【文章內(nèi)容簡介】 、使用等服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)超強(qiáng)的環(huán)境感知、內(nèi)容感知及其智能性，為個(gè)人和社會(huì)提供泛在的、無所不含的信息服務(wù)和應(yīng)用，是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的終極。未來泛在網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)各有定位，傳感器網(wǎng)是泛在/物聯(lián)網(wǎng)的組成部分，物聯(lián)網(wǎng)是泛在網(wǎng)發(fā)展的物聯(lián)階段，通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)之間相互協(xié)同融合是泛在網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)。傳感器網(wǎng)最主要的特征是利用各種各樣的傳感器加上中低速的近距離無線通信技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)將解決廣域或大范圍的人與物、物與物之間信息交換需求的聯(lián)網(wǎng)問題，物聯(lián)網(wǎng)采用各種不同的技術(shù)把物理世界的各種智能物體、傳感器接入網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)通過接入延伸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)末端網(wǎng)絡(luò)（個(gè)域網(wǎng)、汽車網(wǎng)、家庭網(wǎng)絡(luò)、社區(qū)網(wǎng)絡(luò)、小物體網(wǎng)絡(luò)等）的互聯(lián)來實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的通信，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，機(jī)器、物體和環(huán)境都將被納入人類感知的范疇，利用傳感器技術(shù)、智能技術(shù)，所有的物體將獲得生命的跡象，從而變得更加聰明，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字虛擬世界與物理真實(shí)世界的對應(yīng)或映射。雖然不同概念的起源不一樣，側(cè)重點(diǎn)也不一致，但是從發(fā)展的視角來看，未來的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展看重的更多的是無處不在的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，幫助人類實(shí)現(xiàn)“4A”化通信，即在任何時(shí)間（anytime） 、任何地點(diǎn)（anywhere） ，任何人（anyone） 、任何物（anything）都能順暢地通信。通過新的信息通信技術(shù)改變江西理工大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5我們傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式、工作方式、生活方式，并深入我們生活、工作的方方面面，包括知識結(jié)構(gòu)、社會(huì)關(guān)系、經(jīng)濟(jì)和商業(yè)生活、政治、媒體、教育、醫(yī)療和娛樂等，由此解決社會(huì)與經(jīng)濟(jì)問題，實(shí)現(xiàn)由物聯(lián)網(wǎng)所能達(dá)到的信息化發(fā)展的藍(lán)圖。因此，要實(shí)現(xiàn)上述的藍(lán)圖，物聯(lián)網(wǎng)將從最初一個(gè)個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，發(fā)展融入一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，而這個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境就是泛在網(wǎng)。泛在網(wǎng)需要這些信息基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通，需要資源共享、協(xié)同工作，需要進(jìn)行信息收集、決策分析，因此很自然地就提出了對海量數(shù)據(jù)的存儲、計(jì)算的需求。通過云計(jì)算、超級計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)存儲資源、計(jì)算資源、軟件資源的整合與共享，可以像水和電一樣，為用戶提供一種統(tǒng)一的簡便的資源利用方式。因此超級計(jì)算機(jī)和云計(jì)算將是泛在網(wǎng)信息基礎(chǔ)設(shè)施中重要的技術(shù)。泛在網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)是向個(gè)人和社會(huì)提供泛在的、無所不含的信息服務(wù)和應(yīng)用；從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上，泛在網(wǎng)是通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)高度融合的目標(biāo)，它將實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)、多行業(yè)、多應(yīng)用、異構(gòu)多技術(shù)的融合和協(xié)同。如果說通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到今天，解決了人與人信息通信的問題，物聯(lián)網(wǎng)則實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接、接入、延伸到物理世界的泛在物聯(lián)，解決人與物、物與物的通信，通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)各自發(fā)展是泛在網(wǎng)發(fā)展的初級階段，最終泛在網(wǎng)將是通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)高度融合和協(xié)同的目標(biāo) [7]。圖 21 傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)之間的聯(lián)系 物聯(lián)網(wǎng)的體系和原理 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系框架如圖 22 所示，它包括感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)和公共技術(shù)。1）感知層江西理工大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6感知層的主要功能是信息的自動(dòng)采集與感知，它是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)終端。數(shù)據(jù)采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，包括各類物理量、標(biāo)識、音頻、視頻數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實(shí)時(shí)定位等技術(shù)。 傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和協(xié)同信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器、RFID等數(shù)據(jù)采集技術(shù)所獲取數(shù)據(jù)的短距離傳輸、自組織組網(wǎng)以及多個(gè)傳感器對數(shù)據(jù)的協(xié)同信息處理過程。 2）網(wǎng)絡(luò)層 實(shí)現(xiàn)更加廣泛的互聯(lián)功能，能夠把感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送，需要傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合。經(jīng)過十余年的快速發(fā)展，移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已比較成熟，基本能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰? 3）應(yīng)用層 應(yīng)用層主要包含應(yīng)用支撐平臺子層和應(yīng)用服務(wù)子層。其中應(yīng)用支撐平臺子層用于支撐跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能。應(yīng)用服務(wù)子層包括智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電力等行業(yè)應(yīng)用。如今，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層已經(jīng)涉及軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、物流、環(huán)保、醫(yī)療衛(wèi)生以及智能家居等眾多領(lǐng)域。根據(jù)各領(lǐng)域的不同需求，對采集到的海量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、篩選、分析和處理，運(yùn)用相關(guān)智能技術(shù)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的任務(wù)控制等功能，包括控制指令的生成、下發(fā)與控制等。應(yīng)用層不僅包括各類客戶端、用戶終端設(shè)備等應(yīng)用服務(wù)器，還包括物聯(lián)網(wǎng)管理中心、信息管理中心以及云計(jì)算、專家系統(tǒng)等智能應(yīng)用技術(shù)。與此同時(shí)，應(yīng)用層必須為用戶提供物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用接口。 4）公共技術(shù)公共技術(shù)不屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的某個(gè)特定層面，而是與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)的三層都有關(guān)系，它包括標(biāo)識與解析、安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)質(zhì)量(QoS)管理 [8]。江西理工大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層感知層傳輸層與感知層互通物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用移動(dòng)通信網(wǎng) 、 互聯(lián)網(wǎng)和其他專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐子層傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和協(xié)同信息處理數(shù)據(jù)采集環(huán)境監(jiān)測 智能電力 現(xiàn)代物流 工業(yè)監(jiān)測公共中間件 信息開放平臺 云計(jì)算平臺 服務(wù)支撐平臺… …異構(gòu)網(wǎng)融合互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)通信網(wǎng)M 2 M 無線接入下一代承載網(wǎng)遠(yuǎn)程控制專用網(wǎng)絡(luò)資源和存儲管理低速和告訴短距離傳輸技術(shù)傳感器中間件技術(shù)協(xié)同信息處理技術(shù)自組織組網(wǎng)技術(shù)傳感器 多媒體信息R F F I D二維條碼公共技術(shù)標(biāo)識解析網(wǎng)絡(luò)管理Q o S 管理安全技術(shù)圖 22 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行原理為了方便理解物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行原理，我們可以形象地將物聯(lián)網(wǎng)與我們所熟知的“神經(jīng)網(wǎng)”作類比。眾所周知，“神經(jīng)網(wǎng)”可以分為功能簡單的“末梢”、功能復(fù)雜的“中樞”和連接兩端的“網(wǎng)絡(luò)”三部分。通常我們認(rèn)知和處理事物時(shí)，都是由“末梢”來感知事物，用“網(wǎng)絡(luò)”來傳遞感知的信息，最后用“中樞”來分析傳遞的信息，并做出相應(yīng)的決策和行為。那么，針對物聯(lián)網(wǎng)而言，“末梢”相當(dāng)于RFID、GPS/GIS、傳感器等信息傳感設(shè)備，用來采集和感知物體的信息；“中樞”相當(dāng)于信息管理中心、各類終端用戶以及智能軟件等，把采集和感知的信息經(jīng)過進(jìn)一步的加工，以便做出協(xié)調(diào)和優(yōu)化的應(yīng)對措施，這是如今的智能發(fā)展趨勢；而“網(wǎng)絡(luò)”則相當(dāng)于計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)通訊手段，它實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和共享。江西理工大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8通過類比，物聯(lián)網(wǎng)的原理就比較清晰地展現(xiàn)出來，即利用各種傳感手段感知物體，將物體信息化，然后通過網(wǎng)絡(luò)將物體和信息連接，并通過智能技術(shù)和專家系統(tǒng)等進(jìn)行信息處理和決策，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目的。 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，構(gòu)件物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)一般包括：射頻識別（RFID） 、 IP及IPv6 技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)（GPS） 、激光掃描器等信息傳感設(shè)備、信息安全技術(shù)。 射頻識別技術(shù)RFID是Radio Frequency Identification 的縮寫，即射頻識別技術(shù)，是自動(dòng)識別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對目標(biāo)加以識別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID從硬件上說應(yīng)該包含兩個(gè)部分：電子標(biāo)簽和讀寫器。它是利用無線射頻識別技術(shù)來識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)對象的信息。RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享 [6]。1）RFID的分類RFID按應(yīng)用頻率的不同分為低頻（LF） 、高頻（HF） 、超高頻（UHF） 、微波（MW ） ，相對應(yīng)的代表性頻率分別為：低頻135KHz以下、 、超高頻860M~960MHz、微波 。 RFID按照能源的供給方式分為無源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。無源RFID讀寫距離近，價(jià)格低；有源RFID可以提供更遠(yuǎn)的讀寫距離，但是需要電池供電，成本要更高一些，適用于遠(yuǎn)距離讀寫的應(yīng)用場合。2）RFID的組成部分a）電子標(biāo)簽 (Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。電子標(biāo)簽 (Electronic Tag)也稱智能標(biāo)簽 (Smart Label)，是由IC芯片和無線通信天線組成的超微型的小標(biāo)簽，內(nèi)置的射頻天線用來和閱讀器進(jìn)行通信。電子標(biāo)簽雖然對電能的消耗很低，但需要供電才能工作，按照獲取電能的方式，分為有源標(biāo)簽、無源標(biāo)簽及半有源標(biāo)簽。有源標(biāo)簽使用內(nèi)部自帶電池供電，根據(jù)電池的不同壽命對標(biāo)簽使用的次數(shù)和時(shí)間相應(yīng)限制。優(yōu)點(diǎn)是工作可靠性高，信號傳送距離遠(yuǎn)；缺點(diǎn)是隨著電池壽命的減少，信號傳輸距離會(huì)縮短，標(biāo)簽使用壽命受限。無源標(biāo)簽不帶內(nèi)部電池，一般靠天線與線圈供應(yīng)的電能工作。天線接收到電磁波使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，再經(jīng)過整流電路供電給標(biāo)簽，無源標(biāo)簽因此具有永久使用期，支持長時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸和永久性的數(shù)據(jù)存儲，通常使用在標(biāo)簽信息江西理工大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9需要頻繁讀寫的地方。缺點(diǎn)是相比有源標(biāo)簽數(shù)據(jù)傳輸距離短，對閱讀器的靈敏度要求比較高。半有源標(biāo)簽介于有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽之間，自帶電池，但是電池的能量只激活系統(tǒng)，系統(tǒng)激活后進(jìn)入無源標(biāo)簽的工作模式。b）閱讀器(Reader)：讀取 (有時(shí)還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。閱讀器(Reader)，也叫讀寫器，是一種負(fù)責(zé)讀取或改寫電子標(biāo)簽信息的設(shè)備，閱讀器可以簡化為控制系統(tǒng)、由接收器和發(fā)送器組成的射頻模塊和天線三部分構(gòu)成。控制系統(tǒng)的主要功能為：進(jìn)行閱讀器和標(biāo)簽之間的身份驗(yàn)證；執(zhí)行防碰撞算法；執(zhí)行從應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的動(dòng)作指令。射頻模塊的主要功能為：接收并解調(diào)來自標(biāo)簽的射頻信號；對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳輸給標(biāo)簽；產(chǎn)生高頻發(fā)射能量，激活標(biāo)簽并為其提供能量。RFID 閱讀器的任務(wù)是控制射頻模塊，接收標(biāo)簽的應(yīng)答，將對象標(biāo)識信息連帶標(biāo)簽上其它相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以供處理。閱讀器的頻率決定了 RFID 系統(tǒng)的工作頻段，其功率決定了射頻識別的有效距離。閱讀器設(shè)計(jì)可以分為手持式和固定式。讀寫器主要有兩種工作方式，一種是 RTF(Reader Talks First，讀寫器先發(fā)言)，另一種是 TTF(Tag Talks First，標(biāo)簽先發(fā)言)。后者比前者的優(yōu)點(diǎn)：識別速度快；在噪聲環(huán)境中更穩(wěn)健。c）天線(Antenna)：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。天線(Antenna) 是一種通過電磁波形式，將把無線電收發(fā)機(jī)的射頻信號功率接收或輻射出去的裝置。按工作頻段可分為長波、短波、超短波以及微波天線等。在RFID系統(tǒng)中，天線分為標(biāo)簽天線和閱讀器天線兩種情況。當(dāng)前的RFID系統(tǒng)主要集中在LF、HF 、UHF和微波頻段。天線的原理和設(shè)計(jì)在LF、HF和UHF頻段有根本上的不同。實(shí)質(zhì)上，天線的問題主要集中在UHF和微波頻段。天線進(jìn)行讀寫操作，在標(biāo)簽和閱讀器問傳遞射頻信號。3）RFID的工作原理RFID系統(tǒng)的基本工作流程，如圖23所示：a）讀寫器將無線電載波信號經(jīng)過發(fā)射天線向外發(fā)射；b）當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線的工作區(qū)時(shí)，電子標(biāo)簽被激活，將自身信息的代碼經(jīng)天線發(fā)射出去；c）系統(tǒng)的接收天線接收電子標(biāo)簽發(fā)出的載波信號，經(jīng)天線的調(diào)節(jié)器傳輸給讀寫器器。讀寫器對接收到的信號進(jìn)行調(diào)解解碼。送往后臺的電腦控制器；江西理工大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10d）電腦控制器根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該標(biāo)簽的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作；e）通過計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)控制點(diǎn)連接起來，構(gòu)成總控信息平臺，可以根據(jù)不同的項(xiàng)目設(shè)計(jì)不同的軟件來完成相應(yīng)的功能。天線射頻模塊天線射頻模塊電源時(shí)鐘讀寫模塊計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電池控制模塊C P U存儲器R O M/ R AM讀 寫 器 標(biāo) 簽數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出能量時(shí)鐘數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出能量時(shí)鐘數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出圖23 射頻識別技術(shù)工作流程圖簡單的說就是：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收讀寫器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽） ，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽） ；讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。例如，在電子商務(wù)系統(tǒng)的生產(chǎn)和流通（供應(yīng)鏈）領(lǐng)域，可以采用RFID 技術(shù)給每一個(gè)物品一個(gè)全球唯一的標(biāo)識，以實(shí)現(xiàn)對物品的跟蹤、防偽等功能。尤其是電子商務(wù)物流管理環(huán)節(jié)，RFID 可以精確定位具體的商品并監(jiān)控其狀態(tài)，可以高效地完成商品入庫、出庫、配送的各個(gè)環(huán)節(jié)。相對傳統(tǒng)的紅外、激光條碼技術(shù)，RFID 技術(shù)單位時(shí)間內(nèi)可管理的商品數(shù)量更多，并且可以實(shí)時(shí)的、持續(xù)的跟蹤商品狀態(tài)，這是傳統(tǒng)標(biāo)簽技術(shù)無法完的 [2]。 IP 及 IPv6 技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是基于互聯(lián)網(wǎng)的延伸和拓展，IP 技術(shù)仍然是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石，物聯(lián)網(wǎng)通信相關(guān)的主要協(xié)議也是基于 IP 的。目前的 IPv4 技術(shù)最大問題是網(wǎng)絡(luò)地址資源相對有限，而 IPv6 所擁有的地址容量達(dá)到 2^128 個(gè)。這不但解決了江西理工大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11網(wǎng)絡(luò)地址資源數(shù)量有限的問題，同時(shí)也為物聯(lián)網(wǎng)概念中的海量物品終端連入互聯(lián)網(wǎng)提供了可能。據(jù)估計(jì)，IPV6 實(shí)際可分配的地址，整個(gè)地球每平方米面積上可分配 1000 多個(gè)。這完全可以滿足物聯(lián)網(wǎng)中海量物品進(jìn)行互聯(lián)定位的需求。因此，作為下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，IPv6 憑借著豐富的地址資源、支持動(dòng)態(tài)路由機(jī)制、