物聯網關鍵技術論文(2)
物聯網關鍵技術論文
物聯網關鍵技術論文二:物聯網關鍵技術之我見
摘 要： 介紹物聯網的關鍵技術在感知層，而感知層的關鍵技術在于傳感器技術、射頻技術、智能嵌入技術和納米技術。只有關鍵技術得到發(fā)展，物聯網才能得到真正意義上的發(fā)展。
關鍵詞： 物聯網;無線傳感器網絡;RFID
中圖分類號：TP393.08 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597(2012)0310046-01
0 引言
對物聯網(The Internet of things)的定義有多種表述，字面上理解是“萬物的互聯網”，但總結后的含義大致相同，都是通過信息傳感設備，按照某種協議，把特定物品與互聯網連接起來，以實現智能化監(jiān)控、定位、識別、跟蹤和管理的一種網絡。可以說它是在互聯網人與人交互的基礎上延伸和擴展到物與物、物與人交互的網絡。物聯網可分為三層：感知層、網絡層和應用層。
感知層相當于物聯網的皮膚和五官，用來識別物體，采集信息?？梢詰玫募夹g包括智能卡、二維碼標簽和識讀器、攝像頭、GPS、傳感器、終端、傳感器網絡等;網絡層相當于物聯網的神經中樞和大腦，用來對信息進行傳遞和處理，包括通信與互聯網的融合網絡、網絡管理中心、信息中心和智能處理中心等，網絡層借用現有的無線網、移動網、互聯網、廣電網等即可實現;應用層是物聯網的“社會分工”與行業(yè)需求結合，實現物與物之間，人與物之間的識別與感知，發(fā)揮智能作用，這類似于人的社會分工，最終構成人類社會。
由上述可知，物聯網的關鍵技術在感知層。國際電信聯盟將傳感器技術、射頻識別技術(RFID)、智能嵌入技術和納米技術列為物聯網感知層的關鍵技術。
1 物聯網的關鍵技術
1.1 傳感器技術
如果說計算機相當于人的大腦的話，那么傳感器就是人的五官，通過傳感器把外界的溫度、硬度、磁場大小、紅外線等數據信息傳到計算機中，之后根據數據和信息等進行及時的處理。傳感器技術是當前科技的前沿技術，其發(fā)展水平的高低可以衡量一個國家的科技發(fā)展水平，同計算機技術與通信技術一起被稱為信息技術的三大支柱。傳感技術主要研究關于從自然界中獲取信息，并對這些信息進行識別和處理的一門涵蓋多門學科的技術。傳感技術的核心就是傳感器，它可以實現物聯網中物與人的信息交互。當前，無線傳感器網絡還是主要應用在比較簡單和低復雜度的信息獲取上，也就是說還難以實現真正意義上的人與物理世界的溝通，為了解決這一問題，還需要加強傳感器網絡的建設，例如：開發(fā)可以獲取視頻、音頻和圖像等矢量信息的無線多媒體傳感器網絡。另外在傳感器網絡追蹤方面也存在很多挑戰(zhàn)和困難，例如傳感器在能量處理和傳感能力方面的限制，傳感器網絡在智能性和自適應性方面的不足和單個節(jié)點信息的不準確或者不完全性。
1.2 射頻識別技術
RFID(Radio Frequency IDentification)，射頻識別，又稱電子標簽，它是一種通信技術，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(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。RFID標簽分為被動，半被動(也稱作半主動)，主動三類。由于被動式標簽具有價格低廉，體積小巧，無需電源的優(yōu)點，目前市場的RFID標簽主要是被動式的。RFID技術主要用于綁定對象的識別和定位。通過對應的閱讀設備(Reader)對RFID標簽Tag進行閱讀和識別。該種技術廣泛應用在物流、智能交通、智能醫(yī)療等方面。
最基本的射頻識別系統(tǒng)通常由電子標簽、閱讀器和天線組成。電子標簽芯片內存有一定格式電子數據，作為識別物品的標識性信息，它是代替條形碼走進物聯網時代的關鍵技術。該技術的優(yōu)勢是能夠輕易對所附著的物體進行監(jiān)控并追蹤定位;讀取距離更遠，存取數據的實時性更高;標簽的數據存取的安全性更高，因為有密碼保護。閱讀器是讀取或讀/寫電子標簽信息的設備，與電子標簽可按通信協議互傳信息，即閱讀器向電子標簽發(fā)送讀取信號，并接收標簽的應答，對標簽信息進行解碼，之后，傳輸到主機以供處理。天線是標簽與閱讀器之間傳輸數據的發(fā)射和接收裝置。
RFID技術與互聯網、通訊等技術相結合，可以對物品進行全球范圍內的跟蹤與信息共享，可以使物流等行業(yè)的管理和效率得到大幅提高。RFID在發(fā)展過程中也遇到了一些急待解決的問題，如芯片標準的統(tǒng)一問題，芯片成本問題，安全隱私問題和產品的測試等問題，這些都阻礙了該技術的發(fā)展。
1.3 智能嵌入技術
智能嵌入式技術就是將自動控制技術、通訊技術和計算機技術等多項技術相結合的技術，是針對某一個行業(yè)，開發(fā)出智能化產品，實現產品故障診斷、本地監(jiān)控或遠程監(jiān)控等功能，以達到管理的智能化。也就是說計算機作為一個信息處理部件，嵌入到應用系統(tǒng)中的一種技術。嵌入式技術具有軟件代碼小、高度自動化和響應速度快等特點，因而應用越來越廣泛，例如，智能電冰箱、自動洗衣機、數字電視機、數碼攝像機等都廣泛應用到這種技術。
嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，目前國內一個普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現對其他設備的控制、監(jiān)視或管理等功能。
然而，現在大多數嵌入式系統(tǒng)還處于單獨應用的階段，主要應用于工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領域。而隨著Internet的發(fā)展，信息家電的普及和嵌入式系統(tǒng)的微型化和專業(yè)化，如果把嵌入式系統(tǒng)應用到Internet上面，則可以方便、低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個地方，就可以在任何地方控制自己家里的電器了。
1.4 納米技術
納米技術是用單個原子、分子制造物質的科學技術。納米科學技術是以許多現代先進科學技術為基礎的科學技術，它是現代科學和現代技術結合的產物。用納米技術制作仿生傳感器是當前最熱的選擇。仿生傳感器是按照生物學原理設計的，模仿生物的感受規(guī)定輸出可用信號的器件或裝置。它是新型的傳感器，由敏感元件和轉換元件組成，另外輔之以信號調整電路或電源等。
仿生傳感器的設計理念主要有兩方面：一是敏感機制的仿生，包括敏感材料與敏感原理的仿生設計;二是傳感器功能的仿生。仿生敏感材料也被稱為仿生智能材料，它是仿生傳感器的核心。另一方面，模仿生物的某些功能研制出相似的傳感器為人類所用，也是極具吸引力的領域。比如模擬人手實現對各種復雜形貌物體的抓與放和搬動;模仿動物的鼻子制作電子鼻探測器;模仿魚類制作仿生傳感器等。仿生傳感器技術發(fā)展至今，雖
然達到了很高水平。但隨著研究的不斷深入以及應用領域的逐步拓展，對仿生傳感器也提出了越來越苛刻的要求。
納米技術將是未來發(fā)展新型結構與功能仿生傳感器的研究重點和熱點。我們可以預見，基于納米技術與仿生學原理開發(fā)的新一代納米仿生傳感器，將會更加豐富人類的物質世界，使人們的生活更加舒適、便利與安全。
當前，物聯網被世界上各個國家所重視，我國也把物聯網列為國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產業(yè)。隨著國家的大力支持，物聯網的應用也會得到擴大和發(fā)展，而作為物聯網的關鍵技術所在的感知層也會得到重視，相應的問題也會很快得到解決。相信不久的將來，障礙物聯網發(fā)展的關鍵技術問題，包括技術標準、芯片成本、安全隱私等問題都會得到解決。
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作者簡介：
劉勇(1973-)，男，遼寧省沈陽人，碩士，高級實驗師，研究方向：網絡研究。
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