物联网的关键技术

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物联网关键技术

作者：刘伟 张益铭

来源：《数字技术与应用》2011年第06期

摘要：物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展，物联网产业具有产业链长、涉及多个产业群的特点，应用范围几乎覆盖了各行各业。本文首先介绍了物联网的概念，然后详细分析了物联网的关键技术，最后，对物联网的应用及存在的问题进行了探讨。

关键词：物联网RFID传感器传感器网络

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2011）06-0172-02

1、概述

物联网概念1999年由麻省理工学院自动标识中心提出，早期的定义很简单：把所有物品通过射频识别标签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。它通过各种信息传感设备，实时采集需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络，实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网是一个动态的全球网络基础设施，它将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道，构成未来互联网。

2、关键技术

根据国际电信联盟2005年的《ITU互联网报告2005：物联网》报告，目前影响全球物联网发展的主要有射频识别技术、传感器技术、传感器网络技术、嵌入式智能技术以及纳米技术等。

2.1 射频识别（RFID）技术

射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，是一种20世纪90年代开始兴起的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合和传输特性，实现对静止或移动物体的自动识别。可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

物联网的关键技术

摘要: 物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络，是新一代信息技术的重要组成部分，近年来发展迅速，具有广阔的应用前景[1]。作为动态的全球网络基础设施，它的根本是物与物、人与物之间的信息传递与控制。物联网技术是一项综合性的技术,涵盖了从信息获取、传输、存储、处理直至应用的全过程，其关键在于传感器和传感网络技术的发展和提升，根据侧重点不同物联网技术的划分标准也不同，国际电信联盟的报告分为四大关键性技术：标签物品的RFID、感知事物的传感网络技术、思考事物的智能技术、微缩事物的纳米技术[2]。本文首先介绍这些技术的基本原理和发展，并就其中的几个核心技术进行详细的认识和探究,同时分析技术应用背后面临的问题和挑战，为物联网的发展提出更具前瞻性的建议。

关键词：物联网 关键技术 RFID 面临问题

0引言

物联网是将无处不在的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等和“外在使能”的，如贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”，通过各种无线/有线的长距离/短距离通讯网络实现互联互通（M2M)、应用大集成、以及基于云计算的SaaS营运等模式，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

从1999年Ashton教授在研究RFID时最美国召开的移动计算和网络国际会议首先提出物联网(Internet of Things)这个词，2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟正式提出了物联网的概念，到现如今各国政府重视下一代的技术规划，纷纷将物联网作为信息技术发展的重点。IBM更是提出“智慧的地球”的最新策略，并且希望在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，从而带动经济的发展和社会的进步，希望以此掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技产业革命[3]。

物联网的概念及其关键技术

物联网是一种将物理世界的对象（如机器、汽车、温度传感器等）与网络连接起来，使它们能够互相传输数据和信息的技术。它把传感器、计算机和网络结合在一起，可以收集、处理和传输数据，实现物理世界与虚拟世界的互联互通。

物联网的核心技术包括无线传感技术、网络技术、计算机技术、数据挖掘技术和智能控制技术。无线传感技术可以将物理世界的信号转换成数字信号，通过网络传输，实现物联网的连接。网络技术可以实现物联网的网络连接，计算机技术可以实现数据的处理和存储，数据挖掘技术可以从大量数据中提取有用信息，智能控制技术可以实现远程控制和自动化控制。

物联网的技术可以极大地提高人们的生活质量，它可以用于家庭安防、智能家居、智能交通、智能电网、智能工厂等领域，为人们提供更便捷、更安全、更智能的服务。

物联网关键技术

物联网的产业链可细分为标识、感知、信息传送和数据处理这4个环节，其中的核心技术主要包括射频识别技术，传感技术，网络与通信技术和数据的挖掘与融合技术等。

(1) 射频识别技术。

RFID技术是一种无接触的自动识别技术，利用射频信号及其空间耦合传输特性，实现对静态或移动待识别物体的自动识别，用于对采集点的信息进行“标准化”标识。鉴于RFID技术可实现无接触的自动识别，全天候、识别穿透能力强、无接触磨损，可同时实现对多个物品的自动识别等诸多特点，将这一技术应用到物联网领域，使其与互联网、通信技术相结合，可实现全球范围内物品的跟踪与信息的共享，在物联网“识别”信息和近程通讯的层面中，起着至关重要的作用。另一方面，产品电子代码(EPC)采用RFID电子标签技术作为载体，大大推动了物联网发展和应用。

从分类上看，RFID技术根据电子标签工作频率的不同通常可分为低频系统（125kHz、134.2kHz），高频系统（13.56MHz），超高频（860MHz-960MHz）和微波系统（2.45GHz、5.8GHz）等。

低频和高频系统的特点是阅读距离短、阅读天线方向性不强等，其中，高频系统的通讯速度也较慢。两种不同频率的系统均采用电感耦合原理实现能量传递和数据交换，主要用于短距离、低成本的应用中。

超高频、微波系统的标签采用电磁后向散射耦合原理进行数据交换，阅读距离较远（可达十几米），适应物体高速运动，性能好；阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性，但该系统标签和读写器成本都比较高。

根据电子标签供电方式的不同，电子标签又可分为无源标签（Passive Tag）、半有源标签（Semi-Passive Tag）和有源标签（Active Tag）三种。

无源电子标签不含电池，它接收到读写器发出的微波信号后，利用读写器发射的电磁波提供能量，无源标签一般免维护，重量轻、体积小、寿命长、较便宜，但其阅读距离受到读写器发射能量和标签芯片功能等因素限制；