物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用分析

引言

1999年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的AutoID研究所提出了物聯(lián)網(wǎng)概念，至今已十多年了。目前，物聯(lián)網(wǎng)在許多行業(yè)都有應(yīng)用，很多專家認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)將是信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。2010年，我國(guó)的許多兩會(huì)代表建議將物聯(lián)網(wǎng)升格為國(guó)家戰(zhàn)略級(jí)產(chǎn)業(yè);在2011年兩會(huì)期間，浪潮集團(tuán)董事長(zhǎng)孫丕恕、鄧中翰院士和鄔賀銓院士等代表，都對(duì)物聯(lián)網(wǎng)提出了相關(guān)提案和建議?，F(xiàn)在很多地方政府都將物聯(lián)網(wǎng)作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)。

1物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings,IoT)泛指物物相聯(lián)之網(wǎng)，目前一般認(rèn)可的定義是:通過射頻識(shí)別標(biāo)簽(RFID)、二維碼標(biāo)簽、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)(GPS)等各類傳感器/敏感器技術(shù)和設(shè)備，按約定的協(xié)議，將物品與網(wǎng)絡(luò)連接起來進(jìn)行信息交換和通信，達(dá)到智能識(shí)別、定位、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)。

從網(wǎng)絡(luò)范疇考慮，物聯(lián)網(wǎng)可以理解為“公網(wǎng)/專網(wǎng)+傳感網(wǎng)”一般的公網(wǎng)就是互聯(lián)網(wǎng)；專網(wǎng)可以指公司內(nèi)網(wǎng)/局域網(wǎng)；傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的一種末梢網(wǎng)絡(luò)和感知延伸網(wǎng)，傳感網(wǎng)主要用來連接事物和感知信息。

中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)將物聯(lián)網(wǎng)分為三層：第一層為感知層，通過傳感器來進(jìn)行事物連接和信息感知，感知層的核心技術(shù)有傳感器、RFID、GPS等；第二層是網(wǎng)絡(luò)層,是異構(gòu)融合的泛在通信網(wǎng)絡(luò)，用來傳輸和處理信息，其包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，接入網(wǎng)用于有線接入和無線接入(如WSN)，核心網(wǎng)是基于IP的統(tǒng)一、擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，它基于目前的電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)；第三層是應(yīng)用層，是業(yè)務(wù)支撐和運(yùn)營(yíng)管理層，如云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等。

2物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)

由物聯(lián)網(wǎng)的上述定義可知，物聯(lián)網(wǎng)能夠識(shí)別、定位、監(jiān)控和管理，因此，支持物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)包括感知識(shí)別技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和架構(gòu)技術(shù)等。

2.1感知識(shí)別技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)要能實(shí)現(xiàn)“物物相聯(lián)、人物互動(dòng)”，首先應(yīng)當(dāng)采集數(shù)據(jù)。一般來說，為了降低成本，采集設(shè)備中的MCU控制器都是用嵌入式系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)智能化，采集設(shè)備都應(yīng)裝有操作系統(tǒng)?，F(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用最多的采集設(shè)備是射頻識(shí)別標(biāo)簽(RFID)，該技術(shù)比較成熟。目前物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)有傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、采集設(shè)備和核心芯片等幾種。

2.2信號(hào)處理技術(shù)

當(dāng)采集設(shè)備獲得各種原始數(shù)據(jù)后，智能信號(hào)處理便可對(duì)這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲得目標(biāo)數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)信號(hào)處理的核心和關(guān)鍵技術(shù)有云計(jì)算、多物理量檢測(cè)、信號(hào)提取、信號(hào)調(diào)理、信號(hào)變換和信號(hào)分析等。

云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，實(shí)質(zhì)是對(duì)現(xiàn)有計(jì)算資源的一次再分配。它的核心理念是將計(jì)算能力或計(jì)算服務(wù)作為一種商品，賣給需要它的公司，從而讓公司節(jié)約硬件采購(gòu)成本。云計(jì)算將是未來信息服務(wù)的一種發(fā)展趨勢(shì)，它已經(jīng)在全世界有了廣泛應(yīng)用，因而有著很大的發(fā)展前景。

2.3技術(shù)架構(gòu)

面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)就是以信息化、模塊化為服務(wù)的架構(gòu)，其核心是將服務(wù)和技術(shù)分離，以提高服務(wù)的重用性。SOA有三部分：服務(wù)提供、服務(wù)注冊(cè)和服務(wù)請(qǐng)求。物聯(lián)網(wǎng)中帶有RFID的各類嵌入式設(shè)備，既是SOA應(yīng)用中天然的服務(wù)提供者，也是SOA體系中天然的服務(wù)請(qǐng)求者。將SOA整合到物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)應(yīng)用中，可以對(duì)松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)提供和和服務(wù)具體使用方式的分離。

3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用分析

目前，物聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)都有應(yīng)用，本文分別介紹不停車收費(fèi)系統(tǒng)、家居安防系統(tǒng)和手機(jī)支付等三個(gè)方面的應(yīng)用。

3.1不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)

隨著人們經(jīng)濟(jì)生活水平的提高，交通基礎(chǔ)設(shè)施的大量投入和快速發(fā)展，路橋的交通流量越來越大，傳統(tǒng)的停車式人工收費(fèi)系統(tǒng)所造成的交通堵塞現(xiàn)象日益突出，大大制約了交通網(wǎng)絡(luò)作用的發(fā)揮。采用增加收費(fèi)通道的數(shù)量，不僅需要大量的投資，而且不能有效解決交通堵塞現(xiàn)象，因而十分需要高效、可實(shí)現(xiàn)路橋自動(dòng)管理的新型收費(fèi)系統(tǒng)。

ETC是以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)作為技術(shù)保障的收費(fèi)系統(tǒng)，當(dāng)車輛經(jīng)過ETC收費(fèi)車道時(shí)，不需停車，因而可以大大提高收費(fèi)車道的通行能力，也堵住了收費(fèi)漏洞，同時(shí)也可以讓交通部門及時(shí)掌握路橋的車流信息。

ETC收費(fèi)系統(tǒng)要求在車輛上安裝電子標(biāo)簽，然后通過無線通信技術(shù)，讓電子標(biāo)簽和ETC通道上的微波天線RSU進(jìn)行通信和信息交換，最后利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和銀行實(shí)現(xiàn)后臺(tái)結(jié)算。

ETC車道控制系統(tǒng)一般應(yīng)具有車輛進(jìn)出檢測(cè)、車牌抓拍與識(shí)別、收費(fèi)交易等部分，包括地感線圈、車輛檢測(cè)器、路側(cè)天線設(shè)備(RSU)、MTC控制柜、ETC控制柜等。系統(tǒng)工作流程如下：

（1）ETC車輛進(jìn)入ETC通道時(shí)，先觸發(fā)地感線圈一，同時(shí)進(jìn)入無線微波通信區(qū)域，啟動(dòng)RSU設(shè)備，完成交易；

（2）根據(jù)交易結(jié)果確定欄桿是否抬起，同時(shí)進(jìn)行綜合信息顯示；

（3）車輛繼續(xù)前進(jìn)，觸發(fā)地感線圈二，系統(tǒng)抓拍車牌和識(shí)別車牌；

（4）若交易不成功，則可人工完成交易。

3.2家居安防系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代生活水平的提高，大家對(duì)家庭生命財(cái)產(chǎn)安全非常重視。以前的家庭報(bào)警裝置一般都采用電話線和電纜方式,該方式存在投資成本較大、維護(hù)費(fèi)用較高、可靠性差和報(bào)警不及時(shí)等不足，于是，基于物聯(lián)網(wǎng)的家居安防系統(tǒng)就非常受歡迎，此系統(tǒng)不受地域、環(huán)境和時(shí)間的限制，它能分散布點(diǎn)、集中監(jiān)控，而且具有可靠性高、維護(hù)費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)一般采用嵌入式微處理器作為主控制器(MCU)，它主要通過射頻通信的方式來接收?qǐng)?bào)警信息，并通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，讓遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家居。家居安防主要可應(yīng)用于火災(zāi)、煤氣泄露、非法入室等三方面。系統(tǒng)將擁有EPC碼的電子標(biāo)簽設(shè)備安裝在有安全隱患的區(qū)域,該區(qū)域可稱為監(jiān)測(cè)防區(qū)。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端(RM)一般裝在宿舍、小區(qū)保安室等地方。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3.3手機(jī)支付

手機(jī)支付也稱為移動(dòng)支付，主要是移動(dòng)用戶利用手機(jī)對(duì)消費(fèi)的產(chǎn)品或服務(wù)進(jìn)行賬務(wù)支付，此支付方式不僅可以方便用戶，也讓銀行有部分利潤(rùn)。隨著3G技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)支付的應(yīng)用越來越廣手機(jī)支付最早是利用手機(jī)短信接入方式來進(jìn)行支付，目前流行的是刷卡手機(jī)，幾大運(yùn)營(yíng)商都大力推廣現(xiàn)在手機(jī)支付方式有RFID和NFC兩種。

RFID支付方式主要是利用RFID-SIM卡和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供消費(fèi)支付平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，類似于支付寶。一個(gè)基于RFID的GPRS移動(dòng)支付系統(tǒng)有五個(gè)部分：移動(dòng)終端、通信網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)安全交易系統(tǒng)、銀行和認(rèn)證中心。移動(dòng)終端包括RFID標(biāo)簽、能進(jìn)行移動(dòng)支付的手機(jī)和可讀取RFID的POS機(jī)。一般RFIDPOS機(jī)利用RFID技術(shù)來獲取用戶信息，并采用GPRS方式和移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，手機(jī)用戶則利用手機(jī)移動(dòng)支付軟件與移動(dòng)支付平臺(tái)進(jìn)行信息處理，以完成支付。

NFC是一種近距離無線通信方式，是由飛利浦、諾基亞、索尼等廠商共同推薦的一項(xiàng)無線技術(shù)。NFC的短矩離交互可以簡(jiǎn)化認(rèn)證識(shí)別過程，NFC優(yōu)于紅外線和藍(lán)牙傳輸方式。NFC芯片裝在手機(jī)上，手機(jī)用戶可以進(jìn)行小額電子支付。當(dāng)NFC手機(jī)內(nèi)置NFC芯片后，實(shí)質(zhì)上就組成了RFID模塊的一部分，因而可以作為RFID無源標(biāo)簽來使用。

目前，我國(guó)的三大運(yùn)營(yíng)商都有相應(yīng)的支付模式。其中,中國(guó)聯(lián)通需要使用內(nèi)置NFC芯片的定制刷卡手機(jī)；中國(guó)電信需要購(gòu)買手機(jī)支付SD卡，如天翼手機(jī)；中國(guó)移動(dòng)只需將SIM卡換成集成RFID的SIM卡，因而可以避免手機(jī)的大量更換。目前，中國(guó)移動(dòng)的手機(jī)支付業(yè)務(wù)量最大。

4結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)是多種技術(shù)融合的新型技術(shù)體系，它在多種應(yīng)用中能明顯提高效率，具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此，物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，必將大大推動(dòng)物物相聯(lián)、人物互動(dòng)的信息化建設(shè)。

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