物联网技术与应用分析

引言

1999年，美国麻省理工学院的AutoID研究所提出了物联网概念，至今已十多年了。目前，物联网在许多行业都有应用，很多专家认为，物联网将是信息产业的第三次浪潮。2010年，我国的许多两会代表建议将物联网升格为国家战略级产业;在2011年两会期间，浪潮集团董事长孙丕恕、邓中翰院士和邬贺铨院士等代表，都对物联网提出了相关提案和建议。现在很多地方政府都将物联网作为产业发展重点。

1物联网概述

物联网(InternetofThings,IoT)泛指物物相联之网，目前一般认可的定义是:通过射频识别标签(RFID)、二维码标签、红外感应器、全球定位系统(GPS)等各类传感器/敏感器技术和设备，按约定的协议，将物品与网络连接起来进行信息交换和通信，达到智能识别、定位、监控和管理的网络。

从网络范畴考虑，物联网可以理解为“公网/专网+传感网”一般的公网就是互联网；专网可以指公司内网/局域网；传感网是物联网的一种末梢网络和感知延伸网，传感网主要用来连接事物和感知信息。

中国通信标准化协会(CCSA)将物联网分为三层：第一层为感知层，通过传感器来进行事物连接和信息感知，感知层的核心技术有传感器、RFID、GPS等；第二层是网络层,是异构融合的泛在通信网络，用来传输和处理信息，其包括接入网和核心网，接入网用于有线接入和无线接入(如WSN)，核心网是基于IP的统一、扩展的网络，它基于目前的电信网和互联网；第三层是应用层，是业务支撑和运营管理层，如云计算、数据挖掘等。

2物联网的核心技术

由物联网的上述定义可知，物联网能够识别、定位、监控和管理，因此，支持物联网的核心技术包括感知识别技术、信号处理技术和架构技术等。

2.1感知识别技术

物联网要能实现“物物相联、人物互动”，首先应当采集数据。一般来说，为了降低成本，采集设备中的MCU控制器都是用嵌入式系统来实现的。同时，为了实现智能化，采集设备都应装有操作系统。现实生活中应用最多的采集设备是射频识别标签(RFID)，该技术比较成熟。目前物联网的数据采集技术有传感器技术、嵌入式系统技术、采集设备和核心芯片等几种。

2.2信号处理技术

当采集设备获得各种原始数据后，智能信号处理便可对这些原始数据进行处理，以获得目标数据。物联网信号处理的核心和关键技术有云计算、多物理量检测、信号提取、信号调理、信号变换和信号分析等。

云计算是基于互联网的计算方式，实质是对现有计算资源的一次再分配。它的核心理念是将计算能力或计算服务作为一种商品，卖给需要它的公司，从而让公司节约硬件采购成本。云计算将是未来信息服务的一种发展趋势，它已经在全世界有了广泛应用，因而有着很大的发展前景。

2.3技术架构

面向服务的架构(SOA)就是以信息化、模块化为服务的架构，其核心是将服务和技术分离，以提高服务的重用性。SOA有三部分：服务提供、服务注册和服务请求。物联网中带有RFID的各类嵌入式设备，既是SOA应用中天然的服务提供者，也是SOA体系中天然的服务请求者。将SOA整合到物联网的服务应用中，可以对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用，从而实现服务提供和和服务具体使用方式的分离。

3物联网应用分析

目前，物联网在各行各业都有应用，本文分别介绍不停车收费系统、家居安防系统和手机支付等三个方面的应用。

3.1不停车收费系统(ETC)

随着人们经济生活水平的提高，交通基础设施的大量投入和快速发展，路桥的交通流量越来越大，传统的停车式人工收费系统所造成的交通堵塞现象日益突出，大大制约了交通网络作用的发挥。采用增加收费通道的数量，不仅需要大量的投资，而且不能有效解决交通堵塞现象，因而十分需要高效、可实现路桥自动管理的新型收费系统。

ETC是以先进的计算机和通信技术作为技术保障的收费系统，当车辆经过ETC收费车道时，不需停车，因而可以大大提高收费车道的通行能力，也堵住了收费漏洞，同时也可以让交通部门及时掌握路桥的车流信息。

ETC收费系统要求在车辆上安装电子标签，然后通过无线通信技术，让电子标签和ETC通道上的微波天线RSU进行通信和信息交换，最后利用计算机联网技术和银行实现后台结算。

ETC车道控制系统一般应具有车辆进出检测、车牌抓拍与识别、收费交易等部分，包括地感线圈、车辆检测器、路侧天线设备(RSU)、MTC控制柜、ETC控制柜等。系统工作流程如下：

（1）ETC车辆进入ETC通道时，先触发地感线圈一，同时进入无线微波通信区域，启动RSU设备，完成交易；

（2）根据交易结果确定栏杆是否抬起，同时进行综合信息显示；

（3）车辆继续前进，触发地感线圈二，系统抓拍车牌和识别车牌；

（4）若交易不成功，则可人工完成交易。

3.2家居安防系统

随着现代生活水平的提高，大家对家庭生命财产安全非常重视。以前的家庭报警装置一般都采用电话线和电缆方式,该方式存在投资成本较大、维护费用较高、可靠性差和报警不及时等不足，于是，基于物联网的家居安防系统就非常受欢迎，此系统不受地域、环境和时间的限制，它能分散布点、集中监控，而且具有可靠性高、维护费用低廉等优点。

基于物联网的智能家居安防系统一般采用嵌入式微处理器作为主控制器(MCU)，它主要通过射频通信的方式来接收报警信息，并通过TCP/IP网络，让远程监测端实时监测家居。家居安防主要可应用于火灾、煤气泄露、非法入室等三方面。系统将拥有EPC码的电子标签设备安装在有安全隐患的区域,该区域可称为监测防区。远程监测端(RM)一般装在宿舍、小区保安室等地方。其系统结构框图如图1所示。

3.3手机支付

手机支付也称为移动支付，主要是移动用户利用手机对消费的产品或服务进行账务支付，此支付方式不仅可以方便用户，也让银行有部分利润。随着3G技术的发展，手机支付的应用越来越广手机支付最早是利用手机短信接入方式来进行支付，目前流行的是刷卡手机，几大运营商都大力推广现在手机支付方式有RFID和NFC两种。

RFID支付方式主要是利用RFID-SIM卡和移动运营商提供消费支付平台来实现，类似于支付宝。一个基于RFID的GPRS移动支付系统有五个部分：移动终端、通信网络、移动安全交易系统、银行和认证中心。移动终端包括RFID标签、能进行移动支付的手机和可读取RFID的POS机。一般RFIDPOS机利用RFID技术来获取用户信息，并采用GPRS方式和移动平台进行联结，手机用户则利用手机移动支付软件与移动支付平台进行信息处理，以完成支付。

NFC是一种近距离无线通信方式，是由飞利浦、诺基亚、索尼等厂商共同推荐的一项无线技术。NFC的短矩离交互可以简化认证识别过程，NFC优于红外线和蓝牙传输方式。NFC芯片装在手机上，手机用户可以进行小额电子支付。当NFC手机内置NFC芯片后，实质上就组成了RFID模块的一部分，因而可以作为RFID无源标签来使用。

目前，我国的三大运营商都有相应的支付模式。其中,中国联通需要使用内置NFC芯片的定制刷卡手机；中国电信需要购买手机支付SD卡，如天翼手机；中国移动只需将SIM卡换成集成RFID的SIM卡，因而可以避免手机的大量更换。目前，中国移动的手机支付业务量最大。

4结语

物联网是多种技术融合的新型技术体系，它在多种应用中能明显提高效率，具有很大的经济价值，因此，物联网的快速发展，必将大大推动物物相联、人物互动的信息化建设。

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