王進

【摘要】 物聯(lián)網四大關鍵技術的應用非常廣泛的，這四個技術主要是RFID，WSN，M2M，還有兩化融合。RFID可以使用matlab，NS2，Anroid實現(xiàn)，WSN可以使用NS2，OMNET++實現(xiàn)，M2M可以使用JAVA開發(fā)。物聯(lián)網和互聯(lián)網是父與子的關系，無線網絡和無線wsn網絡一樣，只不過無線節(jié)點固定和移動的變?yōu)榱藗鞲衅鞫?。物?lián)網包括互聯(lián)網技術，也包括有線和無線網絡。

【關鍵詞】 物聯(lián)網 RFID WSN M2M

一、物聯(lián)網定義與意義

物聯(lián)網的現(xiàn)狀和研究進展分析：從美國物聯(lián)網發(fā)展歷程圖中可得，美國在世界領先的研發(fā)實力的支撐下，采用了從基礎研究、應用研究到市場開發(fā)的“長線”信息技術發(fā)展模式，不僅搶得了信息技術發(fā)展的先機，而且，還不斷地實現(xiàn)了新的技術飛躍，引領著信息技術革命的潮流和發(fā)展方向，掌控著信息技術國際標準制定權。這對于我國物聯(lián)網的發(fā)展可以借鑒兩點：第一，在加大物聯(lián)網應用的同時，絲毫不能放松物聯(lián)網基礎研究，第二，抓住新一輪新興科技的先發(fā)優(yōu)勢，參與國際標準的制定。歐洲的信息科技建設和經濟發(fā)展一直不甘落后于美國，雖然近期歐洲地區(qū)正面臨整體經濟衰退、人口嚴重老齡化、氣候變暖問題等諸多問題，但歐盟一直致力于推動歐洲共同體的統(tǒng)一發(fā)展。

二、物聯(lián)網技術

最近，越來越多的文獻談論物聯(lián)網的事情，所以我們列出了一些如下。

文獻[1]提出了物聯(lián)網的定義是，通過無線射頻識別（射頻識別）、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等信息傳感設備，根據(jù)合同協(xié)議，將任何商品與互聯(lián)網連接，進行信息的交流和溝通，目的是實現(xiàn)智能識別、定位、跟蹤和監(jiān)控和管理。

文獻[2]提出的互聯(lián)網的定義，是一種基于網絡的協(xié)議標準和交互交流的動態(tài)的全球網絡基礎設施能力的自我配置，在事物的物理和虛擬的范圍之內物體的特性有如身份特點、互聯(lián)網的物理特性，擬人化的特性，他們可以通過綜合信息網絡連接。

文獻[3]提出物聯(lián)網的定義是，通過信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網進行信息交換和通信，這個網絡的目的是實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

文獻[4]提出的物聯(lián)網的特點是可以針對每個對象，每個對象網絡都可以被控制，每一個空間網絡都可以溝通。

文獻[5]提出了物聯(lián)網是剛剛過去的大量的網絡和互聯(lián)網連接更進一步深入，是他們具體應用的區(qū)域劃，是很多增值服務的新一代在廣闊的網絡平臺的集合。在技術方面，它是傳感器，傳感器網絡和RFID等感知技術、通信網絡技術、智能計算技術等的集成，實現(xiàn)全面感知、可靠傳輸，聰明的理察，是一個網絡連接的物理世界，智能化、高清，將成為物聯(lián)網關鍵詞。

文獻[6]提出近年來物聯(lián)網技術受到人們廣泛的關注，我國“十二五”規(guī)劃中已明確將物聯(lián)網作為戰(zhàn)略性新興產業(yè)來培育發(fā)展。作為物聯(lián)網核心技術之一的RFID技術，將決定著物聯(lián)網的發(fā)展程度。

文獻[7]深入分析MES重構需求和監(jiān)控需求，提出以模塊粒度維和信息粒度維為主線的可重構制造執(zhí)行系統(tǒng)體系結構（Reconfigurable Manufacturing Execution System Architecture，RMESA），系統(tǒng)研究了 MES 實現(xiàn)快速重構和實時監(jiān)控的理論和方法。

文獻[8]主要從路徑檢查、所有權轉讓、標簽群組證明以及中繼攻擊四個方面對基于RFID技術的供應鏈系統(tǒng)的安全和隱私問題進行了初步的探索，從而提出了兩個新的供應鏈路徑檢查協(xié)議PSAM和PCOMS，并且提出了一個基于可信第三方的所有權轉移方案FIT，以及提出了兩個新的標簽群組證明協(xié)議GPO和GPI。

文獻[9]中無線 Ad Hoc 網絡以其無中心、自組織、多跳路由的特點在眾多無線網絡中獨樹一幟，并且在軍事和民用等領域得到了廣泛的應用。然而，事物總是具有兩面性。無線 Ad Hoc 網絡研究中，面臨著網絡拓撲動態(tài)變化、節(jié)點能量有限、信道帶寬有限等諸多挑戰(zhàn)。

文獻[10]提出無線傳感器網絡本質上是一類資源受限的網絡。通常情況下，無線傳感器網絡節(jié)點采用電池供電，有限的能量限制了網絡生存期。作為一個嵌入式系統(tǒng)，節(jié)點的計算能力和存儲能力都較??；節(jié)點間通信帶寬也比較低。

文獻[11]中無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network， WSN）的能量嚴重受限。對WSN進行剩余能量實時監(jiān)測（Residual Energy Real-time Monitoring， RERM），是了解WSN生命周期情況的根本途徑。RERM 對設計和檢驗節(jié)能算法/協(xié)議具有重要意義。針對現(xiàn)有 RERM 研究中常見的脫離實際問題，對面向應用的 RERM 進行了系統(tǒng)、深入的研究。

文獻[12]中在移動多媒體應用驅動下，以高速無線個域網為背景，從媒體訪問控制（MAC）層協(xié)議優(yōu)化、通信協(xié)議的高層次設計以及系統(tǒng)級的低功耗設計方法等方面，對無線個域網多媒體片上系統(tǒng)（SoC）進行了深入研究。

文獻[13]提出在無線通信，特別是衛(wèi)星通信和下一代移動通信系統(tǒng)（3G）中，數(shù)據(jù)傳輸占有越來越重要的地位。反觀無線信道，由于大氣環(huán)境、地形和移動的多重影響，信道的狀態(tài)極其不穩(wěn)定，這給數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詭砹藰O大挑戰(zhàn)。自動請求重傳（ARQ）技術，特別是混合ARQ（HARQ），在提高傳輸?shù)目煽啃苑矫姘l(fā)揮了巨大的作用。

文獻[14]提出網絡編碼通過將多個數(shù)據(jù)包組合在一起，并利用數(shù)據(jù)包之間的相關性來解碼，網絡編碼巧妙解決了有向網絡中組播最大流等經典的理論難題，大大提高了網絡容量和資源的利用效率，并在優(yōu)化網絡管理和提高網絡的安全性等諸多方面都具有重要價值。無線信道的廣播特性使得網絡編碼在無線網絡中有很大的應用潛力。

文獻[15]研究無線網絡中的公平性調度問題，針對三種典型的網絡結構，分別研究在無線衰落信道下，如何在保證公平性的前提下高效率的利用有限的系統(tǒng)資源。面向不同設計目標，設計了不同的公平性調度策略。

文獻[16]提出無線網絡編碼是網絡編碼技術研究的一個重要方向，而具有本地化特性的機會網絡編碼則是無線網絡編碼技術領域中一個簡單實用的分支。針對無線機會網絡編碼吞吐性能優(yōu)化的基礎性問題，從理論框架、調度算法和應用改良三個層次系統(tǒng)性地展開了理論和應用研究，從而提出了一套理論框架，提出了一個有常數(shù)界保障的近似算法，提出了一套實用的譯碼緩存機制。

文獻[17]提出在無反饋信道的條件下，基于數(shù)據(jù)分割和不等錯誤保護，提出一種在無線網絡中可靠傳輸 H.264/AVC碼流的聯(lián)合信源信道方法。根據(jù) C 型數(shù)據(jù)對錯誤傳播影響的程度將其分為若干子型，對 A、B 和 C 型數(shù)據(jù)提供不等重錯誤保護，并采用基于迭代改進的雙向局部搜索算法。隨著丟包率增加，可提供更平穩(wěn)的重建視頻質量。

文獻[18]圍繞著 RFID 讀寫器中一個重要部件-功率放大器（PA）的關鍵技術及應用展開討論。首先對 CMOS 功放技術進行了總結，著重分析了 CMOS PA 應用于 RFID 中的關鍵技術。在此基礎上，以一個單片 CMOS 功放的實現(xiàn)為起點，圍繞兩個常用的 RFID 通信協(xié)議，就相應的讀寫器中發(fā)射機前端關鍵電路的實現(xiàn)展開了研究。另一方面，將 RFID 技術進一步推廣到零待機功耗無線開關的設計中，最后還研究了便攜式讀寫器中的功率控制技術。

文獻[19]提出無線傳感器網絡是物聯(lián)網的基礎和主要組成部分。

文獻[10]對無線傳感器網絡分布式調度方法進行研究。本文對無線傳感器網絡分布式調度方法進行了深入的研究，并針對無線傳感器網絡能量受限的特點，提出了四個分布式調度方法。首先，提出了一類實用的、協(xié)作分布式的調度方法。其次，提出了一種 WSN 分布式自學習調度方法。最后，提出了一種 WSN 分布式進化自學習調度方法。

物聯(lián)網前沿技術主要包括RFID（射頻識別技術），WSN（無線傳感器網絡），ITS（智能交通系統(tǒng)），GPS（全球定位系統(tǒng)），Lorawan技術（低功耗廣域網規(guī)范），云計算技術，物聯(lián)網感知層IPV6技術，嵌入式技術。

中國物聯(lián)網100個前沿技術報告匯編指出的內容主要包括如下方面：智能機器人在物流方面的應用情況和前景，物聯(lián)網技術框架，物聯(lián)網體系結構，智能農業(yè)，智能健康醫(yī)療監(jiān)護，物聯(lián)網助力煤礦行業(yè)，數(shù)字化油田，智能樓宇，智能網絡夜視，物聯(lián)網技術框架與標準體系，智能機器人在物流行業(yè)的應用，物聯(lián)網安全性能分析，MEMS（微機電系統(tǒng)）傳感器，TCP/IP的智能家居系統(tǒng)，RFID標準，智能安防，智能RFID在工業(yè)控制住的應用，智能建筑中的消防自動報警系統(tǒng)，基于GPS技術的冷鏈物流解決方案，淺析ABB智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應用，LTE（長期技術演進，4G LTE）承載解決方案及分析，5G關鍵技術，ZigBee組網技術在電力SCADA中的應用，虛擬化技術能否開啟云計算之門，物聯(lián)網技術發(fā)展與低碳經濟，三網融合，物聯(lián)網技術之GPS導航儀分類及說明，試論物聯(lián)網發(fā)展對C網演進路線與策略的影響，無線傳感器網絡的建模分析，無線傳感器網絡技術及其仿真平臺分析，紅外傳感技術面面觀，數(shù)字化、網絡化、智能化—DVR發(fā)展趨勢，物聯(lián)網時代車載信息系統(tǒng)技術發(fā)展方向，南京新建地鐵售檢票系統(tǒng)后臺維護用上物聯(lián)網技術，光纖寬帶推廣中的困局與解困之道分析，航空領域RFID技術應用與分析，無所不在的無線網絡無所不能的智慧城市，電容式觸摸傳感器的技術與應用，手機視頻監(jiān)控技術應用，機動車超速檢測系統(tǒng)，采用LabVIEW和NI無線傳感器網絡監(jiān)測名勝古跡。由此，我們知道物聯(lián)網的關鍵技術有RFID技術，傳感器技術，無線傳感器網絡技術，LoraWAN技術等等，主要應用在醫(yī)療方面，交通方面，家居方面，環(huán)能方面，機器人方面等等。

三、物聯(lián)網的實際應用

物聯(lián)網主要包括組播網，ZIGBEE網絡，WSN網絡，LORAWAN網絡，藍牙網絡，紅外網絡等等。群體軟件工程是實現(xiàn)云計算，物聯(lián)網，大數(shù)據(jù)的途徑。云計算源于大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網可以通過云計算來實現(xiàn)。群體軟件工程是實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的重要途徑，尤其數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)仿真和數(shù)據(jù)挖掘技術。大數(shù)據(jù)促進了科研第四范式的出現(xiàn)和發(fā)展。在科學發(fā)現(xiàn)領域，第一范式，是指以實驗為基礎的科學研究模式。第二范式，即理論研究為基礎的科學研究模式。第三范式，即利用電子計算機對科學實驗進行模擬仿真的模式。第四范式，主要針對非結構化數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)密集型科學發(fā)現(xiàn)（Data-Intensive Scientific Discovery），也就是現(xiàn)在所稱的“大數(shù)據(jù)”。 物聯(lián)網標準化工作非常重要，物聯(lián)網標準化是規(guī)范物聯(lián)網應用的重要手段和必要條件。

群體軟件工程的群體特性可以促進物聯(lián)網標準化問題的解決。2005年，國際電信聯(lián)盟（ITU）在《The Internet of Things》報告中對物聯(lián)網概念進行擴展，提出任何時刻、任何地點、任何物體之間的互聯(lián)，無所不在的網絡和無所不在計算的發(fā)展愿景，除 RFID 技術外、傳感器技術、納米技術、智能終端等技術將得到更加廣泛的應用。物聯(lián)網實際上是指面向一個特定領域或者行業(yè)的、擁有超量數(shù)據(jù)的一個復雜信息系統(tǒng)，比如智能交通、智能電網、現(xiàn)代物流、醫(yī)療健康、信息柵格都是物聯(lián)網的典型應用。

物聯(lián)網的這些典型應用決定了必須使用群體軟件工程的方法去實現(xiàn)物聯(lián)網。首先，可行性研究和需求分析。其次，概要設計。然后，詳細設計。最后，編碼和測試維護。由精英進行上層規(guī)劃，再眾包給大眾完成。群體軟件工程普遍應用于智慧城市，智慧醫(yī)療，現(xiàn)代國防，智能交通，智慧森林，智慧農業(yè)，智能家居，航天等等之中，由上層精英規(guī)劃和執(zhí)行較難部分，其他部分由大眾一起完成，設計者就是使用者，運用大眾的力量，將軟件工程普及推廣[20]。

致謝：

感謝北京工業(yè)大學和軟件學院博士獎助學金的資助和培育。首先，感謝導師侯義斌學習科研生活各個方面的幫助和指導關心！無論是課程選擇和課程授課，還是開題報告撰寫，侯老師都傾注了大量的心血，也給予了很耐心的指導和幫助，并提供良好的學習和科研環(huán)境，使我在愉悅的學習科研中授人以漁的學會了科研的方法。同時，感謝提供和搭建的自我實現(xiàn)價值的平臺。侯老師智慧敏銳，洞察力超前超高，他淵博的專業(yè)知識，豐富的科研經驗，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精和不辭辛苦的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴于律己，寬以待人的崇高風范，樸實無華，平易近人的人格魅力深深感染我并使我由衷的敬佩！不僅在專業(yè)方面教導我如何去做科學研究，還讓我知道了許多待人接物和做人做事的道理。在此，向侯老師及其家人表示感謝。同時，感謝所有鼓勵我的小學到博士的老師們和同學們和朋友們，感謝工大和軟件學院和8樓和我所在的實驗室的老師們和同學們，感謝軟件學院專家教授對我的各種寶貴建議，感謝我所在的校院級研會和班級宿舍以及黨總支等組織。然后，感謝實習單位北京海軍總醫(yī)院等等。其次，感謝家人王印付，王桂芬等等，感謝石家莊鐵道大學，燕京理工學院，遷安一中等等。最后，感謝文后所有參考文獻的作者。

參 考 文 獻

[1] ITU Internet Reports 2005： The Internet of things [EB/OL]. （2005-10-05） [2009-10-27]. http：// www. itu. int/ dms_pub/itu -s/opb/pol/S-POL-IR. IT-2005-SUM-PDF-E. Pdf， 2009-12-27.

[2] Santos A， Macedo J， Costa A， et al. Internet of Things and Smart Objects for M-Health Monitoring and Control[J]. Procedia Technology， 2014， 16： 1351-1360.

[3] Shaev Y. From the Sociology of Things to the “Internet of Things”[J]. Procedia-Social and Behavioral Sciences， 2014， 149： 874-878.

[4] Kyriazis D， Varvarigou T. Smart， autonomous and reliable internet of things[J]. Procedia Computer Science， 2013， 21： 442-448.

[5] European Research Cluster on the Internet of Things-IERC. The Internet of Things 2012 - New Horizons. Cluster Book 2012， 2012.

[6]岳克強. RFID 多標簽防碰撞算法研究及應用[D]. 浙江大學， 2014.

[7]黃毅. 支持 RFID 實時監(jiān)控的可重構制造執(zhí)行系統(tǒng)研究[D]. 清華大學， 2011.

[8]辛偉. 基于 RFID 技術的供應鏈的若干安全與隱私問題研究[D]. 北京大學， 2013.

[9]馮貴年. 無線 Ad Hoc 網絡中鏈路干擾與信息傳輸?shù)姆治黾皟?yōu)化[D]. 清華大學， 2010.

[10]牛建軍， 鄧志東， 李超. 無線傳感器網絡分布式調度方法研究[J]. 自動化學報， 2011， 37（5）： 517-528.

[11]成小良. 無線傳感器網絡剩余能量實時監(jiān)測方法研究[D]. 清華大學， 2010.

[12]俞偉. 無線個域網多媒體 SoC 高層次設計與優(yōu)化[D]. 清華大學， 2006.

[13]張立軍. 無線通信中的多進制混合ARQ[D]. 清華大學， 2003.

[14]張婧垚. 無線網絡編碼的關鍵問題與技術研究[D]. 清華大學， 2010.

[15]周輝. 無線網絡的公平性資源調度研究[D]. 清華大學， 2011.

[16]周進怡. 無線網絡中的機會網絡編碼技術研究[D]. 清華大學， 2013.

[17]李平. 無線網絡中的視頻抗差錯與碼率控制技術研究[D]. 北京： 清華大學， 2007.

[18]高同強. 用于射頻識別讀寫器的 CMOS 功率放大器關鍵技術研究[D]. 北京：清華大學，2008.

[19]張文鑄. 無線傳感網絡拓撲控制關鍵問題[D]. 清華大學， 2010.

[20]何克清，李 兵，馬于濤，黃貽望. 大數(shù)據(jù)時代的軟件工程關鍵技術[J].中國計算機學會通訊，2014.