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物联网的新兴技能与挑战研讨

发布时间:2018-12-15 22:16:12 文章来源:未来智讯    
    物联网的新兴技能与挑战研讨作者:未知   摘 要:将物联网想象成一个动态网络,该网络中的日常对象能够互相交互、感知环境并进行相应的响应。为了对物联网这个看上去似乎很大略,但其结构却对照复杂的新型技能进行多方面的研讨,文中阐述了物联网发展所存在的一些挑战,并提出了相关新兴技能的研讨方法与发展趋势。
  关键词:物联网; 整合; 传感器; 能量收集
  中图分类号:TP393 文献标识码:A
  文章编号:2095-1302(2012)01-0077-03
  
  Research on Emerging Technology and Challenge of Internet of Things
  ZHANG Yan-hua��1, ZHANG Wan-hong��2
  (1.Institute of Information Engineering, Tibet University for Nationalities, Xianyang 712082, China;
  2.Shaanxi Institute of Electronic Technology, Xi’an 710061, China)
  Abstract: Internet of things (IoT) can be regarded as a dynamic network, in which the objects can interact with each other, sense the environment and perform response. The IoT technology with complex structure is studied. Some challenges and emerging technology of IoT are introduced.
  Keywords: Internet of things; integration; sensor; energy harvesting
  
  
  0 引 言
  物联网能够被看成一种动态网络,每个日常对象都能够在这里相互通讯,而且物联网中的对象可以感知环境并对其做出响应。它也能够被看作是从互联网触及客观实体的一种演进[1]。换句话说,它能够为任何人在任何时间,任何地点对任何东西建立连接。虽然物联网的基本观念很大略,但其构建所有日常对象的互联面临着很多建筑、技能和业务的挑战。本文论述了一些在物联网发展中必须克服的挑战,同时研讨了如何用先进技能来推动这一进程。
  1 RFID、WSN和RTLS技能
  RFID、WSN和RTLS是物联网中最有推动力的重要技能。物联网中的标签(如RFID标签、内置传感器节点和实时定位系统标记)几近都是建立在同一个组件上发展到如今,目前这些技能的使用已经非常独立了。常常RFID定向于跟踪应用,由于物体必须被区分,偶尔候还要标注和定位。但是,无源RFID标签常常不配备传感器,因此他们不提供任何对象状态和周围环境的信息[2]。半有源半无源 RFID 标签和实时定位系统标记可能配备传感器,以获取周围环境的信息。相比之下,无线传感器网络则是有针对性的遥感和监测方案,然而,它们往往缺少身份识别能力,而这是许多实际应用(如物流)中的关键要求。此外,WSN的一个独特功能便是传感器节点互相之间能够沟通并能动态生成一个无需现有框架的网络,这是应用中的一个关键要求,如灾害救援。与此相反,RTLS是针对应用程序的,对象必须被频繁和高精度定位[3]。而RFID和WSN则很少提供正确定位。
  同样重要的是RFID、WSN和RTLS的整合越来越多。通过查看正在进行的DASH7联盟的标准化进程能够看出,将来有源RFID 标签会有它们自己的电源、传感器以及与其他标签沟通的能力。此外,定位已经不再是高度专业化RTLS的专属特性了,基于RFID和WSN的有限定位精度解决方案已经能够应用了。
  2 RFID和传感器的整合
  把RFID和传感器整合在一同应用于不同的对象和材料,这将成为实现物联网的一个关键驱动因素。在许多应用中,这种集成并不是没故意义的,因为周围物质总会对天线产生影响,从而降低无线链路本能。由于金属、木料和塑料都是物流应用中最常用的材料,RFID标签制造商为了提高应用的高效性付出了很多努力,并提供了一系列解决方案。大多数研讨活动的重点是提高读取范围(即降低功耗)和削减结构要素(即小型化),以方便RFID技能的整合。目前正在研讨将无线射频技能中的低频、高频和超高频整合到玻璃纤维增强塑料(FRP)中去。其目的是有利于玻璃纤维增强塑料的生产过程以使得这些材料可以广泛应用。但是,这一集成面临着许多挑战。例如FRP便是一种类似金属导电性的材料,因此可降低RFID的链路本能。此外,不损害机械结构而实现RFID标签整合的选择也很有限。如果要以某种方式将传感器技能集成到某些材料中去,那么就必须开发一种方法来为传感器提供获取有用数据的能力[4]。在许多应用程序中,系统不允许设置与嵌入式传感器的电缆连接。因此,如何设置无线连接,在嵌入式传感器和外部读出单元之间实现能量和数据的传输,就成为一个现实的研讨主题。RFID技能在对象识别领域中具有广泛应用,而它的另外一个重要应用是无线电力传输。RFID 技能可用于提供嵌入式的光纤传感技能和纳米光子芯片技能,它们有足够的力量妥善运作和提取故意义的数据。
  3 能量收集
  能量收集技能是利用环境能量来源(如热、振动或光)为电子环路和系统提供能量。热电发电机、换能器、压电陶瓷材料或太阳能电池都可将环境能量转换为电子能量。使用相应的电源管理系统可使电子能量适应电子环路的要求,或者把能量存储到像电容器或者电池一样的设备中去。每立方厘米输出的几百瓦功率取决于发电机的类型、能量来源和应用程序。能源收获的主要观念是在某个时期从环境中积累这些小的能量,直到足够的能量可供电源短操作测量、 数据传输或信号发送等。面临的挑战是如何将小振动或温度梯度的能量抑制到最低限度。其中一种方法是增加尺寸、 区域或能源换能器,但这样会使系统体积加大并使成本昂贵。另一种方法是使用特殊的电子线路,它有能力加工和存储极小量的能量而不会产生漏电。这样,会产生一项挑战,那便是如何使可用能源来源和能源传感器匹配,尤其是在振动的情况下。大多数振动传感器都是共振系统,只可在小的带宽(如5 Hz)提供可用效能。而且来自于典型应用程序(如建筑、车辆或引擎)的振动也不是一成不变的,它取决于白天、速度或电机速度。因此,传感器的设计不管是宽带换能器还是能量预算的最高效能偏离,都必须考虑这些变化。近来的研讨项目正在发展自校正传感器,然而离工业化还对照远。特别是在智能对象中,价格和小型化是重要点的问题。由于输出功率与大小和成本之间存在联系,低功耗成为能量采集技能应用的重点要求。目前,由于缺少像压电传感器或热电设备发电机材料的批量生产,换能器的价格还非常高。如果未来实现更多的利基市场应用程序,那么,发电机的单位价格将会大幅降落。
  4 传感器融合与复杂事件处理
  目前的系统大多选取的是一种类型的传感器,在未几的将来,许多不同种类的传感器就会在一同协同事务。传感器融合可以结合不同传感器信息,以便正确无误地在复杂和庞大的环境中提取数据,与此同时,也能够提高数据质量。由于多种传感器能够组合成一个传感器,因而需要较高的综合标签。下游应用程序能够选择多个感官输入为用户从正确性、成本等多方面要求提供最好的结果。其最大挑战之一是如何表示从小区域内成千上万的传感器产生的数据。新型调制器和频道通道也将会服务于不时增长的数据,并在标签和基础设施之间传输。传感器网络内将产生新型网络进程,因而需要新的体系结构和协议来处理这种流媒体数据[5]。复杂事件处理需要模糊实时定位系统数据的特殊要求,它允许直接抑制业务流程,这将导致基于基础架构的跨企业和机构的大规模并行处理。
  5 物联网技能的整合平台
  物联网中的技能(像RFID、WSN和RTLS)在功能方面还是有很大不同的。这种背景下,它必定造成不同的物联网应用并需要由不同的技能来支持。因此,这些技能会不可避免地在不同的物联网环境下相遇,它们必须在相同的时间和相同的地点协同事务。因此,为了满足这种需求,强烈需要合适的软件,一般这种软件能够被称为中间件,然而更精确的叫法应该称为整合平台。
  生命周期管理、 信息窃取防护,温度监测等都能够从用户的角度看作物联网的应用。这些应用程序能够由目前IT公司常用的软件产品来支持,如企业资源打算,先进规划系统、仓库管理和客户关系管理等。因此,集成平台能够联结不同的物联网技能到共享的技能抽象层,从而抑制这些技能和现有企业基础架构之间的协作、支持内部和跨公司整合,旨在大幅降低集成成本。很多公司(像沃尔玛、麦德龙集团和德国邮政)在实施RFID技能以后,市场上就需要成群的RFID集成平台。由于市场透明度低,从用户的角度起程,从众多产品中选择一种产品并为顾客带来真正价值也很难。而整合成本能够达到整个系统建设的35%到50%,因此,目前需要关注的是如何减少成本。就无线传感器网络和实时定位系统而言,由于这些技能存在有限的市场渗透率,目前集成平台还很少。随着WSN和RTLS系统的增加,产品数量也会增加。未来面临的挑战是将所有IOT技能集成到一个平台,从而使复杂的整合削减并能使顾客接受。
  6 平安与隐私
  虽然IOT和专业的RFID可以给日常事物提供实时的跟踪信息,然而,这些技能也将威胁到个人隐私。因此,不同的政府机构已经颁发了与RFID平安与隐私相关的法规。近年来,一些RFID威胁已经出现。总之,很多专家认为,RFID应用会危及以下一个或多个平安指标:隐私、完整性或可用性[6]。因此,在使用RFID技能时,需要对付存在的内在威胁,并希望在未来能够找到一种新的技能来削减这种威胁。其步骤: 第一要深入分析应用环境;第二是鉴定和评估可能存在的威胁;第三是鉴定和评估对已经造成的威胁应采取的对策与行动。还有便是通过环境分析验证所选择的策略是否能将威胁降低到能够承受的程度。如果会产生的威胁和影响是众所周知的,那么对策的选择就会对照有针对性。其中一个有效的对策便是技能创新。目前讨论的有下列技能对策:
  最初是对局部内存写入进行永久锁定,以确保存储数据的完整性;其次是给无源 RFID添加加密功能,以保护和确保动态存储数据的完整性;第三是通过空中加密通讯实现加密功能,以确保个人隐私;第四是为标签添加不能复制功能,以确保其完整性。
  7 结 语
  目前,物联网的发展相当迅速,然而离真正实现还对照远。本文只介绍了一些必须克服的重要挑战,阐述了有助于实现这一进程的新兴技能。RFID、WSN和RTLS是有利于物联网发展的几个关键技能,虽然它们各自都很先进,然而,如何使它们之间很好的聚集与协同事务,还需要做很多努力。物联网具有大量的标签和传感器,因此,能源管理将成为物联网实际运作的重要基础。此外,为实现所有信息管理,还必须对普通接口和数据模型的转换进行定义。根据欧洲委员会的规定,物联网应用需要关注的其中一个重点便是平安与隐私,它必须得到普遍的社会认可。
  
  参考文献
  [1]胡向东.物联网研讨与发展综述[J].数字通讯,2010(2):19-23.
  [2]Finkenzeller K. RFID Handbook: fundamentals and applications in contactless smart cards[M]. John Wiley and Sons, 2010.
  [3]Malik A. RTLS for dummies[M]. John Wiley and Sons, 2009.
  [4]Akyildiz I F, Su W,Sankarasubramaniam Y. Wireless sensor networks: a survey[J]. Computer Networks, 2002, 38(4): 393-422.
  [5]李晓维.无线传感器网络[M].北京:北京理工大学出版社,2007.
  [6]郎为民.物联网平安技能的相关研讨与发展[J].信息网络平安.2011(3):53-56.
  

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