物聯網的關鍵技術

2023年12月12日發(作者：獰獵)

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物聯網的關鍵技術

摘要:

物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體,讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡,是新一代信息技術的重要組成部分,近年來發展迅速，具有廣闊的應用前景[1]。作為動態的全球網絡基礎設施,它的根本是物與物、人與物之間的信息傳遞與控制。物聯網技術是一項綜合性的技術，涵蓋了從信息獲取、傳輸、存儲、處理直至應用的全過程，其關鍵在于傳感器和傳感網絡技術的發展和提升，根據側重點不同物聯網技術的劃分標準也不同，國際電信聯盟的報告分為四大關鍵性技術:標簽物品的RFID、感知事物的傳感網絡技術、思考事物的智能技術、微縮事物的納米技術[2]．本文首先介紹這些技術的基本原理和發展,并就其中的幾個核心技術進行詳細的認識和探究,同時分析技術應用背后面臨的問題和挑戰，為物聯網的發展提出更具前瞻性的建議.

關鍵詞：物聯網 關鍵技術 RFIＤ 面臨問題

0引言

物聯網是將無處不在的末端設備和設施,包括具備“內在智能”的傳感器、移動終端、工業系統、樓控系統、家庭智能設施、視頻監控系統等和“外在使能"的，如貼上ＲＦID的各種資產、攜帶無線終端的個人與車輛等“智能化物件或動物”或“智能塵埃”,通過各種無線/有線的長距離/短距離通訊網絡實現互聯互通(M２Ｍ)、應用大集成、以及基于云計算的ＳａaS營運等模式，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持、領導桌面等管理和服務功能，實現對“萬物”的“高效、節能、安全、環保”的“管、控、營”一體化。

從1９99年Ashtｏn教授在研究RFID時最美國召開的移動計算和網絡國際會議首先提出物聯網(Ｉnterｎet of Things)這個詞,２005年在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上，國際電信聯盟正式提出了物聯網的概念,到現如今各國政府重視下一代的技術規劃，紛紛將物聯網作為信息技術發展的重點．ＩBM更是提出“智慧的地球＂的最新策略，并且希望在基礎建設的執行中,植入“智慧”的理念，從而帶動經濟的發展和社會的進步，希望以此掀起“互聯網”浪潮之后的又一次科技產業革命［３]．

一般而言，可以將物聯網從技術架構上來分為三層［4］:感知層、網絡層和應用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網關構成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標簽、RFID 標簽和讀寫器、攝像頭、GＰＳ等感知終端。感知層的作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經末梢，它是物聯網識別物體、采集信息的來源,其主要功能是識別物體,采集信息。網絡層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成,相當于人的神經中樞和大腦,負責傳遞和處理感知層獲取的信息。應用層是物聯網和用戶(包括人、組織和其他系統）的接口，它與行業需求結合，實現物聯網的智能應用。

技術的發展與進步促成了物聯網的快速發展，而其中的關鍵技術對物聯網更是具有不同凡響的影響和意義.

1物聯網關鍵技術

1.1感知技術

感知技術也可以稱為信息采集技術,它是實現物聯網的基礎。目前,信息采集主要采用電子標簽和傳感器等方式完成.在感知技術中,電子標簽用于對采集的信息進行標準化標識，數據采集和設備控制通過射頻識別讀寫器、二維碼識讀器等實現.

1。1．1 RFID

射頻識別（RFID）即射頻識別技術，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸，即是一種非接觸式的自動識別技術[5].由三部分組成：

①標簽——由耦合元件及芯片組成，具有存儲與計算功能,可附著或植入手機、護照、身份證、人體、動物、物品、票據中，每個標簽具有唯一的電子編碼,附著在物體上用于唯一標識目標對象。根據標簽的能量來源，可以將其分為:被動式標簽、半被動式標簽和主動式標簽。根據標簽的工作頻率,又可將其分為：低頻(Lｏw Ｆｒeqｕency, ＬF）(30—300kＨz）、高頻(High Ｆrｅqueｎｃy， HF)（３—3０MＨz)、超高頻(Ultra Ｈigh Frequｅncy， ＵHＦ）（３00-96８ＭＨz)和微波(Ｍｉcｒo Wavｅ, MW)（2.4５—5.8GHｚ）.

②閱讀器——讀取（有時還可以寫入）標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式,閱讀器根據使用的結構和技術不同可以是讀或讀／寫裝置，是RＦＩD系統信息控制和處理中心.閱讀器通常由耦合模塊、收發模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應答器之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換,同時閱讀器通過耦合給無源應答器提供能量和時序。在實際應用中，可進一步通過Ｅtｈerｎet或WＬAＮ等實現對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。

③天線-—在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

RFＩD技術的基本工作原理[6］:

標簽進入磁場后,接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息,或者由標簽主動發送某一頻率的信號，解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統進行有關數據處理。

安全信道不安全信道Tag n后端數據庫讀寫器...前向信道反向信道Tag 1Tag 2監聽者 圖１ ＲＦＩD技術原理圖

RFID面臨的問題[7]:

①數據安全:由于任何實體都可讀取標簽，因此敵手可將自己偽裝成合法標簽，或者通過進行拒絕服務攻擊，從而對標簽的數據安全造成威脅。

②隱私:將標簽ID和用戶身份相關聯，從而侵犯個人隱私。未經授權訪問標簽信息,得到用戶在消費習慣、個人行蹤等方面的隱私。和隱私相關的安全問題主要包括信息泄漏和追蹤。

③復制：約翰斯1。１．2 傳感器

傳感器是機器感知物質世界的“感覺器官”,用來感知信息采集點的環境參數;它可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號,為物聯網系統的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。隨著電子技術的不斷進步,傳統的傳感器正逐步實現微型化、智能化、信息化、網絡化；同時,我們也正經歷著一個從傳統傳感器到智能傳感器再到嵌入式Web 傳感器不斷發展的過程.

1。２網絡通信技術

在物聯網的機器到機器、人到機器和機器到人的信息傳輸中，有多種通信技術可供選擇，他們主要分為有線(如DSL、PON 等)和無線（如CDMA、GＰRS、IEEE

8０2。11a／ｂ/g ＷＬＡN等)兩大類技術,這些技術均已相對成熟。在物聯網的實現中,格外重要的是無線傳感網技術。

1.2。1 Ｍ2M

即機器對機器通信，M2Ｍ重點在于機器對機器的無線通信，存在以下三種方式:機器對機器,機器對移動電話(如用戶遠程監視),移動電話對機器（如用戶遠程控制)。在Ｍ２M中，GSM/GPRS/UMTS是主要的遠距離連接技術，其近距離連接技術主要有802.1１ｂ／g、BluｅＴoｏｔｈ、Zｉgbee、RＦＩD和UWB.此外,還有一些其他技術，如XMＬ和Ｃorba，以及基于GＰS、無線終端和網絡的位置服務技術。

霍普金斯大學和RSA實驗室的研究人員指出RFＩＤ標簽中存在的一個嚴重安全缺陷是標簽可被復制。 1。2。2 無線傳感網

傳感網的定義為隨機分布的集成有傳感器、數據處理單元和通信單元的微小節點,通過自組織的方式構成的無線網絡。借助于節點中內置的傳感器測量周邊環境中的熱、紅外、聲納、雷達和地震波信號，從而探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的速度和方向等物質現象。集分布式信息采集,傳輸和處理技術與一體的網絡信息系統,以其低成本，微型化，低功耗和靈活的組網方式、鋪設方式以及適合移動目標等特點受到廣泛重視.M2M中,GSM／ＧＰRS/ＵMTS是主要的遠距離連接技術，其近距離連接技術主要有802。11b／g、BlueToｏth、Zigbee、ＲFＩＤ和UＷB。此外，還有一些其他技術,如ＸＭL和Corba,以及基于GPS、無線終端和網絡的位置服務技術.目前，面向物聯網的傳感網,主要涉及以下幾項技術,測試及網絡化測控技術、智能化傳感網節點技術、傳感網組織結構及底層協議、對傳感網自身的檢測與自組織、傳感網安全.

1。3 數據融合與智能技術

物聯網是由大量傳感網節點構成的，在信息感知的過程中,采用各個節點單獨傳輸數據到匯聚節點的方法是不可行的.因為網絡存在大量冗余信息,會浪費大量的通信帶寬和寶貴的能量資源。此外,還會降低信息的收集效率,影響信息采集的及時性，所以需要采用數據融合與智能技術[８］進行處理。

所謂數據融合是指將多種數據或信息進行處理，組合出高效且符合用戶需求的數據的過程。海量信息智能分析與控制是指依托先進的軟件工程技術，對物聯網的各種信息進行海量存儲與快速處理,并將處理結果實時反饋給物聯網的各種“控制”部件。

智能技術是為了有效地達到某種預期的目的，利用知識分析后所采用的各種方法和手段。通過在物體中植入智能系統,可以使得物體具備一定的智能性,能夠主動或被動的實現與用戶的溝通，這也是物聯網的關鍵技術之一．

根據物聯網的內涵可知,要真正實現物聯網需要感知、傳輸、控制及智能等多項技術。物聯網的研究將帶動整個產業鏈或者說推動產業鏈的共同發展．信息感知技術、網絡通信技術、數據融合與智能技術、云計算等技術的研究與應用,將直接影響物聯網的發展與應用，只有綜合研究解決了這些關鍵技術問題，物聯網才能得到快速推廣,造福于人類社會，實現智慧地球的美好愿望。

1．4 納米技術

納米技術是研究尺寸在0。１~100nｍ的物質組成體系的運動規律和相互作用以及可能實際應用中的技術。目前,納米技術在物聯網技術中的應用主要體現在RFID設備，感應器設備的微小化設計,加工材料和微納米加工技術上。

２ 物聯網現存問題

2.1技術標準問題 網絡層互聯網有TCP/IP協議，而接入層協議類別多:GＰＲS、傳感器、ＴD—SＣDMＡ、有線等多種通道，因而世界各國存在不同的標準，物聯網是基于網絡的多種技術的結合,應該有統一的相關協議標準支持，才能促進物聯網更好的標準[9］。

2．２地址問題

每個物品都需要在物聯網中被尋址,就需要解決地址問題。物聯網需要更多的IP地址,IＰV4資源即將耗盡,而向IPＶ6過渡過程較漫長,同時存在與IPV4的兼容性問題。

2.3多種技術融合問題

傳感器技術，射頻識別技術，通信技術，控制技術,智能技術等技術的高效融合。

2.4安全問題

信息采集頻繁,其數據安全必須考慮。

3 結束語

物聯網技術被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業第三次浪潮,據估計在五到十年內將會有超過10００億件設備連接入互聯網[１0],組成更為龐大的物聯網絡。物聯網的發展是信息社會發展的必然,技術的進步與應用是決定其發展的關鍵因素，同時在發展的道路上，也面臨不少困難,這些困難有標準上的、技術上的、更有產業鏈上的，如何克服這些困難，需要社會各個層面在物聯網關鍵技術和業務應用上取得突破.

參考文獻

［1]Ｌ. Ａtzoriａ et al。, “The Ｉnternet of Things： A ｓurｖey," Comｐｕtｅr Networｋs, voｌ。 54， no。 15， 2010, pp。 ２７87—2805.

［２］Comｍissｉon of ｔhe Eｕropeaｎ Communｉties （２0０9—06-18). ”Inｔeｒｎeｔ of Ｔhings — Ａn action pｌan foｒ Euｒope" 。 CＯM(2009）

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［3］"物聯網".ｗww．baidu。ｂaiｋe．com.2０１２．１

[４］劉化君。物聯網體系結構研究［J］.中國新通信，2010.5

[5]楊會彩。樊延虎.等。RFID技術及其在ETC系統中的應用.現代電子技術.2０08.31(15）:42-45．

［６］Kｅvin Aｓhtoｎ： That 'Ｉnteｒnet of Thinｇｓ' Thｉng. In: RFIＤ Jouｒnaｌ， ２2 July ２０09． Abgeruｆen am 8 April ２011．

[7]Miles， Stephｅn B． （201１)． RFID Technoｌogy anｄ Apｐｌｉcatiｏｎs。 Lｏｎdon： Ｃamｂridge Uniｖｅrsity Ｐｒesｓ. pｐ. 6–８． ＩＳBN 978—０—521-1６9６1—5．

［８]章書勤。郭迪。肖明波．無線傳感器網絡數據傳輸及融合技術。現代電子技術.20０9。32(1８）:18８-191。

［９]楊忠雄。物聯網發展面臨瓶頸：缺乏統一技術標準和體系．騰訊科技。2011。９．23

[10］”Tｈe internet of things"。ｗｗｗ。wikiｐedｉa．oｒg.2012.5．１

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