟通，一般借助互联网实现，是虚拟和实际生活的桥梁；而物联网连接属于人与物、物与物之间的连接，是现实世界和理论世界的连接。

1.2 架构分析

物联网处理问题需要经过三个过程：全面感知、可靠传输、智能计算，与此相对应我们可以将物联网分为三层，分别是用于相关数据感知的感知层，用于传输数据的网络层和进行信息处理的应用层。

感知层是物联网的基础层次，位于三层结构中的最底层，用于识别物体、采集信息，是联系物理世界与虚拟信息世界的纽带。该层的主要特点是：嵌入智能、标识感知、协同互动。为了实现物联网的感知能力，需要加强对感知层的重视，作为信息获取、感知并汇聚的主要设备，感知节点十分重要，对数据传输、终端形态的展现具有重大影响，如M2M终端、RFID终端、传感器、网关要求等。

2 物联网关键技术分析

2.1 RFID技术

RFID（Radio Frequency Identification）技术是构建“物联网”的关键技术，也叫射频识别技术，属于非接触的自动识别技术，借助射频信号对对象的相关数据进行整合，进而实现对象识别、数据获取等目的，该技术主要用于控制、检测和跟踪物体。为了合理区分不同的物体，需要加强对各个对象的编码落实，对应各个对象的编码需要保证具有针对性、唯一性。需要引起注意的是特殊物品对ID的安全性、隐私性等方面均有严格要求。

RFID系统包括RFID标签、RFID读写器、RFID系统软件、RFID中间件、后台应用程序。实际上，RFID系统就是RFID读写器与RFID标签之间用无线电频率进行通信的无线通信系统。RFID标签是信息的载体，应置于要识别的物体上或者由个人携带；RFID读写器可以具有读写功能，不过一般取决于系统所用的RFID标签的性能；RFID系统软件是在标签和读写器之间进行通信所必需的功能集合；中间件属于读写装置和后台处理之间的软件，借助该部分设备可充分连接RFID软件和后台系统；经由标签发出对应指令，经读写器、中间件处理后形成标准数据。借助该系统可充分实现对设备、物体的定位、控制、跟踪、检测等方面需求。

2.2 无线传感技术

传感网络技术作为信息获取的重要核心技术，以其自动识别、安全可靠和可以动态跟踪的特点，实现真正物与物对话的应用。它是一种包括多个节点形成的无线系统，需要借助固定设备进行支撑、部署处理，可避免传统有线网络的束缚。无线传感技术中，单个节点可以进行环境感应，经本地信息处理、无线信息发射可以实现对数据的有效控制处理。一般射频发射频率较低，单个节点的传输中需要考虑距离影响。

2.3 中间件技术

中间件是连接两个独立的应用程序或独立系统的软件或服务程序，用于管理计算机资源和网络通信，它能使相连接的系統即使拥有不同的接口仍然能相互交换信息，具有屏蔽系统异构性的作用。目前，物联网中的中间件技术有RFID中间件、嵌入式中间件、M2M中间件等，其中最具代表性的是RFID中间件。

RFID中间件扮演RFID标签和应用程序之间的中介角色，从应用程序端使用中间件所提供的一组通用的应用程序接口（Application Programming Interface，API），即能读取RFID标签数据。RFID中间件是一种面向消息的中间件（Message-Oriented Middleware，MOM），信息（Information）是以消息（Message）的形式从一个程序传送到另一个或多个程序。信息可以以异步（Asynchronous）的方式传送，所以传送者不必等待回应。面向消息的中间件包含的功能不仅是传递信息，还必须包括解译数据、安全性、数据广播、错误恢复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序以及延伸的除错工具等服务。

2.4 云计算技术

云计算是实现物联网的核心。运用云计算技术可以使物联网中数以兆计的各类物品的实时动态管理和智能分析变得可能。物联网通过将射频识别技术、传感技术、嵌入式技术等新技术充分运用在各行业之中，将各种物体充分连接，并通过无线网络将采集到的各种实时动态信息送达计算机处理中心进行汇总、分析和处理。

从物联网的结构看，云计算也将成为物联网的重要环节。物联网的四大组成部分：感应识别、网络传输、管理服务和综合应用，其中中间两个部分就会利用到云计算，特别是“管理服务”这一项，因为这里有海量的数据存储和计算的要求。物联网强调物物相连，设备终端与设备终端相连，云计算能为连接到云上设备终端提供强大的运算处理能力，以降低终端本身的复杂性。

云计算技术涉及系统较广，包括软件、硬件和存储设备等部分，是虚拟化的硬件设备设施，可为后期物联网提供合理的信息参考。云计算技术是提高计算机资源、计算能力的保障，为后期大量信息提供了有效支撑管理。

2.5 异构网络技术

异构网络（Heterogeneous Network）是一种类型的网络，其是由不同制造商生产的计算机、网络设备和系统组成的，大部分情况下运行在不同的协议上支持不同的功能或应用。

异构网络将相互重叠的不同类型网络融合起来以构成异构网络，从而满足未来终端的业务多样性需求。为了可以同时接入到多个网络，移动终端应当具备可以接入多个网络的接口，这种移动终端被称为多模终端，由于多模终端可以接入到多个网络中，因此会涉及到不同网络之间的切换。与同构网络（Homogeneous Wireless Networks）中的水平切换（Horizontal Handoff，HHO）不同，这里称不同通信系统之间的切换为垂直切换（Vertical Handoff，VHO）。异构网络在无线通信领域引起了普遍的关注，也已成为下一代无线网络的发展方向。

2.6 信息安全技术

物联网无处不在的数据感知、以无线通信为主的信息传输、智能化的信息处理会引起人们对信息安全和隐私保护问题的关注。从技术上讲物联网存在很多网络安全隐患。由于物联网在很多场合都需要无线传输，这种暴露在公开场所之中的信号很容易被窃取，也更容易被干扰，这将直接影响到物联网体系的安全。

3 物联网技术的应用

物联网的发展前景广阔，需要考虑各行各业的要求，将人与物、物与物之间的联系实现智能控制。当下物联网技术的发展仍处于上升阶段并逐步朝着智能化方向发展，但是物联网技术同预期发展目标仍有一定差距。当下物联网技术的主要应用领域包括：智能物流、智能交通、智能电网、智能家居、智能医疗等，下面仅对关键部分进行分析。

3.1 智能物流

智能物流是利用RFID与传感器技术实现对物品从采购、入库、调拨、配送、运输等环节全过程的准确信息，将制造、采购、库存、运输的成本降到最低，同时将各个环节可能造成的浪费也降到最低，利用信息流精确控制物流过程，使利润最大化。物联网技术可以覆盖智能物流运行的全过程，如智能物流的虚拟仓库、运行过程中的实时监控及实时决策都需要物联网技术的支持。智能物流托管站是智能物流的应用之一，它是指一种无人交接式的快递配送，不需要快递员跟收件人交接就可以接收快递件，是一种智能柜，当快递员配送快递件时，放进智能柜后系统会自动发送一条短信通知收件人收件，极为方便。

3.2 智能交通

智能交通系统（Intelligent Transportation System，简称ITS）是未来交通系统的发展方向，它将先进的信息技术、数据通信技术、电子传感技术、定位技术及控制技术等有效地集成，并运用于整个交通管理系统，从而建立一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。借助智能交通可充分实现对交通致死率的有效防治，降低堵塞状况等引起的危害，提高交通监管力度，降低能源消耗和对环境的负面影响，提高整体环境的有效管理控制。

3.3 智能电网

智能电網就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、云计算技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。

在智能电网中，需要考虑发电、输电和变电要求，及时进行通信传感设备的优化，提高整体设备使用效率的合理性，便于智能电网的有效管理，提高其稳定性、合理性，便于后续监控工作的充分落实。

4 结语

在物联网技术中，需要充分考虑智能识别、云计算、网络融合等技术的应用，加强对信息技术的考虑，物联网技术是工业化、信息化发展的必然产物，当下物联网的应用仍处于起步阶段，其关键技术的研发仍需进行优化。

参考文献

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