物联网的关键技术及创新型应用探究

（山东青年政治学院，山东济南，250103）

物联网的关键技术及创新型应用探究

张婷婷

（山东青年政治学院，山东济南，250103）

物联网是互联网信息技术发展的产物，被称为又一次IT的创新，其在社会生活中的应用具备了多项关键技术，本文拟从物联网的关键技术入手，探讨如何在社会生活中对其进行创新型应用，希望能够为物联网的应用工作提供一些参考意见。

物联网；关键技术；创新型应用

近些年来，我国的信息技术已经获得了长足的发展，信息技术的应用催生了物联网的概念。美国麻省理工学院在1999年建立了自动识别中心，该中心提出了网络无线射频识别系统，将物品通过射频信号的识别原理来感知信息设备，进而与互联网项链，实现智能化的识别与管理。当时在概念提出以后不同的学者对其也进行了不同的定义与解释，至今也尚未形成一个工人的准确定义。简单的物联网就是将物进行连接，并不包含人的存在，从广义的角度来说，物联网可以将物与物、物与人进行连接，使得人和环境可以进行交互，达到人和社会进行信息交换的程度。可以说物联网的连接包含了三个维度。

物联网是基于互联网技术为基础，通过使用多种多样的信息传感设备，将数据传输进入互联网，然后借助互联网将人和物的信息进行连接，从而最终建立一个巨大的智能网络。

1 物联网的关键技术

物联网的各个环节都有着很强的异构性，为了实现异构信息的互联与通信，互相操作，因此在未来发展的物联网当中需要拥有一个具备分层、开放、拓展的网络体系结构。当前我国的研究人员所认可的物联网体系架构主要有五层，根据ITU-T.Y.2002的建议，整个架构需要以USN高层架构为基础，从下到上分成底层传感器、泛在传感器接入网络、泛在基础骨干网络、泛在网络中间节点、泛在传感网络平台五个层次。

根据当今世界的物联网应用水平，目前人们可以使用到的物联网技术总结来说主要有以下四种。

1.1M2M技术

M2M技术主要代表了机器和机器之间（machine to machine）的通信连接方式，同时也涵盖了人与机器之间（man to machine）的通信，其以智能型的交互方式为核心进行网络化的服务于应用。当前使用到的M2M技术，主要指的是非信息技术设备利用驳接移动网络的方式来连接到其它IT设备系统。

从实际的组成部分来说，当前的M2M技术主要可以分为三个部分，首先是应用中心，应用中心的主要功能是对每一个行业中物联网的数据终端进行数据的监控，因此每一个终端都是一个数据的集合点，其次是无线终端，无线终端的类型是多种多样的，并不仅仅局限于人们日常生活的电脑与手机，而是行业中用到的专业终端，最后是传输通道，传输通道指的是从数据采集的终端通过无线连接到用户的数据处理中心之间的数据通道。

1.2传感网技术

分布式温湿度传感器可以监测环境异常，有异常则报警。动态密码电子锁代替普通的机械锁和电子锁，结合热释电传感器检测非法侵入。动态密码电子锁代替传统锁具锁闭集装箱，其开关状态信息通过锁具内嵌的蓝牙实时传输至处理核心。热释电传感器安装在集装箱内用于检测是否有人进入，检测到有人进入后与主控制器收集到的电子锁的开关状态进行比较，如此时电子锁状态为打开则判定为正常开箱，如强行开锁或未开锁暴力拆解进入则会被判定为非法侵入，此时树莓派控制核心向平台发送报警信息并调用摄像头录制现场视频并发送。安全保障模块工作流程如图2所示。

在ITU-T.Y.2221建议中，传感网技术是将互联网的传感节点进行互联，通过有线或无限的形式进行数据交换。传感器终端通过传感器和可选的检测处理数据及联网元件执行构成。传感器是感知物理条件或者化学物质同时进行数据传递和信号观察特性的电信号连接的电子设备。

传感器网络与其它类型的网络而言具有独特的方面，也就是资源有限、具有高度的自组织结构、高度的动态响应和应用还有高速的处理处理中心。通过无线传感物联网，多个能够进行无线通信和数据处理能力的小型化低功耗传感节点可以组成，传感节点可以采集信号，处理无线数据、自组织和进行无线通讯，帮助完成大规模的多元检测任务、网络中的节点中只有少量汇聚节点可以进行指令的发布和数据采集，与互联网拨接通信。传感节点只能够采集信号，不能够对对象进行标定，只能够在小范围内进行信号采集与传输，不能够在物与物之间赋予信号传输能力。当前物联网与互联网已经是不可分割的两个部分，其主要区别可以通过下面两个公式来表示：

互联网技术=计算机技术+微电子技术+通信技术

物联网技术=互联网技术+识别技术+智能执行系统

如今信息技术革命已经极大地改变了人们的生活，全球已经进入了互联网的时代，在物联网应用中，首要的问题就应当是及时获得准确迅速的数据信息，然后再对这些信息进行及时的加工处理，在这样的要求下，传感器网络就显得十分重要，尤其是传感器终端，它们是人们获得自然环境和各行各业中信息数据的重要途径与主要手段。

1.3射频识别技术

射频识别技术主要是利用射频传感器和多跳自组织传感网络，协作感知、采集网络覆盖范围内的感应对象的基本电子信息。射频技术依附于敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术。因此对于综合技术与基础技术具有很高的要求。当前射频识别技术在被测量类型、稳定可靠性、功耗、成本等内容上还没有充分进行优化，是当前物联网发展的重要瓶颈。

射频识别系统最典型的设备就是读写器，读写器的主要原理就是对带有标价等信息的电子标志进行读写，并在后期进行数据整理和处理。后期的信息处理工作可以根据用户的使用需求来进行处理和工作，由于每一个带有电子射频信息的标签在整个物联网中都是唯一的，因此即使在携带的数据类型上并不能够完全符合读写设备的要求，其兼容性由于在特定的行业环境内也不会产生太大的负面影响。一般来说，物联网对于N个射频标签的管理，每一个标签都有M bit，根据EPC Class 0 标准通信协议的12.5μs/bit，一个M位的射频ID发送时间为M*12.5μs，这样当射频标签数量一定的时候，算法时间与算法效率是线性增长的关系。在管理射频ID的过程中需要运用修剪枝算法，完整的识别需要结合寻找过程和定位过程。寻找过程是无效的碰撞过程，定位过程是有效的。对于N个射频标签，就有N-1个无效碰撞，还要有N个有效定位过程，也就是说完整的修建枝算法总的识别时间就是：

T=(2N-1)×M×12.5μs

该算法的具体定义是假设射频ID管理设备需要对N个标签进行读写，每个标签的序号有M bit，那么就可以根据类二进制搜索算法估算出所有标签的识别总时间T：

T=N*M*τ

其中τ为每次搜索所用时间，也就是读写设备发送REQUEST命令到标签返回1bit数据所花费的时间，例如在EPC Class 0标准通信协议的规定中τ就是为12.5μs/bit。

对于物联网、泛在网络和传感器网络之间的关系和自己运用的技术，他们之间的关系可以简要地表达为泛在网络包含了物联网，而物联网又包含了传感器网络。

1.4泛在网络

泛在网络指的是在服务预定的情况下，个人节点和设备终端可以部分时间与地点地，以最少的技术壁垒驳接到通信和服务的能力。泛在网络可以实现人与人、人与物之间无所不在的通信能力，是一种涵盖了不同应用，容纳智能识别与感知、广泛网络连接、深度通信技术等内容的网络，远远超越当前的电信网络。在近距离的通信技术上，目前应用较多的是基于IEEE的近距离媒体接入物理层和控制层的802.15.4规范，这样的规范在当前世界上是主流的通信技术规范，目前应用的最为广泛的就是在工业、医疗和科研领域。

2 物联网的创新型应用

当前物联网在现代社会中的应用已经初见雏形，由于其在信息的采集处理上具有十分快速和准确的特点，其在人们的生活中可以在未来和现代实现更多的创新型应用，具体来说可以在以下几个方面得以体现。

2.1物联网超市

当前人们生活中的超市虽然已经实现了近距离的通信技术，但是在未来以物联网的特殊优势完全可以进行更加智能化的超市购物体验。例如顾客可以在超市中进行一次性完整的结账，也就是说顾客可以将选购的商品放入购物车内，在推动购物车经过结账点时，购物车内的所有物品都能够一次性地被全部扫描和读取，再在顾客随身携带的购物卡中进行一次性扫描刷取购物金额。整个超市不存在人工的收银员，顾客可以完全自主地推动购物车走出超市，在行进途中就完成了从扫描到刷卡的全部操作，并且顾客在购物完成后还能在网络中查询到自己的购物历史信息等数据。

2.2物联网医院

当前，物联网技术已经在人们生活的周边医院中有了一定程度的应用，各类医疗器械的终端都已经形成联网数据，前来就诊的患者无需携带各类纸质的诊断文书进行来回跑动。在物联网技术的帮助下，医院可以在当前基础上进行进一步的智能化建设，利用人们随身携带的手机作为近距离的通信设备，不仅可以扫描患者的病情数据，还可以帮助领取查询药品等操作。物联网的优势就是对数据的预防和监控，因此医院患者身上可以携带一些微小轻便的传感设备，对人当前的生理数据机型即时监控，并传输到医生的工作终端中去。如果患者的生理数据出现了异常，那么该数据会及时在患者的手机上进行提醒，同时通知医院的就诊医生进行及时检查。还有如果健康的人们在生活中突然发生了以外，那么其身上携带的便携性传感设备也可以对人的数据进行及时监控，通过射频识别技术、近距离通信技术、无线网络通信、蜂窝数据、无线互联网等多种技术进行数据联通，帮助医院的主治医生在第一时间了解到病人的生理数据，这样可以为挽救病人的病情乃至生命赢得更多的时间。

2.3物联网安防

由于物联网的众多终端可以快速及时地对数据进行读取和查看，因此其已经被广泛地应用在各种场合的安全防控系统中，其主要应用在以下几种行业当中。首先是环境行业，物联网可以用于检测地震、火灾、水灾、空气、水源等多种环境数据，为人们生活的安全保驾护航，其次是建设行业，物联网可以对建筑物中的漏气、漏水、火灾、晃动、外部侵入等事件和行为进行及时的监控和预警，最后是个人安全的防控，物联网也可以通过对个人在生活中发生的抢劫、盗窃、购物、支付、身份识别等安全行为进行及时的帮助和报警，尽最大可能减少个人的生命财产损失。

2.4物联网物流

物流行业是一项对于即时数据的准确性和快速性要求非常高的一个行业，其数据的发布水平可以很大程度影响到客户对于物流企业的服务质量满意度。物联网在物流行业中非常有优势，利用其射频识别技术可以对物流的货物进行随时监控，这样可以帮助管理者更好地掌握货物的位置。

除此以外，对于畜牧业的管理人员来说，可以给饲养的每一只禽类都安装识别码，这样的识别码可以伴随其一直到市场上的销售探微上，这样就可以保证食品安全，消费者也可以根据其识别码来查询肉类的来源等等。还有零售商也可以通过物联网来对货物进行更高标准的管理，如果某种类型的货物出现了库存不足，那么零售商就可以及时感知并进行适当补货，避免出现供货不足的现象。

2.5物联网建筑

物联网技术如今也可以应用在人们的家居建筑中来，例如带有家庭多媒体中心的设备可以轻易地与各类网络设备进行连接，使得家庭中的各类电器、数码设备、网络设备等形成一个互联的局域网，同时家居环境内的温度、湿度等数据也可以通过传感器来进行及时的监控，使电器及时工作，保证家居环境的舒适。还有，家庭建筑中的各个传感终端还可以及时地收集各种类型的当前运行数据，甚至能够在数据异常的情况下及时进行自我检查，帮助排除故障，例如洗衣机可以在自身运转异常时自动连接厂家客服中心报告故障代码，这样厂家就可以及时进行感知从而上门进行维修或者更换服务。

除此以外，物联网技术还可以广泛地应用在人们生活的多个方面，例如在环境保护、食品安全、物流跟踪、财务安全、航空航天、垃圾回收、工业生产等各种各样的领域中，物联网都可以发挥关键作用。

3 总结

总的来说，物联网是现代信息网络技术发展的综合性产物，目前已经在各行各业中产生了非常广泛的应用，可以说物联网是计算机技术的一次革命性成果，可以说物联网不仅可以在当前极大地方便各行各业的生产与管理，使人们的生活更加便捷，未来它必将在更多的领域内以更加先进成熟的技术进一步改变世界。

[1] 柴念龙.浅谈物联网技术的应用和发展现状[J].北京：消费电子，2012(15)：60.

[2] 张帆.浅谈物联网技术的应用与发展[J].北京：计算机光盘软件与应用，2012(20)：130.

[3] 胡斌.物联网产业创新的理论与实证研究[J].太原：生产力研究，2012(7)：188-190.

Research on the key technology and innovative application of the Internet of things

Zhang Tingting
(Shandong Youth Political College,Shandong Ji'nan,250103)

The Internet of things is the product of the development of the Internet information technology, called again,the innovation of IT, its application in the social life have a number of key technologies, this article,from the key technologies of iot,discusses how to carry on the innovative application in social life,hope to be able to work to provide some references for the application of the Internet of things.

The Internet of things;The key technology;Innovative applications