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物联网关键技术研究

   本文基于物联网的概念和架构,重点研究了物联网的数据感知技术、数据传输技术、海量信息智能处理技术等关键技术,为物联网的发展和应用供参考。 
  Abstract Based on the concept and architecture of the Internet of Things, this paper focuses on the Internet of Things key technologies, such as data sensing technology, data transmission technology, massive amounts of information intelligent processing technology and so on, providing a reference for the development and application of the Internet of Things. 
  关键词 物联网;架构;RFID;数据感知;数据传输;智能处理 
  Key words Internet of Things;architecture;RFID;data-aware;data transmission;intelligent processing 
  中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号16-4311(213)7-169-2 
   引言 
  物联网(Internet of Things)作为新一代的智能互联网络应运而生,被看作信息领域一次重大的发展和变革机遇。物联网以RFID架构和无线传感器网络为感知基础,通过融合互联网实现数据传递和共享,利用高性能计算技术实现信息的管理和决策。物联网的出得到了各国政府和研究机构的广泛支持,中国针对物联网的发展出“感知中国”的发展战略。 
  1 物联网概念及其体系架构 
  1.1 物联网的概念 “物联网”主指将多项现代信息传感设备(包括GPS、电子标签、传感器等)安置于所需的物体上,并通过相关的协议,运用通信网路技术实行物与人或物与物的之间的有机衔接,获得工作资源,达到协同工作的目的,因此物体具备一定的智能性。通过这种网络技术可以进行智能化的操作,从而可以实现科学、有效地识别、跟踪、管理等。对于物联网而言,其核心技术为RFID,其在物联网的整个实践中发挥着重的作用。近年来,物联网虽然得到迅速的发展,但其在国际上仍然没有一个统一、公认的标准定义。 
  通过物联网技术,可以实现全方位的感知,其信息的传送具有较高的安全性与可靠性,能够对各种信息进行智能化的处理,这是物联网的主特征。此外,通过物联网技术,可以于任何地点、时间等对多种物体进行科学、有效地衔接,使物理世界能够与人类社会进行科学的结合,从而可以改变人们的生活,为人们供必的信息化服务。 
  1.2 物联网的体系架构 物联网体系主由运营支撑系统、传感网络系统、业务应用系统、无线通信网系统等组成,见图1。 
  通过传感网络,可以采集所需的信息,顾客在实践中可运用RFID读写器与相关的传感器等采集其所需的数据信息,当网关终端进行汇聚后,可通过无线网络运程将其顺利地传输至指定的应用系统中。此外,传感器还可以运用ZigBee与蓝牙等技术实现与传感器网关有效通信的目的。目前,市场上常见的传感器大部分都可以检测到相关的参数,包括压力、湿度或温度等。一些专业化、质量较高的传感器通常还可检测到重的水质参数,包括浊度、水位、溶解氧、电导率、藻蓝素、pH值、叶绿素等1。 
  运用传感器网关可以实现信息的汇聚,同时可运用通信网络技术使信息可以远距离传输,并顺利到达指定的应用系统中。目前,我国无线通信网络主有3G、WLAN、LTE、GPR,而4G仍为试点阶段。 
  M2M平台具有一定的鉴权功能,因此可以为顾客供必的终端管理服务,同时,对于不同的接入方式,其都可顺利接入M2M平台,因此可以更顺利、更方便地进行数据传输。此外,M2M平台还具备一定的管理功能,其介意对用户鉴权、数据路由等进行有效地管理。而对于BOSS系统,其由于具备较强的计费管理功能,因此在物联网业务中得到广泛的应用2。 
  业务应用系统主供必的应用服务,包括智能家居服务,一卡通服务,水质监控服务等,所服务的对象,不仅仅为个人用户,也可以为行业用户或家庭用户。在物联网体系中,通常存在多个通信接口,对通信接口未实施标准化处理,而在物联网应用方面,相关的法律与法规并不健全,这不利于物联网的安全发展3。 
  2 物联网关键技术 
  实现全方位的感知,进行可靠地传送,完成智能化地处理,是目前物联网常见的三种技术,见图2。 
  红外感应器、射频识别装置、移动网络、全球定位系统、WSN网络、移动网络、行业应用软件等均为物联网重的技术。而物联网关键技术主为芯片开发,主针对底层嵌入式的网络设备,芯片开发技术可有效推动物联网行业的快速、稳定、健康发展。 
  2.1 数据感知技术 
  2.1.1 传感器 传感器的分类主参照相关的工作原理,若传感器主运用化学原理进行工作,则可归为化学传感器;若传感器主运用物理原理进行工作,则可归为物理传感器。化学传感器主以化学反应为其因果关系,在所被测的信号量中,可将部分细小的变化顺利转化为电信号。多个传感器节点、管理节点及汇聚节点可组成传感网,传感网通常具备网络拓扑结构,而这种结构主以自组织的方式存在。传感网可以科学、有效地处理相关的动态信息,实现协同感知、协同传输与协同处理等,因此可以形成全面、统一、自治的信息网络系统。 
  对于物理传感器,其主为供物理效应,包括光电、压电、磁电及热电等多种物理效应。在所被测的信号量中,可将其部分细小的变化顺利转化为电信号。对于传感器网络而言,传感器节点是其主的组成单位,通常包括无线传输模块、传感模块、电源模块、数据处理模块等四个模块。
  2.1.2 二维码 二维码具备较强的保密性,可储存大容量的信息,具有较强的抗损性,且成本较低,追踪性较高,二维码的这些优点使其得到广泛的应用,尤其是在证照、安全保密、资料备援、表单、存货盘点、追踪等多个项目上。二维码主包括矩阵式、行排式/堆叠式等多种方式。 
  目前,二维码技术已广泛应用于手机上,用户运用二维码技术,可以将手机上的重信息通过印刷转移至杂志、图书、报纸、个人名片、广告等各个不同的载体上。同时,用户可以运用二维码技术实施快速上网,如搜索各种重的信息、浏览网页、存储信息等。近年来,我国3G技术发展迅速,二维码技术对手机用户愈加重,通过二维码技术,手机用户可以更方便地进行网上购物、网页浏览、音乐下载、网上支付、在线观看视频等。 
  2.1.3 RFID RFID技术主为射频识别技术,属于自动识别技术,无需人工接触,通常称为电子标签。运用RFID技术,可对目标对象进行自动识别,同时可掌握重的数据信息,整个过程无需进行人工操作,且在恶劣的环境中也可应用。RFID技术具有方便、快捷等多种优点,其对多种运动物体或多个标签可以进行高速、科学、有效地识别。一般而言,RFID应用系统常以标签形式呈现,其可包括数据管理系统、阅读器及RFID标签等三个方面。 
  对于RFID标签芯片,在设计过程中可参照多个频段中的相关求或标准进行,主包括三个方面①低频,其频率主在3kHz-3kHz之间,其中125kHz与133kHz为核心频率。低频常应用于容器、工具、动物等多项识别中,同时还可应用于电子闭锁防盗中。②中高频其频率主在3MHz-3MHz之间,其中13.56MHz为核心工作频率。中高频常应用于电子闭锁防盗、电子身份证、电子车票等多个方面中,是目前应用较为广泛的射频标签。③微波及超高频,其频率通常超过3MHz,其中5.8GHz、2.45GHz、928MHz为核心工作频率。微波射频标签主包括有源及无源两类标签,其通常应用于仓储物流、电子身份证及移动车辆识别等多个方面。 
  2.2 数据传输技术 目前,数据传输技术由无线网络技术与有线网络技术组成,无论是无线网络技术,还是有线网络技术,目前都得到广泛的应用,且日益成熟。在无线网络技术中,ZigBee技术发挥着重的作用,以下将对ZigBee技术进行详细的介绍,同时结合短距无线技术,对两者实施对比分析。 
  2.2.1 Zigbee ZigBee是无线网络技术中重的一项技术,其速率较低,是一种短距离的技术,所需的功耗较低,因此成本也比较低。ZigBee主采用DSSS技术,2.4GHz、915MHz及868MHz为主频率,其可协调多个细小传感器,以达到网络通信的目的,其所需的功耗较低,且可以实现大容量的传输,其安全性高,可靠性强。同时,ZigBee技术还具有动态路由、自组网及成本低等多种优点。 
  簇状型、网状型及星型是Zigbee网络三种重的组成类型,其中无线网络存在的Zigbee终端节点、Zigbee路由节点及Zigbee协调点等均为三种组成类型的重节点。 
  2.2.2 与短距无线技术相比 Zigbee技术与短距无线技术相比,存在较多的差异,见表1。
  2.3 云计算 目前,于物联网作用下,全部的联网设备均可传输较大容量的数据信息,而这些大容量的数据信息通常只能存储于较大型的数据库中,这在一定程度上加快了云计算的出现。运用云计算,可以使个人计算体验具有较强的连续性,可以存储大容量的数据信息,同时还可以使各种计算潜能得以汇集,从而可以实现复杂的运算。通过分布式云存储技术,可以有效减少相关的存储成本,其可以高数据存储的效率,可以更方便、更快捷地进行数据处理,因此在实际生活中得到广泛的应用。 
  云计算所运用的运算单元,通常具备低成本、大容量的特点,可以进行网络连接,形成稳固的基础设施平台,使多种存储资源与计算资源能够实现共享,并进行按需分配。通过云计算技术可以构建相关的云计算平台,而这个平台不仅可以实现分布式计算与自动调度,而且可以进行集中管理,为网络信息服务供重的基础技术,促进网络信息服务的顺利发展。 
  3 结束语 
  物联网的发展是信息社会发展的必然,尽管拥有美好的前景,但在发展的道路上,也面临不少困难。目前物联网仍然是一个发展中的概念,对物联网关键技术的探索是迫切需完成的工作。为此,需社会各个层面在物联网关键技术上的研究取得突破。 
  参考文献 
  1邱小明.物联网体系结构及关键技术研究J.电脑知识与技术,211,1(28)251-253. 
  2周祥.RFID技术在物联网中应用的关键技术探讨D.江苏大学,25年. 
  3彭朋,韩伟力,赵一鸣等.基于RFID的物联网安全需求研究J.计算机安全,211,14(1)612-613.

  

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