湖南科技大学高等学历继续教育
毕业论文（设计）
题 目 浅析物联网及物联网技术架构
作 者 余 燕
专 业 物联网工程
函 授 站
指导教师
2022 年 2月 28 日
浅析物联网及物联网技术架构
摘要
物联网指的是利用多种信息传感器、射频识别技术、全球定位技术等技术，实时采集相应信息，并通过各种网络接入，从而实现物与物之间、物与人之间的连接。物联网自出现之后，受到社会各界的关注及重视。本文浅析物联网的发展现状，目前的基本应用，探究物联网技术架构。
关键词
物联网 ；技术架构 ；应用
1.引言
信息时代的有一个发展阶段就是物联网，近几年无论是在网络上，还是在现实里，都会出现一个词，叫做物联网。物联网已经成为一个非常时髦的词，也是网络人的一种向往生活。许多的网络研究者都盼望着实现自己的生活中能够形成物联网时代。近年来物联网在许多军事和民用领域（灾后恢复、环境监控和军事对抗等）展现出蓬勃的应用前景，“万物互联”已成为通信行业的重要发展方向，未来大部分终端设备都将连接网络，逐渐聚合为规模庞大、高度智能的全球物联网。近年来，在各国政府导向和商业企业的推动下，计算机及因特网得到大力发展和普及，同时和网络相关的技术也发展起来，例如物联网发展迅速，在商务活动、科研、高校、企业生产、物流运输、人们工作、生活中得到应用和体现，也处于发展的良好势头。
2.物联网的发展现状
2.1物联网的概念
物联网直观上是一类连接物品的互联网，是下一代网络和互联网发展的必然产物，息技术(NIT)”1的发展，创造了一个虚拟网络世界。物联网是互联网技术的一种延伸，互联网中的网络终端不再仅仅是计算机或类计算机机器，而是扩展成任何物品相互之间都可进行联网通信，交换信息，实现双方的控制。物联网在中国的发展可以说领先世界。更可说物联网已打上中国的烙印。因此“中国式”物联网的概念可说成：物联网是一个基于互联网，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。物联网具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化等特点。
人类社会已经可以利用网络虚拟世界，实现了网上交友、网上购物、网上游戏、网上办公、网上订票、网上教育、网上仓库管理、网上电力调度、网上生产控制、网上交通监控等。但有些虚拟世界的活动必须依赖于现实物理世界，例如网上购物必须依赖于现实世界物流系统的支撑；有些人类社会的活动必须依赖于虚拟网络世界与现实物理世界的实时交互，例如网上仓库管理、网上电力调动以及网上生产控制等方面的应用。
2.2国内外物联网的发展现状
2.2.1国外物联网发展现状
美国、欧盟地区、日本等国际及地区对于物联网的重视程度较高，因而物联网在这些国家及地区发展速度较快。早在2022年，美国就提出了“智慧地球”概念，并表示物联网是国家重点发展的领域。目前，美国已建立了较为完善的物联网产业链 ；欧盟在2022年也制定了《欧盟物联网行动计划》，并逐渐建立了物联网
政策机制，且在车联网等范畴一直领先于其他国家及地区。
2.2.2 国内物联网发展现状分析
截止到2022年6月我国网民数量已达到8.54亿，基于互联网的物联网在我国迅速发展、推广。2022年，我国国务院颁布了《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》，以规范物联网发展。我国诸如华为、阿里巴巴等大型企业也积极参与到物联网行业中，这对推动物联网产业发展有利。例如 ：华为联合爱立信、高通等企业制定了 NB-IoT 标准，建立了成本低、覆盖面广的物联网，为多个行业提供服务。我国华为、中兴等企业积极研发与物联网相关的设备及网络。目前，我国 M2M 用户数量在1亿以上。我国多高校已开设物联网专业，在多地建设了物联网研发基地，并形成了物联网产业聚集区，并逐渐在全国建立完善产业链。
2022 年12 月16 日，全球移动通信系统协会预测：全球物联网设备将从
2022 年的 103 亿个增长到 2025 年的 250 亿个，其中企业物联网连接数将在 2024 年超过消费者物联网连接数，并在 2025 年达到 133 亿个。因此，物
联网不仅将走进人们生活的方方面面，也将深度融入各个垂直行业。
2.2.3物联网在国内外的应用
1.在工业发展中的应用。我们国家是一个工业大国，在以前各个工厂都要培养业务员，把自己生产的商品推销到各个地方，还要根据自己公司的需要，选择原材料，这中间需要投入很多的人力和物力，有了物联网以后，商家可以在网上把自己的产品挂出来，各个厂家根据自己的承受能力进行报价，买家根据自己的需要进行选择，这样不用出厂子的大门就能够实现产品的对接，节省了许多的时间，能够让更多的劳动力进行更加有意义的事情。同时一个公司的产品可以销售到全国甚至世界各地，只要是有网络就能够进行浏览，让购买和售卖都方便了，大大的增加了公司的销售额度。
2.物联网在数字家庭方面的应用。我们的生活节奏加快了，工作效率提高了，这一切都给社会带来更大的效益。我们在工作之余回到家里都累得不愿意动了，但是面对自己昨天扔下的脏衣服，面对地上的一片狼藉，还要提起精神做完。有了物联网以后，家庭生活就舒适多了，我们只要把各个家庭设备上都装上电子产品，我们在办公室里也能够进行操作，到了做午饭时间，只要轻轻一点按钮，就能够让电饭锅自动煮饭，让洗衣机自动洗衣服，让扫地机器人自己打扫房间，等到我们一进家门饭已经做好，衣服已经洗好，地已经擦好，一切都是整洁的，这一切都会给我们一个好的心情，我们进家后只要享受生活就可以了，不用再做那
些繁重的劳动，能够有更多的时间投入到工作中，没有什么后顾之忧。
4.物联网在数字图书馆和数字档案馆中的应用。以前我们要想在图书馆里查找一本书是非常困难的，面对图书馆里上万本书，犹如大海捞针。但是有了物联网后，我们再想看一本书，只要在电脑上输入这本书的名字，就能呈现出这本书的位置，再也不用围着整个图书馆转了，能够实现一秒钟查找一本书。当然要想实现图书馆里查找图书方便，首先要把一本本书编上号输入到电脑中，然后按照这个号进行排列，一开始操作时是非常麻烦的，但是方便于我们今后查找。如果档案室里进行了物联网对接后也能够实现查找个人档案分分钟实现，不用再逐个的翻阅，这样提高了工作效率，节省了人力资源。
5.物联网在卫生医疗领域中的应用。做什么都讲究效率。我想每个人都有过在医院里排队挂号的经历，这种等待的滋味是非常难受的，即使医院里一次开十几个窗口，但是排队挂号、排队缴费的人仍然像一条长龙，有了物联网以后，许多的手续都能够在机器上进行操作，不需要人工进行挂号，同时只要是一个人在这个医院曾经看过病，就会有了这个人的档案，曾经做过的检查项目都能够一一排列出来，有助于医生对这个人进行纵向的对比，监测出一个人的健康状况，针对情况进行及时的治疗，不用病人自己再进行过多的检查，节省了时间和费用。RFID 技术与医院信息系统（HIS）及药品物流系统的融合，是医疗信息化的必然趋
势，实现医疗行为的数字化、智能化、人性化。患者住院期间，医护人员可以利用网络来收集病人的心率、血压、心电图等各种数据，对病人病情进行 24 小时不间断的监控及预警，随时掌握患者需求，实现现代化、人性化的服务。
6.随着人类社会的发展，生态环境问题受到世界各国的重视。为避免自然灾害给社会、国家造成较大损失，应积极分析环境因素，采取有针对性预防策略，这一目标的实现需要物联网的支持。在2022年美国布法罗大学提出了深海互联网项目，其将经过处理的感应设备放置在深海区域，可实时监控水下环境，这对预防、治理海洋污染问题，勘察海底资源等具有重要意义。
物联网给我们文物工作者带来了许多的有利之处。物联网市场的未来前景广阔，也是产业升级、人类进入高度信息化社会的必然选择。
3.物联网技术架构
在物联网的许多应用中，为了维护终端数据的新鲜度，必须以尽可能低的时延来完成数据聚合调度.例如，在环境监控应用中，及时收集并检测出环境异常数据能够为监控用户进行应急处理提供有效支撑.然而，由于无线信号之间的干扰，物联网中的最低时延数据聚合调度问题已被证明是NP（Non-deterministic Polynomial）难问题.近年来研究者高度关注该问题，并且提出了许多低时延的近似数据聚合算法.但是，已有算法通常都是采用逐层调度方法和干扰避免技术来实现，减少了可并发传输的链路数目，不利于降低数据聚合时延.因此，如何有效地降低物联网的数据聚合时延值得深入研究.3.1物联网体系结构
物联网体系结构与传统网络体系结构不同，不能简单采用分层网络体系结构描述。物联网系统本身是由三个维度构成的一个系统，这三个维度是信息物品、自主网络、智能应用。自主网络表示这类网络具有自配置、白愈合、自优化、自保护能力07l，智能应用表示这类应用具有智能控制和处理能力，信息物品表示这些物品是可以标识或感知其自身信息。这三个物联网的功能维度是传统网络系
统不具备的维度(包括自主网络的维度)，却是连接物品的网络必须具有的维度，否则，物联网就无法满足应用的需求。物联网体系结构中三类功能部件之间都存在相互的关系，这三类功能部件之间的相互关系不同于互联网分层体系结构定义的功能部件之间的相互关系，这三类功能部件之间以及不再是一个分层的服务调用和服务提供的关系。
3.2物联网体系结构模型构建原则
（1）多样性原则。物联网体系结构构建时需结合服务节点及类型差异，存在诸多类型，可平滑地同互联网展开互联互通。（2）包容性。现阶段，物联网技术尚未发展成熟，因此所构建的物联网体系结构需同能源、空间、时间方面所提出的需求加以充分满足，借此实现不同信息技术、传输技术、通信技术的集成，满足各领域针对物联网所提出的需求。（3）可扩展性。物联网体系所构建的结构框架，需具备相应的可扩展性，借此可同现有网络通信技术设施相匹配，实现基础设施的充分利用，对已投资利益加以保护。
3.3物联网的体系结构
物联网主要有三个层级，包括感知层、网络层、应用层，其主要表现在：首先使感知层。感知层主要是用作物体感知、获取信息。利用传感器、终端、RFID、二维码、定位等技术，采集或辨识物体属性、环境、运行状态等信息。感知任务主要是通过协同处理方案，进行多角度、多种类、多尺度的在线计算，与网络中其他单元资源共享、交互、传输。是整个物联网层次的基础。
其次是网络层。网络层是实现物与物、人与物连接的介质，包括 Internet、GSM、CDMA等，保证信息传输的安全性、可靠性。在网络信息传输中，需要应用各类异构通信网络通过接口与设备连接，通过各种网关实现操控。新时期的物联网设备有强大的硬件作为支撑，可以采用更加复杂的软件协议设计。传输层就好比人的语言，可以传输、处理信息，从而为实现物联网功能提供支撑。
最后使应用层。应用层作为人与物、物与物互联的接口，并结合不同行业或用户的需求，实现物联网的相关功能。结合用户需求，应用层可以与各行各业的管理平台结合，根据业务特点展开服务。为了可以提供更加精准的信息服务，还要根据不同行业的业务模型，从而完成更加精细化的操作。
3.4 物联网的 EPC 体系结构
整个结构体系主要包括：EPC 编码体系、射频识别技术、信息网
络系统构成，其主要表现在：EPC 编码体系：在实现物联网功能过程中，其功能发展最终目标是全球物品信息共享。而想要实现该目标，则要对物联网相关物品统一编码，也就是全球物品生产都使用一个编码，实现全球范围内的应用。如今，最常见的编码除了有 EPC，还有 UID 编码。RFID 系统当中涵盖了读写器、EPC 标签两个方面。其中，EPC标签是商品编号载体，在物品当中镶嵌 EPC 标签后，此时物品就与特定编码相互联系，编码成为了商品的标签。EPC 标签是一个电子编码，通过数据分析和处理就会产生数据信息，将这些数据信息进行处
理统一存储到分布式数据库当中。如果用户想要获取物品信息，通过扫码即可一键式获取基础信息，从而掌握物品的信息状况。EPC 信息网络系统。EPC 信息网络系统当中涵盖了中间件、发现服务、EPC 信息服务三个层面。主要功能表现在以下几点：(1）中间件。想要实现环境与系统的连通，则要设置通用平台与接口，设置在后台软件和读写器之间。中间件可以实现应用系统与 RFID 信息交互，更好的捕获信息和事件。EPC 中间件应用了标准协议，从而实现信息连通的统一性与标准性。(2）发现服务。主要对象包括解析服务、代码服务、访问服务。如今 ONS 系统以及相关配套系统也已经变得更加完善。(3）信息服务。EPC 软件支持系统主要是 EPC IS 系统，可以实现用户与物联网环境相互交流。
结语
随着计算机及网络的进一步发展，物联网依托这个物质基础和平台，其发展方兴未艾。物联网的发展前景广大，应用遍布各行各业，也涉及人们的工作、学习、生活之中。物联网的概念和技术研究还未达到饱和，也许在以后的研究和应用过程中还有新的技术融入，也带来新的概念的更新。无论如何，物联网会是网络以后的一个重要发展方向，也是网络运用的研究趋势。物联网是网络世界和现实世界融合的产物，当今的物联网概念模型还不够完善，体系结构还存在一定的弊端，但物联网给人类社会带来的贡献是不容忽视的，并且未来互联网还有很大的发展空间。
参考文献
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