物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及問(wèn)題研究

標簽：IOT RFID EPC 傳感技術(shù)

引言

物聯(lián)網(wǎng)(IOT, Internet of Things) 的概念起源于十多年前：由已故的Mark Weiser普適計算之父1991年在《科學(xué)美國人》雜志中預言21世紀的計算將是泛在計算。信息無(wú)處不在，計算亦無(wú)所不在，這是物聯(lián)網(wǎng)的概念起源。1997 年ITU 在Challenges to the Net2work的報告中提出，把所有的物品通過(guò)射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現智能化識別和管理。這對于物聯(lián)網(wǎng)的形成又邁出一步。1999年麻省理工學(xué)院Auto-ID Center 提出：物聯(lián)網(wǎng)旨在建立一個(gè)龐大的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，其中的所有物體都有唯一的標識。

之后Auto-ID Center又提出全球EPC 網(wǎng)絡(luò )的設想，其基本思想是：每件商品都被賦予一個(gè)全球唯一的代碼，利用RFID技術(shù)將物品的信息與網(wǎng)絡(luò )相連接，通過(guò)Internet實(shí)現全球物品信息的實(shí)時(shí)共享。這是現在物聯(lián)網(wǎng)的雛形。2005年ITU又一次召開(kāi)了題為In2ternet of things的會(huì )議，在會(huì )議報告中就形象地指出小到一個(gè)牙刷或者輪胎的信息很快都會(huì )在我們的網(wǎng)絡(luò )范圍之內，如圖1 提出了具體的平面概念，即任何時(shí)間、地點(diǎn)，與任何人連接，現在我們將任何事物連接起來(lái)，今天的互聯(lián)網(wǎng)將會(huì )為明日的物聯(lián)網(wǎng)讓位。

IBM 在2008年底提出的智慧地球，包括智慧的電力、智慧的醫療、智慧的交通、智慧的城市等。目的是將世界運行到一個(gè)更高的智慧水平，使個(gè)人，企業(yè)，組織，政府，自然系統和人造系統相互交互的方式更具智慧。這個(gè)智慧地球的概念將物聯(lián)網(wǎng)變的更具有透徹的感知和深入的智能化。

當物聯(lián)網(wǎng)和智慧地球的目標實(shí)現時(shí)，所有的物質(zhì)都將變得透明化、智能化。人類(lèi)生活的有效時(shí)間得到了提高，生活成本也將隨之降低，同時(shí)有效地避免了能源浪費，從而更進(jìn)一步地維護了人類(lèi)的生活質(zhì)量和社會(huì )安全。文中將對物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和存在的問(wèn)題及隱患做簡(jiǎn)要的介紹。

1 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)后又一次技術(shù)的革新，代表著(zhù)未來(lái)計算機與通信的發(fā)展方向。這次革新也取決于一些重要領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)技術(shù)創(chuàng )新，從RFID、EPC、傳感技術(shù)到認知網(wǎng)絡(luò )、云計算等。

1.1RFID，EPC，傳感技術(shù)

RFID( Radio Frequency Identification) 5是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據信息。RFID 系統一般由標簽、讀寫(xiě)器、應用接口等硬件設備與中間件軟件、傳輸網(wǎng)絡(luò )、業(yè)務(wù)應用、管理系統等構成6 。標簽是一個(gè)內部保存數據的無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置，負責發(fā)送數據給讀寫(xiě)器。讀寫(xiě)器是一個(gè)捕捉和處理標簽數據的裝置，同時(shí)還負責與后臺處理系統接口。軟件包括RFID 系統軟件、 RFID 中間件、后臺應用程序。RFID 系統軟件是在標簽和讀寫(xiě)器之間進(jìn)行通信所必需的功能集合。RFID中間件是在讀寫(xiě)器和后臺處理系統之間運行的一組軟件，它將標簽和讀寫(xiě)器上運行的RFID 系統軟件和在后臺處理系統上運行的應用軟件聯(lián)系起來(lái)。后臺應用程序接收由標簽發(fā)出,經(jīng)過(guò)讀寫(xiě)器和 RFID 中間件處理過(guò)濾后的標準化的數據。這樣的RFID 系統可以實(shí)時(shí)自動(dòng)地對物體進(jìn)行識別、定位、監控、追蹤。 EPC6( Electronic Product Code) 是一種編碼及接口標準，專(zhuān)用于RFID。傳統的觀(guān)點(diǎn)認為EPC 是RFID 中的一種技術(shù)標準，也就是說(shuō)EPC的載體是RFID 電子標簽?，F今提到的EPC 系統是在互聯(lián)網(wǎng)、射頻技術(shù)與計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用RFID、無(wú)線(xiàn)數據通信等技術(shù)構造一個(gè)物品信息實(shí)時(shí)共享的網(wǎng)絡(luò )。

傳感器在彌合物理和虛擬世界差距方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，使得物體對可以自身環(huán)境的改變做出反應。一般認為短距離的無(wú)線(xiàn)低功率通信技術(shù)最適合傳感網(wǎng)絡(luò )使用，稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )(WSN) 。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )具有無(wú)需固定設備支撐的特點(diǎn)，可以快速部署，同時(shí)具有易于組網(wǎng)，不受有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的約束。在無(wú)線(xiàn)傳感器系統中，單個(gè)節點(diǎn)能夠感應其環(huán)境，然后在本地處理信息，或者通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路將信息發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)集結點(diǎn)。由于RF 發(fā)射功率低，所以每個(gè)節點(diǎn)的傳輸距離比較近。短距離傳輸使傳輸信號被竊聽(tīng)的可能性降到最小，同時(shí)還延長(cháng)了電池的壽命，適用于物于物之間的聯(lián)系。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的認知技術(shù)

物體本身加入智能化，通過(guò)下放信息處理能力給網(wǎng)絡(luò )邊緣來(lái)增強網(wǎng)絡(luò )的功能，這樣為數據處理和增加網(wǎng)絡(luò )彈性提供了更大的可能性。賦予網(wǎng)絡(luò )邊緣的事物獨立處理和決定的能力。智能意味著(zhù)機器能對外界的刺激信息做出反應并通過(guò)學(xué)習和規劃做出決策來(lái)應付外界的變化，即能夠模擬人類(lèi)的一些智能活動(dòng)，能感知當前網(wǎng)絡(luò )條件，然后依據這些條件做出規劃、決策和采取動(dòng)作。

這里說(shuō)的認知必須是自感知的:應該能知道內部發(fā)生了什么，必須做什么;必須能確定適當行動(dòng)去達到目標和學(xué)習這些過(guò)程。如圖2 對認知學(xué)的過(guò)程進(jìn)行了形象描繪，文獻提出通過(guò)感知、規劃、決策、學(xué)習、行動(dòng)、策略這六個(gè)步驟結合傳感技術(shù)完成對事物的智能認知。通過(guò)傳感器感知周?chē)h(huán)境。由傳感器捕捉到的觀(guān)測結果將被用于規劃，然后學(xué)習和記憶有用的觀(guān)測結果，這有助于之后的決策模塊做出決策。規劃模塊基于存儲在策略模塊的觀(guān)測數據和策略決定了將來(lái)可能采取的行動(dòng)，決策模塊根據可能采取的行動(dòng)和經(jīng)驗來(lái)決定當下行動(dòng)。最后行動(dòng)模塊負責執行重配置。學(xué)習模塊在某種意義上有著(zhù)最好連接性，它可以來(lái)源于：傳感器的數據，戰略，決策和執行器并從這些訊息中進(jìn)行聯(lián)合和推斷。通過(guò)一系列完整的認知過(guò)程對物聯(lián)網(wǎng)增加智能化。

1.3 云計算

物聯(lián)網(wǎng)要求每個(gè)物體都與它唯一的標示符相關(guān)聯(lián)，這樣就可以在數據庫中檢索信息12。因此需要一個(gè)海量的數據庫和數據平臺把數據信息轉換成實(shí)際決策和行動(dòng)。若所有的數據中心都各自為陣，數據中心的大量有價(jià)值的信息就會(huì )形成信息孤島，無(wú)法被有需求的用戶(hù)有效使用。云計算試圖在這些孤立的信息孤島之間通過(guò)提供靈活、安全、協(xié)同的資源共享來(lái)構造一個(gè)大規模的、地理上分布的、異構的資源池,包括信息資源和硬件資源,再結合有效的信息生命周期管理技術(shù)、節能技術(shù)。云計算是由軟件、硬件、處理器加存儲器構成的復雜系統。它按需進(jìn)行動(dòng)態(tài)部署、配置、重配置以及取消服務(wù)。在云計算平臺中的服務(wù)器可以是物理的服務(wù)器或者虛擬的服務(wù)器，其本質(zhì)是由遠程運行的應用程序(在云中)駐留在個(gè)人電腦和局部服務(wù)器。