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1、物联网的应用前景及研究热点摘要：随着现代信息技术的不断发展，物联网越来越受到人们的关注。针对物联网进行综合性的研究，介绍了物联网的基本内涵和整体结构，并对其特点及关键技术作介绍，再在此基础上结合案例对物联网的应用前景和研究热点问题进行探讨。关键词：物联网；RFID；传感器；自动化Abstract: With the continuing development of modern information technology, while people pay more and more attention to The Internet of things. The Internet of
2、things is studied comprehensively in this article. And the basic connotation and the whole structure of The Internet of things is introduced, meanwhile, the features and key technical of The Internet of things are analyzed. And on the basis of before, the application prospects and research focus of
3、The Internet of things are also discussed with some cases.Keywords:Internet Of Things;RFID;Sensors;Automation1 前言 随着信息科学的不断发展，自动化、智能化越来越多的在人们的日常生活中应用了起来，而这就促使了信息产业的第三次革命浪潮的到来。一个新生的词汇物联网越来越频繁的出现在网络中。早在1995年，比尔盖茨在未来之路就已经提到了物联网的概念，2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，在国际电信联盟发布的ITU互联网报告2005；物联网报告中指出，无所不在的“物联网”通
4、信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。在2009年8月温家宝总理也提出了“感知中国”，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，从此物联网在中国受到了全社会极大的关注。物联网使我们离自动化、智能化的“智慧地球”更近了一步。2 物联网的基本概念物联网就是“物物相连的互联网”，是通过智能感知，识别技术与普通科学，泛在网络的融合应用，被称为继计算机。在这里它有两层意思:（1）核心和基础仍是互联网，它是在在互联网基础上的延伸和扩展的一种网络。（2）用户端不在是局限在电脑之间的信息交换，而延伸和扩展到了任何物与物之间进行信息交换和通信。每个“物”都相当
5、于一个独立的人一样，他们能相对独立的相互进行对话、交流。2.1物联网的基本原理 物联网是在计算机网络的基础上，利用RFID，无线通信技术等，构造出一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，在无需人的干预的情况下，物品能够在一个标准协议的前提下，通过互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。2.2物联网的本质特征根据物联网的定义可以看出，他具备互联网的特征，但比互联网的功能更细、更强、更全。总结出来大体有以下三个方面：（1）具有互联网的特征，在一个信息互联互通的网络中，物在互联网上的互联互通。（2）识别和通信的特征，物联网的“物”一定要具有自动识别和物物通
6、信的功能。（3）智能化特征，网络系统具有自动化，自我反馈与智能控制的特点。2.3物联网的结构体系如图1所示，物联网可分为四个部分：编码层、信息采集层、网络层、应用层，这些环节中的关键技术主要有：RFID、传感器、智能芯片、无线传输网络系统。（1）编码层是物联网的基石，是物联网信息交换内容的核心和关键字，它是将物品、设备、地点、属性等数字化后，给每个物品都贴上一个标签，以便在物物交换过程中，方便查到到自己需要的“物”的信息。（2）数据采集层指通过包括条码、射频识别、无线传感器、蓝牙等在内的自动识别与近场通信技术获取物品编码信息的过程。也就是说在交换相关信息之前，要先扫描即将交换的物的相关信息，对
7、“物”的编码信息进行采集，校对，确认后，为下一步的信息交换做好准备。（3）网络层即进行信息交换的通信网络，包括有Internet、WIFI网以及无线通信网络等网络。 给“物”在信息交换是提供一个良好的交易平台，以此来实现互联网所拥有的互联互通的这个特性。（4）应用层是构建在物联网技术架构之上的应用系统，包括商业贸易、物流、农业、军事等等不同的应用系统。在网络层的基础让，达到智能，快速，准确的高效率交易系统。应用层军事管理病虫灾害公司管理网络层泛在网络认证网络内容管理采集层RFID无线传感器蓝牙编码层属性名称地址图1 物联网的结构3 物联网的核心技术 物联网的核心技术主要包括以下三个部分：射频识
8、别技术、传感器、无线传感器网络。3.1 射频识别技术RFIDRFID（Radio Frequency Identification ）即射频识别技术，俗称电子标签，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到自动识别目的的技术，并对其信息进行标志、登记、储存和管理 。射频识别技术的理论在社会生活实践中早有应用，如在汽车防盗，门禁系统，畜牧业管理等。且技术也在应用中逐步丰富和完善，后来适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。如图2所示，RFID的工作原理：首先读写器将要发送的信息，经过编码后加载到高频载波信号上，再经过
9、天线向外发送，当在读写器工作的电子标签接收到要向外发送信息的信号时，卡内芯片内的电路会对此信号进行倍压整流、调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断，若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过片上天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至信息系统进行处理若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起电子标签内部电荷泵提升工作电压，提供电压擦写E2PROM，若经判断其对应密码和权限不符，则返回出错信息。RFID电子标签：由芯片和标签天线或线圈组成，通过电感耦合或电磁反射原理与读写器进行通信读写器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的
10、设备天线：可以内置在读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器天线接口相连待添加的隐藏文字内容2图2 RFID的结构图3.2 传感器传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件能够灵敏地感受被测变量并做出响应的元件引，能直接感受被测量的部分将能量的变化量转换为电阻或其他可以测量的变化量，然后由测量元件来将变化量测出，并将信有用的信息送出去，经系统分析得出结论，作出相应的应对方案。微机电系统（MEMS）技术就是传感器的一个代表作，它是建立在微米/纳米基础之上的。MEMS传感器的优势主要在于体积小，大规模量产后成本下降快，目前主要应用在汽车
11、和消费电子两大领域。3.3无线传感器网络无线传感器网络（WSN）是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用。WSN体系机构是将很多很多的传感器节点分不到各个角落，然后将这些传感器节点汇聚到一个地方，经过这个中转站把这些传感器节点上的信息经过互联网或者卫星等无线通信系统传送到用户手中，用户再通过电脑系统的管理这些节点传来的信息。WSN与无线网络相比的难点在于：（1）WSN是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，成千上万的节点密集的分布于其中，加之由于环境影响和能量耗尽
12、，节点更容易出现故障，这就造成了对传感器节点的要求很高。（2）环境干扰和节点故障容易造成网络拓扑结构的变化（3）通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的（4）传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等十分有限。传统无线网络的首要设计目标是提高服务质量和高效率带宽利用，其次才考虑节约能源，而WSN的首要设计目标是能源的高效使用，这也是WSN和传统网络最重要的区别之一。因此，WSN的特点就体现在大规模网络、自组织网络、动态性网络、可靠的网络、应用相关的网络、以数据为中心的网络。 综上：RFID侧重于识别，能够实现对目标的标识和管理，而WSN侧重于组网，实现数据的传递，具有部署简单，实现成
13、本低廉等优点，因此RFID与WSN的结合存在很大的契机，由此RFID与WSN的融合给物联网带来了极大的发展动力。4 物联网的应用物联网的应用不仅仅是一个概念而已，它已经在很多领域有应用，由于技术方面还在萌芽阶段，没有形成大规模的应用，从下面的几个例子中可以看出物联网的优势和特点。（1）网传感器产品已率先在上海浦东国际机场防入侵系统中得到应用机场防入侵系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。这样的话，可大量节省人力来管理机场的秩序，并能更有效的管理机场的安全，在发生意外的情况下，经传感器将信号传至计算机系统分析后，能快速的到达目的地
14、点实施救助或解除安全隐患等。（2）给放养的牲畜中的每一只羊都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。2002 年，英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园。传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔一分钟检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确保葡萄可以健康生长。研究人员发现，葡萄园气候的细微变化可极大地影响葡萄酒的质量。通过长年的数据记录以及相关分析，便能精确的掌握葡萄酒的质地与葡萄生长过程中的日照、温度、湿度的确切关系。这是一个典型的精准农业、智能耕种的实例
15、。想想一下，在一个城市生活中，每个人每一辆车都有自己所独有电子标签，不需要繁多的这样那样的卡带在身上，只需一个很小很小电子标签，无论你走到哪里，刷卡消费、注册登记、公交打的等都可以实现。这可以更方便我们的出行。在公路交通的管理中，也可以让现在的交通变得更秩序化，每一辆车都对应唯一的电子标签，在你闯过红灯或者违规的时候，无需摄像，可以直接辩出汽车的身份，这就突破了摄像头摄像范围小的漏洞，让人们能更自觉的遵守交通规则，这将大幅降低事故发生的频率，保障人生安全。由此可以看出，物联网功能巨大，小到家庭生活的点点滴滴，大到工业生产、军事国防都有很大的意义。5 结束语 虽然现在物联网技术的发展还不够成熟，
16、但是已经它正在偌大的商机推动下茁壮成长。RFID是物联网应用最早最广泛的，现在社会领域的应用越来越广泛，技术也越来越成熟，这正显示了物联网强大的商机。物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安居家、智能消防、健康管理、敌情侦察和情报搜集等多个领域。 物联网不是科技猜想，而是又一场技术革命。它使物品和服务功能发生了质的飞跃，这将给使用者带来更高效、更便利、更安全的社会服务生产体系。让社会运作的效率更高，更人性化和智能化，最终形成一个完美的“智慧地球”。参考文献 1 郑海初. 正在爆发的物联网革命M.中华工商联合出版社,2010.2 百度百科. 物联网EB/OL.3 物联网行业应用 to ccsaEB/OL.4 宁焕生，张彦.RFID与物联网M.电子工业出版社,2008.5 王志良.物联网现在与未来M.机械工业出版社,2010.6 张飞丹.物联网技术应用及发展趋势R.北京邮电大学,2010.
