物联网应用研究

摘 要：物联网是一个新兴的研究热点，定义、体系结构等都处于发展过程，没有统一的标准，本文通过现有资料的分析，综合处物联网的定义、体系结构及关键技术，对社会起到积极的作用。

关键词：物联网；传感网；RFID

中图分类号：TP391.44；TN929.5

物联网（Internet of Things，IoT）是继计算机、互联网之后的新一代网络信息技术[1]。它通过射频识别技术（Radio Frequency IDentification，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，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网概念最初是1991年由美国麻省理工学院的Kevin Ash-ton教授提出。1999年美国麻省理工学院的自动中心，阐明了物联网的基本含义，提出物联网以RFID技术作为支撑的物流网络。2005年国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）了《ITU互联网报告2005：物联网》，世界上所有的物体报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体都可以通过因特网主动进行交换[2]。RFID、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用[3]。2009年欧盟委员会提出针对物联网行动方案，方案明确表示在技术层面将给予大量资金支持，在政府管理层面将提出与现有法规相适应的网络监管方案。

1 IoT体系结构

物联网就是“物与物相连的互联网”。其中包含两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。物联网正处于发展阶段，未来会有很多新的技术融入到物联网，研究学者根据研究角度的不同提出了不同的体系结构[4]。ITU提出了一个开放性的体系结构，自下到上共分为三层：感知层、网络层、和应用层。

（1）感知层处于物联网结构中的底层，是物联网识别物体、采集信息的来源，类似人体结构中皮肤和五官。感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题，它由各种类型传感器构成，包括温湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。

（2）网络层属于物联网结构中的第二层，其核心仍然是互联网，2G网络、3G网络或者4G网络，包括有线网和无线网的融合，是整个物联网的神经中枢，负责IP寻址和路由的发现，及时传递和处理感知层获取的信息。IPV6技术为物联网的发展提供了保证：一方面，IPV6技术的大量地址空间为物联网中大量节点提供了保证；另一方面，IPV6技术采用无状态地址分配的方法来解决快速海量地址分配的问题。网络层需要采取类似TCP/IP协议的分层网络协议为上层应用提供服务[5]，物联网分层网络通信协议示意图如图1所示。

图1 物联网分层网络通信协议示意图

（3）应用层属于物联网结构中的最高层，是物联网和用户的接口，功能是依靠网络传递过来的各种数据信息，通过与行业需求结合，进行分析、建模，并自动执行处理一些行为，实现物联网的智能应用。

2 IoT关键技术

国际电联指出物联网技术体系的四个关键技术[6]：包含RFID技术、传感技术、智能技术和纳米技术。

2.1 传感技术

传感器网络发展分为三个阶段：传感器、无线传感器和无线传感器网络。传感器是机器感知环境的感觉器官，感知光、电、热等信号，为物联网系统处理数据提供初始数据。物联网需要各种传感器来感知整个世界。传感器网络节点包括下面三个部分：传感单元、处理单元和通信单元。

目前物联网的传感器网络技术研究包括：先进测量技术和监控，综合传感器技术、嵌入式技术协作的实时监测和采集各种监测对象，通过分布式测量技术和算法来去提高监测需求；智能化传感器网络化节点，研究采用复合未来要求的传感器，智能传感器网络节点的设计理论，识别更多的敏感元件，提高抗干扰能力，增加信号局部处理功能，改变传统的集中式数据处理为分布式信息处理系统；传感器网络组织结构和网络协议安全研究，传感器面临很多节点被攻击或者操纵，从而造成网络威胁。

2.2 RFID技术

RFID技术，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，非接触式的自动识别技术。RFID和二维码一样可以被全面识别，包括状态、地理信息等信息识别，同时可以识别多个高速运转物体标签。

RFID系统在结构上由3个部分组成：标签、阅读器和天线。标签是由耦合元件和芯片构成，标签上有唯一的编码，某些射频标签附在衣物、个人财物上，甚至于植入人体之内，标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。阅读器有手持式或固定式的可以读取标签信息的设备。天线是标签和阅读器之间的传递射频信号。

2.3 智能技术

随着云计算在互联网中的应用研究，物联网中的大量数据信息需要高效处理，云计算中的网格计算和智能化技术为物联网提供了信息存储资源和计算的分布式共享技术。通过在物体中植入智能系统，可以主动的实现与用户的沟通。包括智能信息获取方法，人机交互技术和智能控制技术和智能信号处理。

3 总结

物联网的发展正处于初期，面临各个方面的挑战，产业化发展，安全方面、技术方面、建设方面，未来物联网将是工业化和信息化融合的突破口，为创建智慧城市，经济建设起到积极的推动作用。

参考文献：

[1]朱洪波，杨龙祥.物联网的技术思想与应用策略研究[J].通信学报，2010，31（6）：2-9.

[2]ITU.The Internet of thing. 2005.http：//www.itu.int/osg/spu/publications/inte-rnetofthings.

[3]Welbourne E.Building the internet of things using RFID：The RFID ecosystem experience[J].IEEE Internet Conputing，2009，13（6）：75-81.

[4]钱志鸿，王义君.物联网技术与应用研究[J].电子学报，2012，5（40）：1024-1029.

[5]Luo J.Wireless sensor network interconnection design based on IPV6 protocal[J].Fifth International Conference on Wireless Communications.IEEE Press，2009：1-4.

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

作者简介：李俐（1986-），女，河南商丘人，教师，助教，硕士，研究方向：网络安全；王凯（1982-），男，河南商丘人，教师，助教，学士，研究方向：计算机网络。

作者单位：商丘学院 计算机科学与技术学院，河南商丘 476000