摘要：基于物聯(lián)網的應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景，采用了對比分析和歸納總結的方法，介紹了物聯(lián)網的概念與體系結構，簡述了物聯(lián)網的關鍵技術，包括：RFID技術、傳感網技術、M2M技術、云計算和中間件技術等，指出了物聯(lián)網面臨的主要問題，得到了物聯(lián)網必將為人類生活帶來翻天覆地的變化，“智慧地球”的理想終將變成現(xiàn)實的結論。
關鍵詞：物聯(lián)網；RFID；傳感網技術；M2M技術；云計算；中間件技術
物聯(lián)網顧名思義就是“物物相連的互聯(lián)網”。它是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把物體與互聯(lián)網連接起來，進行信息交換與相互通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控的一種網絡。
物聯(lián)網有3大本質特性，即：全面感知、可靠傳輸、智能處理。物聯(lián)網具有感知性，它可以感知人們所處的環(huán)境，最大限度地支持人們更好地洞察、利用各種環(huán)境資源以便做出正確的判斷并把判斷結果可靠地進行傳輸。物聯(lián)網使得人們所處的物質世界得以極大程度地數字化、網絡化，使得世界中的物體不僅以傳感方式也以智能化方式關聯(lián)起來。
1 體系結構
物聯(lián)網的體系結構大致被公認有3個層次，底層是用來感知數據的感知層，第二層是用于傳輸數據的網絡層，最上面則是與行業(yè)需求相結合的應用層。如圖1所示。
1)感知層
感知層主要用于感知物體，采集數據。它是通過移動終端、傳感器、RFID(射頻識別技術)、二維碼技術和實時定位技術等對物質屬性、環(huán)境狀態(tài)、行為態(tài)勢等動態(tài)和靜態(tài)信息進行大規(guī)模、分布式的信息獲取與狀態(tài)辨識。針對具體感知任務，常采用協(xié)同處理的方式對多種類、多角度、多尺度的信息進行在線計算，并與網絡中的其他單元共享資源進行交互與信息傳輸。其作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經末梢。
2)網絡層
網絡層能夠把感知到的信息進行傳輸，實現(xiàn)互聯(lián)。這些信息可以通過INTERNET、INTRANET、GSM、CDMA等網絡進行可靠、安全地傳輸。在傳輸層，主要采用了與各種異構通信網絡接入的設備，如接入互聯(lián)網的網關、接入移動通信網的網關等。因為這些設備具有較強的硬件支撐能力，所以可以采用相對復雜的軟件協(xié)議設計。傳輸層的作用相當于人的神經中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。
3)應用層
應用層是物聯(lián)網和用戶的接口，它與行業(yè)需求相結合，實現(xiàn)物聯(lián)網的智能應用。根據用戶需求，應用層構建面向各類行業(yè)實際應用的管理平臺和運行平臺，并根據各種應用的特點集成相關的內容服務。為了更好地提供準確的信息服務，必須結合不同行業(yè)的專業(yè)知識和業(yè)務模型，以完成更加精細和準確的智能化信息管理。其應用包括智能交通、綠色農業(yè)、智能電網、手機錢包、智能家電、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)監(jiān)控等。
2 物聯(lián)網關鍵技術研究
物聯(lián)網是繼互聯(lián)網后又一次的技術革新，其關鍵技術包括RFID、傳感網技術、M2M技術、云計算和中間件技術。
2．1 RFID技術
RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，意思是射頻識別，俗稱電子標簽，是物聯(lián)網最關鍵的一個技術。它是利用射頻信號實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。由于它是一種非接觸式的自動識別技術，因此識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作方便快捷。
RFID系統(tǒng)一般由讀寫器、標簽及信息處理系統(tǒng)3個部分組成。標簽是一個內部保存數據的無線收發(fā)裝置，負責發(fā)送數據給讀寫器。讀寫器是一個捕捉和處理標簽數據的裝置，同時還負責與后臺處理系統(tǒng)接口。信息處理系統(tǒng)則是在讀寫器與標簽之間進行數據通信所必需的軟件集合。
在RFID中要實現(xiàn)物體之間的互聯(lián)就必須給每件物體一個識別編碼，也就是用于身份驗證的ID。每個物品都有一個ID來證明它的惟一性。正是RFID對物體的唯一標識性，使其成為物聯(lián)網的熱點技術。而作為條形碼的無線版本RFID技術有條形碼不具備的防水、防磁、耐高溫、可加密等優(yōu)點。
2．2 傳感網技術
傳感網由大量部署在監(jiān)測區(qū)域內的傳感器節(jié)點構成的多個無線網絡系統(tǒng)，即無線傳感網(WSN)，它能夠實時檢測、感知和采集感知對象的各種信息，并對這些信息進行處理后通過無線網絡發(fā)送出去。物聯(lián)網正是通過各種各樣的傳感器以及由它們組成的無線傳感網來感知整個物質世界的。
在物聯(lián)網中，首先要解決的就是獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取信息的主要途徑與手段。傳感器是一種檢測裝置，用來感知信息采集點的環(huán)境參數，例如聲、光、電、熱等信息，并能將檢測感知到的信息按一定規(guī)律變換成電信號或所需形式輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲和控制等要求。
傳感網是物聯(lián)網的底層和信息來源，因此需要對其運行狀態(tài)及信號傳輸的通暢性進行監(jiān)測，才能實現(xiàn)對網絡的有效控制。傳感網除了具有一般無線網絡所面臨的信息泄露、信息篡改等多種威脅外，還面臨節(jié)點容易被操縱的威脅，因而在通信前進行節(jié)點的身份認證很有必要。
2．3 M2M技術
M2M通過實現(xiàn)人與人(Man to Man)、人與機器(Man to Machine)機器與機器(Machine to Machine)的通信，讓機器、設備、應用處理過程與后臺信息系統(tǒng)共享信息。M2M技術的應用幾乎涵蓋了各行各業(yè)，通過“讓機器開口說話”，使機器設備不再是信息孤島，實現(xiàn)對設備和資產有效地監(jiān)控與管理。
M2M產品主要無線終端、傳輸通道和行業(yè)應用中心3部分構成。無線終端是特殊的行業(yè)應用終端，傳輸通道是從無線終端到用戶端的行業(yè)應用中心之間的通道，行業(yè)應用中心是終端上傳數據的集中點。
M2M包括硬件和軟件平臺。其硬件是使機器具有通信或聯(lián)網能力的部件，能夠從各種機器、設備處獲取數據并傳送到通信網絡硬件廠商。M2M的軟件包含中間件、通訊網關、實時數據庫、集成平臺、構件庫及行業(yè)化的應用套件等。
2．4 云計算
云計算(Cloud Computing)是網格計算、并行計算、網絡存儲等傳統(tǒng)計算機技術和網絡技術發(fā)展融合的產物。它旨在通過網絡把多個成本相對較低的計算實體整合成一個具有強大計算能力的完美系統(tǒng)。
物聯(lián)網要求每個物體都與該物體的唯一標示符相關聯(lián)，這樣就可以在數據庫中進行檢索。加上隨著物聯(lián)網的發(fā)展，終端數量的急劇增長，會產生龐大的數據流，因此需要一個海量的數據庫對這些數據信息進行收集、存儲、處理與分析，以提供決策和行動。傳統(tǒng)的信息處理中心是難以滿足這種計算需求的，這就需要引入云計算。
云計算可以為物聯(lián)網提供高效的計算、存儲能力，通過提供靈活、安全、協(xié)同的資源共享來構造一個龐大的、分布式的資源池，并按需進行動態(tài)部署、配置及取消服務。其核心理念就是通過不斷提高“云”的處理能力，最終使用戶終端簡化成一個單純的輸入輸出設備，并能按需享受“云”的強大計算處理能力。
2．5 中間件
中間件(Middleware)是處于操作系統(tǒng)和應用程序之間的軟件，它屏蔽了底層操作系統(tǒng)的復雜性，使程序開發(fā)人員面對一個簡單而統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，減少程序設計的復雜性，將注意力集中在自己的業(yè)務上，從而大大減少了技術上的負擔。中間件帶給應用系統(tǒng)的，不只是開發(fā)的簡便、開發(fā)周期的縮短，也減少了系統(tǒng)的維護、運行和管理的工作量。
物聯(lián)網的理念是要實現(xiàn)任何時間、任何地點及任何物體的連接，這個特點決定了屏蔽底層硬件的多樣性及應用的復雜性。中間件的特性正好提供了良好的平臺，以實現(xiàn)各類信息的關聯(lián)、融合與互動。
基于物聯(lián)網的應用，中間件的研究應著重于支持多種傳感設備的數據采集和處理功能，向上層應用提供終端能力調用接口等。
3 物聯(lián)網所面臨的問題
物聯(lián)網前景廣闊，對經濟和社會的影響巨大。然而，我國物聯(lián)網的發(fā)展還存在一系列瓶頸和制約因素，例如關鍵技術有待突破，標準比較分散、體系還不完善，安全與隱私受到挑戰(zhàn)，應用規(guī)模小，沒有形成成熟的商業(yè)模式等。
1)加強政策引導。物聯(lián)網牽涉到各個行業(yè)，各個產業(yè)，它不僅需要技術，更需要多種力量的整合。這就需要國家的產業(yè)政策和立法上要制定出適合這個行業(yè)發(fā)展的政策與法規(guī)。因此，加強對物聯(lián)網發(fā)展的研究，盡快解決物聯(lián)網的內涵與產業(yè)政策等問題。加強與相關部門的溝通協(xié)作，積極推動出臺國家層面的統(tǒng)一戰(zhàn)略規(guī)劃，確定物聯(lián)網產業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，明確其發(fā)展目標及發(fā)展路線圖，統(tǒng)籌部署物聯(lián)網基礎技術和網絡的研發(fā)、產業(yè)化及應用。
2)制定標準規(guī)范。物聯(lián)網是一個多設備、多網絡、多應用的一個大網，在其發(fā)展過程中，傳感、傳輸、應用各個層面會有大量的技術出現(xiàn)，可能會采用不同的技術方案。如果各行其是，不能相互連通，不能降低研發(fā)成本，不能形成整合的商業(yè)模式，更不能形成規(guī)模經濟。因此，推動建立跨行業(yè)、跨領域的物聯(lián)網標準化協(xié)作機制，盡快制定統(tǒng)一的標準規(guī)范，以使其互聯(lián)互通、相互融合，對物聯(lián)網尤為重要。
3)突破核心技術。圍繞物聯(lián)網產業(yè)鏈的關鍵環(huán)節(jié)，集中多方資源，突破核心技術，加快形成較為完備的物聯(lián)網技術體系。引導加強產業(yè)鏈的協(xié)作，協(xié)同開展物聯(lián)網重大技術攻關和應用集成創(chuàng)新。急需突破的核心技術包括傳感器技術、射頻識別技術(RFID)、中間件技術、M2M技術、智能通信與控制技術、云計算技術、異構網絡融合技術等技術。
4)關注信息安全。物聯(lián)網中的物與物、物與人之間互聯(lián)，使用大量的信息采集和交換設備，信息采集和信息傳輸頻繁。比起傳統(tǒng)網絡，物聯(lián)網發(fā)展帶來的信息安全、網絡安全將更為突出。要強化安全意識，把安全放在首位。研究物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展可能帶來的安全問題，制定相關措施，防患于未然，科學規(guī)劃和配置頻率資源，積極研究制定和推廣應用我國自主編碼體系，推動完善信息安全、個人隱私保護等方面的法律法規(guī)。
5)建立管理平臺。物聯(lián)網是一個大網，其價值在于網，而不在于物。如果沒有一個龐大的網絡體系，不能進行管理和整合，那這個網絡就沒有意義。因此，建立一個綜合性的物聯(lián)網業(yè)務管理平臺，把各種傳感信息進行匯總和分門別類，進行有指向性的傳輸，已成為非常重要的問題。有了這個綜合性的管理平臺，就可以整合資源、相互融合，取代那種效率低，成本高的各自為政的局面，從而為物聯(lián)網的發(fā)展助力騰飛。
6)完善商業(yè)模式。任何一次信息產業(yè)革命都會出現(xiàn)一種新型的商業(yè)盈利模式，物聯(lián)網也不例外。物聯(lián)網作為新概念、新技術，其感知、網絡、應用的3個層次中，每一個層面都有多種選擇去開拓市場。而目前能夠給物聯(lián)網發(fā)展直接帶來的經濟效益的主要集中在與物聯(lián)網有關的電子元器件領域，例如射頻識別、感應器等等。而龐大的商業(yè)盈利模式尚未完善，這就需要組織引導，集中資源，形成合力，以應用為先導，完善商業(yè)模式。
4 結束語
作為技術革命，互聯(lián)網改善了人與人之間的交流方式，縮短了空間距離；而物聯(lián)網引入了人與物之間的交流，其發(fā)展目標是使人們在任意時間、任意地點可以與任意物品互聯(lián)，其前途無限，必將為人類生活帶來翻天覆地的變化，“智慧地球”的理想也終將變成現(xiàn)實。
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