计算机物联网关键技术的开发现状及应用前景

张士刚

（广州铁路职业技术学院,广东 广州 510600）

物联网技术是继计算机、互联网之后信息技术的第三次革命，具有划时代意义。该项技术以计算机为基础，并融入了诸多相关计算机技术，在电力行业、电商物流管理、农业等领域得到了广泛的应用。通过加强对基于计算机物联网关键技术的分析与应用研究，有利于让相关人员更好地认识该项技术，并促使该项技术发挥出更大的作用与价值，造福人类社会。

1 物联网技术与计算机技术的关系

通俗而言，物联网是指“物物相连的互联网”。物联网技术以计算机通信技术为基础，借助传感器技术、嵌入式技术、RFID射频识别技术等，成功实现了物与物之间的通信连接，由此能够实现物物相息、万物互联。一个完整的物联网可分为三层架构：（1）感知层，该层主要负责物品信息的收集，在传感器技术、RFID射频识别技术的帮助下，完成物品信息的感知与采集；（2）网络层，该层主要负责信号传输，主要借助计算机通信技术，同时也以其他与计算机相关的技术作为辅助，比如BLE蓝牙技术、Zigbee技术等，进一步强化物联网覆盖能力以及信息传输能力，能够直接与各种移动终端和采集设备相连，而不再仅仅局限于PC端，并实现对远程物品设备的操作控制[1]；（3）应用层，该层主要负责“物品信息”的处理和应用，通过对这些信息进行存储、分类和挖掘，并将处理结果反馈到网络中的其他设备和终端，即可完成对物品的远程操作控制。由此可知，物联网技术的应用，正是以计算机相关技术为基础，才能成功实现物与物之间的连接，两者关系非常密切，也正是在计算机相关技术的辅助下，才为物联网技术提供了一个完美的应用场景，促使物联网发挥出应有的作用与价值。物联网技术的出现，是计算机技术领域发展的又一里程碑，其将计算机技术又推向了一个新的发展高度，两者互为表里，相得益彰，为人们生产生活带来了极大的便利。

2 基于计算机物联网关键技术分析

2.1 传感器技术

“物品信息的感知”是物联网发挥作用的基础，需要应用到传感器技术来达到这一目的。传感器技术犹如“物品”与“网络”之间的“中间传输转化站”，将物品信息传递、转化为物联网可识别的信息。物联网以计算机为基础，而当前计算机在进行信息处理时，主要处理对象是数字信号，因而需要在传感器的帮助下，将物品的模拟信号转换成数字信号，才能被网络所接收、处理。当前，传感器已经渗透进多个生产领域，如工业生产、食品生产、环境保护等，并且传感器也在不断朝着微型化、智能化方向进步发展，这对物联网性能的提升也有着非常重要的促进作用。

2.2 RFID射频识别技术

RFID射频识别技术又被称为“电子标签”，该项技术是一种非接触式自动识别技术，主要是在射频信号的帮助下，完成对对象的自动识别，并从中获取相应的数据信息。在整个识别过程中，无须人工干预，因此本身有着非常强的环境适应性。不仅如此，针对一些高速移动的物品，RFID技术也能够进行识别，且可同时识别多个标签，整体效率较高。RFID射频识别技术是物联网进行物品信息采集的重要手段，一般在计算机通信网络的帮助下，能够实现远距离物品信息识别，目前该项技术在电商物流领域有着非常广泛的应用。

2.3 嵌入式系统技术

在研发早期，嵌入式系统还只是以单片机形式存在，后续随着嵌入式技术发展日益成熟，嵌入式系统发展越来越完善，适用场景也越来越广阔。嵌入式技术最初的发展目标，便是服务“物联”，比如将微型计算机嵌入到物理对象中，实现对象的自动化控制。在物联网中应用嵌入式技术，主要目的是提高“物品”的通信能力以及自动化控制能力。如果将整个物联网视为一个“人”，那么传感器与RFID射频识别技术相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，用于感知收集外界物品信息，计算机网络则是人的神经系统，用于信息的传递，而嵌入式系统则是人的大脑，用于信息的处理。正是嵌入式技术的存在，才让物品变得更加智能，物品与物品之间的连接也更加紧密。

2.4 平台服务技术

物联网的运行，还离不开各种基于计算机的服务平台技术，主要包括以下两种：（1）M2M平台，该平台属于一种中间平台，主要负责对终端进行管理与监控，并为相关应用系统提供数据信息转发等服务，在该平台的帮助下，还能够对终端加以控制，使其能够科学使用网络，并通过对终端流量进行监控，提供方便的终端远程维护操作工具；（2）云服务平台，该平台以云计算技术为基础，主要负责为各种不同的物联网应用提供统一的服务交付平台，并且在云计算技术的帮助下，还能够为物联网提供海量的计算和存储资源，确保物联网信息数据格式一致，促使整个物联网连接交付过程更加简单，同时还能够利用云计算技术实现数据分布式存储以及并行处理，其数据处理框架以本地计算方式处理大部分数据，因此不需要进行远程数据传输处理[2]。在物联网不断应用发展过程中，自身产生的数据信息势必会越来越多，对于这些信息的处理，采用传统硬件架构服务器，已经无法满足数据处理要求。因此需要应用到云计算服务平台，以显著提高物联网数据处理的效率，增强物联网整体性能。如果将物联网比作一台计算机，那么云计算便是这台计算机的CPU。在物联网未来发展过程中，随着云计算服务平台的应用越来越深入，两者融合越来越紧密，物联网数据采集端将会越来越多样化，数据采集量会越来越大，数据处理效率也会越来越高，如此可有效提升整体物联网的性能。

3 基于计算机物联网技术应用分析

3.1 电商物流领域应用

随着计算机通信技术的迅猛发展，我国电商产业也快速崛起。同时以计算机通信技术为基础，物联网技术在电商领域的应用也开始逐步深入。特别是随着我国电商运营规模的不断扩大，物流运营水平也需要跟随着电商的脚步，不断升级发展，促使物流系统智能化、信息化水平不断提升，也为以计算机为基础的物联网通信技术提供了一个绝佳的应用环境。物联网无线通信技术水平的提升和应用，能够有效解决当下电商物流行业面临的人员紧张、物流信息传递慢等问题，还能够促使电商企业进一步抢占市场，满足日益增长的物流运输需求，从而促进电商产业的发展。当下，电商企业正在积极寻求与物联网企业开展更加深入、多维度的合作，力求借助物联网通信技术，推动电商物流产业不断进行转型和优化升级，促使自身的核心竞争力得到有效提升。例如在2017年1月，京东、斑马技术和神州数码联合宣布成立“物联网＋电商物流联合实验室”。成立该机构的目的，便是希望能够在物联网通信技术的帮助下，改善物流以下三种应用场景：（1）在当前拣选和复核打包生产的基础上，进一步提高物流的运输效率；（2）借助物联网技术和计算机视觉技术，实现托盘与笼车资产可视化智能管理；（3）促进物联网技术与计算机视觉技术的深度融合，使计算机视觉和数据分析在物流运输中得到应用。当下网购在人们日常生活中已常态化，进一步加重了电商物流的负担，需要电商物流进一步提高自身的自动化、智能化水平。受此影响，很多电商企业在电商物流方面，也开始加快无人仓设置布局的步伐。而想要实现上述目标，首先便需要实现物品数据的感知与传输。在此过程中，物联网通信技术势必会得到更深入的应用，从而为电商产业实现更进一步的发展提供强大的技术力量支持。

3.2 智能电网领域应用

当下智能电网领域，同样离不开物联网技术的应用。比如利用计算机通信物联网传感节点技术，能显著提高智能电网的故障定位以及报警能力水平。在具体应用过程中，需要从智能电网底层网络架构出发，立足电网信息采集与传输，融入物联网传感器节点网络，更好地感知智能电网电力数据信息传递过程，实现对电力数据实时监测与状态控制。比如通过采用“物联网传感节点技术＋实时在线监测技术”，能够敏锐地感知智能电网线路电压与电流的变化，并以此为依据，实现对电网架空输电线路故障和异常状态的精准分析与判断，及时发现线路异常问题，降低电网线路故障带来的不利影响。在具体应用场景方面，在传感器节点技术的帮助下，能够对架空线路相间故障进行检测。在上述过程中，通过感知了解线路相间故障状态、过流值等参数信息，可实现对线路故障类型的判断。又如在对智能电网主机进行检测时，发现在某条线路中，传感器节点电流值发生了突变，超出了继电保护规定数值，且这种电流突变值持续时间较长，如果在该段时间区间内发生了跳闸或停电事故，便能够以此为依据，快速做出判断，该线路发生了短路故障[3]。但后续在启动重合闸时，线路重新恢复供电，会对其他正常线路产生影响，比如其他线路会出现瞬间电流涌动的现象，这种现象很容易导致其他检测终端发生误判。为有效解决这一问题，通常在故障重合闸间隔30 s后，传感器节点检测系统才会正式启动。此时在物联网通信技术的帮助下，传感器节点会接收到线路短路故障信息，并将该信息发送至远端监控服务器，服务器会对这些信息进行智能分析与识别，最后以结果为依据，准确定位故障发生位置，并及时发出故障告警信号，促使故障问题得到妥善解决，降低故障对智能电网的影响。

3.3 农产品领域应用

物联网技术在农产品领域中的应用，主要体现在农产品质量安全追溯方面。当下，人们的物质生活得到了显著改善，因此对食品安全也越来越重视。特别是近些年，由于不断曝出农产品农药残留超标问题，广大民众对农产品质量安全的关注度也越来越高，对农产品质量也提出了更高的要求。在这一背景下，为全面保障农产品质量安全，可应用物联网技术，建立农产品安全追溯系统，实现对农产品生产全过程的监督，为农产品安全提供了有力的保障。在实际应用物联网技术的过程中，除了需要以计算机为依据，还需要借助RFID射频识别技术、农田信息采集技术、计算机视觉技术、全球定位技术等，从而能够真正深入到农田之中，监控农作物的生长、采收，同时对农产品运输、加工、销售等环节，做好相应数据的采集，并将其统一存储至云端。消费者在购买农产品时，可以通过农产品质量安全追溯系统，查询自己购买的农产品在各个生产环节的信息，消除顾虑。一旦发现农产品存在质量安全问题，系统可对该农产品迅速定位，实现溯源查询，找出引发农产品食品安全问题的环节，并落实到相关责任人，有效消除农产品质量安全问题，给消费者一个满意的答复。在实际应用农产品质量安全追溯系统时，消费者在完成农产品购买后，可以直接利用智能手机，对农产品包装上的二维码进行扫描，然后农产品追溯查询系统会通过计算机传输网络，将产品生产全过程信息发送到消费者手机中，实现对产品的全供应链过程进行追踪查询，全方位保证农产品质量安全。

3.4 远程抄表领域应用

如今在远程抄表领域，也有了物联网技术的身影，比如物联网覆盖增强技术（NB-Io T技术），便是一个典型的物联网应用案例。NB-Io T技术是一种以蜂窝窄带物联网为基础的一种新兴信息技术，通过应用该项技术，可使一些低功耗、低性能设备也能够连接广域网中的蜂窝数据，从而实现在GSM网络、UMTS网络等计算机通信网络的部署，实现网络连接。整个连接过程中，设备消耗频段比较低，在一些待机时间短，且对网络连接要求较高的设备中，比如远程抄表系统，便非常适合应用该技术，能提高抄表系统网络传输能力。物联网覆盖增强技术在实际进行信息传输时，主要采用的是重复传输方式，促使传输信号码元时间有效延长，降低了信息传输过程中的噪音，更加有利于解调与译码，提高信息传输的稳定性。一般情况下，抄表系统在实际进行信息传输时，信息译码出错率均在10%左右，而通过应用物联网覆盖增强技术，在重复传输方式的帮助下，将会使得信息译码出错率进一步下降。一般经过3次重复传输，能够显著降低译码错误概率，可从原本的10%降低至0.027%[4]。如果想要更低的译码错误概率，还可以再次进行重复传输，当重复传输15次以上时，译码错误概率几乎可以忽略不计，显著提升译码工作效率。在远程抄表传感器系统中，通过应用物联网覆盖增强技术的这种重复传输功能，能够促使抄表性能得到显著的提高，使得抄表计算变得更加精密。例如在远程水表中应用物联网覆盖增强技术，能够准确地将水表水量转化为电信脉冲，从而让居民用水量统计变得更加精确。在物联网技术的帮助下，还能够通过连接智能终端，自动计算居民用水费用，并自动扣除相应费用，为居民用水提供良好的便利。

4 结语

综上所述，基于计算机的物联网包含多种关键技术，如RFID射频识别技术、传感器技术、嵌入式系统技术、平台服务技术等，正是这些技术的存在，才促使物联网技术功能得以充分展现。为促使物联网技术得到更好的应用，需要加强对该技术在各个领域的研究，从而更好地发挥物联网技术的作用和价值，带动产业经济实现更好的发展。