物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用

胡春園 毛雪冬

摘 要：隨近幾年來著發(fā)展的要求，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注，逐漸成為當(dāng)今世界IT領(lǐng)域的三大熱點(diǎn)技術(shù)之一。如果說連上互聯(lián)網(wǎng)，我就是世界的中心，那么接入物聯(lián)網(wǎng)，我就是世界的眼睛，給我一個RFIO，我能掌握世界。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)的定義，對國內(nèi)外的物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，闡述了物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈及物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用等。這篇文章將帶領(lǐng)大家走進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的世界。

關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)；RFID技術(shù)；傳感技術(shù)；應(yīng)用實(shí)例

1 物聯(lián)網(wǎng)的概述

1.物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。

物聯(lián)網(wǎng)的英文名字是“The Internet of things”顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物體相連的互聯(lián)網(wǎng)”這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是物聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)：第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物體與物體之間，進(jìn)行信息交換和通信。

因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器，全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與物聯(lián)網(wǎng)相連，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對物體的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。目的是讓所有的物品都與網(wǎng) 絡(luò)連接在一起，方便識別和管理。其核心是將互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展應(yīng)用于我們所生活的各個領(lǐng)域。

2.基本特點(diǎn)

1.全面感知：利用RFID、傳感器、二維碼、衛(wèi)星、微波，及其他各種感知設(shè)備隨時隨地采集各種動態(tài)對象，全面感知世界。

2.可靠地傳送：利用以太網(wǎng)、無限網(wǎng)、移動網(wǎng)將感知的信息及時傳送。

3.智能控制：對物體實(shí)現(xiàn)智能化控制和管理，真正達(dá)到人與物的溝通。

3.基于物聯(lián)網(wǎng)的研究熱點(diǎn)

1.標(biāo)準(zhǔn)化的制定（設(shè)備、接入、管理、通信、輸出）

2.傳感器的應(yīng)用（制造、感應(yīng)、編碼寫入、數(shù)據(jù)傳輸）

3.安全技術(shù)（設(shè)備自身安全、網(wǎng)絡(luò)安全、傳輸安全、隱私保護(hù)）

4.數(shù)據(jù)存儲（海量數(shù)據(jù)存儲、快速查詢、保密）……

2 關(guān)鍵技術(shù)

1.RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。

基本組成部分：

1）標(biāo)簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象；

2）閱讀器（Reader）：讀?。ㄓ袝r也可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為移動式或固定式；

3）天線（Antenna）：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。

工作原理：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽憑借射頻電磁波束中所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽則主動發(fā)送某一頻率的信號；閱讀器讀取信息并解碼后，將信息送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。

關(guān)鍵技術(shù)如下：

1）標(biāo)簽的能量供應(yīng) ：有源標(biāo)簽自帶電池，用于給數(shù)據(jù)載體供電。而無源標(biāo)簽工作所需能量則從射頻電磁波束中獲取，和有源射頻識別系統(tǒng)相比，無源系統(tǒng)需要較大的發(fā)射功率，射頻電磁波在標(biāo)簽上經(jīng)射頻檢波、倍壓、穩(wěn)壓、存儲電路處理，轉(zhuǎn)化為標(biāo)簽工作所需的工作電壓。

2）標(biāo)簽到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)簽回送到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方式可歸結(jié)為三類：

（a）利用負(fù)載調(diào)制的反射或反向散射方式（反射波的頻率與閱讀器的發(fā)送頻率一致）；

（b）利用閱讀器發(fā)送頻率的次諧波傳送標(biāo)簽信息（標(biāo)簽反射波與閱讀器的發(fā)送頻率不同，為其高次諧波（n倍）或分諧波（1/n倍））；

（c）其它形式。

3）數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾耘c安全性 。

4）由于數(shù)字信號在傳輸?shù)倪^程中會受到干擾，故其傳輸至接收端可能發(fā)生誤判，為保證數(shù)據(jù)的完整性，可以使用校驗(yàn)法和法來識別傳輸錯誤并進(jìn)行校正，最常用的是奇偶校驗(yàn)法以及冗余校驗(yàn)法。在與安全相關(guān)的領(lǐng)域，例如出入系統(tǒng)、售票系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用射頻識別系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中難免不受到攻擊，因此必須采取一定的防范措施保證數(shù)據(jù)安全，例如可以通過在閱讀器與標(biāo)簽之間建立密鑰來對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，以達(dá)到安全的目的。

2.傳感器技術(shù)

傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其它裝置或器官。國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。根據(jù)傳感器工作原理，可將其分為三大類：

（1）物理傳感器

物理傳感器應(yīng)用某些物理效應(yīng)，如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)，將被測信號量的物理量轉(zhuǎn)換成便于處理的電信號。

（2）化學(xué)傳感器

化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。

（3）其它 幾種常見的傳感器如下：

電阻式傳感器、電阻應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器、熱電阻傳感器、 溫度傳感器、光敏傳感器等等

3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN

無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作感知，采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象信息，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集的量化，處理融合和傳輸應(yīng)用。

3 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例

a）城市市政管理：城市地圖導(dǎo)航，市政交通管理，環(huán)保監(jiān)察，公共設(shè)施信息，租賃通等；

b）農(nóng)業(yè)園林：精細(xì)農(nóng)業(yè)，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)布設(shè)于農(nóng)田、園林、溫室等目標(biāo)區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大量實(shí)時的收集溫度、濕度、光照、氣體濃度等物理量，精準(zhǔn)的獲取土壤水分、養(yǎng)分程度、電導(dǎo)率、PH值、氮素等土壤信息。無限電將有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展：增產(chǎn)增收、節(jié)約能源，相當(dāng)于露地栽培產(chǎn)量的10倍以上。

c）基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療保健信息交換平臺：通過建立醫(yī)療保健信息交換平臺，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療保健信息資源共享，降低藥品庫和成本并提高效率。增加醫(yī)生對患者以往病史和治療記錄的了解，提高診斷質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量；推動各醫(yī)院之間的服務(wù)共享和靈活轉(zhuǎn)帳，形成一種新的管理系統(tǒng)，使開支更加透明化。

d）智能樓宇：智能家居，大型建筑復(fù)雜環(huán)境室內(nèi)定位系統(tǒng)，聯(lián)網(wǎng)的水電煤表。

作者簡介

胡春園（1984-），女，天津市，工程師，碩士研究生，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)。