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物联网关键技术与应用之我见

2014-5-21 22:59| 发布者: dzly| 查看: 537| 评论: 0

摘要: 物联网是继计算机和互联网之后的又一信息产业。随着现代化科技的不断进步,物联网越来越受到社会广泛的关注和 重视。近年来,物联网技术得到了广泛的发展与应用,已成为世界经济发展的重要引擎。本文从物联网技术的概念、特征、体系 构成着手,以无线传感器、纳米技术、云计算等为例,对物联网的关键技术进行了探讨,并对其在实践中的应用进行了分析。
  1 物联网及其体系结构分析
  1.1 物联网的概念
  美国麻省理工学院Auto-ID 实验室于1999 年首次提出“物联网”这一概念,2005 年11 月,由国际电信联盟正式提出了物联网的概念。2006 年3 月,欧盟召开会议,进一步对物联网进行了科学描述。2009 年,IBM 首席执行官提出了“智慧地球”的概念。
  物联网的概念有狭义和广义之分,狭义的物联网是指物—物相连的互联网,所谓相连的主体不仅只包括物品到物品,还涉及到物品到识别管理设备;这里所说的广义的互联网,即物理空间和信息空间的融合,也就是现实与虚拟的融合,将所有物体以及数字化、网络化结合起来,实现物品的识别、监控以及远程管理。
  1.2 物联网的基本属性及特征
  对互联网而言,物联网可以说是其向物理世界的延伸与拓展。互联网是物联网信息传输的有效途径,传感器网络作为一种自组织网络方式,是物联网中非常重要的一类感知技术。
  物联网基于自身的基本属性,可以实现任何人、任何物体在任何时间、地点,使用任何网络和任何设备的连接。就物联网的相关属性来说,主要包括内容、收集、通信、计算以及场景的连通性。
  根据物联网构成部分的特性、作用和包含关系,其特征主要表现在以下几个方面:其一,基本功能特征。物体既可是真实世界的实体,也可是虚拟物体;物体具有标识,可通过标识进行自动识别;物体通过协议实现与物联网基础设施的通信;物体在真实世界与虚拟世界进行信息交换。
  其二,物体通用特征。物体利用“服务”作为与其它物体进行联系的接口;物体与其他物体的竞争,主要体现在服务、资源以及可选性感知对象方面;物体附有传感器,可实现与环境的交互。
  其三,社会特性。主要表现在:物体具备与其他物体以及计算机设备通信的功能;物体可进行初始化交互。
  其四,自治特征。具体表现为:物体能够自动完成很多任务;物体对其所在的环境具备协商性和适应性;物体能对所在环境的模式进行解析;物体可在其推理能力的基础上作出判断;物体可选择性地进行演进和信息传播。
  其五,自我复制与控制特征。主要体现在:物体可创建、管理其他物体,也可毁灭其他物体。
  根据以上所述,物联网以互联网作为平台,将具备感知功能的信息网络进行有效整合,以实现人类社会与物理系统的相互联系和相互沟通。物联网作为一种新型的信息技术,在各个行业中有着广泛的应用空间。随着物联网技术的日趋成熟和完善,其应用前景将极为广阔。
  1.3 物联网体系的构成
  物联网体系的构成主要包括以下几个部分:其一,感知。其主要功能是通过不同类型的传感器对物质的静态和动态信息进行获取与辨识,针对某一具体的感知任务,通常以协同处理的方式对多角度、多种类和多尺度的信息进行计算和控制,并经由接入设备实现信息与网络中的其它单元的资源共享与交互。
  其二,接入。其主要功能是通过现有的基础设施,比如无线接入网、移动通信网、无线局域网以及卫星网等,将感知层获取的信息传送到互联网中。
  其三,互联网。其主要功能是以IP、IPv6 / IPv4 为核心建立互联网平台,对网络内的信息资源进行整合,形成互联互通的智能型网络,为上层的服务管理以及各行各业的应用提供一个高效、可靠的基础设施平台。
  其四,服务管理。其主要功能是通过计算能力超强的中心计算机群,对网络内存在的大量信息进行实时管理和有效控制,同时还可为上层应用提供良好的用户接口。
  其五,应用。其主要功能是对系统底层进行集成,构建面向各行各业的实际应用,比如自然灾害的检测、文物保护和文化传播、健康监护等。
  2 物联网关键技术
  物联网作为计算机网络领域与现代信息科学研究的热点,其关键技术有显著的特点,主要表现为:多技术融合、跨学科交叉等。对物联网关键技术的研究可从硬件与软件两个方面考虑,以下进行详细介绍:
  2.1 物联网硬件技术
  2.1.1 传感器探测技术
  传感器作为物联网的重要组成部分,可以对物联网自身及其外部运行的环境予以感知,因此,将传感器技术看作是信息传输、分析和反馈的一种新技术支撑。近年来,随着科学技术的飞速发展以及新形势的影响,从而使传感器的发展越来越倾向于智能化和网络化,传统传感器渐渐被智能传感器与嵌入式传感器所代替。其中,无线传感器所使用的网络为借助卫星传感器的节点在监测区中进行科学、合理的布置所形成的,通常采用的方式为无线通信方式,进而连接形成组织网络结构。从某种意义分析,传感器成为物联网快速发展的一个主要标志。现如今,国内物联网传感器技术发展方向主要表现在以下几个方面:网络监测和控制智能化网络节点的探究;网络安全问题的研究等。
  2.1.2 嵌入式可编程RFID 技术
  该技术有时也可以称之为是射频识别技术,指的是借助识别系统所发出的射频信号,从而获得和收集工作相关的数据。而对于识别来说,能够借助计算机来完成,并不需要人工帮助,同时,此项技术的应用范围也十分广泛。RFID 重要组成包含阅读器与应答器,主要目的是检测与控制目标物体。FRID 技术的工作原理主要是:在目标物体进入磁场之后,便能够收到所发射的射频信号,再利用感应电流的作用,把信息储存到芯片当中,再有选择性的予以发送,当信息通过解读器获得读取后,就可将信息传到中央信息系统当中,在此系统中完成处理之后,再对目标物进行有效的控制与管理。现如今,从某种程度来分析,RFID 技术完全能够满足用户的各种需求,但是,对于那些相对服务的处理要求是难以实现的。
  2.1.3 对计算与智能控制技术的认知
  对计算机的认知是在对脑科学研究的基础之上的,重点对人大脑感觉、意识以及行为等能力加以模仿,从而最终实现控制的目的,并且,它所占用的空间相对较小。认知计算已成为目前人工智能技术的主流研究方向,其研究成果将成为智能技术发展的科学的理论基础。在物联网未来发展中,若要对目标物体加以控制与管理,那么就应该从环境当中获得物体自身行为习惯,这样一来,才可作为判断物联网发展的一个主要依据。
  2.1.4 纳米技术
  通常来说,关于纳米技术尺寸结构的探究,大致在O.1 ~ 1OOmm 范围之内,因此,对此范围内材料性质以及应用情况等进行研究是非常重要的。近几年,传感器技术发展十分迅猛,特别是微传感器技术,由于具有诸多优点,例如:体积小、性能良好以及功耗偏低等,因此,具有广阔的发展优势。在新形势下,便开始出现了纳米传感器技术,此技术则是接着纳米传感器完成相对复杂的工作任务的。
  2.1.5 云计算
  云计算是继分布式计算、网格计算以及并行计算之后的飞跃和发展,它主要依托互联网,采用面向服务的体系机构,融合虚拟技术。云计算作为一种新型的计算模式,是数字时代与网络时代的重要标志,它有着极为广泛的应用前景,云计算技术与物联网的有机结合,既可以拓展物联网应用层的范围,又可获取更高性能的计算能力、数据处理能力以及储存能力。
  2.2 物联网软件技术
  物联网软件技术可用于对底层网络分布硬件的工作方式及行为进行有效控制和管理,并为各类协议、各种算法提供安全可靠的操控平台。该技术为用户实施物联网有有效管控提供了便利,可实现物联网的信息处理以及优质服务,降低使用复杂度,使物联网的应用实践变得简单化。物联网软件技术可对整个网络应用的任务及相关服务进行描述,同时,借助软件设计为用户实施网络管理创设有效的操作平台,并对各项环境评估实行验证。以下是网络的软件框架结构图:其体系框架中各个节点通过中间件传递服务。作为中间件管理的云计算、自组织管理及安全技术仅仅是逻辑意义上存在于网络结构中,但从物理角度来说,其涵盖于节点内部,在网络体系内协调任务控制及资源配置,执行多类服务项目之间的互相操作。
  3 物联网关键技术的应用
  随着物联网技术的日趋成熟和推广,其应用空间将越来越广阔,涉及的领域将越来越多,可以说物联网无处不在,无所不能,它将会人们带来全新的生活和工作方式。以下从几个具体方面,对物联网关键技术的应用进行分析和探讨。
  3.1 智能化的城市社区的建造
  所谓智能化城市社区主要是指通过物联网技术、智能控制技术以及集成等技术,对现有建筑物具有的各项功能和服务都加以扩展与延伸,将管理更加智能化与人性化,建设高档社区,使人们的居住环境更加舒适与方便。而对智能化城市社区建设来说,既能够很好的满足环境成本低、高质量需求,并且又能使人们都能积极参与到各种经济或者是政治活动当中,有利于拉近人和人之间的距离。除此之外,通过物理网积水建设智能型城市社区,这对和谐、平等家园的构建有着积极的意义。
  3.2 使农业生产趋于精细化
  对农业产业精细化来说,指的是借助传感器来收集农作物产量、生长环境、生长时间等差异信息,并且在此基础之上对导致农田产量出现差异的原因予以分析和深入的探究,同时将此作为主要依据,及时采取有效的对策予以调控。然而,结合当前发展情况来分析,国内农业生产依然处在转型阶段,也就是说处于由传统型农业向现代型农业转变当中,但是,在应用物联网技术之后,会加快农业生产朝着更加精细化方向快速发展,并且,又能使各种自动化技术获得全面发展。除此之外,物联网技术的应用,又能够对农作物生长温度、水分、湿度等予以实时监测,同时和系统存储条件的信息进行比较,从而加以准确预测,为农田科学中职提供可靠的技术支持。
  3.3 智能交通建设
  所谓智能交通建设,主要是指在交通运输管理系统中,通过传感器技术、通信网络技术、数据处理技术、信息发布技术、自动控制技术等,建立一种高效、准确、可靠的现代交通运输管控系统。具体做法:安装传感器、嵌入式芯片和道路监视器于汽车上,传感器以及道路监视可用于感知路况信息,嵌入式芯片则可用于对汽车身份的标识,并可及时的进行信息的发送与接收,有利于确保交通的安全。
  物联网技术除了应用于上述领域外,在其它领域,比如旅游服务、远程医疗、环境监测、水系监测、智能消防等也有着广泛的应用空间。将传感器嵌入到道路、桥梁、电网、建筑、大坝以及油气管道中,并将互联网与物联网有机结合起来,就可实现人类社会和物理系统的有机整合。
  4 结语
  物联网作为一种新型的信息技术,越来越受到社会各个行业的关注和重视。随着现代化科学技术的不断进步,物联网技术日趋成熟和完善,其应用空间将越来越广阔,涉及的领域将越来越多,可以说物联网无处不在,无所不能,它将为人类社会的生产和生活提供更加方便、快捷的服务,并对社会与经济可持续发展的实现有着极其重要的作用。
  
  

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