物联网的关键技术与应用前景

物联网的关键技术与应用前景

◎李旭港

（深圳市公安边防支队广东深圳５１８０２６）

摘要：近年来物联网成为炙手可热的名词，许多人都说物联网将会彻底改变现有的生活方式，带动万亿的产业发展。但究竟什么是物联网还没有人能给出一个准确的答案，仍是众说纷纭。本文重点介绍物联网已经实现的应用，和今后物联网的

发展前景。

关键词：物联网：Ｒ．ＦＩＤ；传感器

中图分类号：ＴＰ３９３．０３文献标识码：Ａ文章编号：１６７３—０９９２（２０１０）０９—００７０－０１

一、物联网的概念及其技术：创造了良好的网络基础条件。在近距离通信方面，以ＩＥＥＥ１．物联网的起源和概述：８０２．１５．４为代表的近距离通信技术是目前的主流技术，８０５．１５．４物联网是新兴事物。它经历了短暂的十几年发展，却有着涵规范是ＩＥＥＥ制定的用于低速近距离通信的物理层和媒体介入盖面极广的特点。物联网概念第一次被世人提及在１９９５年，比控制层规范。工作在工业科学医疗（１ＳＭ）频段，免许可证的２．４尔盖茨在《未来之路》一书中提出ＩｎｔｅｍｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓ的概念，但由ＧＨｚ１ＳＭ频段全世界都可通用。

于当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起人们二、物联网的应用领域：

足够的重视；１９９８年，美国麻省理工大学创造性地提出了当时被现在物联网已逐渐开始在日常生活中出现，工程控制、工业称作ＥＰＣ系统的“物联网”的构想；１９９９年，美国Ａｕｔｏ—ＩＤ首先提监测、智能建筑、医疗卫生、智能电网、智能交通、食品安全、生产出“物联网”的概念，称物联网主要是建立在物品编码、ＲＦＩＤ技术安全、环境保护、城市管理、政府工作、公共安全、公共管理、公共和互联网的基础上；２００５年“物联网”的概念被正式提出，包括了服务、公共设施、平安家居、智能消防、老人护理、个人健康、物流所有物体从房屋到水管、从牙签到汽车都可以通过互联网主动管理、家电监控等领域中都有其技术的应用。

进行信息交换。射频识另ｑ（ＲＦＩＤ）、红外感应器、ＧＰＳ全球定位系条形码和二维码多应用于零售商和物流企业进行商品目录统、激光扫描器等信息传感设备在物联网中得到广泛应用。在物和价格管理，如应用条形码、二维码、电子标签的物品与互联网联网时代中，人类的信息与通信方式将变得更加多样化．从任何连接后，其流向就能被监控。而应用芯片植入和射频技术传递的时间任何地点的人与人之间的沟通逐渐扩展到人与物和物与物邮件。其相关信息可被随时跟踪。用手机也可以获知贴有二维码的间接沟通。或条形码的蔬菜从播种到进超市使用了多少种化肥和农药。贴

２．物联网关键技术：・上电子标签的手机因具备钱包功能，可带来刷手机乘坐公共交

物联网有四个关键性的应用技术分别是传感器、ＲＦＩＤ、智能通工具的便利，目前在哈尔滨等市已出现了手机支付的应用，今技术以及纳米技术。另外网络和通信技术也很重要。后还会引发更多新型的消费和应用模式。通过手机可控制家电

（１）ＲＦＩＤ技术这种智能家居也开始进入人们生活。在广东已有智能化住宅投ＲＦＩＤ技术又称射频识别技术是一种非接触式的自动识别技入应用．手机上就可以打开空调、窗帘和电视机开关。没人时就术．通过射频信号自动识别对像并获取相关数据，ＲＦＩＤ为物体贴可以设置离家模式。传感器自动关闭水电气和门窗，定时向主人上电子标签，实现高效灵活的管理，是物联网最关键的～个技的手机发送消息，汇报安全情况，开启安防状态。手机里同时能术。看到家里情况的实时视频。

完整的ＲＦＩＤ系统由电子标签、读写器和数据处理系统组国外一些企业为了降低能耗，为了进一步节约办公成本，已成。当读写器扫描贴有电子标签的物体时，标签被读写器激活通经实现了较高水平的智能办公，节电省电效果明显。员工进入办

公大楼时。所在办公室的空调和灯会自动打开；员工离开办公楼

到数据处理系统，完成数据的自动采集工作。数据处理系统根据时，办公室的空调和灯又会自动关闭。思科已经开发出这种叫需求做出相应的的数据控制和处理工作。“智能互联建筑”的解决方案，为位于硅谷的美国网域存储技术

（２）传感器技术有限公司节约了１５％的能耗。

传感器是指能感知物体的被测指标并按照一定规律转换成在我国，无锡太湖的治理、各省的智能电网也都已经用上了可用信号的装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器的类时下最先进的物联网技术，而且这项新技术正在发挥日益重要的型多样，可以按照用途、材料、输出信号类型、制造工艺等方式进作用。运用物联网最新技术，对环境和电网进行监测和管理，可行分类。大大提高我们目前的办工效率和水平。

常见的传感器有速度传感器、热敏传感器、压力敏和力敏传三、结语

感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、震动传感器、湿敏２０１０年两会，温家宝在政府工作报告中首次提及物联网．可

见其对于我国在今后夺取全球产业链制高点的重大意义。

器等。随着技术的发展，新的传感器类型也不断产生。传感器的如今物联网在环境卫生、防灾防害、军事、能源控制等方面应用领域非常广泛，包括工业生产自动化、国防现代化、航空技的优势都已初具端倪。虽然目前物联网还仅仅是个雏形，但其已术、航天技术、能源开发、环境保护与生物科学等领域。经具备了一定的商业价值．如果物联网有一天发展起来，物联网

生活中我们每天都能用到非常多的传感器比如煤气报警会像现在的互联网一样高度普及，融入到了各个行业、各种设备器、饮水机上的光线感应器、汽车上面常用到的ＧＰＳ这些都是传当中。如果物联网与手机３Ｇ网络结合，那么物联网会在电视、电感器的应用。在物联网时代它们都将与网络链接。话、互联网后再一次改变人们的生活方式。可见．物联网具有较

（３）网络和通信技术为广阔的发展前景。

传感器依托网络和通信技术实现感知信息的交换。传感器参考文献：

的网络技术分为两类：近距离通信技术和广域网络通信技术。在『１１沈苏彬．范曲立，宗平，毛燕琴，黄维．物联网的体系结构与相关广域网路通信方面。互联网、２Ｇ／３Ｇ移动通信、卫星通信技术等实技术研究【ｎ．南京邮电大学学报（自然科学版），２００９，（０６）．

『２１王保云．物联网技术研究综述Ⅱ】．电子测量与仪器学报。发展．将为每个传感器分配ＩＰ地址创造可能．也为物联网的发展２００９，（１２）

万方数据过无线电波将标签中携带的数据传送到读写器再由读写器传送传感器、磁敏传感器、气敏传感器、加速度传感器、射线辐射传感现了信息的远程传输，特别是以ＩＰｖ６为核心的下一代互联网的

物联网的关键技术与应用前景

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被引用次数：李旭港深圳市公安边防支队,广东,深圳,518026魅力中国CHARMING CHINA2010，(26)0次

参考文献(2条)

1.沈苏彬.范曲立.宗平.毛燕琴.黄维 物联网的体系结构与相关技术研究 2009(6)

2.王保云 物联网技术研究综述 2009(12)

相似文献(10条)

1.期刊论文 秦毅.彭力.Qin Yi.Peng Li 基于RFID的超市物联网购物引导系统的设计与实现 -计算机研究与发展2010,47(z2)

提出了一种基于RFID技术的超市物联网购物引导系统的设计方案.超市物联网智能导购系统中最关键的问题是产品的识别和产品信息的获取.将电子标签与物联网相结合,利用电子标签作为产品识别的手段,利用物联网来获取产品的详细信息并自动生成产品信息,从而提出了基于RFID的超市导购物联网系统的想法,并对其结构和功能进行了分析.此外还重点分析了在该物联网中的RFID系统的应用以及中间环节的通信技术,以实现在超市物联网系统中的人性化、智能化.

2.期刊论文 宁焕生.张瑜.刘芳丽.刘文明.渠慎丰.NING Huan-sheng.ZHANG Yu.LIU Fang-li.LIU Wen-ming.QUShen-feng 中国物联网信息服务系统研究 -电子学报2006,34(z1)

基于RFID(Radio Frequency Identification)和物联网技术综述了物联网国内外发展现状,设计了一种中国物联网体系架构.结合本结构提出了中国物联网信息服务系统(RFID-IS)的设计方法.为了实现中国物联网的有效管理,利用SNMP协议的优点,提出了中国物联网网络管理协议结构(RFID-MP).为中国物联网的架构、信息服务系统和网络管理协议的发展和研究提供了参考.

3.学位论文 冯波 无线射频识别(RFID)与物联网关键技术研究 2009

无线射频谚{别RFID(Radio Frequency Identification Technology)是一种非接触、低功耗和低成本的无线通信技术，可应用于物体识别和数据采集。与条形码相比，RFID具有非呵视传输、批量读取和能在恶劣环境下工作等优点，能广泛应用于各个行业，有着巨大的应用前景。然而，单纯的RFID技术很难充分发挥其效用，RFID真正的价值在于结合Internet、数据库和中间件等技术构建一个全新的网络系统--物联网(the Internetof

Things)。在物联网中，任何物体都可以被RFID标识为可移动的网络节点，从而可以被追踪、追溯、监测和触发事件。但是物联网的实现还面临很多挑战，如多标签冲突问题、RFID数据的巨量性和动态性、RFID网络的异质性与分布性、应用系统集成等。针对这些问题，本文对RFID及物联网涉及的一些关键问题进行了深入的研究，主要工作及成果包括：　　

1、首次引入开放的复杂巨系统相关理论来描述物联网，从系统学的角度阐明物联网是一个典型的开放的复杂巨系统，它具有开放的复杂巨系统的特点：开放性，巨量性，层次性和进化与涌现性。指明把握物联网发展的整体规律，从整体上分析物联网的大规模范式、物联网的计算问题、物联网的安全问题和物联网的发展模式，将有助于对物联网的深入研究、规划和设计。　　

2、提出一种被称为基于栈的ID-二进制树防冲突算法SIBT，SIBT算法的新颖性在于它将n个标签的ID号映射为一棵唯一对应的ID-二进制树，标签识别过程转化为在阅读器中创建ID-二进制树的过程。为了提高多标签识别效率，阅读器使用栈保存已经获取的ID-二进制树创建线索，标签用计数器保存标签在该栈中的深度。理论分析和仿真结果表明SIBT算法的性能优于其它基于树的防冲突算法。　　

3、提出一种新的RFID事件处理语言RCEP(RFID Complex_Event Processing)，利用时间约束、空间约束和属性约束来描述RFID数据过滤规则，并依据RFID事件间的时间相关性、空间相关性和属性相关性定义复杂事件模式。提出一种新的基于时间特性和空间特性的非确定的有限自动机F-NFA，利用F-NFA可以高效的对RFID输入事件流进行预处理(过滤)并检测出输入事件流中隐含的复杂事件。　　

4、提出了一种新的RFID中间件三层体系结构和实现框架，框架中定义的各功能模块有效的解决了RFID中间件面临的计算难题，同时给出了一个参考实现。　　

5、将本文部分研究成果应用于“粤港RFID物流通关信息服务平台”项目，通过实践检验本文部分研究成果的有效性，为物联网的最终实现做出了积极的尝试和探索。

4.期刊论文 宋琦.SONG Qi 基于RFID的物联网技术在企业中的应用 -科技传播2010(16)

过去的10 年间,互联网技术和应用取得了巨大的发展.随着全球信息革命的深入,"物联网"技术正受到业界的广泛关注.物联网技术体现了网络的演进和融合的趋势.本文介绍了物联网技术的概念、发展状况以及几个行业内的热点运用,描述了物联网技术的实现方式和应用优势.

5.期刊论文 戴刚.刘沅杰.郝俊华.DAI Gang.LIU Yuan-jie.HAG Jun-hua 基于RFID的物联网研究与应用 -现代计算机（专业版）2010(10)

介绍物联网系统体系架构和RFID技术工作原理,分析物联网结构特点,在RFID信息采集技术的基础上,给出一个基于RFID的物联网系统架构,为物联网应用提供一种综合、可靠的解决方案.

6.期刊论文 易翔翔.孟凡萍.Yi Xiangxiang.Meng Fanping 物联网环境下RFID技术发展应用研究 -国防技术基础2010(4)

本文基于我国RFID技术发展、标准及应用现状,研究我国物联网发展对RFID技术发展的影响,提出了在完善标准、发展超高频技术、物联网试点应用等方面开展应用研究的建议.

7.期刊论文 秦滔.QIN Tao 物联网与RFID中间件探讨 -电脑与信息技术2010,18(4)

物联网已经逐步在我们生产与生活中得以应用,文章对物联网基本组成与应用流程进行了介绍,描述了物联网中关键技术RFID的原理,在分析RFID中间件系统功能的基础上,阐述了一种基于J2EE、SAVANT技术的RFID中间件系统的构建方法.

8.期刊论文 余雷.Yu.Lei 基于RFID电子标签的物联网物流管理系统 -微计算机信息2006,22(2)

本文分析了RFID电子标签不同于传统条形码的优点,介绍了RFID电子标签的工作原理,提出了要建立基于RFID电子标签的物联网,以更智能化的物联网络实现商品及物流的智能管理模式,介绍了电子标签如何进行物品的包装和物流管理,介绍了RFID电子标签的标准制定情况,以及RFID现在存在的问题及解决方法.

9.学位论文 余松森 物联网RFID反碰撞问题研究 2006

物联网(InternetofThings)是最近刚刚提出来的利用EPC(ElectronicProductCode)、RFID(RadioFrequencyIdentification)通信技术实现全球物品信息共享的一个建立在Internet上的全球网络。其目的是实现“物与物”之间互联。在物联网众多关键技术中，附有EPC代码信息的电子标签识别问题是其最首要的一环。

当阅读器信号作用范围内存在多个标签，同一时刻有两个或者以上的标签向阅读器返回信息时，将产生冲突，称为标签冲突。另外，当一个标签同时处于两个或多个阅读器的问询区，同一时间有两个或以上阅读器试图与这个标签通信时，也将产生冲突，称为阅读器冲突。解决冲突的算法称为反碰撞算法。传统的无线电技术已有空分多路法、频分多路法、时分多路法以及码分多路法来解决类似问题。但是物联网的电子标签由于成本限制，其功能是有限的。在和阅读器通信的过程中既不能区分不同的阅读器，也不能在和阅读器的通信过程中发挥一定的辅助作用，不支持复杂的通信协议，所使用的工作频带有限制。另一方面，阅读器只影响和它相毗邻的通信媒体；标签内包含的信息量很少，阅读器与标签之间的通信时间很短。因此，物联网中射频识别问题与传统的无线信道多路访问问题有很多不同之处。

本论文主要对物联网中RFID反碰撞问题进行理论和应用方面的研究，其贡献在于：

一、论文从电磁耦合的角度介绍了射频识别技术中的通信实质，指出射频识别系统中的反碰撞问题仍属于多路信道访问的范畴。根据射频识别系统的特点，最适合的多路信道访问方式主要为时分多路访问。

二、针对解决标签冲突的随机ALOHA类消解方案其效率较低，特别是随着标签数量的扩大，性能均激剧恶化的特点。本文创造性提出双向二进制指数索引算法协议，根据阅读器每次识别的结果，标签以递增或递减方式修改其应答概率。其识别过程可以用马尔可夫吸收链理论进行刻划描述。最终实验结果表明：该算法识别效率在最好时为0.42，在动态以及标签数量急剧增大的情况下也可以稳定地达到0.322，性能极其稳定。

三、为了降低标签的成本，文中进一步分析了双向二进制指数索引算法在识别效率能初步达到最优的情况下，标签可以取的极小状态级别数k=4；标签应答概率动态变化时，递增或递减的幅度x=1.5时性能更加合理。

四、解决标签冲突的确定性方案主要是树型类算法，已存在的算法协议缺陷在于阅读器未充分利用以前的识别信息。本文分析碰撞时的特点，提出基于后退式索引的二进制树型反碰撞算法：①、碰撞发生时，根据碰撞的最高位，跳跃式向前搜索；②、无碰撞时，采取后退策略，最终能够快速地识别所有标签。实验结果及数学归纳法证明表明：识别n个标签，阅读器共需要问询2n-1次，平均问询次数2次。同时采用数据拟合的方法得到标签的平均应答次数为1.227+1.004log2n。

五、对后退式索引树型反碰撞算法的进一步分析表明，阅读器与标签之间传递的EPC数据具有互补性，算法协议可以作进一步改进。所传输的EPC参数采用不定长方式动态进行，信息吞吐量可进一步提高，所节省的通信量在32.5％以上。

六、频率干扰和标签干扰是阅读器冲突中主要存在的问题。根据染色理论可以将阅读器冲突的问题抽象模型化为图的染色问题。然而，由于图的全染色问题是一个NP难题，本文给出其的图形化解决公式。针对具体的RFID阅读器网络应用，其阅读器和标签一般采用同一频率通信，需要解决的主要是标签干扰，采用色度波算法能够在各阅读器之间动态地分配工作时隙，避免多个阅读器对同一标签在同一时间的识别冲突。该算法尤其适合阅读器网络环境变化的需求。

七、未来射频识别系统工作环境各异，考虑到有些场合无法采用有线方式对标签进行实时数据采集传输，论文最后提出了一种采用CDMA无线数据传输的RFID阅读器软件体系结构设计。根据现场标签数据量及操作方式CDMA模块可采用文件数据包方式或者以扩展短消息方式进行传输。同时阅读器支持对多种类型的标签进行读写操作。

10.期刊论文 任志宇.任沛然.Ren Zhiyu.Ren Peiran 物联网与EPC/RFID技术 -森林工程2006,22(1)

本文介绍了产品电子代码与射频识别技术(EPC/RFID)的基本原理和工作特点.EPC/RFID物品识别技术系统主要是由EPC编码标准、RFID电子标签、识读器、Savant网络、对象名解析服务以及EPC信息服务等六方面的功能集成来实现.通过与被广泛使用的条码技术进行了比较,展望了EPC/RFID技术广阔的应用前景.本文又在EPC/RFID技术和互联网的基础上探讨了物联网的技术概念与方法,为物流与物品的跟踪与管理介绍了一种全新的、更可靠的技术解决方案.

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