物联网发展阶段及其关键技术

黄晓巧 杨彦青

1许昌学院公共实验中心 河南 461000 2张家口职业技术学院宣传统战处 河北 075000

0 前言

“物联”是继计算机、互联网之后世界信息革命的第三浪潮。一方面，物联网可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面，物联网又可以推动经济技术的研发。现在全球各个国家都在争先恐后对物联网进行研究和开发，希望在这个领域取得话语权。

1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中曾经提及物联网的概念。不过，“物联网”概念的真正提出是由麻省理工学院Kevin Ashton在1999年提出的，“物联网”被定义为：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。2005年，国际电信联盟(ITU)发布了一份题为《The Internet of things》的年度报告，正式将“物联网”称为“the Internet of Things”。

1 物联网发展阶段

物联网从无到有，再到发展壮大都需要经过一定的历史时期。物联网一般要经历下面几个阶段。

(1) 物联网为孤岛方式

这个阶段是物联网的起始阶段，物联网是传感网，不接入互联网。主要进行实验以及为了某种特殊用途而建立起来的传感网。物联网是传感网，只是给人们生活的环境中的物体安装传感器，这些传感器可以很好地帮助我们认识环境，这个传感网不接入互联网，例如上海浦东机场的传感器网络。其本身并不接入互联网，却号称是中国第一个物联网。物联网与互联网是相对独立的两个网络。

(2) 物联网与互联网相互融合

物联网研究与开发不断向前推进，物联网不再是全新的网络，不再是独立的网络，它要借助于互联网的优势来发展自己，互联网毕竟发展到今天依然这么兴盛，而且还再不断的状大中，这和互联网本身的功能、技术是分不开的。物联网也可以认为是互联网发展的自然延伸和扩张，是互联网的一部分。互联网是可以包容一切的网络，将会有更多的物品加入到这个网络中，也就是说，物联网是包含互联网之中的。

(3) 物联网是泛在网络

随着物联网技术的成熟以及各方面的标准的出台，未来的互联网将会是物联网的一部分。人，物品随时随地都被身边的物联网所包围，人可以随时随地与想要进行信息交流的人或物进行信息交换。这个阶段的物联网就是泛在网络。泛在网即为物联网和互联网发展的终极目标---人类可以随时、随地，使用任何网络，联系任何的人或物，达到信息的交互的自由。

2 物联网的工作原理

物联网由 EPC(产品电子代码)标签、解读器、分布式Savant软件系统、Internet、ONS(Object Naming Service)服务器、PML(Physical Markup Language)服务器以及众多数据库组成。各部分之间分工合作，通过传送、感应、管理等过程，实现物与物之间的感知，因此，物联网又称传感网。

2.1 概念

EPC编码是由一个标头和另外三段数据组成的一组数字，这三段数据依次为厂商识别代码、对象分类代码以及序列号。

解读器是使用多种方式与标签交换信息的设备，主要负责将接收到的射频信息转换为相应的数据信息。

分布式Savant软件系统是处于解读器与Internet之间的中间件。解读器把传感器和电子标签的信息读取出来，送到Savant，数据经过Savant处理后，传送到Internet。

所谓ONS，是指对象名称解析服务，是一种全球查询服务，可以将EPC编码转换成一个或多个Intemet地址，从而为Savant系统指明如何找到此编码对应的货品的详细信息。

所谓 PML，是指物理标记语言。PML服务器是提供与ID相关联信息的服务器，其主要存储的内容有：每个生产商产品的原始信息，如产品EPC、产品名称、产品种类、生产厂商、产地、生产日期、有效期、是否是复杂产品，主要成分等；产品在供应链中的路径信息，如单位角色、单位名称、仓库号、读写器号、时间、城市、解读器用途以及时间等库存信息。

2.2 工作原理

如图1所示，首先，解读器通过射频信号读取EPC标签中的信息，得到一连串EPC数据，并且将其传入分布式Savant软件系统。Savant具有数据平滑、数据校验以及数据暂存等功能，由Savant将相应EPC信息传给ONS服务器，找到该EPC对应的IP地址，然后ONS服务器指示Savant到一个保存着产品文件的 PML服务器查找相关的物品信息，找到的相应文件信息可以由Savant复制，经过Savant处理后，将其传送到Internet，从而相应文件中的产品信息就能够传送到供应链上。

图1 物联网信息传感图

3 物联网的关键技术

3.1 无线射频识别技术RFID

无线射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)，一种非接触式的自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关的数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID是一种简单的无线系统，用于控制、检测和跟踪物体。RFID系统一般由阅读器、应答器(标签)和应用系统三部分组成。

RFID技术的基本工作原理：当标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统(即Savant系统)进行有关数据的处理。

3.2 智能嵌入式技术

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、对可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是以软硬件一体的，以软件为主。它一般由以下几部分组成：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，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

嵌入式技术是在 Internet的基础上产生和发展起来的。智能嵌入式技术目前主要应用于信息家电，在家庭智能管理、交通管理、环境工程与自然、电子商务等方面都得到了长足的发展。智能嵌入式技术应用前景非常广阔，在物联网中应用也会越来越广泛，就像RFID技术。

3.3 传感器与无线传感器网络

(1) 传感器

人类通过身体的感觉器官来获取外部信息，传感器就是人类感觉器官的延伸。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

(2) 无线传感器网络

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是集分布式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体的网络信息系统。以其低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点受到广泛关注。

无线传感器网络是一系列传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息，如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等。传感器网络节点为一个微型化的嵌入式系统，构成了无线传感器网络的基础层技术平台。

4 总结

物联网就其发展过程要经历物联网为孤岛方阶段、物联网与互联网相互融合阶段以及物联网的泛在阶段。物联网由EPC标签、解读器、分布式Savant系统、Internet、ONS服务器、PML服务器以及众多的数据库之间协同工作，实现物与物之间的信息交换以及物与人之间的信息互换。物联网方面的技术很多，关键技术主要有 RFID、智能嵌入式技术和传感器等。当然，物联网大规模商用还没有实现，原因很多，如标准的制定需要一定的时间，物联网的安全问题也要考虑，还需要国家出台相应的政策激励物联网的研发。

[1]AKYILDIZ IF,WANG X.Survey on Wireless Mesh Networks[J].IEEE Communications Magazine.2005.

[2]物联网及其发展概述[ES/OL].http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=6380.

[3]物联网关键技术和应用[ES/OL].http://wireless.people.com.cn/GB/10422251.html.

[4]应福.物联网技术与应用[J].通信与信息技术.2010.