物聯網體系結構、關鍵技術及面臨問題

摘要：基于物聯網的應用現狀及發展前景，采用了對比分析和歸納總結的方法，介紹了物聯網的概念與體系結構，簡述了物聯網的關鍵技術，包括：RFID技術、傳感網技術、M2M技術、云計算和中間件技術等，指出了物聯網面臨的主要問題，得到了物聯網必將為人類生活帶來翻天覆地的變化，“智慧地球”的理想終將變成現實的結論。
關鍵詞：物聯網；RFID；傳感網技術；M2M技術；云計算；中間件技術

物聯網顧名思義就是“物物相連的互聯網”。它是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把物體與互聯網連接起來，進行信息交換與相互通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控的一種網絡。
物聯網有3大本質特性，即：全面感知、可靠傳輸、智能處理。物聯網具有感知性，它可以感知人們所處的環境，最大限度地支持人們更好地洞察、利用各種環境資源以便做出正確的判斷并把判斷結果可靠地進行傳輸。物聯網使得人們所處的物質世界得以極大程度地數字化、網絡化，使得世界中的物體不僅以傳感方式也以智能化方式關聯起來。

1 體系結構
物聯網的體系結構大致被公認有3個層次，底層是用來感知數據的感知層，第二層是用于傳輸數據的網絡層，最上面則是與行業需求相結合的應用層。如圖1所示。

1)感知層
感知層主要用于感知物體，采集數據。它是通過移動終端、傳感器、RFID(射頻識別技術)、二維碼技術和實時定位技術等對物質屬性、環境狀態、行為態勢等動態和靜態信息進行大規模、分布式的信息獲取與狀態辨識。針對具體感知任務，常采用協同處理的方式對多種類、多角度、多尺度的信息進行在線計算，并與網絡中的其他單元共享資源進行交互與信息傳輸。其作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經末梢。
2)網絡層
網絡層能夠把感知到的信息進行傳輸，實現互聯。這些信息可以通過INTERNET、INTRANET、GSM、CDMA等網絡進行可靠、安全地傳輸。在傳輸層，主要采用了與各種異構通信網絡接入的設備，如接入互聯網的網關、接入移動通信網的網關等。因為這些設備具有較強的硬件支撐能力，所以可以采用相對復雜的軟件協議設計。傳輸層的作用相當于人的神經中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。
3)應用層
應用層是物聯網和用戶的接口，它與行業需求相結合，實現物聯網的智能應用。根據用戶需求，應用層構建面向各類行業實際應用的管理平臺和運行平臺，并根據各種應用的特點集成相關的內容服務。為了更好地提供準確的信息服務，必須結合不同行業的專業知識和業務模型，以完成更加精細和準確的智能化信息管理。其應用包括智能交通、綠色農業、智能電網、手機錢包、智能家電、環境監測、工業監控等。

2 物聯網關鍵技術研究
物聯網是繼互聯網后又一次的技術革新，其關鍵技術包括RFID、傳感網技術、M2M技術、云計算和中間件技術。
2．1 RFID技術
RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，意思是射頻識別，俗稱電子標簽，是物聯網最關鍵的一個技術。它是利用射頻信號實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。由于它是一種非接觸式的自動識別技術，因此識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作方便快捷。
RFID系統一般由讀寫器、標簽及信息處理系統3個部分組成。標簽是一個內部保存數據的無線收發裝置，負責發送數據給讀寫器。讀寫器是一個捕捉和處理標簽數據的裝置，同時還負責與后臺處理系統接口。信息處理系統則是在讀寫器與標簽之間進行數據通信所必需的軟件集合。
在RFID中要實現物體之間的互聯就必須給每件物體一個識別編碼，也就是用于身份驗證的ID。每個物品都有一個ID來證明它的惟一性。正是RFID對物體的唯一標識性，使其成為物聯網的熱點技術。而作為條形碼的無線版本RFID技術有條形碼不具備的防水、防磁、耐高溫、可加密等優點。