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摘 要：随着物联网技术的发展和广泛应用，物联网作为一个新兴的事物开始进入人们的日常生活。对物联网的关键技术进行了综述分析，介绍了物联网的体系结构、网络构架和涉及的主要技术。
关键词：物联网 传感器 RFID
1 引 言
物联网(Intemet of Things，IoT) 被预言为继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮，受到各国政府、企业和学术界的重视，欧盟、美国、日本等甚至将其纳人国家和区域信息化战略。
2005年11月，在突尼斯举行的信息社会世界峰会 (WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了物联网的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行数据交换。随着近年来互联网技术和多种接入网络以及智能计算技术的飞速发展，ITU于 2008年2月发表了《泛在传感器网络》研究报告。ITU在报告中提出，传感器网络已经向泛在传感器网络 (USN)的方向发展，它是由智能传感器节点组成的网络，能够以“任何地点、任何时间、任何人、任何物体”的形式被部署。该技术可以在广泛的领域中推动新的应用和服务，从安全保卫和环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。从以上定义可见，传感器网络已被视为物联网的重要组成部分，如果将智能传感器的范围扩展到RFID等其他数据采集技术，从技术构成和应用领域来看，泛在传感器网络等同于现在我们提到的物联网。
传感器网络是由部署在监测区域内大量低成本、低功耗，具有感知、计算、数据处理和无线通信能力的微型传感器节点形成的一个多跳自组织网络，能够协作地完成实时监测和采集被监测对象的信息并对其进行处理，传送到需要这些信息的用户。传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术，在国防军事、环境监测、交通管理、医疗卫生、工业自动化等领域得到了广泛的应用，但也面临着诸多挑战。
2 物联网的关键技术
2.1 物联网的体系结构
物联网包含感知延伸层、网络层、业务和应用层三层。第一层负责采集物和物相关的信息；第二层是异构融合的泛在通信网络，包括现有的互联网、通信网、广电网以及各种接入网和专用网，通信网络对采集到的物体信息进行传输和处理；第三层是应用和业务，为手机、PC等各种终端设备提供感知信息的应用服务。
（1）感知延伸层。物联网中由于要实现物与物和人与物的通信，感知延伸层是必须的。感知延伸层主要实现物体的信息采集、捕获和识别。感知延伸层的关键技术包括传感器、RFID、GPS、自组织网络、传感器网络、短距离无线通信等。感知延伸层必须解决低功耗、低成本和小型化的问题，并且向灵敏度更高、更全面的感知能力方 向发展 。
（2）网络层。网络层是物联网的神经系统，主要进行信息的传递，包括接人网和核心网。网络层要根据感知延伸层的业务特征，优化网络特性，更好地实现物与物之间的通信、物与人之间的通信以及人与人之间的通信，这就要求必须建立一个端到端的全局物联网络。物联网中有很多设备的接入，是一个泛在化的接入、异构的接入。接入方式多种多样，接入网有移动网络、无线接入 网络、固定 网络和有线 电视网络。移动通信网具有覆盖广、建设成本低、部署方便、具备移动性等特点 ，使得移动网络将成为物联网主要的接入方式 ，通信网络就要是通过多种方式提供广泛的互联互通。除此以外，物体是可以移动的，而它们的要求是随时随地都可以“上网”。因此在局部形成一个 自主的网络，还要连接大的网络，这是一个层次性的组网结构。这要借助有线和无线的技术，实现无缝透明的接入。随着物联 网业务种类的不断丰富、应用范围的扩大 、应用要求的提高，对于通线网络也会从简单到复杂、从单一到融合，从多种的接人方式到核心网的融合整体的过渡。
（3）业务和应用层。业务和应用层是物联网的信息处理和应用，面向各类应用，实现信息的存储、数据的挖掘、应用的决策等，涉及海量信息的智能处理、分布式计算、中间件、信息发现等多种技术。
由于网络层是由多种异构网络组成的，而物联网的应用是多种多样的，因此在 网络层和应用层之间需要有 中间件进行承上启下。中间件是一种独立的系统软件或者服务程序，能够隐藏底层网络环境的复杂性 ，处理网络之间的异构性，分布式应用软件借助于中间件在不同的技术之问共享资源，它是分布式计算和系统集成的关键组件。中间件都是采用面向服务的架构(Service Oriented Architecture，SOA) ，通过构建在SOA基础上的服务可 以以一种统一和通用 的方式进行交互，实现业务的灵活扩展。
2.2物联网的网络构架
主要包括：采集控制层、接入层、承载层、应用控制层、用户层组成，承载层主要由计算机网络和通信网络所构成的网络组成。
（1）采集控制层。采集控制层是由控制和采集模块组成，如RFID读写器、二维码识别器等，完成物联网应用所需的数据的采集和设备的控制。
（2）接入层和承载层。接入层由接入网关和基站节点组成，完成采集控制层节点信息的组网控制和信息收集，或者完成向采集控制层发信息的转发等功能。当采集控制层的节点之间完成组网后，如果节点要上传数据，首先将数据发送至基站节点，基站节点接收数据后，由接入网完成并承载网络的接连，当应用控制层需要发送控制数据时，接入网关接收到承载层的数据后，再由基站节点将数据发送至采集控制层，最终完成采集控制层与承载网络之间的数据交互。
采集控制层与接入层完成了物联网的数据采集和控制，根据计入网络的复杂程度分为简单接入方式和多跳接入方式。简单接入方式是在采集设备在获取数据后直接通过有线或者无线网络将信息返送到承载网络，简单接入方式主要用于終端设备分散等业务应用。多跳接入方式是利用无线传感器技术，将有无线通信和计算能力的传感器节点组织成自动方式，节点能依据环境的变化自动的完成网络自适应和数据的传递，节点之间的距离短，一般采用多跳方式通信，最终传感器将数据通过接入网关传送到承载网络。多跳接入方式主要用于终端与网络之间传递数据量小的终端设备分别集中的应用。承载网络是指网络通信的方式，通过相应的连接方式连接到需要接入的网络，最终实现物联网接入层与应用控制层之间的数据通信。
（3）应用控制层和用户层。应用控制层主要由应用服务器和数据库服务器组成，主要对采集到的数据进行汇集、分析、转换以及用户层触发的事件等。对于数据的采集，由于从采集控制层获取大量的数据，只有通过对这些原始数据进行相应的处理后才能使用，经过处理的数据根据不同的内容通过应用服务器呈现给用户，并根据用户的操作触发相应的通知信息，在需要完成对采集控制的操作时，应用控制层负责控制指令的生成和发送。用户层提供了物联网的UI接口。
2.3物联网涉及的主要技术
物联网是多种技术融合到一起的综合体，它主要涉及了以下几个方面：
（1）互联网技术，物联网是在计算机网络的基础上，利用RFID等技术实现对物品的标识，再通过网络通信等技术接入互联网，最终实现物与物或者人与物之间的交互。因此，互联网技术是物联网技术的基础和核心，物联网是互联网发展的一个延伸，互联网主要解决物联网中传感器节点感知数据的传送和数据的共享。
（2）EPC/RFID技术，EPC(Electronic Product Code)是在物流信息化的基础上产生的，它提供了一种产品电子代码编码的方法，它实现了对物理电子产品的唯一标识。EPC/RFID电子编码与标签技术是物联网的核心技术，结合EPC/RFID技术和网络技术，数据库技术、中间件等技术，是物联网的一种发展趋势。
RFID是一种射频自动识别技术，在产品标签与阅读器的配合下，可以在互联网上实现物品的自动识别和信息的共享与交互。物品在RFID的标识后能够基于网络自动的进行信息的交换，能够为物联网上的物品提供身份验证的技术支持。RFID标签中存放着格式规范的数据，通过RFID阅读器可以对物品自动的识别身份，并可以按照要求完成相应的数据格式的转换，通过与互联网的连接将数据发送到数据处理中心，以便后续的相应处理。
（3）PML开发技术，PML(Physical markup language)实体标记语言，PML是在XML标识语言的基础上发展而来的，它是一种描述物体过程和环境的标准语言，主要为软件开发，数据存储和分析提供了方法，它将与物品相关的数据进行加工，提供要以相互交互的数据，物联网中的物品信息可以用PML来描述，它在物联网中将有广泛的应用。
（4）嵌入式技术，嵌入式技术是一种将计算机技术，通信技术，自动化等技术综合起来与传统的制造业结合起来的一种技术，它可以就一个行业或者应用开发出来的智能化电子产品，该智能化电子产品具有故障诊断，本地监测和远程控制等功能，能够使产品实现信息化。同样物联网使物品信息化，它将物理产品和信息技术结合为一体，使物联网中的物品能够主动或者被动的与互联网中相应的人或者物进行信息的交换，物联网的发展缺少不了嵌入式的技术，尤其在与嵌入式技术结合后才能够使物品的标识以及传感器网络等设备的正常和降低成本的工作，最终实现与物或者人与物之间能够进行信息的交换，从而形成物联网。
（5）无线通信技术，物聯网的最终目标是实现一个具有广泛应用的系统，用户可以随时随地的与操作对象进行交互，使得无线通信技术成为物联网应用的一种必要技术，目前物联网中的核心技术如RIFD、传感器网络等技术都已经融合了无线通信技术，在无线通信技术的应用基础上才能实现物联网的广泛应用的可能，与此同时还可以降低成本。
（6）传感器网络技术，传感器网络是物联网的核心技术，主要用来解决物联网中的数据感知问题，如果要对物品的各种状态进行实时的信息收集，就要使用传感器网络技术。传感器网络通过传感器节点，构建了一个可以对数据进行收集，传送和处理相应数据的复杂网络，通过实时的对网络所覆盖的区域进行对对象的状态数据的收集，将收集的数据用于跟踪、监测和控制等操作，能够对外部信息具有感知能力是传感器的主要特点。传感器只是物联网感知外界状态的一种技术手段，并不是物联网的技术的全部，传感器网络并不等同于物联网。
（7）信息安全技术，物联网是使用通信技术，将数据化的物品信息进行相应的操作，最终实现物与物或者人与物之间的信息交换，这里就不能缺少信息安全技术的应用。无论物联网应用背景是否安全，在物联网系统的设计时一定要有信息安全的设计，系统的安全是系统应用的前提，尤其物联网系统在受到信息安全攻击时，会使得获取的数据没有意义，更可能导致整个系统的瘫痪。物联网的信息安全技术主要有防火墙、数据加密等技术。
3 结论与展望
物联网处于起步阶段，关键技术有待突破，未来10年中物联网技术将会获得长足进步。主要研究内容有物联网的通信技术、物联网的数据融合、物联网的异构网络融合、物联网的智能终端、物联网的信息安全和保密、物联网的相关标准、物联网应用和业务开发等方面。
参考文献：
[1]ITU．ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things[R]．Tunis，2005．
[2]朱洪波，杨龙祥，于全．物联网的技术思想与应用策略研究[J]．通信学报，2010，(11):1-8
[3]朱晓荣，孙君，齐丽娜，等．物联网[M]．北京：人民邮电出版社 ．2010．
[4]封送林，叶甜春．物联网/传感网发展之路初控[J]．中国科学学院院刊，2010，(1):4-7
作者简介：
成汉健（1974-），男，广东，助理研究员，硕士，主要研究方向：物联网、网络信息安全。
关键词：物联网 传感器 RFID
1 引 言
物联网(Intemet of Things，IoT) 被预言为继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮，受到各国政府、企业和学术界的重视，欧盟、美国、日本等甚至将其纳人国家和区域信息化战略。
2005年11月，在突尼斯举行的信息社会世界峰会 (WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了物联网的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行数据交换。随着近年来互联网技术和多种接入网络以及智能计算技术的飞速发展，ITU于 2008年2月发表了《泛在传感器网络》研究报告。ITU在报告中提出，传感器网络已经向泛在传感器网络 (USN)的方向发展，它是由智能传感器节点组成的网络，能够以“任何地点、任何时间、任何人、任何物体”的形式被部署。该技术可以在广泛的领域中推动新的应用和服务，从安全保卫和环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。从以上定义可见，传感器网络已被视为物联网的重要组成部分，如果将智能传感器的范围扩展到RFID等其他数据采集技术，从技术构成和应用领域来看，泛在传感器网络等同于现在我们提到的物联网。
传感器网络是由部署在监测区域内大量低成本、低功耗，具有感知、计算、数据处理和无线通信能力的微型传感器节点形成的一个多跳自组织网络，能够协作地完成实时监测和采集被监测对象的信息并对其进行处理，传送到需要这些信息的用户。传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术，在国防军事、环境监测、交通管理、医疗卫生、工业自动化等领域得到了广泛的应用，但也面临着诸多挑战。
2 物联网的关键技术
2.1 物联网的体系结构
物联网包含感知延伸层、网络层、业务和应用层三层。第一层负责采集物和物相关的信息；第二层是异构融合的泛在通信网络，包括现有的互联网、通信网、广电网以及各种接入网和专用网，通信网络对采集到的物体信息进行传输和处理；第三层是应用和业务，为手机、PC等各种终端设备提供感知信息的应用服务。
（1）感知延伸层。物联网中由于要实现物与物和人与物的通信，感知延伸层是必须的。感知延伸层主要实现物体的信息采集、捕获和识别。感知延伸层的关键技术包括传感器、RFID、GPS、自组织网络、传感器网络、短距离无线通信等。感知延伸层必须解决低功耗、低成本和小型化的问题，并且向灵敏度更高、更全面的感知能力方 向发展 。
（2）网络层。网络层是物联网的神经系统，主要进行信息的传递，包括接人网和核心网。网络层要根据感知延伸层的业务特征，优化网络特性，更好地实现物与物之间的通信、物与人之间的通信以及人与人之间的通信，这就要求必须建立一个端到端的全局物联网络。物联网中有很多设备的接入，是一个泛在化的接入、异构的接入。接入方式多种多样，接入网有移动网络、无线接入 网络、固定 网络和有线 电视网络。移动通信网具有覆盖广、建设成本低、部署方便、具备移动性等特点 ，使得移动网络将成为物联网主要的接入方式 ，通信网络就要是通过多种方式提供广泛的互联互通。除此以外，物体是可以移动的，而它们的要求是随时随地都可以“上网”。因此在局部形成一个 自主的网络，还要连接大的网络，这是一个层次性的组网结构。这要借助有线和无线的技术，实现无缝透明的接入。随着物联 网业务种类的不断丰富、应用范围的扩大 、应用要求的提高，对于通线网络也会从简单到复杂、从单一到融合，从多种的接人方式到核心网的融合整体的过渡。
（3）业务和应用层。业务和应用层是物联网的信息处理和应用，面向各类应用，实现信息的存储、数据的挖掘、应用的决策等，涉及海量信息的智能处理、分布式计算、中间件、信息发现等多种技术。
由于网络层是由多种异构网络组成的，而物联网的应用是多种多样的，因此在 网络层和应用层之间需要有 中间件进行承上启下。中间件是一种独立的系统软件或者服务程序，能够隐藏底层网络环境的复杂性 ，处理网络之间的异构性，分布式应用软件借助于中间件在不同的技术之问共享资源，它是分布式计算和系统集成的关键组件。中间件都是采用面向服务的架构(Service Oriented Architecture，SOA) ，通过构建在SOA基础上的服务可 以以一种统一和通用 的方式进行交互，实现业务的灵活扩展。
2.2物联网的网络构架
主要包括：采集控制层、接入层、承载层、应用控制层、用户层组成，承载层主要由计算机网络和通信网络所构成的网络组成。
（1）采集控制层。采集控制层是由控制和采集模块组成，如RFID读写器、二维码识别器等，完成物联网应用所需的数据的采集和设备的控制。
（2）接入层和承载层。接入层由接入网关和基站节点组成，完成采集控制层节点信息的组网控制和信息收集，或者完成向采集控制层发信息的转发等功能。当采集控制层的节点之间完成组网后，如果节点要上传数据，首先将数据发送至基站节点，基站节点接收数据后，由接入网完成并承载网络的接连，当应用控制层需要发送控制数据时，接入网关接收到承载层的数据后，再由基站节点将数据发送至采集控制层，最终完成采集控制层与承载网络之间的数据交互。
采集控制层与接入层完成了物联网的数据采集和控制，根据计入网络的复杂程度分为简单接入方式和多跳接入方式。简单接入方式是在采集设备在获取数据后直接通过有线或者无线网络将信息返送到承载网络，简单接入方式主要用于終端设备分散等业务应用。多跳接入方式是利用无线传感器技术，将有无线通信和计算能力的传感器节点组织成自动方式，节点能依据环境的变化自动的完成网络自适应和数据的传递，节点之间的距离短，一般采用多跳方式通信，最终传感器将数据通过接入网关传送到承载网络。多跳接入方式主要用于终端与网络之间传递数据量小的终端设备分别集中的应用。承载网络是指网络通信的方式，通过相应的连接方式连接到需要接入的网络，最终实现物联网接入层与应用控制层之间的数据通信。
（3）应用控制层和用户层。应用控制层主要由应用服务器和数据库服务器组成，主要对采集到的数据进行汇集、分析、转换以及用户层触发的事件等。对于数据的采集，由于从采集控制层获取大量的数据，只有通过对这些原始数据进行相应的处理后才能使用，经过处理的数据根据不同的内容通过应用服务器呈现给用户，并根据用户的操作触发相应的通知信息，在需要完成对采集控制的操作时，应用控制层负责控制指令的生成和发送。用户层提供了物联网的UI接口。
2.3物联网涉及的主要技术
物联网是多种技术融合到一起的综合体，它主要涉及了以下几个方面：
（1）互联网技术，物联网是在计算机网络的基础上，利用RFID等技术实现对物品的标识，再通过网络通信等技术接入互联网，最终实现物与物或者人与物之间的交互。因此，互联网技术是物联网技术的基础和核心，物联网是互联网发展的一个延伸，互联网主要解决物联网中传感器节点感知数据的传送和数据的共享。
（2）EPC/RFID技术，EPC(Electronic Product Code)是在物流信息化的基础上产生的，它提供了一种产品电子代码编码的方法，它实现了对物理电子产品的唯一标识。EPC/RFID电子编码与标签技术是物联网的核心技术，结合EPC/RFID技术和网络技术，数据库技术、中间件等技术，是物联网的一种发展趋势。
RFID是一种射频自动识别技术，在产品标签与阅读器的配合下，可以在互联网上实现物品的自动识别和信息的共享与交互。物品在RFID的标识后能够基于网络自动的进行信息的交换，能够为物联网上的物品提供身份验证的技术支持。RFID标签中存放着格式规范的数据，通过RFID阅读器可以对物品自动的识别身份，并可以按照要求完成相应的数据格式的转换，通过与互联网的连接将数据发送到数据处理中心，以便后续的相应处理。
（3）PML开发技术，PML(Physical markup language)实体标记语言，PML是在XML标识语言的基础上发展而来的，它是一种描述物体过程和环境的标准语言，主要为软件开发，数据存储和分析提供了方法，它将与物品相关的数据进行加工，提供要以相互交互的数据，物联网中的物品信息可以用PML来描述，它在物联网中将有广泛的应用。
（4）嵌入式技术，嵌入式技术是一种将计算机技术，通信技术，自动化等技术综合起来与传统的制造业结合起来的一种技术，它可以就一个行业或者应用开发出来的智能化电子产品，该智能化电子产品具有故障诊断，本地监测和远程控制等功能，能够使产品实现信息化。同样物联网使物品信息化，它将物理产品和信息技术结合为一体，使物联网中的物品能够主动或者被动的与互联网中相应的人或者物进行信息的交换，物联网的发展缺少不了嵌入式的技术，尤其在与嵌入式技术结合后才能够使物品的标识以及传感器网络等设备的正常和降低成本的工作，最终实现与物或者人与物之间能够进行信息的交换，从而形成物联网。
（5）无线通信技术，物聯网的最终目标是实现一个具有广泛应用的系统，用户可以随时随地的与操作对象进行交互，使得无线通信技术成为物联网应用的一种必要技术，目前物联网中的核心技术如RIFD、传感器网络等技术都已经融合了无线通信技术，在无线通信技术的应用基础上才能实现物联网的广泛应用的可能，与此同时还可以降低成本。
（6）传感器网络技术，传感器网络是物联网的核心技术，主要用来解决物联网中的数据感知问题，如果要对物品的各种状态进行实时的信息收集，就要使用传感器网络技术。传感器网络通过传感器节点，构建了一个可以对数据进行收集，传送和处理相应数据的复杂网络，通过实时的对网络所覆盖的区域进行对对象的状态数据的收集，将收集的数据用于跟踪、监测和控制等操作，能够对外部信息具有感知能力是传感器的主要特点。传感器只是物联网感知外界状态的一种技术手段，并不是物联网的技术的全部，传感器网络并不等同于物联网。
（7）信息安全技术，物联网是使用通信技术，将数据化的物品信息进行相应的操作，最终实现物与物或者人与物之间的信息交换，这里就不能缺少信息安全技术的应用。无论物联网应用背景是否安全，在物联网系统的设计时一定要有信息安全的设计，系统的安全是系统应用的前提，尤其物联网系统在受到信息安全攻击时，会使得获取的数据没有意义，更可能导致整个系统的瘫痪。物联网的信息安全技术主要有防火墙、数据加密等技术。
3 结论与展望
物联网处于起步阶段，关键技术有待突破，未来10年中物联网技术将会获得长足进步。主要研究内容有物联网的通信技术、物联网的数据融合、物联网的异构网络融合、物联网的智能终端、物联网的信息安全和保密、物联网的相关标准、物联网应用和业务开发等方面。
参考文献：
[1]ITU．ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things[R]．Tunis，2005．
[2]朱洪波，杨龙祥，于全．物联网的技术思想与应用策略研究[J]．通信学报，2010，(11):1-8
[3]朱晓荣，孙君，齐丽娜，等．物联网[M]．北京：人民邮电出版社 ．2010．
[4]封送林，叶甜春．物联网/传感网发展之路初控[J]．中国科学学院院刊，2010，(1):4-7
作者简介：
成汉健（1974-），男，广东，助理研究员，硕士，主要研究方向：物联网、网络信息安全。