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物联网关键技术之我见

木马童年 2019-6-10 07:10 88 0

  摘 要: 介绍物联网的关键技术在感知层,而感知层的关键技术在于传感器技术、射频技术、智能嵌入技术和纳米技术。只有关键技术得到发展,物联网才能得到真正意义上的发展。 中国论文网 https://www.xzbu.com/8/v ...

  摘 要: 介绍物联网的关键技术在感知层,而感知层的关键技术在于传感器技术、射频技术、智能嵌入技术和纳米技术。只有关键技术得到发展,物联网才能得到真正意义上的发展。 中国论文网 https://www.xzbu.com/8/view-1684500.htm  关键词: 物联网;无线传感器网络;RFID

中图分类号:TP393.08 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2012)0310046-01

0 引言

对物联网(The Internet of things)的定义有多种表述,字面上理解是“万物的互联网”,但总结后的含义大致相同,都是通过信息传感设备,按照某种协议,把特定物品与互联网连接起来,以实现智能化监控、定位、识别、跟踪和管理的一种网络。可以说它是在互联网人与人交互的基础上延伸和扩展到物与物、物与人交互的网络。物联网可分为三层:感知层、网络层和应用层。

感知层相当于物联网的皮肤和五官,用来识别物体,采集信息。可以应用的技术包括智能卡、二维码标签和识读器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等;网络层相当于物联网的神经中枢和大脑,用来对信息进行传递和处理,包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等,网络层借用现有的无线网、移动网、互联网、广电网等即可实现;应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合,实现物与物之间,人与物之间的识别与感知,发挥智能作用,这类似于人的社会分工,最终构成人类社会。

由上述可知,物联网的关键技术在感知层。国际电信联盟将传感器技术、射频识别技术(RFID)、智能嵌入技术和纳米技术列为物联网感知层的关键技术。

1 物联网的关键技术

1.1 传感器技术

如果说计算机相当于人的大脑的话,那么传感器就是人的五官,通过传感器把外界的温度、硬度、磁场大小、红外线等数据信息传到计算机中,之后根据数据和信息等进行及时的处理。传感器技术是当前科技的前沿技术,其发展水平的高低可以衡量一个国家的科技发展水平,同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。传感技术主要研究关于从自然界中获取信息,并对这些信息进行识别和处理的一门涵盖多门学科的技术。传感技术的核心就是传感器,它可以实现物联网中物与人的信息交互。当前,无线传感器网络还是主要应用在比较简单和低复杂度的信息获取上,也就是说还难以实现真正意义上的人与物理世界的沟通,为了解决这一问题,还需要加强传感器网络的建设,例如:开发可以获取视频、音频和图像等矢量信息的无线多媒体传感器网络。另外在传感器网络追踪方面也存在很多挑战和困难,例如传感器在能量处理和传感能力方面的限制,传感器网络在智能性和自适应性方面的不足和单个节点信息的不准确或者不完全性。

1.2 射频识别技术

RFID(Radio Frequency IDentification),射频识别,又称电子标签,它是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID标签分为被动,半被动(也称作半主动),主动三类。由于被动式标签具有价格低廉,体积小巧,无需电源的优点,目前市场的RFID标签主要是被动式的。RFID技术主要用于绑定对象的识别和定位。通过对应的阅读设备(Reader)对RFID标签Tag进行阅读和识别。该种技术广泛应用在物流、智能交通、智能医疗等方面。

最基本的射频识别系统通常由电子标签、阅读器和天线组成。电子标签芯片内存有一定格式电子数据,作为识别物品的标识性信息,它是代替条形码走进物联网时代的关键技术。该技术的优势是能够轻易对所附着的物体进行监控并追踪定位;读取距离更远,存取数据的实时性更高;标签的数据存取的安全性更高,因为有密码保护。阅读器是读取或读/写电子标签信息的设备,与电子标签可按通信协议互传信息,即阅读器向电子标签发送读取信号,并接收标签的应答,对标签信息进行解码,之后,传输到主机以供处理。天线是标签与阅读器之间传输数据的发射和接收装置。

RFID技术与互联网、通讯等技术相结合,可以对物品进行全球范围内的跟踪与信息共享,可以使物流等行业的管理和效率得到大幅提高。RFID在发展过程中也遇到了一些急待解决的问题,如芯片标准的统一问题,芯片成本问题,安全隐私问题和产品的测试等问题,这些都阻碍了该技术的发展。

1.3 智能嵌入技术

智能嵌入式技术就是将自动控制技术、通讯技术和计算机技术等多项技术相结合的技术,是针对某一个行业,开发出智能化产品,实现产品故障诊断、本地监控或远程监控等功能,以达到管理的智能化。也就是说计算机作为一个信息处理部件,嵌入到应用系统中的一种技术。嵌入式技术具有软件代码小、高度自动化和响应速度快等特点,因而应用越来越广泛,例如,智能电冰箱、自动洗衣机、数字电视机、数码摄像机等都广泛应用到这种技术。

嵌入式系统是软件和硬件的综合体,目前国内一个普遍被认同的定义是:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成,用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

然而,现在大多数嵌入式系统还处于单独应用的阶段,主要应用于工业控制和国防系统领域。而随着Internet的发展,信息家电的普及和嵌入式系统的微型化和专业化,如果把嵌入式系统应用到Internet上面,则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方,就可以在任何地方控制自己家里的电器了。

1.4 纳米技术

纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学和现代技术结合的产物。用纳米技术制作仿生传感器是当前最热的选择。仿生传感器是按照生物学原理设计的,模仿生物的感受规定输出可用信号的器件或装置。它是新型的传感器,由敏感元件和转换元件组成,另外辅之以信号调整电路或电源等。

仿生传感器的设计理念主要有两方面:一是敏感机制的仿生,包括敏感材料与敏感原理的仿生设计;二是传感器功能的仿生。仿生敏感材料也被称为仿生智能材料,它是仿生传感器的核心。另一方面,模仿生物的某些功能研制出相似的传感器为人类所用,也是极具吸引力的领域。比如模拟人手实现对各种复杂形貌物体的抓与放和搬动;模仿动物的鼻子制作电子鼻探测器;模仿鱼类制作仿生传感器等。仿生传感器技术发展至今,虽

然达到了很高水平。但随着研究的不断深入以及应用领域的逐步拓展,对仿生传感器也提出了越来越苛刻的要求。

纳米技术将是未来发展新型结构与功能仿生传感器的研究重点和热点。我们可以预见,基于纳米技术与仿生学原理开发的新一代纳米仿生传感器,将会更加丰富人类的物质世界,使人们的生活更加舒适、便利与安全。

当前,物联网被世界上各个国家所重视,我国也把物联网列为国家重点发展的战略性新兴产业。随着国家的大力支持,物联网的应用也会得到扩大和发展,而作为物联网的关键技术所在的感知层也会得到重视,相应的问题也会很快得到解决。相信不久的将来,障碍物联网发展的关键技术问题,包括技术标准、芯片成本、安全隐私等问题都会得到解决。

参考文献:

[1]X. Meng, L. Li,T. Nandagopal,and S. Lu. Event contour: An efficient and robust mechanism for tasks in sensor networks. Technical report,UCLA,2004.

[2]Akyildiz IF,Su W,Sankarasubramaniam Y,Cayirci E. A survey on sensor networks. IEEE Communications Magazine,2002,40(8): 102114.

[3]孔晓波,物联网概念和演进路径,电信工程技术与标准化,2009.12.

[4]M.Sharaf,J.Beaver,A.Labrinidis,and P.Chryanthis.Tina:A scheme for temporal coherency-aware in-network aggregation.In Proc.of the 2003 ACM Workshop on Data Engineering for Wireless and Mobile Access,San Diego,California,USA,Sept.2003.

[5]A.Woo,T. Tong,and D. Culler. Taming the underlying challenges of reliable multihop routing in sensor networks. In Proc. of the 2003 ACM Conf. on Embedded Networked Sensor Systems,Los Angeles,California,

USA,Nov. 2003.

[6]梅方权,智能地球与感知中国――物联网的发展分析,农业网信息,2009.12.

作者简介:

刘勇(1973-),男,辽宁省沈阳人,硕士,高级实验师,研究方向:网络研究。

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