物联网研究综述

物联网研究综述摘要：从物联网基础出发，介绍物联网的基本架构，关键技术，射频识别（RFID)、传感器网、M2M技术，并举例说明物联网在城市建筑、交通、农业等生活领域中的应用。指出物联网产业在未来发展中的各种挑战及需要解决的问题。关键词：物联网；射频识别（RFID);传感器网；M2M;智能1引言1995 年，比尔盖茨在未来之路一书中提及物联网概念 。1999 年麻省理工大学的研究人员首次提出物联网概念。2005 年11月，国际电信联盟发布了ITU 互联网报告：2005物联网报告，正式提出物联网概念并对其含义进行了扩展。2010年3月我国召开的两会上 ，物联网被明确写入政府工作报告。伴随国家“十二五”规划出台，以物联网为代表的战略型新兴产业，将成为我国大力扶持和发展的七大战略性行业之一。据权威机构预测，国家将在未来十年投入四万亿大力发展物联网，智能建筑、智能办公、智能家居、RFID等产业将是未来重点发展的领域。作为物联网产业中不可或缺的一部分，融楼宇自控、电视监控、防盗报警、综合布线等众多系统于一体的建筑智能化领域，同样迎来了自主创新和产业发展的大好机遇。由第三次信息化引发的“智慧”浪潮，正在打开我们对未来智能化生活和城市发展的广袤空间，物联网技术的发展和应用将深刻改变世界。2物联网的概念 一般国际通用的定义是通过射频识别(RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪 、监控和管理的一种网络.其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。 物联网的问世打破了传统思维，过去是将公共基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物；另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。在物联网时代，电缆、钢筋混凝土将与芯片、宽带整合为同一的基础设施，意味着基础设施是一新的土地，所有物的运转都在其上运行，包括经营管理，生产运输，社会管理乃至个人生活。2005年11月 ，国际电信联盟发布了ITU 互联网报告2005：物联网报告指出 ，“无所不在的 物联网 通信时代即将到来，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行数据交换。信息与通信技术（ICT）已经从任何时间任何地点任何人之间的连接发展成任何物品之间的连接。 3 物联网的技术架构 物联网是一个非常复杂、系统多样的系统技术应用, 一般将物联网的结构分为三个层次: 一是传感网络层, 以RFID、传感器、二维码等为主, 主要用于信息的识别和采集; 它是物联网的基础, 利用传感器采集设备信息, 利用射频识别技术在一定范围内实现发射和识别。 二是信息传输网络层, 通过现有的三网( 互联网、广电网、通信网)或者下一代网络NGN, 远距离无缝传输来自传感网所采集的巨量数据信息;它负责对传感器采集的信息进行安全无误的传输,并对收集到的信息进行分析处理,并将结果提供给应用层。 三是信息应用网络层,即输入输出控制终端,如手机、智能家电的控制器等，主要通过数据处理及解决方案来提供人们所需要的信息服务。应用层为用户提供丰富的服务功能,用户通过智能终端在应用层上定制需要的服务信息:如查询信息、监控信息、控制信息等。随着物联网的发展,应用层会大大拓展到各行业,给我们带来实实在在的方便。 4物联网的关键技术 物联网技术是一个大的技术集合，主要由四大支撑技术组成，分别是RFID、传感网、M2M和两化融合。4.1 RFID技术 RFID( Radio Frequency Identification ) 无线射频识别技术是物联网首要关键技术,利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到自动识别的目的。 RFID是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID系统由标签、阅读器和天线 3个基本部分组成。阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号,当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后, 发送至电脑主机进行有关处理。4.2传感器网络技术 传感器是物体感知物质世界的 "感觉器官" ，可以从声、光、电、热、力、位移、湿度等信号来感知，为物联网的工作采集、分析、反馈最原始的信息。它是一种检测装置,能感受到被测量的信息, 并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。我国对传感器的定位是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置, 通常由敏感元件和转换元件组成。传感技术与RFID 技术一样,是获取物体信息的技术,是物体具备智慧的前提。传感网是物联网中的“神经末梢”。 传感器网络节点的基本组成包括如下几个基本单元：传感单元( 由传感器和模数转换功能模块组成) 、处理单元 (包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等）、通信单元(由无线通信模块组成）以及电源。此外，可以选择的其他功能单元包括：定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。在传感器网络中，节点可以通过飞机布撒或者人工放置的方法使其散布在所感知对象的附近。传感器节点通过 "多跳"网络把数据发送给接受发送器（sink ）。Sink也可以用同样的方式 将信息发送给各节点。Sink 直接与 Internet 或通信卫星相连,通过 Internet或通信卫星实现任务管理节点与传感器之间的通信。4.3 M 2M 技术M2M 的全称为Machine to Machine, 简单地说,M2M是将数据从一台终端传送到另一台终端, 但从广义上讲, M2M可代表机器对机器( Machine to Machine)、人对机器( Man to M achine) 、机器对人( Machine to M an)、移动网络对机器( Mobile t o Machine) 的连接与通信, 涵盖了所有在人、机器、系统之间实现通信连接的技术和手段。M2M 技术侧重于末端设备的互联和集控管理, M2M通过实现人与人、人与机器、机器与机器的通信, 让机器、设备、应用处理过程与后台信息系统共享信息,并与操作者共享信息。它提供了设备实时地在系统之间、远程设备之间、或和个人之间建立无线连接,传输数据的手段。5物联网所面临的问题要真正实现物联需要系统解决一系列核心技术、标准规范、产品研发、安全保护、产业规划、体制机制/协调合作、推广应用等技术问题和管理问题。 ( 1) 突破核心技术。对于尚处于物联网关键技术研发和规模化应用初始阶段的中国，必须尽快突破核心技术，抢占制高点。首当其冲待攻克的核心技术包括传感器技术、射频识别技术、智能通信与控制技术、海量数据处理技术以及非数据交换技术。(2) 制定标准规范。花大力气制定相关的标准化体系、产业链体系、研发与应用项目规范等十分必要，它可为最终成为一种能被世界各国认可的统一的物联网国际标准奠定基础。(3) 关注信息安全。物联网中的物与物、物与人之间互联，使用大量的信息采集和交换设备，信息采集和传输频繁，承载着大量的国家经济社会活动和战略性资源，其信息安全和保护隐私等问题必须重点考虑和解决。 （4）寻求统一协议。物联网是互联网的延伸，它是基于网络的多种技术的结合，应有相关协议标准做支撑。 (5)扩充IP地址。物联网中的每个物品都需要被寻址，这就需要解决地址问题。由于物联网需要更多的地址，这对目前即将耗尽的IPv4资源而言是无法支持的，那就需要IPv6来支撑。物联网一旦使用IPv6地址不仅会在IPv4向IPv6过渡过程中存在与IPv4 的兼容性问题，而且对传感网末梢节点如何承载IPv6这种通信协议也需要有对策。 6物联网的应用 物联网的应用遍及智能交通、智能电网、智能建筑、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防等，涉及人类生活、工作、健康和社会领域的方方面面。6.1智慧城市 物联网在城市信息化领域的应用是智慧城市的高级形式:智慧城市管理,以新一代通信技术、空间信息技术和高精度定位技术( GPS) 为基础支撑, 面向物联网环境, 实现城市管理中人、事、物的有机集成, 实现全天候、无缝的城市智能管理; 智慧城市服务,在物联网环境下, 为商业、应急、公共设施、教育和卫生医疗等市民关注的领域提供面向位置信息的多源信息融合的城市信息服务. 智能城市包括对城市的数字化管理和城市安全的统一监控。城市的数字化管理基于3S（地理信息系统 GIS、全球定位系统 GPS、遥感系统 RS）等关键技术，深入开发和应用空间信息资源，建设服务于城市规划、城市建设和管理的信息基础设施和信息系统。城市安全监控基于宽带互联网的实时远程监控 、传输、存储、管理的业务，实现对城市安全的统一监控和 统一管理 。6.2智能建筑 绿色智能建筑是构建智慧城市的基本单元，许多行业如智能交通、市政管理、应急指挥、安防消防、环保监测等业务中，智能建筑都是其“物联”的基本单元。绿色智能建筑是智慧城市的最基本单元，是靶心的靶心。物联网对智能建筑技术影响无处不在;设备经过传感器联网技术遍及大部分子系统;可以说，很多子系统已经是准物联网形态或已经是物联网形态。例如智能家居、建筑设备监控、安防、一卡通、电子配线架、远传抄表、专业应用等系统。6.3 智能家居 智能家居将各种家庭设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等）通过智能家庭网络联网实现自动化，通过宽带、固话和无线网络 ，可以实现对家庭设备的远程操控 。6.4智能农业 智能农业通过实时采集温室内温度、湿度、光照、土壤温度、叶面湿度、露点温度等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。7结束语在信息产业高速发展的今天，物联网技术决定了一个国家信息产业的成熟度，也为经济发展提供了机遇。因此，挑战和机遇并存。加紧对物联网的研究使之逐渐成熟具有重要的意义。参考文献:1孙其博 、刘杰 、黎羴等 物联网概念 、架构与关键技术研究综述 北京邮电大学学报 J 2010 ，33 （3）：192刘云浩 物联网导论.科学出版社，2011.33陈柳钦 物联网国内外发展动态及亟待解决的关键问题J.决策咨询通讯 ,2010(5):15-25. 4韩娜，谭晶.物联网的关键技术与发展J. 河南科技 ,2011,(4):295张公忠.物联网与智能建筑J.清华大学学报.2011,12（4）：5154