物聯(lián)網(wǎng)體系結構、關鍵技術及面臨問題

摘要：基于物聯(lián)網(wǎng)的應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景，采用了對比分析和歸納總結的方法，介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念與體系結構，簡述了物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術，包括：RFID技術、傳感網(wǎng)技術、M2M技術、云計算和中間件技術等，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)實的結論。
關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID；傳感網(wǎng)技術；M2M技術；云計算；中間件技術

物聯(lián)網(wǎng)顧名思義就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。它是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換與相互通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控的一種網(wǎng)絡。
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果可靠地進行傳輸。物聯(lián)網(wǎng)使得人們所處的物質(zhì)世界得以極大程度地數(shù)字化、網(wǎng)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(lián)起來。

1 體系結構
物聯(lián)網(wǎng)的體系結構大致被公認有3個層次，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)絡層，最上面則是與行業(yè)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(shù)據(jù)。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(zhì)屬性、環(huán)境狀態(tài)、行為態(tài)勢等動態(tài)和靜態(tài)信息進行大規(guī)模、分布式的信息獲取與狀態(tài)辨識。針對具體感知任務，常采用協(xié)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(wǎng)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(jīng)末梢。
2)網(wǎng)絡層
網(wǎng)絡層能夠把感知到的信息進行傳輸，實現(xiàn)互聯(lián)。這些信息可以通過INTERNET、INTRANET、GSM、CDMA等網(wǎng)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(wǎng)絡接入的設備，如接入互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關、接入移動通信網(wǎng)的網(wǎng)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(xié)議設計。傳輸層的作用相當于人的神經(jīng)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(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求相結合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應用。根據(jù)用戶需求，應用層構建面向各類行業(yè)實際應用的管理平臺和運行平臺，并根據(jù)各種應用的特點集成相關的內(nèi)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(yè)的專業(yè)知識和業(yè)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(nóng)業(yè)、智能電網(wǎng)、手機錢包、智能家電、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)監(jiān)控等。

2 物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術研究
物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)后又一次的技術革新，其關鍵技術包括RFID、傳感網(wǎng)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(lián)網(wǎng)最關鍵的一個技術。它是利用射頻信號實現(xiàn)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(huán)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(tǒng)一般由讀寫器、標簽及信息處理系統(tǒng)3個部分組成。標簽是一個內(nèi)部保存數(shù)據(jù)的無線收發(fā)裝置，負責發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器。讀寫器是一個捕捉和處理標簽數(shù)據(jù)的裝置，同時還負責與后臺處理系統(tǒng)接口。信息處理系統(tǒng)則是在讀寫器與標簽之間進行數(shù)據(jù)通信所必需的軟件集合。
在RFID中要實現(xiàn)物體之間的互聯(lián)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(lián)網(wǎng)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(yōu)點。