未来智库 > 物联网论文 > 物联网技术应用与发展浅析
    【关键词】物联网 体系结构 中间件 信息安全 发展趋势
    1 引言
    物联网作为新兴的支撑性的多学科交叉融合的前沿信息领域拥有广阔的发展前景,正在被世界各国政府积极推进。物联网(IOT, Internet Of Things)是任何物品通过射频识别(RFID),红外感应器,全球定位系统,激光扫描器 等信息传感设备,按约定的协议与互联网连接起来,进行信息交换和共享,以实现智能化识别和管理的一种网络。目前,物联网产业迅速发展,全球物联网市场规模年增长率达到25%。物联网全球发展的态势将推动人类社会进入智能时代。
    2 物联网的起源和发展
    最早的物联网概念起源于1999年美国麻省理工学院(MIT)自动识别中心(Auto-ID Labs)提出网络化无线射频识别(RFID)系统,该系统利用信息传感设备将物品与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。2005年,国际电信联盟(ITU)在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上提出“物联网IoT”的概念,并发布《ITU互联网报告2005:物联网》。自此,物联网正式走入人们的视野。2008 年 11 月 IBM 提出“智慧的地球”概念,即“互联网+物联网=智慧地球”,以此做为经济振兴战略。奥巴马在就职演讲后已对“智慧地球”构想提出积极回应,并提升到国家级发展战略。2009年6月18日,欧盟执委会发表《物联网:欧洲行动计划》,系统提出发展物联网的规划和行动蓝图。8月7日,温家宝总理视察无锡,提出“感知中国”计划,拉开中国物联网发展的帷幕。
    目前物联网在医疗、环保、交通、电力、工业、农业、物流等各个领域都得到了广泛应用。物联网本身就是多学科多技术的融合,在自身发展的同时,物联网也会推动其他产业的发展,如微电子技术、传感器技术、自动控制、机器智能等一系列相关产业的持续发展,巨大的市场空间将带来更高利润。美国权威咨询机构FORRESTER预测,到2020年,世界上物物互联的业务,跟人与人通信的业务相比,将达到30比1,因此,“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务,将带来全球经济的复苏。
    3 物联网的体系结构及功能
    目前业界公认的物联网的体系结构可以分为三层,底层感知层依靠各种感知设备采集物理世界信息,然后经过中间的网络层进行可靠传输,最后到达上层应用层进行信息的智能分析、控制和处理。
    3.1 感知层的功能
    具体来说,感知层功能包括两个部分,数据采集和短距离无线传输。数据采集利用各种传感设备,如传感器、RFID电子标签和读写器、摄像头、GPS等进行底层信息的感知和采集。然后运用短距离无线传输技术,如蓝牙、红外、Zigbee、工业现场总线等方式,将信息传送到接入网关进行汇聚及简单的控制处理,来完成物联网传感节点到物联网网络核心之间的链接,以有效降低核心网络中的通信开销。
    一般来说,感知层的感知节点作为物联网和物理世界交互的边界节点需要具有信息处理和通信的能力,但是考虑到感知节点规模巨大,采集信息量类型繁杂,具体实施过程中,需要降低整个系统的部署成本,因此,感知层只完成短距离信息传输,而不具备远距离通信的能力。
    3.2 网络层功能
    网络层位于承上启下的位置,连接感知层和应用层,主要功能是将感知层感知的信息进行无障碍、高可靠性、高安全性的远距离传输。目前网络层是物联网体系架构中最成熟的一层。
    网络层具体划分又可分为两个层次,接入网和核心网络。接入网包括无线、有线等各种接入方式,比如2G/3G/LTE/WLAN/WiMax/WiFi、光纤(PON)和铜线(xDSL)等。核心网络是使用的是现有的核心承载网,比如Internet、电话通信网、有线电视网、移动通信网、VPN(企业专用网络)等。由于物联网的网络层需要传输更大的数据量,要求更高的服务质量,因此需要对现有的网络进行融合和扩展。值得一提的是,物联网的应用需要连入更多的物品或信息终端,传统的IPv4网络的IP地址远远不够分配,因此物联网的网络规模的扩展直接为IPv6带来了发展动力。
    3.3 应用层功能
    应用层是物联网的智能中枢,完成海量数据的分析处理,做出正确的控制和决策,实现智能化的管理、应用和服务。
    具体来说,应用层包括以下几部分。
    (1)应用支撑:屏蔽下层的异构网络,为各种应用提供通用的支撑服务和能力调用接口。
    (2)数据汇集、智能处理:运用云计算、数据库、数据挖掘、智能分析等技术数完成数据的分析处理。
    (3)应用:完成跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能,包括电力、医疗、银行、交通、环保、物流、工业、农业、城市管理、家居生活等,可用于政府、企业、社会组织、家庭、个人等,这正是物联网作为深度信息化网络的重要体现。
    (4)人机界面:终端设备层,提供人―机界面,物联网的人机界面已经远远超出人与计算机交互的概念,而是泛指与应用程序相连的各种设备与人的信息交流与反馈。
    物联网概念的核心关注点是以人为本,实现泛在服务,建立为人服务的物物相连的应用体系。
    4 物联网关键技术及发展重点难点
    物联网技术总体分为感知技术、网络技术、数据处理技术,与物联网三层体系架构相对应,这些也构成了物联网的支撑技术。
    感知层多种类型的传感设备及感知技术导致接入网络层时必须将感知信息进行融合、汇聚、处理。也就是说需要在网络层传输之前尽量屏蔽底层传感设备的差别,因此可以将这种功能独立出来做成中间件的形式。在感知层和网络层之间的中间件可以认为是硬件中间件。
         网络层核心承载网络类型多样,完成数据的可靠传输,与应用层交互时,面临异构网络的数据整合问题,而且还需要向上层应用提供友好的统一接口,这部分功能又可以独立成软件中间件。
    由此可见中间件技术的发展和完善将促进物联网系统融合和应用扩展。中间件技术成为物联网大规模应用的核心内容之一,也是今后物联网技术发展的重点及难点。
    随着物联网的快速发展,系统信息安全问题日益凸显。由于物联网引入更多的信息终端,信息类型更加丰富,数据处理更加复杂,另外物联网的系统中更多的应用无线传输技术,信息暴露的危险性大大增加。如果物联网中的传输的信息遭到窃取、破坏,后果将不堪设想。物联网中的安全技术贯穿整个体系架构,每一层都需要采取信息安全保障措施,才可以确保物联网的正常运转。而物联网的多技术多学科融合的特点使得安全技术成为现有物联网技术的瓶颈和发展的重点难点。
    5 结束语
    物联网将物理世界与信息技术进行融合,实现以人为中心的服务网络。物联网的产生和发展引发了新一轮信息产业的发展浪潮,必将对人类社会产生深远影响。关于物联网的研究和开发目前仍处于起步阶段,既是机遇,又是挑战,有专家将物联网形象的比喻为信息产业的共产主义,因此不能盲目乐观更不能排斥,应该采取开放的态度,发展已有技术,积极研发新技术、新标准,推进物联网产业健康快速的向前发展。
    参考文献
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    [6]朱洪波,杨龙祥,朱琦. 物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报(自然科学版),2011(01).
    作者简介
    王晓媛(1980-),女,山东省聊城市人。硕士学位。现为聊城职业技术学院信息学院讲师。研究方向为多媒体通信。
    作者单位
    聊城职业技术学院信息学院 山东省聊城市 252000
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