物联网的结构与应用

摘 要：物联网是在互联网和传统电信网的基础上进行扩展，从而实现物品与物品之间的互联互通，它是继计算机和互联网之后的第三次信息技术革命。目前，物联网正在得到广泛应用，并且涵盖了多项技术和领域，如智能交通、智慧医疗、智慧农业等，由此可见，物联网的应用已不再是“含苞待放”，而是出现了“遍地开花”。

关键词：物联网；体系结构；应用

中图分类号：TP393

1 物联网技术的相关概念

传统的互联网并不能解决任何物品之间连接的问题，因此我们在互联网的基础上，借助物联网来解决任何物品与物品之间的信息交换和通信，其定义是：“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相连接，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概念”。

射频识别RFID，又称无线射频识别技术，类似于条码扫描，条码扫描是使用专用的扫描读写器利用光信号将附着于目标物的条形码传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。目前，RFID的应用已经非常广泛，例如：单位的员工挂牌、爱犬的项圈、医院的医疗资产和精神病人上有很多都带有RFID芯片，利用RFID就可以识别和追踪他们的位置。

传感器是一种检测装置，可以自动的收集能感受到的数据，并将其进行转换后再传递出去。传感器让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。如可以把热传感器分散在森林的多处地方，以帮助工作人员更好的明确森林的温度、了解火灾问题等。在电力行业使用的智能电表，每隔几分钟就会对用户的用电量情况进行统计，并对用电需求进行分析预测，使电力基础设施的利用更加优化。

2 物联网的体系结构

目前对物联网技术的研究还不是很成熟，但是人们对物联网的体系结构具有普遍相同的认识，一般可以分为三个层次，如下图所示。

应用层 信息处理 环境监测、智能交通、智能家居等

支撑平台

网络层 信息传输 互联网、专用网络等

感知层 信息采集 组网――短距离数据传输

传感器、RFID等

图1 物联网层次示意图

第一层感知层，是整个物联网的信息源，该层利用RFID技术和传感器等设备来获取物体的实时信息。其中传感器承担着感知信号、标识物体并对其进行处理控制的功能，一直是工业领域和信息技术领域发展的重点。该层中网络的主要工作是感知和收集事物信息。

第二层是网络层，主要功能是负责将感知层采集到的物品信息传输到应用层进行处理，该层主要应用的是一些已有的网络，如互联网或者专用网络等，用到的先进网络技术有3G、4G、IPv6、自组网技术等。

第三层是应用层，主要是对感知层得到的物品信息作进一步的处理，信息处理的目的是为我们所用，便于日常生活，如智能家居、环境监测、智能电力、工业监控等。物联网下应用层采用的信息处理技术主要有分布式处理、云计算、群集智能等。

3 平台数据资源建模

现有的传感网中，传感设备多种多样，不同的接入设备传入的数据通常没有统一的标准，这就导致不同类型的资源在共享时具有一定的局限性，所以为物联网资源构建一个统一完整的、可扩展的平台是十分必要的。随着物联网技术的发展，所有具有采集数据和数据功能的个体都可以将资源通过数据平台以统一的形式共享出来，物联网资源平台数据相对传统数据资源所具有的一些特点。

3.1 海量性。物联网资源共享平台的最终目标是实现任何事物与事物之间的信息共享。假设现在有100个传感器，每个传感器节点每分钟能传回1KB的数据，那么一天的数据量就达到了140MB以上。如果传感器的数据传输速率高于每分钟1KB，那么每天的数据传输量就可以达到TB甚至更多，由此可见，要实现物物相连，数据量是非常巨大的。

3.2 丰富性。数据平台共享的数据不仅海量，而且应用非常广泛和丰富，目前已有可以反应温湿度、光照度、风力风向、一氧化碳和二氧化碳浓度、海拔高度等环境数据的测量；还有可以传感视音频等多媒体数据的多媒体传感网；以及反映车速、道路状况、用户位置等信息的智慧交通网等等。物联网丰富的数据信息还具有很强的动态性，一个数据可能会受到多方面因素的影响，主要体现在以下几个方面：（1）不同网络导致数据的格式有所不同；（2）不同种类的设备提供的数据精度有所不同；（3）不同的设备、不同的时间和角度等都可能导致同一个事物的信息有所不同。

3.3 关联性。数据共享平台上的数据之间有着密切的关联性，描述同一个物体的数据在时间上具有联系，描述物体的不同维度的数据之间也有联系，描述不同物体的数据在空间上具有联系，不同的联系组合会产生丰富的语义。

4 物联网的应用

目前物联网正在得到广泛应用，下面是列出的几个物联网应用的事例。

4.1 电梯卫士。天津市质监局相关负责人表示，将进一步推广电梯自动报警系统，力争2014年实现天津全市基本覆盖“电梯卫士”。目前，很多城市的乘客电梯里都免费安装了电梯故障远程自动报警系统――“电梯卫士”。“电梯卫士”正是运用物联网技术进行远程监控，独立外设传感器可采集电梯运行和故障信息，与电梯原有控制系统分离，一旦发生电梯困人等故障能立即自动报警。

4.2 智能农业。在农业示范园里，利用物联网实现农业种植技术已经成熟。信息采集层靠安装在大棚内的传感器采集信息；信息传输层利用无线网络将采集到的信息传输到电脑、手机等终端上；信息处理层将用户的处理指令反馈到大棚中。

4.3 感知交通。感知交通彻底改变了智能交通的采集、传输、处理的传统模式，将传统的红路灯控制车流量变成车流量控制红绿灯。相关测试显示，在一个200多个道口的区域内，交通拥堵率下降了43%，肇事逃逸侦破达到98%，交通死亡事故为零。

4.4 五警四管。据统计，在过去的十年间，每年由燃气泄漏所引发的火灾事故呈逐年上升的趋势。五警四管采用“五级报警，四级管理”模式，一旦用户本地探测器测到一氧化碳超标报警超过5分钟未采取措施解决，系统将通过联网，自动触发房东、运营企业呼叫中心，村级异常报警信息平台，应急报警信息平台警报铃，进行五级报警，同时配合中心户、村、乡、区四级联动综合管理，多角色环环相扣，在最短时间内排除一氧化碳泄漏隐患，有效解决报警装置“只报警，无措施”的尴尬状况。

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作者简介：刘金美（1984.5.3-），女，山东寿光人，教师，助教，学士，研究方向：计算机。

作者单位：潍坊科技学院经济管理学院，山东潍坊 262700