科技信息 ＯＩＴ论坛ｏ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１２年第１９期 物联网核心技术分析 许胜礼薛文龙 （河南经贸职业学院河南郑州４５０００１） 【摘要】物联网是以感知为前提，通过射频识别、红外感应器等信息传感设备捕捉物体的状态、位置信息，实现人与人、人与物，物与物全 面互联．从而达到对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。本文回顾了物联网的起源及发展现状，给出了物联网的定义，在此． 基础上着重分析了物联网的核心技术：物联网架构技术、无线传感器网络技术、统一标识技术和自动识别技术。 【关键词】物联网；物联网架构；物联网核心技术 Ｃｏｎｔｅｎｔ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｃｏｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＸＵ Ｓｈｅｎｇ—－ｌｉ ＸＵＥ Ｗｅｎ－－ｌｏｎｇ （Ｈｅｎａｎ Ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ Ｔｒａｄｅ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｈｅｎａｎ，４５０００１） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ｃｏｎｔｅｎｔ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ ｉｓ ｐｅｒｃｅｉｖｅｄ ａｓ ａ ｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｃａｐｔｕｒｅ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｂｊｅｃｔｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ （ｎＦＩＤ），ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｆｏｒｎｍａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ，ｒｅａｌｌｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｂｅｉｎｇｓ，ｈｕｍａｎ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｕｌｌｖ ｉｎｔｅｒｅｏｎｎｅｃｔｅｄ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｔｒａｃｋｉｎｇ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｖｉｅｗｓ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｅｎｔ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ｇｉｖｅｓ ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｅｎｔ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ：ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｕｎｉｉｅｄ ｉｆｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｄｅｎｔｉｉｃａｔｆｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｃｏｎｔｅｎｔ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ；Ｃｏｎｔｅｎｔ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｃｏｎｔｅｎｔ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｙ ｇ１ 物联网概念起源 物联网是一个近年来出现并得到迅速发展的概念．１９９１年．美国 麻省理工学院自动识别实验室在美国统一代码委员会ｆｕＣｃ）的支持下 首次提出：在计算机互联网的基础上．利用无线射频识别（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｖ Ｉｄｃｎｔｉｆｃａｔｉｏｎ，简称ＲＦＩＤ）、无线数据通信技术，构造一个覆 盖世界万物的系统．这就是物联网概念的雏形 ２００５年１ １月１７日．在突尼斯举行的“信息社会世界峰会（ＷＳＩＳ）” 上．国际电信联盟ｆＩＴｕ１在年度报告中发布了（ＩＴＵ互联网报告２００５：物 联网》一文，该报告指出：无所不在的“物联网”通信时代即将来临，信 息与通信技术的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到 连接任何物品的阶段．世界上所有的物体（从房屋到公路设施、从轮胎 到冰箱）都可以通过物联网连接并进行数据交换。本次会议正式提出 了物联网的概念 本文认为，物联网是以感知为前提，通过射频识别、红外感应器、 全球定位系统、激光扫描器、摄像头等信息传感设备捕捉物体的状态、 位置信息，再通过通信网络传递交互，实现人与人、人与物 物与物全 面互联．从而达到对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一 种网络。全面感知、无缝互联、高度智能是物联网的最大特征。 物联网的出现具有划时代的意义．它标示着物质世界自身正朝着 信息化方向发展．最终必然导致物质世界与信息世界的统一 通、智能手机的普及、科技的进步，在未来几年内，物联网将会实现跨 越式蓬勃发展。 ３物联网核心技术分析 从上述物联网的发展可以看出．支撑物联网的关键技术主要有： 物联网架构技术、传感器技术、无线传感器网络、统一标识技术、自动 识别技术、定位技术等。 ３．１物联网架构技术 根据目前对物联网的研究．业界倾向于将物联网分为三层结构： 感知层、网络层和应用层，感知层主要完成对物体的状态、位置等信息 的收集与简单处理．该层由传统的无线传感器网络（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＷＳＮ）、射频识别、红外感应和执行器等组成。网络层主要完 成信息的远距离传输等功能．包括互联网（有线、ＷｉＦｉ、Ｍｅｓｈ）；电信 ２Ｇ、３Ｇ、４Ｇ网络；卫星网；广电电视网络；ＢＷＭ网络等。应用层主要完 成服务发现和服务呈现的工作．包括智能交通、智能家居、城市管理、 环境监测等功能日 图ｌ是中国移动定义的物联网三层结构图。 ２物联网发展现状 ２１世纪是知识经济的时代，也是信息化的时代．互联网：疗兴未艾， 物联网波涛已扑面而来．继互联网把地球“变平”之后．物联网正在使 地球“变小”。美国权威咨询机构ＦＯＲＲＥＳＴＥＲ预测：到２０２０年．世界 上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比．将达到３Ｏ比１．因此， 物联网被称为是下一个万亿级的通信业务．被称为继计算机、互联网 图１物联网三层结构图 之后。世界信息产业的第三次浪潮。美国ＩＢＭ公司早在几年前，便提 出了“智慧地球”策略．美国总统奥巴马在２００９年１月２８日和工商领 也有论著认为三层结构体系不能完整全面地表达出物联网的特 袖举行的圆桌会议上也提出了相应的智慧地球的概念．其中包括专家 征和内涵，将之进一步划分为五层结构：感知层、接人层、网络层、支撑 建议的美国要形成智慧型的基础设施．奥巴马政府对此给予了积极的 层、应用层。如图２所示。 回应＿１ｊ。除美国外，欧盟及日、韩等国家和组织都正投入巨资深入研究 探索物联网，并分别启动了以物联网为基础的“智慧地球”、“Ｕ— Ｊａｐａｎ”、“Ｕ—Ｋｏｒｅａ”等国家或区域战略规划 鉴于在经济，社会和文化方面．物联网正在展示出其巨大的潜力 和魅力．这一新兴战略产业有望成为我国抢占世界新一代信息技术制 高点的桥头堡，也将成为助推中国经济腾飞的新引擎 我国从政府到 行业都给予了极大的重视．并且已将物联网明确列入《国家中长期科 学技术发展规划（２００６－２０２０年）》和２０５０年国家产业路线图。２００９年 ８月．温家宝总理在视察无锡的时候提出“感知中国”的理念．并在 （（２０１０年政府工作报名》中明确提出：今年要大力培育战略性新兴产 业．把对物联网产业的关注和支持力度提升到国家战略层面 ３Ｇ的开 图２物联网五层结构图 １２１ ２０１２年第１９期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｏ ＩＴ论坛０ 科技信息 ．在五层结构中，接入层主要完成各类设备的网络接人．该层重点 强调各类接人方式，比如２Ｇ／３Ｇ／４Ｇ、Ｍｅｓｈ网络、ＷｉＦｉ、有线或者卫星等 方式。支撑层又称业务层，主要完成信息的表达与处理．最终达到语义 互操作和信息共享的目的．它对上层需要提供统一的接口与虚拟化支 撑，对下层需要对网络资源进行认知．进而达到自适应传输的目的 在物联网体系结构基础上，架构技术要解决异构网络系统的互操 作性．支持物体的移动和环境及上下文的变化带来的无线链路的动态 变化：支持物体间断性通信连接的能力；物体之间自治的、动态的组网 能力。 ３．２无线传感器网络 无线传感器网络是信息科学领域中一个全新的发展方向．将网络 的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术 它是一种高度自 动化的信息或者数据采集技术，其中包含了自动识别、数据采集和移 动计算三个方面的技术应用 无线射频识别技术是从二十世纪９Ｏ年代兴起的一项非接触式自 动识别技术。它是利用射频方式进行非接触双向通信．以达到自动识 别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰 强、操作快捷等许多优点。其工作原理是：ＲＦＩＤ进入电磁场后．接收阅 读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片 中的产品信息（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｔａｇ，无源标签或被动标签）．或者主动发送某 频率的信号（Ａｃｔｉｖｅ Ｔａｇ，有源标签或主动标签）：解读器读取信息并 解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理 日本东京大学曾在萝 上用早期ＲＦＩＤ电子标签记录了整个萝 的生产信息．包括产地、 施肥、农药、运输信息等，买家在超市购买时可以追踪这些信息。在国 内，无线射频识别技术已经在身份证件、电子收费系统、物流管理、动 物身份标识等领域有了广泛的应用 一技术引入到无线智能传感器中．使得传感器不再是单个的感知单元． 而是能够交换信息，协调控制的有机体．实现物与物的互联．把感知的 触角深入世界各个角落．扩展了人们信息获取能力．将客观世界的物 理信息同传输网络连接在一起，为人们提供最直接、最有效、最真实的 信息。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。 无线网络技术覆盖的范围很广．既包括允许用户建立远距离无线连接 的全球语音和数据网络．也包括为近距离无线连接进行优化的红外线 物联网在改善民生、提高生产率、提升信息传送效率、降低管理成 技术及射频技术［３１ 目前无线传感器网络研究主要集中在网络节点定 本等社会各方面发挥的重要作用已经被充分认识．全球各主要经济体 位技术和时间同步技术。 及信息发达国家也纷纷将物联网作为未来战略发展方向．同时也有诸 ３．３统一标识技术 多产品进人了试验阶段．包括中国在内的极少数国家甚至已经能够实 统一标识技术解决的是对单个物体的全球统一标识问题．在提出 现物联网完整产业链，但物联网的关键技术领域仍在研究探索之中． 物联网的概念雏形之际．美国麻省理工学院自动识别实验室和美国统 距离社会化的成熟应用还需要一段时日。ｌ 代码委员会就提出了产品电子代码（ＥＰＣ１的概念．随后由国际物品 编码协会和美国统一代码委员会主导．实现了全球统一标识系统中的 【参考文献】 ＧＴＩＮ编码体系与ＥＰＣ概念的完善结合。将ＥＰＣ纳入了全球统一标识 ［１］朱宏任谈物联网［ＥＢ，０Ｌ］．新华网，ｈｔｔｐ：／／ｎｅｗｓ．ｘｉｎｈｕａｎｅｔ． 系统，从而确立了ＥＰＣ在全球统一标识体系中的战略地位．。ＥＰＣ标签 ２７／ｃｏｎｔｅｎｔ１１９５３４０４１．ｈｔｍ． 物联网关键技术介绍【Ｒ］．中国科学院声学研究所高性能网络实验室 是编号（每一个商品唯一的号码．“牌照”）的载体，当ＥＰＣ标签贴在物 ［２］沈强．２０１０—０４—２７． 品上或内嵌在物品中的时候．即将该物品与ＥＰＣ标签中的产品电子 浅谈物联网技术在数字化学习中的应用叨．软件导刊，２０１１，０９（１２４）． 码建立起了一对一的对应关系 目前统一标识技术研究内容集中在标 ［３］李萌．识的分配、标识的管理、标识加密解密、标识存储、匿名标识技术、标识 作者简介：许胜礼（１９６９一），男，汉族，河南郑州人，硕士，河南经贸职业学 映射机制等问题．并且应确保国家、企业和个人均具有一定的标识分 院，讲师，教师，研究方向为软件技术和网络技术。 配权利。 薛文龙，男，河南开封人，硕士，助教，研究方向为计算机应用、嵌入式系统。 ３．４自动识别技术 自动识别技术可以对字符、影像、条码、声音等记录数据的载体进 ［责任编辑：王迎迎］ 行机器自动识别．自动地获取被识别物品的相关信息．并提供给后台 一４结束语 一（上接第１５２页ｌ１．３湿式空气泄漏检测的方式 油箱的泄漏测试需将整个油箱总成浸入水中。这里除了要测试箱 体本身是否泄漏．还要检测箱体与加油管．排气管等焊接后连接处有 无泄漏。整个油箱总成浸入水中后．持续充以０．３ｂａｒ的压力，保持１分 钟．观察是否有气泡连续冒出．需注意刚浸人水中时如某处出现的贴 附在表面的１个气泡（无连续再出现）可视为原位置浸入水中的由于 位置特殊造成的正常现象。 若此时进行测量．则这种压力变化会被当作是由某处泄漏所引起的压 力变化，从而影响测量结果的准确性。常用解决办法是在充气和测量 之间增加一段稳定时间来消除这种影响。稳定时间的长短要根据具体 对象确定．油泵测试稳定时间大约在１５ｓ左右。 ３结语 综上所述．使用泄漏测试仪除了要考虑上述因素外还必须注意测 试仪外部环境如空调等的影响 高温清洗后的工件不宜立即进行检 ２影响测量精度的主要因素 测．被测元件的变形也会对检测结果产生很大影响．测试管道应选用 ２．１测试压力 钢管或不会变形的硬尼龙管及接头 当然．良好的电气接线．干净稳定 测试压力对泄漏率有一定的影响．且在不同的测量条件下结果是 的气源和设备年度校验是保证泄漏测试仪长期稳定精确测量的首要 不同的．一般来说多孔性较高时，实验压力对泄漏率的影响较大，而多 条件。所以在实际生产中，可根据不同应用需要，选择相应的检测方法 孔性较低时．影响较小。 进行测量，以满足生产正常需求。● ２．２温度 处于密闭容器的气体，温度升高时，内部压力随之升高。温度每变 【参考文献】 化１ ｏＣ时．引起的压力变化大致为０．３６％的压力测量值．随着测试压力 ［１］Ａｉｒ Ｌｅａｋ Ｔｅｓｔ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ Ｍａｎｕａｌ［Ｊ】．Ｃｏｓｍｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ＪＡＰＡＮ， 的提高．温度影响会变得更明显。工件的形状、表面积大小、容积、材料 １９９５．［２］陈江丹，万雪梅．气压式泄漏检测装置及应用【Ｊ］．机电工程技术，２００１（１）：３９— 等因素都会影响温度效应。通常由于测试时间较短．温度的影响不十 ４３． 分明显．无须任何动作。但若温度的影响不容忽视．则应采取相应的措 施应对。比如采用带温度补偿功能的仪器，或采用降低测试压力或者 作者简介：姚莉（１９７６一），女，中级工程师，研究领域为自控技术生产应用 采用真空法测试．以降低温度的影响 我们的测试设备就是采用了温 研究。 度自动补偿计算。 ２－３稳定时间 ［责任编辑：王洪泽］ 当一定体积的压缩空气迅速移至一密闭容器后．其压力会降低． １２２
