丁繼源

[摘要] 物聯(lián)網(wǎng)涉及眾多領(lǐng)域，本文首先解析了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程、基本概念及特征；然后歸納了物聯(lián)網(wǎng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)，給出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系模型；最后結(jié)合云計(jì)算的分布式計(jì)算技術(shù)在集團(tuán)型企業(yè)主數(shù)據(jù)中的應(yīng)用作出了闡述。

[關(guān)鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng)； RFID； 傳感器網(wǎng)絡(luò)； 云計(jì)算； 私有云； 集團(tuán)型企業(yè)； 主數(shù)據(jù)

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 24. 050

[中圖分類號(hào)]TP393[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673 - 0194（2012）24- 0083- 03

0引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其在科技和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的重要戰(zhàn)略性地位越來越被各國(guó)家和地區(qū)所重視，而其一些關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域得到應(yīng)用。由于物聯(lián)網(wǎng)涉及到的行業(yè)領(lǐng)域很多，其構(gòu)成的不同技術(shù)也存在不同的發(fā)展階段。本文從物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)架及應(yīng)用等方面對(duì)其進(jìn)行了闡述，重點(diǎn)綜述物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)云計(jì)算在集團(tuán)性企業(yè)主數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面的相關(guān)成果及應(yīng)用。

1國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)起源于20世紀(jì)90年代末，于1999年由美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）提出，旨在通過使用網(wǎng)絡(luò)無線射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)將所有的物品通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。早期的物聯(lián)網(wǎng)是在RFID技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其主要目的是在物流系統(tǒng)中代替條碼識(shí)別，實(shí)現(xiàn)信息采集的高效化、自動(dòng)化。

其實(shí)早在2004年，日本就推出了基于物聯(lián)網(wǎng)的國(guó)家信息化戰(zhàn)略——“U-Japan”。希望通過催生新的科技信息革命，開拓以人為本，實(shí)現(xiàn)人、物之間的相互連接?！拔锫?lián)網(wǎng)”概念的正式確立是在2005年ITU在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS）上，并且發(fā)布了《ITU Internet reports 2005——the Internet of things》。ITU在報(bào)告中指出，物聯(lián)網(wǎng)是為了將信息和通信技術(shù)從連接人與人，擴(kuò)展到連接任何物品。2009年6月18日，歐盟物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目集合體CERP-IoT發(fā)表《物聯(lián)網(wǎng)策略研究路線圖》報(bào)告描述了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了定義，并且首次提出了對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展管理設(shè)想。同年10月13日，韓國(guó)通信委員會(huì)發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃》，將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)作為其新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，并提出了構(gòu)建包括4大領(lǐng)域和12項(xiàng)詳細(xì)課題在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方案。

我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)也在這樣的大環(huán)境下發(fā)展起來。2009年8月7日，溫家寶總理視察無錫時(shí)提出“感知中國(guó)”理念。2010年3月5日，溫家寶總理又在《政府工作報(bào)告》提出要將“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”納入重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)振興。

2物聯(lián)網(wǎng)的定義及主要特征

2.1物聯(lián)網(wǎng)的基本定義

由于物聯(lián)網(wǎng)所涉及到的領(lǐng)域很多，不同行業(yè)的學(xué)者對(duì)其定義的起點(diǎn)各不相同，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的描述還沒有達(dá)成共識(shí)。下面給出了幾個(gè)較有代表性的物聯(lián)網(wǎng)定義。

定義1：物聯(lián)網(wǎng)是未來網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要組成部分，它是以標(biāo)準(zhǔn)、互通的通信協(xié)議為基礎(chǔ)，具有自我配置能力的全球性動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，所有實(shí)質(zhì)和虛擬的物品都有特定的編碼和物理特性，通過智能界面無縫鏈接，實(shí)現(xiàn)信息共享。

定義2：由具有標(biāo)識(shí)、虛擬個(gè)性的物體/對(duì)象所組成的網(wǎng)絡(luò)，這些標(biāo)識(shí)和個(gè)性運(yùn)行在智能空間，使用智慧的接口與用戶、社會(huì)和環(huán)境的上下文進(jìn)行連接和通信。

定義3：物聯(lián)網(wǎng)指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。

由以上的幾個(gè)定義我們可以看出，目前，物聯(lián)網(wǎng)的概念較之其最初的概念有了較大的擴(kuò)展。從最初的通過使用感知網(wǎng)絡(luò)連接物品與物品，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理；變成了將物品、人、環(huán)境等一系列物理實(shí)體與信息空間融合，實(shí)現(xiàn)一切事物的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化高效信息交互和融合。

2.2物聯(lián)網(wǎng)的主要特征

物聯(lián)網(wǎng)的主要特征包括3點(diǎn)：

（1） 全面感知。全面感知特征體現(xiàn)在信息采集方面，物聯(lián)網(wǎng)通過射頻讀寫設(shè)備、二維碼識(shí)別設(shè)備、傳感器終端等不同的信息采集設(shè)備對(duì)所需的信息進(jìn)行采集和獲取。

（2） 可靠傳送。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，信息采集設(shè)備開始向分布式構(gòu)建發(fā)展，要將分布的物體接入到信息網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息采集，必須依靠可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。

（3） 智能處理。由于物聯(lián)網(wǎng)存在海量信息，且由于采集設(shè)備型號(hào)、分布不同，采集到的信息也可能存在異構(gòu)性和不可靠性，這就需要對(duì)海量的感知數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析并處理，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制。

3物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系及相關(guān)技術(shù)

3.1物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系

根據(jù)ITU在2007年于《Requirements for support of USN applications and services in NGN environment》中提出的建議，可以將物聯(lián)網(wǎng)分為以下5個(gè)層次。

感知層：該層是通過各種不同的信息讀取設(shè)備和傳感器對(duì)物體的屬性、狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集辨識(shí)。

接入層：接入層主要是為信息進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)提供接口技術(shù)，這種技術(shù)手段是多樣的，可以是通過移動(dòng)通信技術(shù)、無線傳輸、有線傳輸技術(shù)等。

網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是利用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)為采集到的信息提供高效、可靠、可信、安全的傳輸服務(wù)。

服務(wù)管理層：該層的主要功能是通過具有海量數(shù)據(jù)處理功能和計(jì)算功能的計(jì)算集群，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和管理，為上層應(yīng)用提供可靠的接口。

應(yīng)用層：應(yīng)用層根據(jù)不同行業(yè)以及應(yīng)用環(huán)境的實(shí)際需求，差異化的定制符合其需要的應(yīng)用服務(wù)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展和軟硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸。

3.2物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1感知網(wǎng)絡(luò)

感知網(wǎng)絡(luò)主要包括傳感網(wǎng)絡(luò)和識(shí)別網(wǎng)絡(luò)。

（1） 傳感器網(wǎng)絡(luò)，是指由大規(guī)模的分布式傳感器終端、基站以及信息監(jiān)控中心構(gòu)成的系統(tǒng)。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，動(dòng)態(tài)、協(xié)同的感知和采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的各類對(duì)象信息，用以支撐上層監(jiān)控和決策。他由傳感模塊和短距離傳輸模塊組成。其中傳感器模塊包括溫度、適度、壓力等多種傳感器，而短距離傳輸模塊包含無線傳輸和有線傳輸模塊。目前，國(guó)內(nèi)外傳感器硬件技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，所以研究的重點(diǎn)集中在低功耗、高可靠性的短距離信息傳輸技術(shù)，其中ZigBee和WiFi是其中的主要傳輸技術(shù)。

（2） 識(shí)別網(wǎng)絡(luò)。識(shí)別技術(shù)是以二維碼和RFID標(biāo)簽的讀寫為基礎(chǔ)的，是實(shí)現(xiàn)全面感知的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外的條碼識(shí)別技術(shù)已經(jīng)較為成熟，在各個(gè)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)精度較高的信息采集，但是由于條碼自身的諸多特性限制，包括不可修改，需接觸式讀取，容易被破壞等，不能很好地滿足信息識(shí)別的要求，而RFID正好克服了條碼中存在的問題。

無線射頻識(shí)別（radio frequency identification ，RFID）技術(shù)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)。它的工作過程是閱讀器向RFID 標(biāo)簽發(fā)送能量，然后標(biāo)簽向閱讀器返回?cái)?shù)據(jù)，閱讀器解碼并向主機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)。

RFID技術(shù)具有如下特性：數(shù)據(jù)的讀寫功能；標(biāo)簽容易小型化和多樣化；耐環(huán)境性；可重復(fù)使用；穿透性強(qiáng)；數(shù)據(jù)的記憶容量大，與傳統(tǒng)的條形碼相比，條形碼識(shí)別物品的種類，而RFID技術(shù)確定每一個(gè)單獨(dú)的物體對(duì)象。

但是由于RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，在硬件以及技術(shù)上都不夠成熟，其標(biāo)簽以及讀寫設(shè)備成本較高，還不能在各個(gè)行業(yè)內(nèi)普遍地推廣。所以在物聯(lián)網(wǎng)的感知網(wǎng)絡(luò)中，異構(gòu)設(shè)備的協(xié)同合作現(xiàn)象還將長(zhǎng)期存在。

3.2.2云計(jì)算

云計(jì)算是一種將動(dòng)態(tài)、可擴(kuò)展的虛擬化計(jì)算資源進(jìn)行整合，并通過互聯(lián)網(wǎng)提供出來的服務(wù)，包含5個(gè)特點(diǎn)：

（1） 虛擬化：云計(jì)算的虛擬化特點(diǎn)是由于其呈現(xiàn)給用戶的是一個(gè)與物理資源相同功能和接口的虛擬資源，這個(gè)資源可能建立在一個(gè)或多個(gè)物理實(shí)體上，從而為用戶屏蔽了底層的物理細(xì)節(jié)。

（2） 彈性的規(guī)模擴(kuò)展：由于云計(jì)算采取一種按需分配的理念，可以根據(jù)使用者不同的需求，調(diào)整應(yīng)用資源的分配，從而提高了資源的利用率。

（3） 分布式存儲(chǔ)：云存儲(chǔ)的目標(biāo)是利用平臺(tái)上的多臺(tái)服務(wù)器存儲(chǔ)單元，替代單一服務(wù)器進(jìn)行信息存儲(chǔ)的功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)資源的抽象和統(tǒng)一管理，通過這種方式，能最大限度地利用存儲(chǔ)資源。

（4） 分布式計(jì)算：與分布式存儲(chǔ)類似，云計(jì)算將大型的運(yùn)算任務(wù)分成多個(gè)細(xì)粒度的子任務(wù)，并且在多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行調(diào)度和計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的分析和處理功能。

（5） 多租戶：云平臺(tái)區(qū)別于普通局域網(wǎng)和信息中心的最主要特征是其通過互聯(lián)網(wǎng)使大量用戶能夠共享同一堆棧的軟硬件資源，并且根據(jù)每個(gè)用戶的需要分配資源，而不影響其他用戶的使用。

3.2.3管理和支撐技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，為了為其提供可靠的良好的發(fā)展和運(yùn)行環(huán)境，要求對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可知性、網(wǎng)絡(luò)管理和安全保障的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。

（1） 測(cè)量分析。隨著物聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性不斷提高，其可測(cè)性成了網(wǎng)絡(luò)研究的基本問題，需要一種高效的檢測(cè)機(jī)制。

（2） 網(wǎng)絡(luò)管理。由于物聯(lián)網(wǎng)的感知網(wǎng)絡(luò)具有異構(gòu)性，且其傳輸網(wǎng)絡(luò)具有開放性和自治性，使得物聯(lián)網(wǎng)存在著與其他網(wǎng)絡(luò)所不同的特性，需要研究出新的管理模式來保證其高效穩(wěn)定的運(yùn)行。

（3） 安全保障。由于物聯(lián)網(wǎng)的開放性、包容性和匿名性，所以其信息的安全性也同樣非常重要，需要一種有效的安全構(gòu)架，來實(shí)現(xiàn)其信息的機(jī)密性、真實(shí)性、完整性和抗抵賴性。

3.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在企業(yè)主數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)中的應(yīng)用

集團(tuán)型企業(yè)業(yè)務(wù)繁多，數(shù)據(jù)量巨大，形成了一個(gè)龐大的企業(yè)內(nèi)部云環(huán)境，利用云計(jì)算分布式計(jì)算相關(guān)技術(shù)對(duì)集團(tuán)型企業(yè)中主數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的相關(guān)過程進(jìn)行優(yōu)化能大大提高企業(yè)運(yùn)營(yíng)的效率，更好地為社會(huì)服務(wù)。

云有公用云與私有云之分。公用云是指那些以即用即付的方式提供給公眾的云。私有云是指不對(duì)公眾開放的企業(yè)或組織內(nèi)部數(shù)據(jù)中心的資源。私有云平臺(tái)是整合企業(yè)內(nèi)部的資源為企業(yè)自己服務(wù)的云計(jì)算平臺(tái)，這里我們主要介紹的應(yīng)用是私有云的技術(shù)。

相對(duì)于公有云而言，私有云部署在企業(yè)內(nèi)部，其數(shù)據(jù)安全性，系統(tǒng)可用性都自主控制，私用云的相關(guān)應(yīng)用，已成為大型企業(yè)其部署IT系統(tǒng)的主流模式。

企業(yè)主數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是各個(gè)子系統(tǒng)之間消息的交換以及進(jìn)程之間的通信，通信技術(shù)的優(yōu)劣直接影響主數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的速度及效率，繼而影響企業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

在私有云系統(tǒng)中，組件之間存在很大差異，所使用的平臺(tái)和語(yǔ)言也有明顯差異，因此將系統(tǒng)各個(gè)計(jì)算組件進(jìn)行整合是企業(yè)主數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的核心問題。

以往基于事件處理的消息系統(tǒng)不能完成系統(tǒng)組件解耦合，開發(fā)者往往需要學(xué)習(xí)大量的通信知識(shí)，使得系統(tǒng)維護(hù)和開發(fā)工作異常困難。分布式計(jì)算相關(guān)技術(shù)能很好地解決這個(gè)問題。在此我們提出一種基于消息的通信技術(shù)，消息中間件技術(shù)（MOM）。它是一種使用消息傳輸機(jī)制實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信的方法，一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)通信技術(shù)。

消息中間件技術(shù)能夠使得應(yīng)用程序分布在不同的異構(gòu)系統(tǒng)中，可以減少程序和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的復(fù)雜度。在這種云環(huán)境下，消息將被發(fā)送至系統(tǒng)消息服務(wù)器中，服務(wù)器將消息存放至若干隊(duì)列中，并等待接收者的請(qǐng)求提取消息或者直接推送給發(fā)送方?；谙⒅虚g件通信中的所有對(duì)象都是異步的，其控制的通信對(duì)象和實(shí)體沒有直接聯(lián)系，其生命周期容易控制，并降低了程序的復(fù)雜度，大大提高企業(yè)主數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的效率。

基于消息的中間件技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)組件之間的同步和異步通信模式，完善通信的需求，使各個(gè)系統(tǒng)組件僅僅通過消息隊(duì)列或者消息內(nèi)容進(jìn)行聯(lián)系，從而將各個(gè)系統(tǒng)組件獨(dú)立出來，完成了復(fù)雜系統(tǒng)之間解耦合的需要，使不同的計(jì)算組件之間的通信協(xié)議和規(guī)定可以完全由相對(duì)應(yīng)的開發(fā)者設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，明顯增強(qiáng)系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

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