物联网技术研究综述

物联网技术研究综述

摘要：介绍了国内外物联网技术的发展和研究现状，并分析了物联网的概念。通过详细讨论物联网的体系结构和对RFID技术、传感网技术和M2M技术等物联网关键技术进行了探讨，引出物联网常见的应用，最后展望了物联网的未来前景。 Abstract：Introduced development and Research status of Internet of Things technology at home and abroad, and analyzed the concept of Internet of Things .Through detailed discussion Internet of Things architecture and the Internet of Things key technology of RFID technology, sensor network technology and M2M technology and other things, leaded to the Internet of things common application, and concluded with an outlook of the future prospects of the Internet of Things. 关键词：物联网技术，体系结构，关键技术，常见应用

Keywords: Internet of Things technology, architecture, key technology, common application

1. 引言

目前，IBM提出的“智慧地球”战略已正式提升为美国的国家战略，奥巴马政府希望通过物联网技术，能掀起如当年“信息高速公路”战略一样的科技和经济浪潮，继续成为管理全球的战略工具。国内对“物联网”的关注也随之急剧升温，前不久，国务院已将物联网上升为国家五大战略性新兴产业中的第二位。由于物联网涉及到未来网络和信息资源的掌控与利用，我国非常重视物联网的建设，希望通过积极参与国际物联网的概念设计，框架规划和标准制定，能够掌握物联网时代的世界话语权，并抢占下一代信息技术领域的制高点，不再像互联网时代那样主要由美国主导。

目前总体上来说，全球物联网还是停留在概念和研发的起步阶段，有关物联网定义[1，2]还存在一些混乱，物联网技术的一些重大共性问题[3，4]（如架构，标识编码，安全以及标准等）也未得到解决，更未在各国间达成共识。因此，从科学研究的角度看，物联网还存在许多值得思考的问题。

本文首先对“物联网”的概念起源进行了介绍，然后讨论了物联网的体系结构和关键技术，最后引出了物联网常见应用。

2. 物联网概念

物联网的基本思想出现于20世纪90年代末。作为一个新兴的信息技术领域，物联网引起了各国政府、学者及相关企业的极大关注。

物联网的概念提出之后，一直在不断地变化、发展着，至今没有形成一个明确、统一的定义。目前使用最为广泛的物联网定义是：通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

欧盟关于物联网的定义是：物联网是未来互联网的一部分，能够被定义为基于标准和交互通信协议的具有自配置能力的动态全球网络设施，在物联网内物理

和虚拟的“物件”具有身份、物理属性、拟人化等特征，它们能够被一个综合的信息网络所连接。

北京邮电大学的研究人员认为：狭义上的物联网指连接物品到物品的网络，实现物品的智能化识别和管理；广义上的物联网则可以看作是信息空间与物理空间的融合，将一切事物数字化、网络化。在物品之间、物品与人之间、人与现实环境之间实现高效信息交互方式，并通过新的服务模式使各种信息技术融入社会行为，是信息化应用于人类社会的更高境界。

物联网目前没有明确定义一方面说明了物联网的发展还处于探索阶段。不同背景的研究人员、设备厂商、网络运营商都是从各自的角度去构想物联网的发展状况，对物联网的未来缺乏统一而全面的规划；另一方面也说明了物联网不是一个简单的技术热点，而是一个融合了感知技术、通信与网络技术、智能运算技术的复杂信息系统，人们对它的认识还需要一个过程。

3. 物联网体系结构

虽然物联网的定义目前没有统一的说法，但物联网的技术体系结构基本得到统一认识，分为感知层、网络层、应用层三个大层次，如图 1所示。 3.1 感知层

感知层是让物品说话的先决条件，主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、身份标识、位置信息、音频、视频数据等。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。感知层又分为数据采集与执行、短距离无线通信2个部分。数据采集与执行主要是运用智能传感器技术、身份识别以及其他信息采集技术，对物品进行基础信息采集，同时接收上层网络送来的控制信息，完成相应执行动作。这相当于给物品赋予了嘴巴、耳朵和手，既能向网络表达自己的各种信息，又能接收网络的控制命令，完成相应动作。短距离无线通信能完成小范围内的多个物品的信息集中与互通功能，相当于物品的脚。 3.2 网络层

网络层完成大范围的信息沟通，主要借助于已有的广域网通信系统(如PSTN网络、2G/3G移动网络、互联网等)，把感知层感知到的信息快速、可靠、安全地传送到地球的各个地方，使物品能够进行远距离、大范围的通信，以实现在地球范围内的通信。这相当于人借助火车、飞机等公众交通系统在地球范围内的交流。当然，现有的公众网络是针对人的应用而设计的，当物联网大规模发展之后，能否完全满足物联网数据通信的要求还有待验证。即便如此，在物联网的初期，借助已有公众网络进行广域网通信也是必然的选择，如同上世纪90年代中期在ADSL与小区宽带发展起来之前，用电话线进行拨号上网一样，它也发挥了巨大的作用，完成了其应有的阶段性历史任务。 3.3 应用层

应用层完成物品信息的汇总、协同、共享、互通、分析、决策等功能，相当于物联网的控制层、决策层。物联网的根本还是为人服务，应用层完成物品与人的最终交互，前面两层将物品的信息大范围地收集起来，汇总在应用层进行统一

分析、决策，用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通，提高信息的综合利用度，最大程度地为人类服务。其具体的应用服务又回归到前面提到的各个行业应用，如智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等。

应用层 物流 智能家居 智能交通 环境监测 网络层 移动通信网络 云计算平台 互联网 信息中心 感知层 RFID感应器 RFID标签 传感器网关 传感器节点 接入网关 智能设备

图1物联网的分层结构

4. 物联网关键技术

4.1 RFID技术

RFID(radio frequency identification)无线射频识别技术是物联网首要关键技术，通过采用无线射频技术实现非接触式自动识别信息，在物联网中重要起“使能”(Enable)作用。其工作原理是：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。通过RFID可实现人们对各类物体或设备(人员、物品)在不同状态(移动、静止或恶劣环境)的自动识别和管理，是下一步物联网概念下智能控制和管理的基础。

4.2 传感网技术

传感网技术是借助于各种传感器，探测和集成包括温度、湿度、压力、速度等物质现象的大规模无线传感网络技术及其智能处理技术的结合。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。我国对传感器的定位是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感技术与RFID技术一样，是获取物体信息的技术，是物体具备智慧的前提。 4.3 M2M技术

M2M技术侧重于末端设备的互联和集控管理，M2M通过实现人与人(man to man)、人与机器(man to machine)、机器与机器(machine to machine)的通信，让机器、设备、应用处理过程与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息。它提供了设备实时地在系统之间、远程设备之间、或和个人之间建立无线连接，传输数据的手段。M2M技术的应用几乎涵盖了各行各业，通过“让机器开口说话”，使机器设备不再是信息孤岛，实现对设备和资产有效地监控与管理，通过优化成本配置、改善服务推动社会向更加高效、安全、节能、环保的方向发展。

5. 物联网常见应用

5.1 物流

智能物流可以实现自动化仓库，自动检测物品的出入，向供货商自动发送订单，自动化运输，物品上的电子标签根据后台系统信息，自动选择合适路径。用户直接通过物联网向商品本身发订单。用户不在是向一个生产商定购大宗的商品，而是按照用户的订单顺序从不同的生产商购买商品。 5.2 智能家居

海尔“智慧之家”超出了单个产品的局限，从客厅到厨房，从黑电到白电，从生活电器到电脑和手机等移动终端，都不再是一个个孤单的产品，而是一个互联互通、人性化、智能化的整体。

智能家居，维持室内合适的温度和热水器水温，减少能源浪费，智能机器人自动完成清洁和维护等日常工作，房间的智能系统能学习主人的生活习惯，将室内环境调节为主人最适合的。 5.3 智能交通

智能交通可以实时获取路况信息，监视和控制交通流量，可以实现车辆与网络相连，优化行车路线，可以无缝地检测、标识车辆并收取行驶费用。 5.4 环境监测

“蓝藻湖泛智能监测预警及蓝藻打捞处理智能管理调度物联网系统”将蓝藻集聚的地点、集聚情况自动发到打捞人员手机上，打捞船、车以及运藻船第一时间就会赶去处理，指挥控制室的大屏幕上，能看到采用太阳能板、安置传感芯片和摄像头的球状浮标，获悉该点的温度、pH值、氨氮等指标。 5.5 机场防入侵系统

浦东国际机场防入侵系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，可防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。

6. 小结

随着物联网技术的高速发展，我们生活的整个世界智能化程度将越来越高，物联网虽然刚刚处于发展初期，但是通过分析我们已经感受到物联网的价值。物联网的发展是信息社会发展的必然，只要不断克服标准、技术、社会产业链等方面的各种困难，物联网的发展前景将十分广阔，未来物联网的应用将越来越多地

渗透于我们生活的每一个角落。