◆靳祺楨

（天津工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件學(xué)院 天津 300387）

淺析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與相關(guān)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

◆靳祺楨

（天津工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與軟件學(xué)院 天津 300387）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)由提出到今天已有近20年的時(shí)間，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，許多新興技術(shù)也發(fā)展了起來，共同構(gòu)建起了物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。本文通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)與開源硬件、物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)與app以及物聯(lián)網(wǎng)與RFID之間的關(guān)系的分析，通過一些典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景理清了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與相關(guān)技術(shù)之間的關(guān)系，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)提供新的視角和思路。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；開源硬件；云計(jì)算；app；RFID

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念最早是由麻省理工學(xué)院在上個(gè)世紀(jì)末率先提出的，經(jīng)過將近20年的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)由最初的概念迅速發(fā)展成了時(shí)下最熱門的產(chǎn)業(yè)之一。在物聯(lián)網(wǎng)的三層體系架構(gòu)中，每一層中都包含著眾多的相關(guān)技術(shù)，例如感知層的傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用層的軟件開發(fā)技術(shù)，這些技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相輔相成，共同構(gòu)成了大環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。換句話說，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)質(zhì)上是在眾多的新興技術(shù)與成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此，理清物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與這些技術(shù)之間的關(guān)系，可以更好地幫助我們進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

1 物聯(lián)網(wǎng)與開源硬件

開源硬件是指與自由及開放原始碼軟件相同方式設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)和電子硬件。開源硬件開始考慮對(duì)軟件以外的領(lǐng)域開源，是開源文化的一部分。目前市場(chǎng)上主流的開源硬件有Arduino、樹莓派等。世界各地“創(chuàng)客”之間通過網(wǎng)絡(luò)相互交流開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，互通有無，充分利用了互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)大力促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)中，開源硬件往往起著感知層的核心控制的作用，例如可以利用樹莓派開發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，相比較利用單片機(jī)開發(fā)此類的傳感器節(jié)點(diǎn)，利用樹莓派開發(fā)的開發(fā)周期會(huì)大大地縮短，同時(shí)在開發(fā)難度上也會(huì)有所降低。

以樹莓派為例，其豐富的GPIO引腳為開發(fā)者提供了充分的想象空間，有樹莓派發(fā)燒友甚至利用樹莓派和一臺(tái)老舊的微波爐創(chuàng)造出了充滿想象力的智能化微波爐，它支持語音操控和手機(jī)/平板操控，并且可以通過掃描產(chǎn)品條形碼自動(dòng)烹飪食物。要知道，在開源文化的環(huán)境下，開發(fā)者會(huì)將開發(fā)項(xiàng)目所需的所有硬件原理圖和程序源代碼都公布在網(wǎng)絡(luò)上，換句話說，每一個(gè)普通人都可以根據(jù)這些豐富的資料將別人的創(chuàng)意進(jìn)行重現(xiàn)甚至在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新出更好的產(chǎn)品。這對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是很有利的，在開源文化的指引下，每個(gè)人都是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者，每個(gè)人都是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)者?？梢灶A(yù)見，在未來，物聯(lián)網(wǎng)將融入每一個(gè)普通人的生活，我們將自己動(dòng)手創(chuàng)造屬于自己的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。

可以說，開源硬件的未來就是物聯(lián)網(wǎng)的未來，近幾年，主流開源硬件的價(jià)格在逐年降低，生產(chǎn)量卻在逐年上升，這無疑對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是有利的，在降低開發(fā)成本的同時(shí)，可供開發(fā)的開發(fā)板種類越來越豐富，開源硬件為開發(fā)者提供了一個(gè)全新的思路，更為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)注入了新的活力。

2 物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算

云計(jì)算是由分布式計(jì)算（Distributed Computing）、并行處理（Parallel Computing）和網(wǎng)格計(jì)算（Grid Computing）發(fā)展而來的一種計(jì)算模式。解放軍理工大學(xué)劉鵬教授對(duì)云計(jì)算作出的簡短定義是“云計(jì)算是通過網(wǎng)絡(luò)按需提供可動(dòng)態(tài)伸縮的廉價(jià)計(jì)算服務(wù)”，通過這一定義可以看出，云計(jì)算這種“按需提供”、“動(dòng)態(tài)”和“廉價(jià)”的特點(diǎn)，充分適應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)特點(diǎn)。

進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)，我們至少需要以下三個(gè)必要條件：（1）傳感器等電子元器件；（2）網(wǎng)絡(luò)通信；（3）對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理能力。然而，云計(jì)算能夠很好的滿足這些條件。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)量將呈現(xiàn)出指數(shù)型增常趨勢(shì)，借助云計(jì)算處理海量信息，進(jìn)行輔助決策，提升物聯(lián)網(wǎng)信息處理能力將成為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的必要手段。

目前，世界上各大云計(jì)算服務(wù)提供商均相繼推出了一系列的與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)相關(guān)的云計(jì)算服務(wù)——“物聯(lián)云”的概念應(yīng)運(yùn)而生。在國內(nèi)主要有阿里物聯(lián)云平臺(tái)——阿里智能、中國移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)——OneNET等，在物聯(lián)云下，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)將變得更加簡單。利用供應(yīng)商提供的API接口，那些沒有什么開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者，甚至都可以輕松地完成簡單的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)。由此可見，云計(jì)算作為一種虛擬化、硬件/軟件運(yùn)營化的解決方案，可以為物聯(lián)網(wǎng)提供高效的計(jì)算、存儲(chǔ)能力，為泛在鏈接的物聯(lián)網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)引擎。

3 物聯(lián)網(wǎng)與app

智能手機(jī)的迅速普及推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)的熱潮，目前市場(chǎng)上三大主流的手機(jī)操作系統(tǒng)，Android、IOS和Windows Phone均在市場(chǎng)上占有一定的份額。這樣的環(huán)境恰好為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)提供了機(jī)會(huì)。

app可以很好的為用戶與下層繁雜的軟件架構(gòu)與硬件之間提供一個(gè)便于理解、易于操作的接口。一款界面友好，功能豐富，操作簡便的app無疑可以讓用戶更好的享受物聯(lián)網(wǎng)給人類生活帶來的便捷。盡管現(xiàn)在有越來越多的人提倡“物聯(lián)網(wǎng)去app化”，甚至有人提出通過app實(shí)現(xiàn)將物與物相連結(jié)是最初級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)，但是不得不承認(rèn)的是，就目前的情況而言，利用app實(shí)現(xiàn)人與物、物與物的相聯(lián)，是最便捷同時(shí)也是最具有市場(chǎng)的一種做法。當(dāng)然，隨著人工智能的認(rèn)知技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展成熟，物聯(lián)網(wǎng)的未來一定是可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的聯(lián)接的，到那時(shí)，app也將成為過去式。

4 物聯(lián)網(wǎng)與RFID

RFID技術(shù)，即射頻識(shí)別技術(shù)，是利用射頻信號(hào)通過空間耦合實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的一項(xiàng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展離不開RFID技術(shù)的發(fā)展，在早期，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就被人們簡單的認(rèn)識(shí)為傳感器技術(shù)和RFID技術(shù)的綜合應(yīng)用。隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，無源標(biāo)簽的廣泛應(yīng)用，RFID的可讀些范圍也越來越遠(yuǎn)。特別是近幾年，隨著高頻、超高頻RFID技術(shù)的發(fā)展，使RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用場(chǎng)景不再局限于“交通卡”、“身份證”這類的近距離應(yīng)用。國際物聯(lián)網(wǎng)貿(mào)易與應(yīng)用促進(jìn)協(xié)會(huì)（IIPA）發(fā)布的《2013-2017年中國RFID行業(yè)調(diào)研報(bào)告》指出，盡管超高頻RFID的市場(chǎng)進(jìn)展不及預(yù)期，但在2010-2012年間，中國超高頻RFID市場(chǎng)規(guī)模以年均78%的復(fù)合增長率在快速擴(kuò)張。IIPA預(yù)測(cè)，2017年將成為超高頻RFID超過高頻市場(chǎng)份額的分水嶺。也就是說，在未來的幾年，超高頻RFID將成為市場(chǎng)的主流。

盡管目前RFID標(biāo)簽的價(jià)格仍然是阻礙這一技術(shù)進(jìn)一步推廣的主要因素，但我們可以看到，RFID的標(biāo)簽的價(jià)格正在大幅下降，隨著技術(shù)的成熟和應(yīng)用場(chǎng)景的增多，RFID標(biāo)簽成本會(huì)自然的下降。就目前來看，RFID在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用主要可以歸納為三個(gè)大的方面：（1）通道管理，例如我們常見的門禁管理，停車場(chǎng)管理等；（2）數(shù)據(jù)采集與身份認(rèn)證，例如身份證，社?？ㄒ约澳壳霸诟咝Ｖ斜粡V泛使用的“一卡通”等；（3）定位，定位系統(tǒng)用于自動(dòng)化管理中對(duì)車輛、人員、生產(chǎn)物品等進(jìn)行定位。例如博物館物品定位、監(jiān)獄人員定位、礦井人員定位等。

5 物聯(lián)網(wǎng)的未來

在典型的物聯(lián)網(wǎng)三層體系結(jié)構(gòu)中，每一層都包含著許多的技術(shù)。在感知層，我們需要更先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)和體積更小、能耗更低的傳感器節(jié)點(diǎn)；在網(wǎng)絡(luò)層，我們需要更穩(wěn)定、容錯(cuò)性更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和路由算法，更需要云計(jì)算提供更廉價(jià)、存儲(chǔ)量更大、讀寫速度更快的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)；在應(yīng)用層，我們需要功能更強(qiáng)大，界面更美觀、更友好的客戶端?？梢钥吹?，這是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與相關(guān)技術(shù)共同發(fā)展的過程，每一個(gè)環(huán)節(jié)的進(jìn)步都將為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展注入新的能量。

物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的一種延伸和發(fā)展，必將在今后的發(fā)展過程中面臨同當(dāng)初互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的問題類似的困難。在物聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)體系結(jié)構(gòu)中，無論從底層硬件到上層軟件，從傳感器節(jié)點(diǎn)部署到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合，還是從物聯(lián)網(wǎng)安全管理到市場(chǎng)的拓展與開發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)的未來發(fā)展，將不僅僅局限于一種或兩種技術(shù)的發(fā)展這么簡單，它需要技術(shù)人員與管理人員的共同參與，學(xué)界、企業(yè)與政府的共同協(xié)作。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展就好比一條食物鏈一般，下游技術(shù)的發(fā)展和繁榮將促進(jìn)上游技術(shù)的發(fā)展和繁榮，各種技術(shù)之間相互促進(jìn)，相互借鑒才能共同促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

在未來，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品將成為人類生活的必須品，人類的生活方式和思維方式也必將隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而發(fā)生巨大的改變。同時(shí)，作為應(yīng)用的開發(fā)者，應(yīng)該廣泛地將新興的技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，利用相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)滿足廣大用戶不斷增長的對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的功能需求。

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表2 電力行業(yè)的相關(guān)政策

3 電力信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)中等級(jí)測(cè)評(píng)的應(yīng)用

電力信息系統(tǒng)安全等級(jí)測(cè)評(píng)涵蓋以下方面：

（1）在確定電力信息系統(tǒng)安全保護(hù)等級(jí)之后，通過等級(jí)測(cè)評(píng)的實(shí)施，對(duì)系統(tǒng)是否達(dá)到相應(yīng)級(jí)別的安全保護(hù)能力進(jìn)行有效評(píng)估。

（2）整改電力信息系統(tǒng)之后，對(duì)建設(shè)整改的效果通過等級(jí)測(cè)評(píng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)系統(tǒng)是否具有相應(yīng)等級(jí)的安全保護(hù)能力進(jìn)行評(píng)估。

（3）電力信息系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)時(shí)期，通過合理的等級(jí)測(cè)評(píng)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行測(cè)評(píng)，從而確保系統(tǒng)具有相應(yīng)級(jí)別的安全保護(hù)能力。

電力系統(tǒng)等級(jí)測(cè)評(píng)在實(shí)施過程中，應(yīng)該保證測(cè)評(píng)對(duì)電力生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)性與實(shí)時(shí)性不會(huì)造成影響，在等級(jí)測(cè)評(píng)過程中通過測(cè)評(píng)經(jīng)驗(yàn)的積累，使測(cè)評(píng)水平不斷提高。

4 小結(jié)

在等級(jí)保護(hù)的實(shí)施過程中，管理者需要進(jìn)行積極的探索與實(shí)踐，在工作過程中真正落實(shí)等級(jí)保護(hù)。實(shí)施電力行業(yè)中二次防護(hù)工作，不斷應(yīng)用等級(jí)保護(hù)，基于等級(jí)保護(hù)使電力系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、配電網(wǎng)系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)等電力信息系統(tǒng)的安全得到保障，并且提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本，這對(duì)電力行業(yè)的信息化建設(shè)具有深遠(yuǎn)的影響。

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