物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及發(fā)展研究

蔣曉科　李健　符龍生

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)時下已成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的熱門領(lǐng)域，該文介紹了物聯(lián)網(wǎng)的基本概念，并綜合當(dāng)下工業(yè)界和學(xué)術(shù)界對物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，將物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層、資源管理層、信息處理層、應(yīng)用層五個層次；接著以智能煙霧探測器、智能行李追蹤技術(shù)、智能穿戴產(chǎn)品等各種智能化的應(yīng)用為例，介紹了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域；最后從物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、安全問題、編碼與尋址、通信模式及建設(shè)成本方面，分析了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 傳感器 無線通信 云計算

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（a）-0008-01

隨著云計算、傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)、模式識別技術(shù)等技術(shù)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）作為新時代的智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生，被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮，其巨大的社會價值和商業(yè)價值引起了世界范圍內(nèi)工業(yè)界、學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

簡單而言，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，但物物相連僅僅是一種手段，最終的目的是實現(xiàn)人對物的全面智能化的控制。物聯(lián)網(wǎng)實質(zhì)是依靠專用網(wǎng)、局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)將物與物通過傳感器、控制器等設(shè)備，按照約定的協(xié)議有機的聯(lián)在一起，進(jìn)行物與物、物與人之間的信息交換，最終實現(xiàn)智能化監(jiān)督、遠(yuǎn)程操控的目的。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

雖然業(yè)界未對物聯(lián)網(wǎng)體系作一個明確、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但通過歸納各種觀點，物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)大體可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層、資源管理層、信息處理層、應(yīng)用層。

（1）感知層。

感知層是物聯(lián)網(wǎng)體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)層，分為數(shù)據(jù)收發(fā)和無線通信兩個部分，其中數(shù)據(jù)收發(fā)部分通過RFID、傳感技術(shù)、定位技術(shù)等，采集物品的各種必要的相關(guān)信息，并將信息發(fā)送至上層網(wǎng)絡(luò)；同時接受來自上層網(wǎng)絡(luò)的控制命令，按命令完成相應(yīng)動作。無線通信部分使得物與物之間可以互聯(lián)互通，以滿足物體之間交換信息的需要。

（2）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層。

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層主要功能是實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)，如PSTN網(wǎng)、2G/3G移動網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)等的相互融合，提供格式和地址轉(zhuǎn)換、路由等功能，最終的目的是把感知層所收集的數(shù)據(jù)安全、快速、準(zhǔn)確的傳送到地球上任何需要的地方，以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大范圍的通信。

（3）資源管理層。

資源管理層主要功能是對資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和分配，包括初始化資源、監(jiān)測資源的使用情況、合理分配資源、協(xié)調(diào)各個不同資源共同工作。

（4）信息處理層。

信息處理層提供對數(shù)據(jù)的查詢和挖掘，并通過對數(shù)據(jù)的語義分析，做出相應(yīng)的處理決策。云計算技術(shù)為信息的分析和處理提供了重要的平臺。

（5）應(yīng)用層。

應(yīng)用層為物聯(lián)網(wǎng)的最終落腳點，物聯(lián)網(wǎng)歸根到底是為人提供各種智能服務(wù)，所以應(yīng)用層是最終實現(xiàn)物與人交互的地方。應(yīng)用層可以根據(jù)實際需要提供各種類型豐富的服務(wù)，如智能灌溉、智能環(huán)境監(jiān)控、智能穿戴、智能家居、智能醫(yī)療等。

2 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 智能煙霧探測器

智能煙霧探測器通過各種先進(jìn)傳感器，可以智能化的監(jiān)測室內(nèi)空氣的溫度、濕度、有害氣體濃度、花粉、空氣懸浮顆粒濃度等，并根據(jù)不同情況為用戶提出各種相應(yīng)的凈化空氣和改造室內(nèi)環(huán)境的建議。

2.2 智能行李追蹤技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以有效解決行李丟失問題，通過內(nèi)置的GPS設(shè)備和數(shù)據(jù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可以實時監(jiān)測和追蹤每件行李的位置，對丟失的行李能快速找回。

2.3 智能穿戴產(chǎn)品

將傳感器集成在穿戴用品內(nèi)，可以有效監(jiān)測用戶身體的各種指標(biāo)，如體溫、心率、呼吸頻率、脂肪、運動強度、燃燒熱量等，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，從而為用戶提出合理的建議，如提出如何改善睡眠質(zhì)量和更合理運動的建議，以幫助用戶改善整體的健康狀況。

3 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)

3.1 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

目前的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)在自己的領(lǐng)域獨自作戰(zhàn)，相關(guān)企業(yè)之間沒有統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，造成企業(yè)和企業(yè)之間的資源無法共享，產(chǎn)業(yè)比較分散。在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的各個行業(yè)和環(huán)節(jié)上，如制造業(yè)、軟件業(yè)、運營業(yè)之間；傳感器、平臺接口、數(shù)據(jù)傳輸格式等各方面，都存在著行業(yè)壁壘和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的情況，阻礙著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.2 安全問題

物聯(lián)網(wǎng)基于無處不在的無線網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)所有的設(shè)備被連接到網(wǎng)絡(luò)后，信息安全、網(wǎng)絡(luò)安全甚至國家安全問題也隨之而來，如何建立健全一套為物聯(lián)網(wǎng)所用的安全防護(hù)體系，是物聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)步發(fā)展必須要考慮和解決的問題。

3.3 編碼與尋址

在物聯(lián)網(wǎng)中要實現(xiàn)物與物之間的相互聯(lián)接，與互聯(lián)網(wǎng)中的計算機之間的相互聯(lián)接一樣，首先要解決所有物品的編碼唯一性問題，其次是通信尋址的問題，IPv6以其無狀態(tài)地址分配技術(shù)、高速IP移動性能、QoS技術(shù)等實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的高效性和可靠性，被視作目前物聯(lián)網(wǎng)的最佳尋址技術(shù)。

3.4 通信模式

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中物品密度往往很大，相鄰的兩個節(jié)點之間的通信距離往往很短，為了降低功耗、避免外界噪聲干擾及增加通信的安全性和隱蔽性，節(jié)點間的通信往往采用多跳通信模式，這需要在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議算法上加以改進(jìn)，或者另行設(shè)計一套全新算法來滿足物聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點通信的要求。

3.5 成本問題

物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)往往耗資巨大，如對于信息采集和傳感設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)的功耗、物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)用開發(fā)等各方面，都需要投入大量成本，面對未知的投資回報率，許多企業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)僅僅是一種觀望的態(tài)度。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也在不斷推動，只有從標(biāo)準(zhǔn)、安全性、技術(shù)層面等很好的解決了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所面臨的問題，物聯(lián)網(wǎng)才能真正的蓬勃發(fā)展，從而實現(xiàn)其巨大的社會價值和商業(yè)價值。

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