物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)論文(2)
物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)論文
物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)論文二:物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之我見
摘 要： 介紹物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)在感知層，而感知層的關(guān)鍵技術(shù)在于傳感器技術(shù)、射頻技術(shù)、智能嵌入技術(shù)和納米技術(shù)。只有關(guān)鍵技術(shù)得到發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)才能得到真正意義上的發(fā)展。
關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng);無線傳感器網(wǎng)絡(luò);RFID
中圖分類號：TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597(2012)0310046-01
0 引言
對物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of things)的定義有多種表述，字面上理解是“萬物的互聯(lián)網(wǎng)”，但總結(jié)后的含義大致相同，都是通過信息傳感設(shè)備，按照某種協(xié)議，把特定物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，以實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控、定位、識別、跟蹤和管理的一種網(wǎng)絡(luò)?？梢哉f它是在互聯(lián)網(wǎng)人與人交互的基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展到物與物、物與人交互的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。
感知層相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官，用來識別物體，采集信息?？梢詰?yīng)用的技術(shù)包括智能卡、二維碼標(biāo)簽和識讀器、攝像頭、GPS、傳感器、終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)等;網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦，用來對信息進(jìn)行傳遞和處理，包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、信息中心和智能處理中心等，網(wǎng)絡(luò)層借用現(xiàn)有的無線網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)等即可實(shí)現(xiàn);應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的“社會分工”與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)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(gòu)成人類社會。
由上述可知，物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)在感知層。國際電信聯(lián)盟將傳感器技術(shù)、射頻識別技術(shù)(RFID)、智能嵌入技術(shù)和納米技術(shù)列為物聯(lián)網(wǎng)感知層的關(guān)鍵技術(shù)。
1 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
1.1 傳感器技術(shù)
如果說計(jì)算機(jī)相當(dāng)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(shù)據(jù)信息傳到計(jì)算機(jī)中，之后根據(jù)數(shù)據(jù)和信息等進(jìn)行及時(shí)的處理。傳感器技術(shù)是當(dāng)前科技的前沿技術(shù)，其發(fā)展水平的高低可以衡量一個(gè)國家的科技發(fā)展水平，同計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱。傳感技術(shù)主要研究關(guān)于從自然界中獲取信息，并對這些信息進(jìn)行識別和處理的一門涵蓋多門學(xué)科的技術(shù)。傳感技術(shù)的核心就是傳感器，它可以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中物與人的信息交互。當(dāng)前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還是主要應(yīng)用在比較簡單和低復(fù)雜度的信息獲取上，也就是說還難以實(shí)現(xiàn)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(qiáng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，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(wǎng)絡(luò)。另外在傳感器網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)在智能性和自適應(yīng)性方面的不足和單個(gè)節(jié)點(diǎn)信息的不準(zhǔn)確或者不完全性。
1.2 射頻識別技術(shù)
RFID(Radio Frequency IDentification)，射頻識別，又稱電子標(biāo)簽，它是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。RFID標(biāo)簽分為被動(dòng)，半被動(dòng)(也稱作半主動(dòng))，主動(dòng)三類。由于被動(dòng)式標(biāo)簽具有價(jià)格低廉，體積小巧，無需電源的優(yōu)點(diǎn)，目前市場的RFID標(biāo)簽主要是被動(dòng)式的。RFID技術(shù)主要用于綁定對象的識別和定位。通過對應(yīng)的閱讀設(shè)備(Reader)對RFID標(biāo)簽Tag進(jìn)行閱讀和識別。該種技術(shù)廣泛應(yīng)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(biāo)簽、閱讀器和天線組成。電子標(biāo)簽芯片內(nèi)存有一定格式電子數(shù)據(jù)，作為識別物品的標(biāo)識性信息，它是代替條形碼走進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)勢是能夠輕易對所附著的物體進(jìn)行監(jiān)控并追蹤定位;讀取距離更遠(yuǎn)，存取數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性更高;標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存取的安全性更高，因?yàn)橛忻艽a保護(hù)。閱讀器是讀取或讀/寫電子標(biāo)簽信息的設(shè)備，與電子標(biāo)簽可按通信協(xié)議互傳信息，即閱讀器向電子標(biāo)簽發(fā)送讀取信號，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答，對標(biāo)簽信息進(jìn)行解碼，之后，傳輸?shù)街鳈C(jī)以供處理。天線是標(biāo)簽與閱讀器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收裝置。
RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可以對物品進(jìn)行全球范圍內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一問題，芯片成本問題，安全隱私問題和產(chǎn)品的測試等問題，這些都阻礙了該技術(shù)的發(fā)展。
1.3 智能嵌入技術(shù)
智能嵌入式技術(shù)就是將自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)，是針對某一個(gè)行業(yè)，開發(fā)出智能化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品故障診斷、本地監(jiān)控或遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，以達(dá)到管理的智能化。也就是說計(jì)算機(jī)作為一個(gè)信息處理部件，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中的一種技術(shù)。嵌入式技術(shù)具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，因而應(yīng)用越來越廣泛，例如，智能電冰箱、自動(dòng)洗衣機(jī)、數(shù)字電視機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等都廣泛應(yīng)用到這種技術(shù)。
嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，目前國內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。
然而，現(xiàn)在大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還處于單獨(dú)應(yīng)用的階段，主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)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(yīng)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(gè)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(shù)
納米技術(shù)是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。納米科學(xué)技術(shù)是以許多現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)，它是現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。用納米技術(shù)制作仿生傳感器是當(dāng)前最熱的選擇。仿生傳感器是按照生物學(xué)原理設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換元件組成，另外輔之以信號調(diào)整電路或電源等。
仿生傳感器的設(shè)計(jì)理念主要有兩方面：一是敏感機(jī)制的仿生，包括敏感材料與敏感原理的仿生設(shè)計(jì);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(lǐng)域。比如模擬人手實(shí)現(xiàn)對各種復(fù)雜形貌物體的抓與放和搬動(dòng);模仿動(dòng)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(shù)發(fā)展至今，雖
然達(dá)到了很高水平。但隨著研究的不斷深入以及應(yīng)用領(lǐng)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(shù)將是未來發(fā)展新型結(jié)構(gòu)與功能仿生傳感器的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。我們可以預(yù)見，基于納米技術(shù)與仿生學(xué)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(zhì)世界，使人們的生活更加舒適、便利與安全。
當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)被世界上各個(gè)國家所重視，我國也把物聯(lián)網(wǎng)列為國家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。隨著國家的大力支持，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也會得到擴(kuò)大和發(fā)展，而作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)所在的感知層也會得到重視，相應(yīng)的問題也會很快得到解決。相信不久的將來，障礙物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題，包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、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(shí)驗(yàn)師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)研究。
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