物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及面臨問題

摘要：基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景，采用了對(duì)比分析和歸納總結(jié)的方法，介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念與體系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)述了物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，包括：RFID技術(shù)、傳感網(wǎng)技術(shù)、M2M技術(shù)、云計(jì)算和中間件技術(shù)等，指出了物聯(lián)網(wǎng)面臨的主要問題，得到了物聯(lián)網(wǎng)必將為人類生活帶來翻天覆地的變化，“智慧地球”的理想終將變成現(xiàn)實(shí)的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID；傳感網(wǎng)技術(shù)；M2M技術(shù)；云計(jì)算；中間件技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)顧名思義就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。它是通過射頻識(shí)別、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，把物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換與相互通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控的一種網(wǎng)絡(luò)。
物聯(lián)網(wǎng)有3大本質(zhì)特性，即：全面感知、可靠傳輸、智能處理。物聯(lián)網(wǎng)具有感知性，它可以感知人們所處的環(huán)境，最大限度地支持人們更好地洞察、利用各種環(huán)境資源以便做出正確的判斷并把判斷結(jié)果可靠地進(jìn)行傳輸。物聯(lián)網(wǎng)使得人們所處的物質(zhì)世界得以極大程度地?cái)?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，使得世界中的物體不僅以傳感方式也以智能化方式關(guān)聯(lián)起來。

1 體系結(jié)構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)大致被公認(rèn)有3個(gè)層次，底層是用來感知數(shù)據(jù)的感知層，第二層是用于傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)層，最上面則是與行業(yè)需求相結(jié)合的應(yīng)用層。如圖1所示。

1)感知層
感知層主要用于感知物體，采集數(shù)據(jù)。它是通過移動(dòng)終端、傳感器、RFID(射頻識(shí)別技術(shù))、二維碼技術(shù)和實(shí)時(shí)定位技術(shù)等對(duì)物質(zhì)屬性、環(huán)境狀態(tài)、行為態(tài)勢(shì)等動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信息進(jìn)行大規(guī)模、分布式的信息獲取與狀態(tài)辨識(shí)。針對(duì)具體感知任務(wù)，常采用協(xié)同處理的方式對(duì)多種類、多角度、多尺度的信息進(jìn)行在線計(jì)算，并與網(wǎng)絡(luò)中的其他單元共享資源進(jìn)行交互與信息傳輸。其作用相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢。
2)網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知到的信息進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。這些信息可以通過INTERNET、INTRANET、GSM、CDMA等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠、安全地傳輸。在傳輸層，主要采用了與各種異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)接入的設(shè)備，如接入互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)、接入移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)等。因?yàn)檫@些設(shè)備具有較強(qiáng)的硬件支撐能力，所以可以采用相對(duì)復(fù)雜的軟件協(xié)議設(shè)計(jì)。傳輸層的作用相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。
3)應(yīng)用層
應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。根據(jù)用戶需求，應(yīng)用層構(gòu)建面向各類行業(yè)實(shí)際應(yīng)用的管理平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)，并根據(jù)各種應(yīng)用的特點(diǎn)集成相關(guān)的內(nèi)容服務(wù)。為了更好地提供準(zhǔn)確的信息服務(wù)，必須結(jié)合不同行業(yè)的專業(yè)知識(shí)和業(yè)務(wù)模型，以完成更加精細(xì)和準(zhǔn)確的智能化信息管理。其應(yīng)用包括智能交通、綠色農(nóng)業(yè)、智能電網(wǎng)、手機(jī)錢包、智能家電、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)監(jiān)控等。

2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究
物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)后又一次的技術(shù)革新，其關(guān)鍵技術(shù)包括RFID、傳感網(wǎng)技術(shù)、M2M技術(shù)、云計(jì)算和中間件技術(shù)。
2．1 RFID技術(shù)
RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，意思是射頻識(shí)別，俗稱電子標(biāo)簽，是物聯(lián)網(wǎng)最關(guān)鍵的一個(gè)技術(shù)。它是利用射頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。由于它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，因此識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作方便快捷。
RFID系統(tǒng)一般由讀寫器、標(biāo)簽及信息處理系統(tǒng)3個(gè)部分組成。標(biāo)簽是一個(gè)內(nèi)部保存數(shù)據(jù)的無線收發(fā)裝置，負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器。讀寫器是一個(gè)捕捉和處理標(biāo)簽數(shù)據(jù)的裝置，同時(shí)還負(fù)責(zé)與后臺(tái)處理系統(tǒng)接口。信息處理系統(tǒng)則是在讀寫器與標(biāo)簽之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信所必需的軟件集合。
在RFID中要實(shí)現(xiàn)物體之間的互聯(lián)就必須給每件物體一個(gè)識(shí)別編碼，也就是用于身份驗(yàn)證的ID。每個(gè)物品都有一個(gè)ID來證明它的惟一性。正是RFID對(duì)物體的唯一標(biāo)識(shí)性，使其成為物聯(lián)網(wǎng)的熱點(diǎn)技術(shù)。而作為條形碼的無線版本RFID技術(shù)有條形碼不具備的防水、防磁、耐高溫、可加密等優(yōu)點(diǎn)。