浅议物联网

李爱军

摘 要： 物联网作为新一代信息技术的重要组成部分，在现代化的许多领域中都有着广泛的应用前景。本文在总结先前学者研究成果的基础上，介绍了物联网的概念、相关技术、信息采集机制等，为物联网的研究提供了一定的依据。

关键词： 物联网 RFID 感知层 应用层 信息采集

1.物联网概述

1.1物联网的定义及原理

所谓的物联网又称为传感网，是在计算机互联网的基础上，利用射频识别（RFID）技术、无线通信技术、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监测和管理的一种网络。[1]其原理为通过各种信息传感设备，将物理基础设施与IT基础设施进行结合，实时采集各种信息，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”，使物品能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。在互联网的基础之上，将用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，其目的是实现物与物、物与人、所有物品与网络的连接。

1.2物联网的体系结构

物联网从技术架构上来看，可分为感知层、网络层和应用层三大层面。[2]

感知层作为物联网的底层，包括了大量的终端，由各种传感器及传感器网关构成，主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，以及对信息的自动识别和智能控制，它是物联网识别物体、采集信息的来源；中间层是网络层，由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，负责传递感知层获得的信息，并将信息进行进一步的汇聚和处理，是连接感知层和应用层之间的桥梁；上层是应用层，其作为物联网和用户的接口，利用各种智能计算技术对海量的感知数据和信息进行分析并处理，通过输入、输出控制终端实现智能化的决策和控制，相当于物联网的控制层、决策层。可以说前面两个层次是将物品的信息大范围地收集起来，而应用层则是对信息进行统一的分析和决策，除此之外，还包括具体的行业应用和丰富多彩的物联网业务，如智能交通、智能医疗等。其中感知层是物联网的核心，是信息采集的关键部分。

2.物联网的关键技术

物联网是以RFID为基础，加上网络技术、数据库技术等众多先进技术的支持才得以组建成的。其中涉及多个领域，下面对其中的几种关键技术进行简单介绍。

2.1RFID技术

RFID（Radio Frequency IDentification），即射频识别，又可称电子标签，是利用无线射频识别技术识别目标对象并获取相关信息的一种非接触的自动识别技术。从硬件设备上来看，它主要包括电子标签和识读器两个部分，可实现近程通信。RFID通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，其识别过程无须人工干预，因此可在各种恶劣的环境中使用，RFID技术还可识别高速运动的物体，并可同时识别多个标签，操作简单、快捷、方便。其可与互联网、通信等技术结合起来使用，以实现全球范围内的信息共享和线索跟踪。[3]

2.2传感技术

绝大部分计算机能够处理的只有数字信号，因此使用计算机处理信息必须要用传感器将模拟信号转换成数字信号。传感技术是计算机应用中的关键技术，传感器是机器感知物质世界的“感觉器官”，是物联网的重要支撑。物联网正是通过遍布在各个角落的传感器及它们组成的无线传感器网络来收集现实世界的信息乃至感知整个物质世界的。物联网以传感器感知物质世界中的各种信号，从而为系统地处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。

2.3数据融合与挖掘

物联网的广泛应用令终端数量快速增长，数据量和信息量激增，信息种类、数量成倍增加，因此这就涉及多个系统之间各种信息数据的融合问题。要想从海量的数据中挖掘出隐藏的信息是十分困难的，这给数据计算带来了极大的挑战。数据融合是对海量数据自治的结算和应用融合，以实现信息合理的利用处理，降低带宽占用率，减少能耗，提高响应速度。到目前为止，物联网的数据融合多采用云计算的方式，云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式。智能处理是物联网的特征之一，而云计算大规模、虚拟化、多用户、高可靠性、高可扩展性等特点正是物联网规模化、智能化发展所需的技术。采用云计算技术可实现信息存储资源和计算能力的分布式共享，为信息的高效利用提供支撑。

3.物联网信息采集机制

前端的信息采集是物联网的核心问题，信息采集是物联网智能化的重要标志之一。因而本文在此特别对物联网的信息采集机制予以说明。

所谓的信息采集，即通过感应器进行数据收集并实时准确地将系统中不同结点处的分布式识读器所采集到的数据向信息处理层传递的过程。物联网的信息采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术，主要在感知层内进行。信息采集的目的是获取用户感兴趣的信息，由于将所有数据传输到汇聚节点会造成网络负载过大，因此在满足应用需求的条件下，可采用数据压缩、数据聚集和数据融合等网内数据处理技术对信息进行处理。

在物联网系统中，数据的采集是一项重要的基础性工作。要实现信息采集，首先要根据信息的不同内容和格式在物体上部署各种类型的传感器，从而大范围地、及时地、准确地捕获各类信息。这些传感器通过贴在产品上的条形码等读取位于射频标签内的存储数据，并通过网络进行数据传输和信息交互。除此之外，还必须构建各种网络协议以确保数据的安全。使捕获来的信息方便地共享，发挥其最大价值。其次还必须利用各种智能手段从信息中提取有用的数据。传感器捕获的信息并非全部具有价值，必须从海量的信息中智能地挑选出有用的数据，满足不同的使用要求。[4]本文以物联网信息采集系统的事件监控和周期性数据汇报功能为例说明物联网的信息采集机制。

事件监控应用是物联网的一种重要应用，主要用于紧急事件，如地震、火灾等的监测。在紧急事件发生之时，人们可以通过物联网的事件监控应用，及时快捷地确定事件发生的范围、区域、情况等，以便尽快做出相应的对策。首先必须要在需要监视的区域中覆盖传感器，传感器节点根据用户提交监测请求对数据进行采集，在节点之间进行通信和数据传递，最终通过网关将数据传递给服务器并对数据进行检测，当发现异常数据时，则以用户要求的方式通知相关人员。

周期性汇报是物联网的另一种重要应用，可用于对环境和数据进行分析的情况。用户对收集来的数据进行统计分析，以便找出其中的规律，并对之后的变化进行预测，及时做出反应。传感器网络对数据进行周期性的采集，并在节点之间相互通信，通过网关周期性将数据传递给服务器并储存于数据库中，之后再使用各种工具对收集来的信息进行分析，从而找出其中规律，并對之后的情况予以预测。[5]

4.结语

物联网将传统的信息通信网络延伸到了人们生活的物质世界中，满足了人类对物质世界网络化、信息化、智能化的沟通的需求。不过由于目前对物联网的研究尚处于起步阶段，在技术上面还存在很多难点和问题，如物联网相关标准不统一、信息传输安全有待加强等，这些难关还需要技术人员和研究人员逐渐攻克。物联网在许多领域有着广泛的应用前景，其依托于现有的网络，通过各种技术让物品与网络结合在一起，最终将最大限度地改变我们的生活，具有很大的市场潜力，根据其可以延伸出许多创新应用方式。

参考文献：

[1]吕廷杰.物联网的由来与发展趋势[M].北京：北京邮电大学，2010：248-151.

[2]孙其博，刘杰，黎羴，等.物联网：概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2010，33（3）：1-9.

[3]朱洪波，杨龙祥，于全.物联网的技术思想与应用策略研究[J].通信学报，2010，11：1-8.

[4]黄涛.物联网技术与应用发展探讨[J].信息通信技术，2010.

[5]刘强.物联网关键技术与应用[J].计算机科学，2010，37（6）：1-10.