物联网的主要技术和应用

物联网的主要技术和应用

摘要：本文简单介绍了物联网的起源、发展和特点。然后根据信息生成、传输、处理和应用的原则，把物联网分为4层：认知层、网络层、管理层、应用层。并逐层介绍它们所用到的技术。最后以智能电网、智能交通和智能建筑为例展示物联网的具体应用。

关键词：物联网智能电网智能交通智能建筑

一、概述

1、基本概念

究竟什么是物联网，由于对其认识的不够深入和不同领域研究者出发点的不同，现在还没有一个公认和明确的定义。但大家都认可的是“物联网是一个基于互联网、传统电信网络等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络”。换句话说，在物联网世界，每一个物体均可寻址，每一个物体均可通信，每一个物体均可控制。普遍认为物联网是继计算机、互联网和移动通信后引领信息产业革命的新一次浪潮。又由于物联网所倡导的物物互联规模要远大于现阶段的人与人通信业务，因此物联网的预期市场前景也要远大于之前的计算机、互联网和移动通信等。

2、起源和发展

1995年比尔·盖茨在《未来之路》一书中就提出了“物物互联”的构想；1999年美国Auto-ID中心首先提出建立在物品编码、无线射频技术和互联网基础上的物联网概念。物联网的基本思想虽然成型与上世纪末，但在这些年才真正引起人们的关注。2005年国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，指出物联网时代即将来临，世界上所有的物体小到纸巾达到房屋都可以通过互联网主动进行信息交换。

随后世界许多国家都提出了自己的物联网发展战略。包括2009年美国IBM提出的“智慧地球”、欧盟的《Internet of Things—An action plan for Europe》行动方案、日本的《i—Japan战略2015》信息化战略等。温家宝总理在2009年8月考察时也提出了“感知中国”战略构想，随后我国政府高层一系列的讲话、报告和相关政策都表明中国要抓住机遇，紧跟世界先进潮流，大力发展物联网技术。

3、主要技术

物联网在逻辑上可以分为认知层、网络层、管理层和应用层。把它与传统的信息系统构

架相比，多了一个认知层。

认知层，即遍布在我们周边的各类传感器、条形码、摄像头等组成的传感器网络。它的作用是实现对物体的感知、识别、检测及数据采集，以及反应和控制等。这些作用改变了传统信息系统内部运算能力强但是但是对外部感知能力弱的状况，因此认知层是物联网的基础，也是物联网与传统信息系统的最大区别所在。

网络层，即由各种有线及无线节点、固定与移动网关组成的通信网络与互联网的融合体。主要作用是把认知层的数据接入网络以供上层使用。它的核心是互联网（包括下一代互联网），而各种无线网络则提供随时随地的网络接入服务。使用的技术包括互联网、移动通信网络、WiFi等无线宽带网络和蓝牙等无线低速网络等。

管理层，其作用是在高性能计算机和海量存储技术的支撑下，将大规模数据高效可靠地组织起来，为上层服务层提供智能的支撑平台。包括能储存大量数据的数据中心、以搜索引擎为代表的网络信息查询技术、智能处理系统和保护信息与隐私的安全系统等。

应用层，即物联网技术与各类行业应用相结合，通过物联网的“物物互联”实现无所不在的智能化应用，例如智能物流、智能电网、智能交通、环境监测等。

4、主要特点

物联网最主要的特点，也是他与传统信息网络最大的区别是物联网突破了以前只能人与人或人与机器互联的模式。物与物之间也可以通过网络彼此交换信息、协同运作、相互操控。这可以称作“异构设备互联化”，即不同种类不同型号的设备利用无线通信模块和标准通信协议，形成自组织网络，实现信息的共享和融合。从而在各行各业中创造出自动化程度更高、功能更强大、对环境适应性更好的应用系统。

二、认知层相关技术

1、无线射频识别技术（RFID）

1.1 概述

通过上面的介绍我们已经知道，物联网追求的是“物物互联”，但是当赋予地球上所有的物品以唯一地址时，对各个物品所蕴含的信息的储存、识别、读取和传输就十分重要。这就需要应用到自动识别技术。

自动识别技术主要包括以下几种：光符号识别技术、语音识别技术、生物计量识别技术、IC卡技术、条形码技术和射频识别技术等。其中条形码技术在我们生活中应用的十分广泛，几乎在每件商品上都有条形码的身影。但是它也有例如读取速度慢、储存能力小。工作距离近等很明显的缺点。

近年来无线射频识别技术（RFID）逐渐完善，它有许多独特的优势，例如防水防磁、读取速度快、储存能力强和识别距离远等，因此RFID能十分好的替代现有的条形码技术。特别是当有通信能力的RFID技术和赋予任何物体IP地址的IPv6技术相结合后，充分释放了它们二者的优点，使物联网所倡导的人和人、人和物、物和物的互联称为可能。

1.2 无线射频识别（RFID）的发展

射频识别技术（RFID）是利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）来实现无接触信息传递并通过所传递的信息来达到自动识别目的的技术。RFID技术的雏形甚至可以追溯到二战时期雷达系统为了区分敌我而使用的敌我飞机识别器（IFF）。20世纪60年代，人类对RFID的研究正式拉开大幕。而随着大规模集成电路、可编程存储器、微处理器以及软件技术和编程语言的发展，RFID技术才开始逐渐推广和部署在民用领域。

发达国家如美国、德国等在RFID技术上起步较早也发展较快，因而具有比较成熟和先进的RFID系统。而在中国，RFID技术也已经广泛应用于铁路机车识别、二代身份证、危

险品管理等多个领域。相信随着RFID产品种类的不断丰富和价格的逐渐降低，RFID技术将更加大规模的应用到我们的生活中，深刻影响各行各业。

1.3 无线射频识别（RFID）技术分析

我们通常将RFID系统分为3个部分：阅读器、天线和电子标签。在工作时，阅读器通过天线发出电子信号，标签在接收到信息后发射自己内部储存的信息，这些信息再通过天线被阅读器接收，最后再被主机所接收。阅读器和电子标签之间通过耦合元件实现信号的空间耦合，其方式有两种，即变压器模型的电感耦合和雷达模型的电磁反向散射耦合。

阅读器是RFID系统中最重要的组成部分，它的作用是通过天线主动向标签询问标识信息，因而在使用中经常把它和天线集成于一个设备。天线的作用是在阅读器和标签间传递射频信号，由于RFID系统的工作频率范围很广，主要的工作频率有125kHz、13.56MHz、433MHz、2.45GHz等，所以天线与标签间的匹配问题就十分重要。

标签是由芯片、微型天线和耦合元件组成的，它附在物体上，用来标识目标对象。当标签接收到阅读器发出的射频信号，利用感应电流的能量发出储存在芯片内的电子编码或主动发出信号。标签利用三种方式进行数据存储：电可擦可编程只读存储器（EEPROM）、铁电随机存取存储器（FRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）。一般主要采用的方式是EEPROM。而根据是否内置电源又可将标签分为三类：被动式标签、主动式标签和半主动式标签。2、传感器技术

2.1概述

传感器扩展了人感知周围环境的能力，是现代生活中人类获取信息的重要手段。最早的传感器早在1861年就已经出现。随着科技的进步，现代传感器走上了微型化、智能化和网络化的发展路线，其典型代表就是无线传感器节点。无线传感器节点与传统传感器最大的不同，就是它不仅包括传感器部件还集成了微处理器和无线通信芯片，因此无线传感节点不但