基于信息技术的物联网研究与应用

2020-01-08韩文科

通信电源技术 2020年9期

韩文科

（邯郸银行，河北邯郸 056005）

1 物联网概念

物联网的核心技术是基于嵌入式设备通过网络将各类事物连接在一起。技术原理是将各种传感器、射频设备以及定位设备等集成起来，将采集的信息实时传送到物联网设备中，进行信息共享而形成网络。物联网主要解决物品与物品（Thing to Thing，T2T）、人与物品（Human to Thing，H2T）以及人与人（Human to Human，H2H）之间的互连。

2 物联网技术

物联网特性是将所有的事物与网络连接，方便识别、管理和控制，而不完全依赖个人计算机。物联网使用的网络并不拘泥于传统计算机间的互联网，也可以使用与传统计算机间互联网技术相类似的低功耗网络技术。

2.1 物联网协议

物联网技术处于发展初期阶段，所使用的低功耗网络存在多种网络协议。常用的一些通用协议有蓝牙、WiFi以及紫蜂协议等[1]。WiFi协议虽然成熟，但其功耗对于部分物联网设备来说相对较高。蓝牙技术功耗虽然不高，但支持连接的外部设备数量有限。因此，具备低功耗、支持大量连接的物联网通信技术的紫蜂协议被广泛应用。紫蜂协议通信速率较低，可以满足物联网设备之间低功耗、低速率、高连接数的交互需求。紫蜂协议也存在一定的缺陷，如无法直接与传统互联网连接、与其他低功耗物联网协议不兼容等，有待进一步完善。

2.2 物联网原理

通常情况下，基本的物联网架构主要由传感器、嵌入式设备等组件组成，通过“采集—传送—处理—发送”的过程实现联通。物联网设备中的传感器类似于人体的五官，负责采集各种数据。RFID是一种无线通信技术，可以在设备之间没有机械或光学接触的情况下进行通信，保证信号的传输准确性和及时性。嵌入式设备是物联网设备的大脑，负责处理和运算。物联网的基本工作原理：传感器通过有线或RFID的方式将数据传输给嵌入式设备，嵌入式设备进行运算和简单的策略配置，将处理后的数据按照约定的协议经通信设备传送。

2.3 数据处理技术

嵌入式设备是由单片机芯片集成的小型数据处理器，是物联网设备数据处理的核心。基于单片机芯片，按所需功能添加外围电路组成有实际意义的电路，就是简单的嵌入式设备。物联网需要使用大量的轻度计算设备，同时需要保证这些设备实时在线，而单片机非常适用这样的场景。目前，嵌入式设备在种类、精度、运算速度等方向不断发展，嵌入式设备所使用的软件平台也在逐步开放和整合。

3 物联网应用

物联网最基本的功能就是建立连接，提高管理和使用效率。物联网应用领域广泛，凡涉及“智能”二字都与物联网有一定的联系，在家居、交通、城市管理、医疗、工业以及安防等行业都有较好的应用。

3.1 智能家居

智能家居是典型的物联网应用。将带有光敏传感器或热敏传感器的设备连接，通过检测，根据预定策略自动控制相关电器设备；将物联网设备与传统通信设备相连，消除电器之间的孤岛效应，使设备联动，有效提高设备使用效率[2]。

3.2 智能交通

物联网技术在道路交通管理方面也有较好的应用。通过道路安装传感器，实时接收路况信号，交通参与者根据路况信息自动规划路径，有效降低交通事故发生频率，避开拥堵，提高出行效率。同时，交管部门可以根据物联网设备采集的信息制定相应的管理方案。

3.3 智慧城市

物联网技术应用于城市管理领域，可以提高城市管理效率，方便群众生活，同时为打造节约型社会提供有力保障。

3.3.1 智能芯片

最贴近人们生活的身份证加入了支持无线射频识别技术的芯片。将公民的身份信息数字化后存储到芯片，当需要认定身份时，只需将身份证在专用的读卡器上扫一下，便可读取其中的公民信息资料。甚至读卡器可直接与公安系统相连接进行联网核查，高效且方便。

3.3.2 智能电网

在传统电网中加入传感器、通信和处理设备，实时监测电网运行状态，如负荷、电压、温度等。将各个输电网络的传感器通过物联网连接起来，根据物联网设备收集到的参数进行电网的实时调配和检修，提高电网的稳定性。

3.3.3 智能照明

通过加载光敏、红外传感器等物联网技术的照明设施，将亮度、行人信息传送至市政部门，根据信息分批、分区控制照明设施，能够有效减少能量损耗。传感器还可以及时发现故障，通知市政部门维修，减少市民出行的不便。

3.3.4 智能防洪

在特定区域放置检测降雨量和积水量的传感器，当发现降雨量增加时，及时启动排水设备，提前应对洪涝灾害；当发现积水量异常增加时，提前判断管道堵塞等故障，及时处理检修，降低风险。

3.4 数字化医疗

在医疗行业，通过让患者穿戴带有心跳传感器、血压传感器等设备的医疗装置，实时收集患者的健康信息，可方便医生参考这些信息制定妥善的治疗方案，提升人们的健康指数，实现数字化医疗诊治。

3.5 物联网工业

在工业领域引入物联网等理念，有助于加速推进“两化融合”步伐，推动工业化和信息化全面结合，能够进一步降低能耗，提高生产效率，促进可持续发展，为我国工业3.0、中国制造2020、实现制造业强国梦奠定坚实的基础。

3.5.1 智能物流

货物数量大、路由复杂是物流行业面临的挑战之一。应用物联网技术能够显著减低成本，提高物流效率。通过在物货包装上打印二维码，在货物分拣运行路径上加载物联网二维码读取装置，这样物流企业在分拣的同时可以清晰定位货物的位置、分拣的正确性和货物的状态，方便安排下一阶段的工作。根据物流线路货运状况及时调度车辆，优化物流速度，有效降低失误率，促进行业发展。

3.5.2 工业自动化

随着工业企业的规模化和集约化发展，生产流水线复杂程度越来越高，自动化水平不断提升。生产过程中不可避免会出现生产线故障、异常等问题，降低生产效率，也可能存在原材料储备方面的问题，而应用物联网技术能够有效解决这些问题。在生产线中加入相应的传感器检测故障、异常、原材料储备等数据，将数据实时传送至生产调度中心，使管理者能够及时发现问题并处置，同时也可以及时响应并处理传感器自身的故障。另外，可以通过物联网与材料供应商连接，当原材料储备量较低时，直接向供应商推送相关信息，实现工业生产链上下游的有效衔接，保障生产的连续性。

3.6 物联网安防

物联网技术应用到安防领域，能够提高安全指数，降低安全隐患，有效提升社会治安管理水平。在消防报警设备中使用物联网技术，可实现物联网设备与公安消防部门的联动。传感器检测烟雾浓度阈值，可以快速触发警情，及时通知消防部门部署人员采取应对策略实施救援，将损失降到最低。通过红外线和门磁检测等传感器与物联网设备连接，能够及时发现非法入侵等异常信息，同时可以通过技术识别对比，自动拍照并报警。

4 物联网发展

随着社会的发展和技术的进步，物联网技术已广泛应用于多个领域。物联网技术快速发展的同时，也面临着一些挑战。只有不断创新、改进和提升，才能有效应对发展过程中出现的风险，更好地促进物联网技术的健康发展。

4.1 风险和应对

物联网技术因其复杂性面临的风险更加多元化、复杂化和堆叠化[3]。有效防范和处置风险，是物联网发展过程中必须解决的问题。

4.1.1 面临的风险

相比传统互联网风险，物联网连接设备的广度和深度使其安全漏洞的属性更加广泛和放大。物联网设备硬件漏洞修复难度高，软件更新复杂度深。

4.1.2 有效防范风险

正确利用物联网技术，可有效规避风险，消除隐患，使其更好地服务人们的生活。需要注意，防范风险和处置风险尤为重要。例如，物联网技术使用中的隐私保护问题，可以通过加密传感器或信息匿名，制定相关策略防范信息外泄，是消费级物联网设备有效防范风险的有效途径。

4.2 物联网发展

随着物联网产业的蓬勃发展，行业巨头纷纷在物联网领域持续发力，为物联网的快速发展带来了新的机遇。

4.2.1 技术创新

微软公司针对嵌入式设备发布了windows操作系统的Embedded分支系列，宣告进入嵌入式领域，并在银行业自助设备中广泛使用。微软公司专门发布了基于物联网应用的操作系统windows10 IoT，其中“IoT”是物联网Internet of Things的缩写，表明了应用方向——物联网嵌入式设备，预示着物联网技术在信息化时代蓬勃发展的生命力。

4.2.2 科技应用

谷歌公司推出了Google Home计划，通过将家庭智能设备集中进行控制，布局家居物联网技术入口；国内的小米公司也在生活领域有物联网技术的广泛应用[4]。随着物联网技术在生活领域深度应用，必将使人类的生活品质更加美好。