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物联网体系初步成熟

2015-06-30

 物联网被认为具有比目前人与人通信市场更大的发展潜力,是电子信息产业新的增长点。中国通信标准化协会对于物联网的定义是:通过部署具有一定感知、计算、执行和通信等能力的各种设备,获得物理世界的信息,通过网络实现信息的传输、协同和处理,从而实现广域的人与物、物与物之间信息交换的互联的网络。根据这个定义,物联网技术包括使物体设备具有感知、计算、执行和通信能力的技术,还包括信息的传输、协同和处理技术。只要能提升设备的网络通信能力并进行信息处理的技术都可以应用于物联网,在这种情况下,物联网技术体系包含的技术很多,存在着零散、发展水平不一致等问题。技术体系的零散导致物联网行业难以成为一个整体,影响了物联网产业的发展。

物联网包括三大技术体系

    根据功能,物联网技术可以分为三类:感知技术通过多种传感器、RFID、二维码、定位、地理识别系统、多媒体信息等数据采集技术,实现外部世界信息的感知和识别;网络技术通过广泛的互联功能,实现感知信息高可靠性、高安全性进行传送,包括各种有线和无线传输技术、交换技术、组网技术、网关技术等;应用技术通过应用中间件提供跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同及共享和互通的功能,包括数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务、信息呈现、服务体系架构、软件和算法技术等。

在这些技术中,目前存在着三个比较重要的体系,第一个是RFID体系,除了RFID技术外还包括条码和二维码等,这个体系的技术主要用来识别物体,不能对物体进行控制,一般需要手动读取信息;第二个是传感网体系,这里面的主要技术是传感器技术和近距离通信技术;第三个体系是M2M技术,M2M是重在强调广域网络传输的技术。另外,半导体、嵌入式等作为支撑技术,在每个体系中都有所涉及。

严格来说,M2M不能算一种技术,而是与物联网类似的概念。但目前M2M更多地被电信运营商所使用,电信运营商一般将自己的物联网业务称为M2M业务。电信运营商拥有的资源首先是网络传输资源,在这种情况下,M2M技术包括数据网络技术,比如蜂窝移动通信、以太网、有线电视网、电力线等有线通信技术;另外还有基于具体业务的传感、网关、软件应用等技术。

传感网技术实现了信息的感知和获取,是物联网发展的基础技术之一。传感网技术及其发展体现在传感器、传感器节点、传感器网络和应用四个层面。

RFID技术集成了无线通信、芯片设计与制造、天线设计与制造、标签封装、系统集成、信息安全等技术,目前已经进入成熟发展期。目前RFID应用以低频和高频标签技术为主,超高频技术具有可远距离识别和低成本的优势,有望成为未来的主流。条码和二维码技术由于其具有低成本的特点,目前已经大规模应用于物流和零售行业。RFID技术体系中除了通信技术外,还包括很重要的标志体系,即物品编码标准。

支撑物联网发展的关键技术

    嵌入式智能技术是将“无感知物体”转变为“智能物体”的关键技术,该特性使物体具备根据外部环境变化进行反应的能力。嵌入式智能技术的特点是将硬件和软件相结合,利用了嵌入式微处理器的低功耗、体积小、集成度高,以及嵌入式软件的高效率、高可靠性等优点,综合人工智能技术,推动物联网中智能环境的实现。嵌入式系统涵盖嵌入式硬件和软件两大部分,硬件由嵌入式处理器、存储器与外围设备、现场总线组成,软件包括操作系统、文件系统、图形用户接口等。

短距离通信技术可以延伸至蜂窝移动通信技术所难以涉及的区域,包括Wi-Fi、蓝牙、UWB、ZigBee、SmartNode等。每种技术具有不同的优缺点,目前ZigBee技术由于成本低、组网能力强,最适合成为物联网技术。ZigBee技术基于802.15.4协议,提供低功耗、低成本和轻量路由协议,因此可以组成传感器网络,不需要接入点,而且网络节点之间可以互相通信。目前的传感器网络大多采用ZigBee作为组网和传输技术。

微机电技术是指采用微机械加工技术可以批量制作的集微型传感器、微型机构、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口、通信等于一体的微型器件。其工作原理是外部环境物理、化学和生物等信号输入,通过微传感器转换成电信号,经过信号处理后,由微执行器执行动作,达到与外部环境“互动”的功能。微机电技术尚处于发展初期,各种类型传感器的集成技术还有待进一步研究。微机电技术的重要性在于在传感器的基础上引入了执行器,使得我们不仅能感知世界,还能远程控制世界,甚至让设备自动根据外界环境变化而采取不同的行为。

物联网软件系统和智能算法是物联网计算环境的“心脏”和“神经”,是物联网生态系统的重要组成部分,是确保物联网在多应用领域安全可靠运行的神经中枢和运行中心。在软件系统方面,主要涉及物联网环境下处理海量感知信息的软件系统分层结构设计、体系结构组成、各子系统的相互作用、可重构方法和技术,以及软件平台需求管理、并行开发与测试管理等。在算法方面,主要涉及物联网感知复杂事件语义模型建模算法、传感器节点感知跟踪、行为建模及感知交互算法,以及资源控制、优化、调度算法。

除此之外,还有材料技术、新能源技术、半导体集成电路技术等关键技术对物联网的发展也起着重要的支撑作用。

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