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AIoT技术分析:物联网

物联网(Internet of Things)指的是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起,方便识别和管理。

  物联网的定义

  物联网(Internet of Things)指的是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起,方便识别和管理。除此之外,也可以将无处不在的末端设备和设施,包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等和“外在使能”的,如携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”,通过各种无线或者有线的长距离以及短距离通讯网络实现互联互通应用大集成、以及基于云计算的SaaS营运等模式,提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、决策支持等管理和服务功能,实现对万物的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

  物联网发展历史

  根据网络公开资料记录,物联网概念最早诞生于1999年诞生,于2005 年左右正式普及开来,到2009年随着“感知中国”的提出开始在国内逐渐发展壮大。

  图 :物联网产业发展历程 数据来源 :网络公开资料

  1999年,MITAuto-ID中心Ashton教授提出物联网概念,把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。

  2005年11月,在突尼斯举行的信息社会世界峰会上,国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005物联网》的报告,此时物联网的定义和范围发生了变化,覆盖范围有了较大的拓展,不再只是指基于RFID技术的物联网。此时,物联网也得到了科普,物联网通信时代即将来临,射频识别技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。

  2009年6月,欧盟委员会提出针对物联网行动方案,方案明确表示在技术层面将给予大量资金支持,在政府管理层面将提出与现有法规相适应的网络监管方案。而后在8月,温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时,提出“感知中国”之后,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一,此时物联网在中国受到全社会极大的关注。至此,物联网开始大力发展起来。

  目前,物联网的覆盖范围与时俱迹,已经超越了1999年Ashton教授和 2005年ITU报告所指的范围,物联网已被贴上“中国式”标签。经国家标准化管理委员会批准,全国信息技术标准化技术委员会组建了传感器网络标准工作组,标准工作组现聚集了中国科学院、中国移动通信集团公司等国内传感网主要的技术研究和应用单位。

  物联网核心技术分析

  体系架构

  物联网典型体系架构分为三大层级,自上往下依次是感知层、网络(传输)层和应用层。

  图 :物联网三大基本架构

  感知层

  感知层可以实现物联网全面感知的核心能力,是物联网中关键技术、标准化、产业化方面亟需突破的部分,关键在于具备更精确、更全面的感知能力,并解决低功耗、小型化和低成本问题。

  网络(传输)层网络层

  主要以广泛覆盖的移动通信网络作为基础设施,是物联网中标准化程度最高、产业化能力最颈、最成熟的部分,关键在于为物联网应用特征进行优化改池,形成系统感知的网络。

  应用层

  应用层提供丰富的应用,将物联网技术与行业信息化需求相结合,实现广泛智能化的应用解决方案,关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障及有效商业模式的开发。

  关键技术

  当前的物联网主要关键性技术包括:感知事物的传感器网络技术、联系事物的组网和互联技术、判别事物位置的全球定位系统、思考事物的智能技术、认识事物的射频识别技术RFID以及提高事物性能的新材料技术。

  图 :IoT 关键技术应用

  传感器网络技术

  目前的传感器可以将接收到的重要信息随时随地的传递给其它装置。伴随着科技的快速发展,传感器将实现智能化、微型化、信息化及网络化的发展模式。传感器的主要功能是实现感受外部的有用信息的动态变化,可探测、识别相应的信号,感知物质的组成分。

  组网和互联技术

  传感器组网和互联技术是实现物联网功能的重要技术环节,研究方向包含架构新型分布式无线传感网络组网结构、基于分布式动态分组技术、 可靠性高的物联网单元冗余技术、无缝链接断开和网络自平衡技术。全球定位系统

  全球卫星定位系统主要是通过连接卫星及地面基站设备,利用导航技术可进行精确地测时及测距来寻找到物体的具体地理位置。全球卫星定位系统主要是由空间部分、地面控制部分和用户设备等技术设备部分组成。

  智能技术

  智能技术主要的研究内容有人工智能化理念、高级的人机交互理念技术与系统、智能化控制技术与系统及智能信号的有效处理。当在物体中植入相关智能化的体系时,是可以完成一些自己预想的功能,进行一系列的主动或者被动的与人联系交流。

  射频识别技术RFID

  RFID可以识别高速运动的物体,在同一时间多个标签可以被辨别,操作迅速便于运行。RFID技术的应用是可以不需要人为的干预就能实现在某种严重的环境中分析相关数据信息来进行识别操作。

  新材料技术

  物联网新材料技术的主要研究内容有小型化的纳米技术、高可靠性的抗氧化技术和功耗低的集成电路技术。具有的特点是比传统材料的性能更完善,更耐用。例如纳米技术是研究尺寸在0.1~100nm的物质组成体系的运动规律和相互作用,以及可能实际应用中的技术。目前,纳米技术在物联网技术中的应用主要体现在RFID设备,感应器设备的微小化设计,加工材料和微纳米加工技术上。

  物联网技术的主要问题及解决方案

  信息安全

  物联网的信息安全是一个被广泛关注的话题。由于物联网连接和处理的对象主要是机器或物以及相关的数据,其“所有权”特性导致物联网信息安全要求比较高,对“隐私权”(Privacy)保护的要求也更高,此外还有可信度(Trust)问题,包括“防伪”和DoS(Denial of Services)也就是用伪造的末端冒充替换eavesdropping等手段侵入系统,造成真正的末端无法使用问题,由此很多人呼吁要特别关注物联网的信息安全问题。如果从 www.asmag.com.cn 19 物联网系统体系架构的各个层面仔细分析,就会发现现有的安全体系基本上可以满足物联网应用的需求,尤其在其初级和中级发展阶段,但面对高级别的应用时,信息安全就会有所跟不上了。

  在现实生活中,如经济状况、社会交际活动、战略性基础的设施资源和人们的生活各方面等相关重要信息都会登记在网上并且有所记录,但是由于以上的信息在理论上都是透明的,公开的。如果遭受到攻击或者发生删改将面临着安全和隐私的外泄,严重的话可能将造成如电网的瘫痪、交通指挥的失控、工厂停产或待产等恶性循环的后果会造成人民财产巨额损失。所以实现信息安全和网络安全不仅仅是物联网大规模应用的必要条件之一,也是物联网的应用系统走向成熟的重要标志之一,只有解决好信息安全问题,物联网的大规模应用才有所保障。

  物联网信息安全解决方案

  面对信息安全,我们能有什么解决方案呢?目前的物联网技术虽然存在着不可估量尚未可知的风险、安全,容易受到不法分子的威胁、网络攻击等,但我们可以通过具体的解决方案进行安全防护。首先,我们可以建立对物联网的保密性平台,然后对加密和管理机制的完善,然后对物联网的访问机制进行控制来维护网络系统的正常运行,在物联网系统发生异常时,可以对存在有恶意潜入的病毒木马导致无法运行的部分建立出容易运行安全部分的体系。

  为了建立内部节点间的真实有效性,我们可以通过完善感知层的鉴别体系机制,如果是保障信息的安全性、保密性以及准确性,则可以建立安全数据的融合体系机制,解决在网络中的抗击性的相关问题,建立完善好安全路白的体系机制。

  当然,这些解决方案对于目前来说是完全足够的,但随着科技的不断进步,对于信息安全还是处于一种防制状态,研究人员还是需要在信息安全方面不断的研究发展,及时排除风险,来保障物联网的安全信息问题。就目前的形势来看,物联网的发展虽然并不是很成熟,但是足以能够看出物联网的发展能带动下一个经济周期的发展


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