浅析物联网技术与相关技术的结合应用

◆靳祺桢

（天津工业大学计算机科学与软件学院 天津 300387）

浅析物联网技术与相关技术的结合应用

◆靳祺桢

（天津工业大学计算机科学与软件学院 天津 300387）

物联网技术由提出到今天已有近20年的时间，伴随着物联网技术的发展，许多新兴技术也发展了起来，共同构建起了物联网生态系统。本文通过对物联网与开源硬件、物联网与云计算、物联网与app以及物联网与RFID之间的关系的分析，通过一些典型的物联网应用场景理清了物联网技术与相关技术之间的关系，为物联网应用开发提供新的视角和思路。

物联网技术；开源硬件；云计算；app；RFID

0 引言

物联网技术的概念最早是由麻省理工学院在上个世纪末率先提出的，经过将近20年的发展，物联网已经由最初的概念迅速发展成了时下最热门的产业之一。在物联网的三层体系架构中，每一层中都包含着众多的相关技术，例如感知层的传感器技术、网络层的网络技术与应用层的软件开发技术，这些技术与物联网技术相辅相成，共同构成了大环境下的物联网生态系统。换句话说，物联网实质上是在众多的新兴技术与成熟技术的基础上发展起来的，因此，理清物联网技术与这些技术之间的关系，可以更好地帮助我们进行物联网应用的设计与开发。

1 物联网与开源硬件

开源硬件是指与自由及开放原始码软件相同方式设计的计算机和电子硬件。开源硬件开始考虑对软件以外的领域开源，是开源文化的一部分。目前市场上主流的开源硬件有Arduino、树莓派等。世界各地“创客”之间通过网络相互交流开发经验，互通有无，充分利用了互联网的优势大力促进了技术的发展和进步。

在物联网应用的开发中，开源硬件往往起着感知层的核心控制的作用，例如可以利用树莓派开发传感器节点进行相关数据的采集，相比较利用单片机开发此类的传感器节点，利用树莓派开发的开发周期会大大地缩短，同时在开发难度上也会有所降低。

以树莓派为例，其丰富的GPIO引脚为开发者提供了充分的想象空间，有树莓派发烧友甚至利用树莓派和一台老旧的微波炉创造出了充满想象力的智能化微波炉，它支持语音操控和手机/平板操控，并且可以通过扫描产品条形码自动烹饪食物。要知道，在开源文化的环境下，开发者会将开发项目所需的所有硬件原理图和程序源代码都公布在网络上，换句话说，每一个普通人都可以根据这些丰富的资料将别人的创意进行重现甚至在此基础上创新出更好的产品。这对于物联网的发展是很有利的，在开源文化的指引下，每个人都是物联网产品的设计者，每个人都是物联网产业的推动者。可以预见，在未来，物联网将融入每一个普通人的生活，我们将自己动手创造属于自己的物联网产品。

可以说，开源硬件的未来就是物联网的未来，近几年，主流开源硬件的价格在逐年降低，生产量却在逐年上升，这无疑对物联网产业的发展是有利的，在降低开发成本的同时，可供开发的开发板种类越来越丰富，开源硬件为开发者提供了一个全新的思路，更为物联网技术注入了新的活力。

2 物联网与云计算

云计算是由分布式计算（Distributed Computing）、并行处理（Parallel Computing）和网格计算（Grid Computing）发展而来的一种计算模式。解放军理工大学刘鹏教授对云计算作出的简短定义是“云计算是通过网络按需提供可动态伸缩的廉价计算服务”，通过这一定义可以看出，云计算这种“按需提供”、“动态”和“廉价”的特点，充分适应了物联网应用的开发特点。

进行物联网应用开发，我们至少需要以下三个必要条件：（1）传感器等电子元器件；（2）网络通信；（3）对大规模数据的处理能力。然而，云计算能够很好的满足这些条件。随着物联网产业的发展，物联网终端的数量将呈现出指数型增常趋势，借助云计算处理海量信息，进行辅助决策，提升物联网信息处理能力将成为物联网开发的必要手段。

目前，世界上各大云计算服务提供商均相继推出了一系列的与物联网应用开发相关的云计算服务——“物联云”的概念应运而生。在国内主要有阿里物联云平台——阿里智能、中国移动物联网开放平台——OneNET等，在物联云下，物联网应用的开发将变得更加简单。利用供应商提供的API接口，那些没有什么开发经验的开发者，甚至都可以轻松地完成简单的物联网应用开发。由此可见，云计算作为一种虚拟化、硬件/软件运营化的解决方案，可以为物联网提供高效的计算、存储能力，为泛在链接的物联网提供网络引擎。

3 物联网与app

智能手机的迅速普及推动了嵌入式系统应用软件开发的热潮，目前市场上三大主流的手机操作系统，Android、IOS和Windows Phone均在市场上占有一定的份额。这样的环境恰好为物联网应用开发提供了机会。

app可以很好的为用户与下层繁杂的软件架构与硬件之间提供一个便于理解、易于操作的接口。一款界面友好，功能丰富，操作简便的app无疑可以让用户更好的享受物联网给人类生活带来的便捷。尽管现在有越来越多的人提倡“物联网去app化”，甚至有人提出通过app实现将物与物相连结是最初级的物联网，但是不得不承认的是，就目前的情况而言，利用app实现人与物、物与物的相联，是最便捷同时也是最具有市场的一种做法。当然，随着人工智能的认知技术等技术的发展成熟，物联网的未来一定是可以实现现实世界与虚拟世界的联接的，到那时，app也将成为过去式。

4 物联网与RFID

RFID技术，即射频识别技术，是利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的一项技术。物联网技术的发展离不开RFID技术的发展，在早期，物联网技术就被人们简单的认识为传感器技术和RFID技术的综合应用。随着RFID技术的发展，无源标签的广泛应用，RFID的可读些范围也越来越远。特别是近几年，随着高频、超高频RFID技术的发展，使RFID技术在物联网中的应用场景不再局限于“交通卡”、“身份证”这类的近距离应用。国际物联网贸易与应用促进协会（IIPA）发布的《2013-2017年中国RFID行业调研报告》指出，尽管超高频RFID的市场进展不及预期，但在2010-2012年间，中国超高频RFID市场规模以年均78%的复合增长率在快速扩张。IIPA预测，2017年将成为超高频RFID超过高频市场份额的分水岭。也就是说，在未来的几年，超高频RFID将成为市场的主流。

尽管目前RFID标签的价格仍然是阻碍这一技术进一步推广的主要因素，但我们可以看到，RFID的标签的价格正在大幅下降，随着技术的成熟和应用场景的增多，RFID标签成本会自然的下降。就目前来看，RFID在物联网中应用主要可以归纳为三个大的方面：（1）通道管理，例如我们常见的门禁管理，停车场管理等；（2）数据采集与身份认证，例如身份证，社保卡以及目前在高校中被广泛使用的“一卡通”等；（3）定位，定位系统用于自动化管理中对车辆、人员、生产物品等进行定位。例如博物馆物品定位、监狱人员定位、矿井人员定位等。

5 物联网的未来

在典型的物联网三层体系结构中，每一层都包含着许多的技术。在感知层，我们需要更先进的数据采集技术和体积更小、能耗更低的传感器节点；在网络层，我们需要更稳定、容错性更强的网络结构和路由算法，更需要云计算提供更廉价、存储量更大、读写速度更快的数据存储技术；在应用层，我们需要功能更强大，界面更美观、更友好的客户端。可以看到，这是一个物联网技术与相关技术共同发展的过程，每一个环节的进步都将为物联网的发展注入新的能量。

物联网作为互联网的一种延伸和发展，必将在今后的发展过程中面临同当初互联网发展面临的问题类似的困难。在物联网的生态体系结构中，无论从底层硬件到上层软件，从传感器节点部署到异构网络融合，还是从物联网安全管理到市场的拓展与开发，物联网的未来发展，将不仅仅局限于一种或两种技术的发展这么简单，它需要技术人员与管理人员的共同参与，学界、企业与政府的共同协作。物联网的发展就好比一条食物链一般，下游技术的发展和繁荣将促进上游技术的发展和繁荣，各种技术之间相互促进，相互借鉴才能共同促进物联网技术的发展。

在未来，物联网产品将成为人类生活的必须品，人类的生活方式和思维方式也必将随着物联网的发展而发生巨大的改变。同时，作为应用的开发者，应该广泛地将新兴的技术与物联网技术相结合，利用相关技术的优势满足广大用户不断增长的对于物联网应用的功能需求。

[1]钱志鸿，王义君.物联网技术与应用研究[J].电子学报，2012.

[2]程曼，王让会.物联网技术的研究与应用[J].地理信息世界，2010.

[3]董新平.物联网产业成长研究[D].华中师范大学，2012.

[4]蒙海涛，张骥，易晓娟，薛娇娆.物联网技术在环境监测中的应用[J].环境科学与管理，2013.

[5]燕妮.浅论物联网技术的应用研究[J].科技信息，2013.

[6]苏美文.物联网产业发展的理论分析与对策研究[D].吉林大学，2015.

表2 电力行业的相关政策

3 电力信息系统安全等级保护中等级测评的应用

电力信息系统安全等级测评涵盖以下方面：

（1）在确定电力信息系统安全保护等级之后，通过等级测评的实施，对系统是否达到相应级别的安全保护能力进行有效评估。

（2）整改电力信息系统之后，对建设整改的效果通过等级测评进行评价，对系统是否具有相应等级的安全保护能力进行评估。

（3）电力信息系统运行维护时期，通过合理的等级测评，对系统运行过程中存在的薄弱环节进行测评，从而确保系统具有相应级别的安全保护能力。

电力系统等级测评在实施过程中，应该保证测评对电力生产系统的连续性与实时性不会造成影响，在等级测评过程中通过测评经验的积累，使测评水平不断提高。

4 小结

在等级保护的实施过程中，管理者需要进行积极的探索与实践，在工作过程中真正落实等级保护。实施电力行业中二次防护工作，不断应用等级保护，基于等级保护使电力系统的发电系统、调度系统、配电网系统、营销系统等电力信息系统的安全得到保障，并且提高系统的运行效率，降低运行成本，这对电力行业的信息化建设具有深远的影响。

参考文献：

[1]余勇，林为民.电力行业信息系统等保护的研究及实施[J].信息网络安全，2009.

[2]唐斐.信息安全等级保护标准在电力行业的应用[C].2012年电力通信管理暨智能电网通信技术论坛论文集，2013.