物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀以及未來展望_優(yōu)秀論文

1、 物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀以及未來展望摘 要:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及到眾多領(lǐng)域, 基于此, 主要介紹物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的起源、發(fā)展背景, 列出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的代表性概念, 提出狹義的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本概念。同時, 分析物聯(lián)網(wǎng)的基本特征, 總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)的信息功能。此外, 重點闡述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本架構(gòu), 即感知層、傳輸層和應(yīng)用層的作用, 并對每層中涉及到的一些關(guān)鍵技術(shù)進行介紹, 最后展望了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù); 信息; 架構(gòu).引言.自國際金融危機爆發(fā)以來, 為盡快走出危機陰影, 大多數(shù)國家都在尋求科技突破, 培育新的經(jīng)濟增長點。繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后, 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)掀起信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。包括中、美在內(nèi)的各國政府和

2、企業(yè)紛紛看好其產(chǎn)業(yè)前景, 許多國家將其提升至國家戰(zhàn)略層面: 2008 年底, 奧巴馬就任美國總統(tǒng)之后, 積極回應(yīng) IBM 公司所提出的智慧地球戰(zhàn)略; 歐盟也在 2009 年制訂了物聯(lián)網(wǎng)行動計劃。這次信息化浪潮中, 我國政府、企業(yè)與世界保持了同步發(fā)展, 將物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提升至國家戰(zhàn)略的地位, 新時期國家五大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中也有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的一席之地?，F(xiàn)在, 學術(shù)界和大多數(shù) IT 企業(yè)將物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)列為研究的重點和熱點, 國內(nèi)外許多知名的研究機構(gòu)、高校和大型企業(yè)都開始研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)。本文綜述了物聯(lián)網(wǎng)的起源、背景和相關(guān)概念, 重點闡述了物聯(lián)網(wǎng)的基本體系結(jié)構(gòu)和一些關(guān)鍵技術(shù), 展望了物聯(lián)

3、網(wǎng)未來的研究發(fā)展方向。1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的起源.美國麻省理工學院( MIT) 最早提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。1999 年在該學院建立的自動識別中心( Auto IDLabs) , 提出了網(wǎng)絡(luò)無線射頻識別( RFID) 系統(tǒng), 該系統(tǒng)設(shè)想通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來, 實現(xiàn)物品的智能化識別、管理。在物流系統(tǒng)的大背景下提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念, 把需要識別的物品使用唯一的條碼進行標識, 同時使用射頻識別技術(shù)對該物品條碼進行識別, 就能夠?qū)ξ锪餍畔⑾到y(tǒng)實現(xiàn)智能化的管理。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展, 特別是智能物件的迅速發(fā)展, 現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已發(fā)生了很大變化。物聯(lián)網(wǎng)的概念正式確定是在 2005 年

4、。2005 年國際電信聯(lián)盟( ITU) 在突尼斯舉行了信息社會世界峰會( WSIS) , 在大會上發(fā)布了ITU Internet reports 2005theInternet of things, 該報告介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念、特征、相關(guān)技術(shù)、面臨的挑戰(zhàn)與未來的市場機遇。國際電信聯(lián)盟在報告中指出, 我們正處于一個新的通信時代的邊緣, 信息與通信技術(shù)( ICT) 的目標不能僅僅滿足人與人之間的溝通, 現(xiàn)在發(fā)展到了實現(xiàn)人與物、物與物之間的連接, 無處不在的物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)通信時代即將到來。物聯(lián)網(wǎng)會使人類在通信與信息技術(shù)的海洋里獲得一個新的溝通方式, 可以把任何時間、任何地點、連接任何人的方法, 擴展到

5、連接任何物品, 物聯(lián)網(wǎng)的核心就是萬物的連接。2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)概念解析.2 1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本定義.目前, 不同領(lǐng)域的研究者對物聯(lián)網(wǎng)研究角度不同, 對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)描述的側(cè)重點不同, 短期內(nèi)也沒有達成共識。本文列出具有代表性的物聯(lián)網(wǎng)定義如下:定義 1: 物聯(lián)網(wǎng)是未來網(wǎng)絡(luò)的整合部分, 需要建立一個標準、互通的通信協(xié)議作為互聯(lián)基礎(chǔ), 是一個連接全世界的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施, 具有很強的自我配置能力。在這個互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中, 要標識所有實質(zhì)和虛擬的物品需要使用特定的編碼, 通過智能界面的無縫鏈接, 就可以實現(xiàn)信息共享和訪問1。定義 2: 物聯(lián)網(wǎng)是由具有標識、虛擬個性的物體所組成的, 標識和個性稱為事物的屬性,

6、通過智能的接口運用這些屬性與用戶、社會進行連接和通信1。比較物聯(lián)網(wǎng)的最初概念以及上述不同的物聯(lián)網(wǎng)定義, 本文認為: 狹義上的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)指通過智能傳感器、射頻識別技術(shù)、GPS 等技術(shù), 實時收集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程, 采集各種需要的信息, 比如聲、光、熱、電、位置等, 使用各種不同的網(wǎng)絡(luò)接入, 實現(xiàn)物與物、物與人之間的廣泛鏈接, 實現(xiàn)對物品的智能化的感知、識別和管理。2 2 物聯(lián)網(wǎng)的基本特征.從通信對象和過程來看, 物與物、人與物之間的信息交互是物聯(lián)網(wǎng)的核心。物聯(lián)網(wǎng)的基本特征可概括為整體感知、可靠傳輸和智能處理。整體感知?？梢岳蒙漕l識別、二維碼、智能傳感器等感知設(shè)備感知獲取物體

7、的各類信息?？煽總鬏?。通過對互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)的融合, 將物體的信息實時、準確地傳送, 以便信息交流、分享。智能處理。使用各種智能技術(shù), 對感知和傳送到的數(shù)據(jù)、信息進行分析處理, 實現(xiàn)監(jiān)測與控制的智能化。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的以上特征, 結(jié)合信息科學的觀點, 圍繞信息的流動過程, 可以歸納出物聯(lián)網(wǎng)處理信息的功能.(1) 獲取信息的功能。主要是信息的感知、識別, 信息的感知是指對事物屬性狀態(tài)及其變化方式的知覺和敏感;信息的識別指能把所感受到的事物狀態(tài)用一定方式表示出來。( 2) 傳送信息的功能。主要是信息發(fā)送、傳輸、接收等環(huán)節(jié), 最后把獲取的事物狀態(tài)信息及其變化的方式從時間( 或空間) 上的一點傳送到另一點

8、的任務(wù), 這就是常說的通信過程。( 3) 處理信息的功能。是指信息的加工過程, 利用已有的信息或感知的信息產(chǎn)生新的信息, 實際是制定決策的過程。( 4) 施效信息的功能。指信息最終發(fā)揮效用的過程, 有很多的表現(xiàn)形式, 比較重要的是通過調(diào)節(jié)對象事物的狀態(tài)及其變換方式, 始終使對象處于預(yù)先設(shè)計的狀態(tài)。3 物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu).由于物聯(lián)網(wǎng)存在異構(gòu)需求, 所以物聯(lián)網(wǎng)需要有一個可擴展的、分層的、開放的基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。目前大多數(shù)學者將物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)分為三層: 感知層、傳輸層和應(yīng)用層。3 1 感知層.在 3 層架構(gòu)中, 感知層處于最底層, 是物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)基礎(chǔ), 實現(xiàn)物體信息的采集、自動識別和智能控制的功能主要在

9、感知層。該層涉及的主要技術(shù)有 EPC 技術(shù)、RFID技術(shù)、智能傳感技術(shù)等。( 1) EPC 技術(shù)。EPC 技術(shù)將物體進行全球唯一編號, 以方便接入網(wǎng)絡(luò)。編碼技術(shù)是 EPC 的核心, 該編碼可以實現(xiàn)單品識別, 使用射頻識別系統(tǒng)的讀寫器可以實現(xiàn)對EPC 標簽信息的讀取, 互聯(lián)網(wǎng) EPC 體系中實體標記語言服務(wù)器把獲取的信息進行處理, 服務(wù)器可以根據(jù)標簽信息實現(xiàn)對物品信息的采集和追蹤, 利用 EPC 體系中的網(wǎng)絡(luò)中間件等, 對所采集的 EPC 標簽信息進行管理。( 2) RFID 技術(shù)。射頻識別技術(shù)( RFID) 是一種非接觸式的自動識別技術(shù), 使用射頻信號對目標對象進行自動識別, 獲取相關(guān)數(shù)據(jù),

10、目前該方法是物品識別最有效的方式.根據(jù)工作頻率的不同, 可以把 RFID 標簽分為低頻、高頻、超高頻、微波等不同的種類。( 3) 智能傳感器技術(shù)。獲取信息的另一個重要途徑是使用智能傳感器, 在物聯(lián)網(wǎng)中, 智能傳感器可以采集和感知信息, 使用多種機制把獲取的信息表示為一定形式的電信號, 并由相應(yīng)的信號處理裝置處理, 最后產(chǎn)生相應(yīng)的動作。常見的智能傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、霍爾磁性傳感器等。3 2 傳輸層.物聯(lián)網(wǎng)傳輸層位于第二層, 處在感知層和應(yīng)用層之間, 該層主要作用是把感知層獲取的信息準確無誤傳輸給應(yīng)用層, 使應(yīng)用層對海量信息進行分析、管理, 作出決策。物聯(lián)網(wǎng)傳輸層又可以分

11、為匯聚網(wǎng)、接入網(wǎng)和承載網(wǎng)三部分。( 1) 匯聚網(wǎng)。匯聚網(wǎng)主要采用短距離通信技術(shù)如 Zig-Bee、藍牙和 UWB 等技術(shù), 實現(xiàn)小范圍感知數(shù)據(jù)的匯聚。ZigBee 無線技術(shù)是一種小范圍、低速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)標準, 擁有 250kbit/s 的寬帶, 傳輸距離可達 1KM 以上, 功耗小。藍牙技術(shù)是一種支持設(shè)備短距離通信的無線電技術(shù), 可以在移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦等眾多設(shè)備之間進行無線信息交換。利用該技術(shù)可以簡化設(shè)備終端之間的通信, 也能簡化設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)之間的相互通信, 從而使數(shù)據(jù)傳輸準確高效。UWB( 超寬帶) 技術(shù)具有系統(tǒng)復雜度低、發(fā)射功率譜密度低, 對信道衰落不敏感,

12、低截獲能力、定位精度高等優(yōu)點, 適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入5。( 2) 接入網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的接入方式較多, 多種接入手段整合起來是通過各種網(wǎng)關(guān)設(shè)備實現(xiàn)的, 使用網(wǎng)關(guān)設(shè)備統(tǒng)一接入到通信網(wǎng)絡(luò)中, 需要滿足不同的接入需求, 并完成信息的轉(zhuǎn)發(fā)、控制等功能。常用的技術(shù)主要是 6LoWPAN、M2M 及全 IP 融合架構(gòu)。M2M 是機器之間建立連接的所有技術(shù)和方法的總稱, 這是目前物聯(lián)網(wǎng)一種重要的接入方式。該技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)通信鏈接的關(guān)鍵, 在無線通信與信息技術(shù)的整合、雙向通信等多種領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。( 3) 承載網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)需要大規(guī)模信息交互和無線傳輸, 重新建立通信網(wǎng)絡(luò)是不現(xiàn)實的, 需要借助

13、現(xiàn)有通信網(wǎng)設(shè)施, 根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)特性加以優(yōu)化和改造以承載各種信息。承載網(wǎng)發(fā)展可以分為三個階段, 混同承載階段( 信息量較小) 、區(qū)別承載階段( 信息量較大) 、獨立承載階段( 信息量很大) 。3G + WLAN 是目前承載物聯(lián)網(wǎng)較佳的模式。3 3 應(yīng)用層.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)包括中間件技術(shù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)平臺等技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)中間件位于物聯(lián)網(wǎng)的集成服務(wù)器和感知層、傳輸層的嵌入式設(shè)備中, 主要針對感知的數(shù)據(jù)進行校對、匯集, 在物聯(lián)網(wǎng)中起著比較重要的作用。云計算是基于網(wǎng)絡(luò)將計算任務(wù)分布在大量計算機構(gòu)成的資源池上, 使用戶可以借助網(wǎng)絡(luò)按需求獲取計算力、存儲空間和信息服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)平臺主要針對物聯(lián)網(wǎng)的不同業(yè)務(wù), 研究其