物联网关键技术及问题研究

标签：IOT RFID EPC 传感技术

引言

物联网(IOT, Internet of Things) 的概念起源于十多年前：由已故的Mark Weiser普适计算之父1991年在《科学美国人》杂志中预言21世纪的计算将是泛在计算。信息无处不在，计算亦无所不在，这是物联网的概念起源。1997 年ITU 在Challenges to the Net2work的报告中提出，把所有的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。这对于物联网的形成又迈出一步。1999年麻省理工学院Auto-ID Center 提出：物联网旨在建立一个庞大的无线网络，其中的所有物体都有唯一的标识。

之后Auto-ID Center又提出全球EPC 网络的设想，其基本思想是：每件商品都被赋予一个全球唯一的代码，利用RFID技术将物品的信息与网络相连接，通过Internet实现全球物品信息的实时共享。这是现在物联网的雏形。2005年ITU又一次召开了题为In2ternet of things的会议，在会议报告中就形象地指出小到一个牙刷或者轮胎的信息很快都会在我们的网络范围之内，如图1 提出了具体的平面概念，即任何时间、地点，与任何人连接，现在我们将任何事物连接起来，今天的互联网将会为明日的物联网让位。

IBM 在2008年底提出的智慧地球，包括智慧的电力、智慧的医疗、智慧的交通、智慧的城市等。目的是将世界运行到一个更高的智慧水平，使个人，企业，组织，政府，自然系统和人造系统相互交互的方式更具智慧。这个智慧地球的概念将物联网变的更具有透彻的感知和深入的智能化。

当物联网和智慧地球的目标实现时，所有的物质都将变得透明化、智能化。人类生活的有效时间得到了提高，生活成本也将随之降低，同时有效地避免了能源浪费，从而更进一步地维护了人类的生活质量和社会安全。文中将对物联网的关键技术和存在的问题及隐患做简要的介绍。

1 物联网的关键技术

物联网是继互联网后又一次技术的革新，代表着未来计算机与通信的发展方向。这次革新也取决于一些重要领域的动态技术创新，从RFID、EPC、传感技术到认知网络、云计算等。

1.1RFID，EPC，传感技术

RFID( Radio Frequency Identification) 5是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数据信息。RFID 系统一般由标签、读写器、应用接口等硬件设备与中间件软件、传输网络、业务应用、管理系统等构成6 。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。软件包括RFID 系统软件、 RFID 中间件、后台应用程序。RFID 系统软件是在标签和读写器之间进行通信所必需的功能集合。RFID中间件是在读写器和后台处理系统之间运行的一组软件，它将标签和读写器上运行的RFID 系统软件和在后台处理系统上运行的应用软件联系起来。后台应用程序接收由标签发出,经过读写器和 RFID 中间件处理过滤后的标准化的数据。这样的RFID 系统可以实时自动地对物体进行识别、定位、监控、追踪。 EPC6( Electronic Product Code) 是一种编码及接口标准，专用于RFID。传统的观点认为EPC 是RFID 中的一种技术标准，也就是说EPC的载体是RFID 电子标签。现今提到的EPC 系统是在互联网、射频技术与计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术构造一个物品信息实时共享的网络。

传感器在弥合物理和虚拟世界差距方面发挥了关键作用，使得物体对可以自身环境的改变做出反应。一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感网络使用，称为无线传感网络(WSN) 。无线传感网络具有无需固定设备支撑的特点，可以快速部署，同时具有易于组网，不受有线网络的约束。在无线传感器系统中，单个节点能够感应其环境，然后在本地处理信息，或者通过无线链路将信息发送到一个或多个集结点。由于RF 发射功率低，所以每个节点的传输距离比较近。短距离传输使传输信号被窃听的可能性降到最小，同时还延长了电池的寿命，适用于物于物之间的联系。

1.2 物联网的认知技术

物体本身加入智能化，通过下放信息处理能力给网络边缘来增强网络的功能，这样为数据处理和增加网络弹性提供了更大的可能性。赋予网络边缘的事物独立处理和决定的能力。智能意味着机器能对外界的刺激信息做出反应并通过学习和规划做出决策来应付外界的变化，即能够模拟人类的一些智能活动，能感知当前网络条件，然后依据这些条件做出规划、决策和采取动作。

这里说的认知必须是自感知的:应该能知道内部发生了什么，必须做什么;必须能确定适当行动去达到目标和学习这些过程。如图2 对认知学的过程进行了形象描绘，文献提出通过感知、规划、决策、学习、行动、策略这六个步骤结合传感技术完成对事物的智能认知。通过传感器感知周围环境。由传感器捕捉到的观测结果将被用于规划，然后学习和记忆有用的观测结果，这有助于之后的决策模块做出决策。规划模块基于存储在策略模块的观测数据和策略决定了将来可能采取的行动，决策模块根据可能采取的行动和经验来决定当下行动。最后行动模块负责执行重配置。学习模块在某种意义上有着最好连接性，它可以来源于：传感器的数据，战略，决策和执行器并从这些讯息中进行联合和推断。通过一系列完整的认知过程对物联网增加智能化。

1.3 云计算

物联网要求每个物体都与它唯一的标示符相关联，这样就可以在数据库中检索信息12。因此需要一个海量的数据库和数据平台把数据信息转换成实际决策和行动。若所有的数据中心都各自为阵，数据中心的大量有价值的信息就会形成信息孤岛，无法被有需求的用户有效使用。云计算试图在这些孤立的信息孤岛之间通过提供灵活、安全、协同的资源共享来构造一个大规模的、地理上分布的、异构的资源池,包括信息资源和硬件资源,再结合有效的信息生命周期管理技术、节能技术。云计算是由软件、硬件、处理器加存储器构成的复杂系统。它按需进行动态部署、配置、重配置以及取消服务。在云计算平台中的服务器可以是物理的服务器或者虚拟的服务器，其本质是由远程运行的应用程序(在云中)驻留在个人电脑和局部服务器。