物联网体系结构、关键技术及面临问题

摘要：基于物联网的应用现状及发展前景，采用了对比分析和归纳总结的方法，介绍了物联网的概念与体系结构，简述了物联网的关键技术，包括：RFID技术、传感网技术、M2M技术、云计算和中间件技术等，指出了物联网面临的主要问题，得到了物联网必将为人类生活带来翻天覆地的变化，“智慧地球”的理想终将变成现实的结论。
关键词：物联网；RFID；传感网技术；M2M技术；云计算；中间件技术

物联网顾名思义就是“物物相连的互联网”。它是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把物体与互联网连接起来，进行信息交换与相互通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控的一种网络。
物联网有3大本质特性，即：全面感知、可靠传输、智能处理。物联网具有感知性，它可以感知人们所处的环境，最大限度地支持人们更好地洞察、利用各种环境资源以便做出正确的判断并把判断结果可靠地进行传输。物联网使得人们所处的物质世界得以极大程度地数字化、网络化，使得世界中的物体不仅以传感方式也以智能化方式关联起来。

1 体系结构
物联网的体系结构大致被公认有3个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是用于传输数据的网络层，最上面则是与行业需求相结合的应用层。如图1所示。

1)感知层
感知层主要用于感知物体，采集数据。它是通过移动终端、传感器、RFID(射频识别技术)、二维码技术和实时定位技术等对物质属性、环境状态、行为态势等动态和静态信息进行大规模、分布式的信息获取与状态辨识。针对具体感知任务，常采用协同处理的方式对多种类、多角度、多尺度的信息进行在线计算，并与网络中的其他单元共享资源进行交互与信息传输。其作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢。
2)网络层
网络层能够把感知到的信息进行传输，实现互联。这些信息可以通过INTERNET、INTRANET、GSM、CDMA等网络进行可靠、安全地传输。在传输层，主要采用了与各种异构通信网络接入的设备，如接入互联网的网关、接入移动通信网的网关等。因为这些设备具有较强的硬件支撑能力，所以可以采用相对复杂的软件协议设计。传输层的作用相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。
3)应用层
应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求相结合，实现物联网的智能应用。根据用户需求，应用层构建面向各类行业实际应用的管理平台和运行平台，并根据各种应用的特点集成相关的内容服务。为了更好地提供准确的信息服务，必须结合不同行业的专业知识和业务模型，以完成更加精细和准确的智能化信息管理。其应用包括智能交通、绿色农业、智能电网、手机钱包、智能家电、环境监测、工业监控等。

2 物联网关键技术研究
物联网是继互联网后又一次的技术革新，其关键技术包括RFID、传感网技术、M2M技术、云计算和中间件技术。
2．1 RFID技术
RFID是Radio Frequency Identification的缩写，意思是射频识别，俗称电子标签，是物联网最关键的一个技术。它是利用射频信号实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。由于它是一种非接触式的自动识别技术，因此识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作方便快捷。
RFID系统一般由读写器、标签及信息处理系统3个部分组成。标签是一个内部保存数据的无线收发装置，负责发送数据给读写器。读写器是一个捕捉和处理标签数据的装置，同时还负责与后台处理系统接口。信息处理系统则是在读写器与标签之间进行数据通信所必需的软件集合。
在RFID中要实现物体之间的互联就必须给每件物体一个识别编码，也就是用于身份验证的ID。每个物品都有一个ID来证明它的惟一性。正是RFID对物体的唯一标识性，使其成为物联网的热点技术。而作为条形码的无线版本RFID技术有条形码不具备的防水、防磁、耐高温、可加密等优点。