物联网技术研究

物联网技术研究

物联网技术研究

摘要：物联网技术是计算机科学领域的前沿技术，它的出现将掀起一次新的科技革命。物联网的目的是实现万物的互联，以识别、管理和控制。本文着重介绍了物联网产生的历程、体系结构和用到的关键技术并对物联网的应用作了简介。

关键词：物联网；网络感知；无线传感网络；云计算

1 物联网简介

物联网是继互联网之后的新一代网络技术，是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网形成的一个巨大网络。其目是实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间进行信息交换和通讯。

2 物联网的结构组成

物联网是融合了传感器、计算机、通信网络、半导技术的物与物之间的互联通信。从技术支撑角度来说，它叫传感网。在整个大网络的范畴中，物联网包含了传感网，而传感器网络作为一个网络模型，与物联网一起完成各种事物间的相互通信，如在民用的车速监测、环境监测中，物联网依靠传感网实现对信息的检查以及对事物的监控。根据网络内数据的流向及处理方式，物联网可分为三个层次：即网络感知层、传输网络层、应用服务层。

2.1 感知层

感知层由数据采集子层、短距离通信技术和协同信息处理子层组成。数据采集子层通过各种类型的传感器获取物理世界中发生的物理事件和数据信息，例如各种物理量、标识、音频和视频多媒体数据。

短距离通信技术和协同信息处理子层将采集到的数据在局部范围内

进行协同处理，以提高信息的精度，降低信息冗余度。感知层中间件技术旨在解决感知层数据与多种应用平台间的兼容性问题，包括代码管理、服务管理、状态管理、设备管理、时间同步、定位等。在有些应用中还需要通过执行器或其他智能终端对感知结果做出反应，实现智能控制。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体，采集信息的来源，其主要功能是完成物联网应用数据采集和设备控制功能，还包括数据接入到网关之前的传感器网络。物联网通过传感器采集数据，通过无线传感网络来实现采集数据的向上传输。

2.2 网络层

网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。网络层可以细分为承载网络层和应用控制层，其中由计算机网络和通信网络构成的承载网络是业务的基础网络。根据应用需求，可作为透明传送的网络层，也可升级以满足未来不同内容传输的要求。经过十余年的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，基本能够满足物联网中数据传输的需要。

2.3 应用服务层

应用服务层由各种服务器组成，主要功能包括对采集数据的汇集、转换、分析，以及用户层呈现的适配和事件的触发等。针对不同的应用，将设置不同的应用服务器。应用服务层主要将物联网技术与行业专业系统相结合，实现广泛的物物互联的应用解决方案，主要包括业务中间件和行业应用领域。其中，物联网服务支撑子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。物联网应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。

3 物联网的部分网络通信技术

在物联网的机器到机器、人到机器和机器到人的信息传输中，有多种通信技术可供选择，他们主要分为有线和无线两大类技术，这些技术均已相对成熟。在物联网的实现中，格外重要的是无线传感网技

术。无线传感网（WSN）是集分布式信息采集、传输和处理技术于一体的网络信息系统，以其低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点受到广泛重视。物联网正是通过遍布在各个角落和物体上的形形色色的传感器以及由它们组成的无线

传感网络，来感知整个物质世界的。

根据目前物联网所涵盖的概念，其工作范围可以分成两大块：一块是体积小、能量低、存储容量小、运算能力弱的智能小物体的互联，即传感网；另一块是没有上述约束的智能终端的互联，如智能家电、视频监控等。对于智能小物体网络层的网络通信技术目前有两项：一是基于Zig Bee联盟开发的Zig Bee协议进行传感器节点或者其他智能物体的互联；另一技术是IPSO联盟所倡导的通过IP实现传感网节点或者其他智能物体的互联。Zig Bee技术是基于底层IEEE802.15.4标准，用于短距离范围、低传输数据速率的各种电子设备之间的无线通信技术，它定义了网络/安全层和应用层。Zig Bee技术经过多年的发展，技术体系已相对成熟，并已形成了一定的产业规模。

4 物联网与云计算

随着互联网时代信息与数据的快速增长，有大规模、海量的数据需要处理。当数据计算量超出自身IT架构的计算能力时，一般是通过加大系统硬件投入来实现系统的可扩展性。另外，由于传统并行编程模型应用的局限性，客观上还需要一种易学习、使用、部署的并行编程框架来处理海量数据。为了节省成本和实现系统的可扩放性，云计算的概念因此应运而生。云计算最基本的概念是通过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统处理。通过云计算技术，网络服务提供者可以在数秒之内，处理数以千万计甚至亿计的信息，提供与超级计算机同样强大效能的网络服务。云计算作为一种能够满足海量数据处理需求的计算模型，将成为物联网发展的基石。

5 物联网的应用

物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领

域。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。科技创新改变生活，物联网以及延伸的人工智能必将为未来带来自便利的美好生活。

6 总结

物联网的迅猛发展及其蕴藏的智能信息服务空间预示着新的变革的到来。物联网带动的不仅仅是技术进步，而是通过应用创新进一步带动社会经济形态、创新形态的变革。物联网产业链将创造巨大的产值，成为后3G时代最大的市场热点。根据物联网的内涵可知，要真正实现物联网需要感知、传输、控制及智能等多项技术。物联网的研究将带动整个产业链或者说推动产业链的共同发展。信息感知技术、网络通信技术、数据融合与智能技术、云计算等技术的研究与应用，将直接影响物联网的发展与应用，只有综合研究解决了这些关键技术问题，物联网才能得到快速推广，造福于人类社会，实现智慧地球的美好愿望。

参考文献

[1]杨刚，沈沛意，郑春红等.物联网理论与技术.科学出版社，2010

[2]云计算应用直通车.重庆大学出版社，2010

作者简介

李明（1978-）女，工程师，本科，籍贯：天津，研究方向：计算机。

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