物联网的主要特征与核心技术研究

[摘 要]互联网已发展为全球信息共享平台，直接影响着社会经济、政治和文化。目前，互联网正从固定网络转向移动互联网，物联网是未来互联网的重要组成部分。未来互联网将不仅是现有互联网的简单演化，为适应未来应用，更需要有新的体系结构、接口、数据管理方式、能异构地接入各种不同互联网实体及传感器筹。未来对象均为可标识、可通信、可移动、可交换、可创建和销毁的智能化可信实体，若干对象可建立通信网络，这种网络又可与本地甚至全球的其他网络连接，且可为各种用户提供所需服务。

[关键词]物联网；特征；核心技术

中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0315-01

针对物联网在关键特征与核心技术方面，深入研究并讨论了物联网的泛在性、特定环境下的智能标识与感知技术、数据的不确定性、数据表示方法、海量数据的信息传播、安全和隐私等问题。

1.物联网关键特征

与传统的互联网相比，物联网具有以下基本特征：

1）融合物理实体。物理实体可融合射频识别与传感技术，应具有可标识、可感知、可通信、可控制的安全智能体的特征，但并非所有的物理实体均要实现全部功能，有些实体仅需实现可标识、可通信等部分功能。

2）异构化特征。智能标识与感知技术由标识与传感技术融合而成，本质上具有异构性，且不同环境下的智能标识与感知体采用不同技术实现，具体表现为不同标识及传感器的底层实现技术各不相同，如特定环境下的标识技术不同，实现技术也不同；同样，不同环境下的传感技术也呈现出差异化。

3）海量信息的存储、共享、传播及管理。网络承担数据存储、共享、传播及管理的功能，研究表明：物联网所产生的数据量巨大。海量数据的存储、共享、传播及管理，给网络提出了新的挑战，需要适当的体系结构来满足海量数据的传播、存储和共享问题。

4）泛在性与普适计算相结合。物联网中，通过将物理实体与射频识别、无线传感等技术相融合，通信对象扩展到日常生活用品，实现人与物及物与物之间的通信，从而使信息与通信技术获得一个新维度，将任何时间、任何地点连接任何人，扩展到任何物体之间的信息交换；普适计算建立在分布式计算、通信网络、移动计算、嵌入式系统、传感器等技术之上。

2.物联网的核心技术

2.1 特定环境下智能标识与感知技术

全球物联网应用种类呈现出多样性，这种多样性给智能标识与感知技术提出了新的挑战，包括：

1）电子标签和传感器的销毁问题。电子标签均采用电子器件，已作废的电子器件处理不好，会带来电子污染。因此，在设计和制造电子标签和传感器时，需考虑销毁问题，尤其在大规模应用时，这一问题更加重要且不易解决。电子标签的销毁还会带来标签编号的回收问题，否则，若每个物品都保留原有标识编号，则电子标签编号资源将很快被耗尽。

2）电子标签和传感器需要解决数据存储、电源供电、能源存储与节约及安全防伪等问题。此外，由于很多应用场合，读写器信号作用范围内可有多个标签存在，需采取防碰撞技术，以减少数据冲突，达到快速准确识别多个标签的目的。

3）智能标识与感知网络化问题。智能标识与感知网络节点作为一个微型化的嵌入式系统，在感知物理世界的同时，应具有局部信号处理功能及足够的抗干扰能力；智能标识与感知网络中存在大量节点，网络拓扑结构在节点发生故障时，应具有自组织能力、自动配置能力及可扩展能力。

4）智能标识与感知网络中节点的定位问题。节点的准确定位是物联网应用的重要条件，如目标监测与跟踪、智能交通、特殊区域无线传感器等特定应用要求网络节点预先知道自身的位置。定位包括二维定位、三维定位。受物联网节点大规模、低成本和低计算能力的制约，需寻求合适的定位算法，在提高节点定位精度的同时，降低节点能量消耗，延长网络的生存周期。

2.2 数据的不确定性处理及表示

在数据清理方面，提出了采用流水线数据清理的框架结构，以支持普适环境中的应用，称为可扩展的传感器数据流处理（ESP），它根据阅读器所获得数据在时间和空间上具有的相关性对数据进行处理。数据清理过程是由点处理、平滑处理、合并处理、判决处理和虚化处理5个阶段组成的数据清理流水线。在此基础上，引入了数据质量的概念，针对物理实体数据的不可靠和不确定性，在向应用提供数据时，对其数据质量即清洁度进行评估，应用程序在采用这些数据时可参考数据质量，以给出更为可信的结论。尽管如此，在物联网中，要彻底完全地消除脏数据是不可能的，研究人员还在进一步研究降低数据不可靠性的技术和方法。

在数据表示方面，物联网中数据具有不同异构性，包括结构异构、语法异构、系统异构和语义异构。目前已有许多技术被开发用来解决不同类型的异构问题，如XML作为公共的语言标准被广泛使用后，由于其所具有的通用语法格式，使得数据源之间能够采用统一的数据模型信息，有效地解决了数据集成中数据共享的问题，但语义异构的问题仍未有效解决。

2.3 海量数据下的信息传播

物联网的应用将会产生海量的数据，对这些数据的有效管理、处理、存储及传播的方法，是物联网发展所需解决的问题之一。

信息的传播是物联网信息共享的重要内容，针对RFID应用，EPCGlobal认为RFID数据应采用事件的方式表示，不仅可以有效消除数据冗余，减轻网络负载，而且可以通过消息通告系统的方式来方便地传播与共享。

局部节点接受来自各种网络前端的原始数据，经数据过滤、抽取、压缩等预处理，存储到本地数据仓库；在本地数据仓库，数据经过滤、合并后形成复杂事件；复杂事件经全局控制节点的聚合操作，存储到全局仓库，以用于不同的应用。其中局部节点之间通过基于多的合作管理机制，可共享对象数据与知识。

基于网格的分布式数据模型可解决局部节点的数据存储问题，通过利用网络前端智能体自身的智能计算、语境感知及远程操作能力，在一定程度上满足了物联网的高性能、高存储及高计算能力，物联网可以看作一个大规模信息系统，由于其前端在对物理世界感应方面具有高度并发的特性，并将产生大量引发后端深度互联和跨域协作需求的事件。网络中的事件并非仅发送给某一个应用。传统的一对一、一对多的通信方式无法满足应用需求，需有新型通信机制，以满足事件通信，同时需考虑面向异构基础信息的网络构架问题。

2.4 安全和隐私问题

1）电子标签或传感器本身的访问缺陷。由于电子标签或传感器本身的成本所限，自身很难具备足够的安全能力，极容易被攻击者操控。在没有足够可信任的安全策略保护下，标签或传感器中数据的安全性、有效性、完整性、可用性、真实性都得不到保障。另外，物联网前端系统中，大量使用射频无线通信技术，无线传输的信号本身是开放的，这就给非法用户的侦听提供了方便。

2）未来信息传播网络中的安全问题。物联网前端产生的大量数据信息，需在后端网络构架中传播、处理和控制，以满足不同应用的需要，这些信息的安全需要采用各种认证与加密方法来保证。

3.结论与认识

物联网的发展，目前呈现出与互联网发展不同的途径，表现为由局部的、闭环的应用为驱动，逐步形成开放的、全球统一架构的物联网。在未来的应用中，将从单一的对象标识技术，发展为集对象标识、传感、控制和执行于一体的智能执行体，物联网终将是智能体之间、智能体与非智能体相关通信、信息共享的全球一体化网络。

参考文献

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[2] 李文；物联网技术及其应用[J]；福建电脑；2010年09期

[3] 吴亮；邵培基；李良强；；物联网背景下隐私信息保护策略影响企业决策行为[J]；系统工程；2010年06期