徐英昭

摘 要：隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展和通信網(wǎng)絡(luò)的普及，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用日趨廣泛，其關(guān)鍵技術(shù)也日趨成熟，產(chǎn)業(yè)體系也更加完善，給人們的日常生活帶來了許多的便利。嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)相比，針對(duì)性更強(qiáng)，它的核心技術(shù)是信息技術(shù)、集成電子技術(shù)和傳感器技術(shù)。文章主要討論物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，以及二者之間的融合發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；嵌入式系統(tǒng)；智能傳感器；智能技術(shù)；射頻識(shí)別技術(shù)

1 物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新技術(shù)，它的主要功能是利用智能識(shí)別設(shè)備通過感知、計(jì)算和分析來獲取外部信息，繼而通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享，從而將提供信息的對(duì)象互聯(lián)。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)各部分的功能可以將其體系結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分，即信息感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層。

1.1.1 信息感知層

主要功能是通過具有自動(dòng)感知能力的設(shè)備來獲取外部信息，按其獲取信息能力的方式可以分為自動(dòng)感知信息設(shè)備和人工生成信息設(shè)備。自動(dòng)感知設(shè)備包括智能傳感器、射頻識(shí)別設(shè)備、智能家電等，而人工生成信息設(shè)備主要是指集傳感器技術(shù)和數(shù)字信息處理技術(shù)于一體的計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等設(shè)備。

1.1.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

網(wǎng)絡(luò)傳輸層的功能是將感知層的自動(dòng)識(shí)別設(shè)備所獲得的信息傳輸給應(yīng)用層。進(jìn)行信息傳輸?shù)姆绞接杏芯€網(wǎng)絡(luò)傳輸和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸主要包括無線局域網(wǎng)和移動(dòng)通信技術(shù)，有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拿浇榘娨曤娎|、電話線、現(xiàn)場總線等。

1.1.3 應(yīng)用層

按其功能不同可以進(jìn)一步分為管理層和行業(yè)應(yīng)用層，管理層主要是起到緩沖作用，它通過一系列的軟件來實(shí)現(xiàn)前端感知硬件和之后的應(yīng)用軟件之間的連接，并且具有強(qiáng)大的信息處理功能，可以將網(wǎng)絡(luò)傳輸層發(fā)來的信息進(jìn)行匯總、存儲(chǔ)、計(jì)算處理，從而給之后的行業(yè)應(yīng)用層提供安全可靠的信息。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)主要是為其功能而服務(wù)的，所以對(duì)技術(shù)的研究主要要從功能上入手。

1.2.1 信息獲取技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的第一部分就是信息感知層，對(duì)信息的識(shí)別和獲取是物聯(lián)網(wǎng)中一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)。目前所使用的技術(shù)主要包括二維碼、傳感器技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)。目前對(duì)信息的感知技術(shù)中還存在著一系列正待解決的問題，帶來問題的原因一方面是所要獲取的信息大多不是電信號(hào)，需要通過一定的設(shè)備將獲取的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，另一方面要獲取的信號(hào)幅值和頻率都比較低，容易被噪聲淹沒。因此，在信息提取技術(shù)方面需要提高敏感性，即提高對(duì)有用信息的檢測能力，對(duì)于那些干擾信號(hào)則不予識(shí)別和檢測。傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，它的發(fā)展依賴于集成電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，但由于檢測信號(hào)的復(fù)雜性，在應(yīng)用上還有一定的局限。

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的功能主要是實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間信息的交換與共享，因此，信息傳輸技術(shù)也是其中關(guān)鍵的一環(huán)。在傳輸時(shí)既要保證信息的完整性和安全性，也要對(duì)海量的、復(fù)雜的信息進(jìn)行處理，因?yàn)樾畔铀兄男畔?shù)目是非常多的，如果不進(jìn)行壓縮處理就直接傳遞給后面的系統(tǒng)和設(shè)備，將會(huì)造成很大的負(fù)擔(dān)，減慢設(shè)備的運(yùn)行速度。保證信息安全性的方法主要有差錯(cuò)檢測、奇偶校驗(yàn)等，對(duì)信息進(jìn)行處理的技術(shù)主要包括對(duì)龐大信息的過濾、壓縮和融合，目前應(yīng)用比較多的技術(shù)主要是基于局部網(wǎng)絡(luò)的算法，各種數(shù)據(jù)壓縮方法。

1.2.3 應(yīng)用技術(shù)

應(yīng)用技術(shù)是為了應(yīng)用層而服務(wù)的，它主要是將傳感器所感知的，通過網(wǎng)絡(luò)層傳遞的信息服務(wù)于手機(jī)、電腦等可以顯示和信息處理的設(shè)備，以便工作人員或者用戶對(duì)其進(jìn)行控制和處理[1]。

2 嵌入式系統(tǒng)概念

嵌入式系統(tǒng)是隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的產(chǎn)物，顧名思義，嵌入式系統(tǒng)就是一種通過一定的技術(shù)手段嵌入到相關(guān)器件的內(nèi)部，從而獲取相應(yīng)的信息或?qū)ζ骷M(jìn)行控制，它通常是一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有一定的分析處理功能。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)所嵌入的設(shè)備不同，可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，因此它具有很強(qiáng)的專用性，可以實(shí)現(xiàn)控制、輔助或者監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行的功能。

嵌入式系統(tǒng)其實(shí)在我們身邊應(yīng)用十分廣泛，通常包括軟件部分和硬件部分，硬件部分包括處理器、存儲(chǔ)器和輸入輸出接口。存儲(chǔ)器通常是ROM，用來存放具有指定功能的指令，處理器執(zhí)行運(yùn)算、控制等操作，輸入輸出接口則用來實(shí)現(xiàn)與外部的信息交流。對(duì)于一個(gè)功能確定的嵌入式系統(tǒng)來說，它的軟件系統(tǒng)也已基本固定。由于嵌入式系統(tǒng)需要嵌入其他設(shè)備中進(jìn)行工作，所以在結(jié)構(gòu)上必須小巧精簡，才能達(dá)到使用的要求。因此，嵌入式系統(tǒng)的處理器一般都比較微小，軟件系統(tǒng)也比較精簡，不需要明確區(qū)分系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，為了使用時(shí)的效率，也應(yīng)該保持足夠高的可靠性[2]。

3 物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系

從上文的分析中我們可以知道，物聯(lián)網(wǎng)的主要功能是信息的傳送和共享，而嵌入式系統(tǒng)主要是一種微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是根據(jù)嵌入對(duì)象所需要的功能而設(shè)計(jì)的。二者在功能上的主要區(qū)別是嵌入式系統(tǒng)具有針對(duì)性，它可以根據(jù)不同的設(shè)備而改變，應(yīng)用于不同的地方就會(huì)具有不同的功能；而物聯(lián)網(wǎng)主要是通過前端的感知設(shè)備獲得信息，進(jìn)而通過網(wǎng)絡(luò)的傳輸實(shí)現(xiàn)信息的共享。嵌入式系統(tǒng)通過一定的設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的功能，因此，物聯(lián)網(wǎng)是包含在嵌入式系統(tǒng)之中的，隨著目前嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，二者之間出現(xiàn)了互相融合的趨勢(shì)，即在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

4 物聯(lián)網(wǎng)之“物”與嵌入式系統(tǒng)設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)就是將物和物之間用網(wǎng)絡(luò)連接起來的互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)中的“物”通常是指物理設(shè)備，包括汽車、家用電器和其他的電子設(shè)備以及其中的傳感器。在這些物聯(lián)網(wǎng)終端的電子器件中，大多數(shù)都應(yīng)用到了嵌入式系統(tǒng)，比如，汽車中使用的內(nèi)嵌GPS模塊以實(shí)現(xiàn)車輛的定位和行駛過程中的導(dǎo)航；在家用電器，如空調(diào)、冰箱等也通過嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化。因此，在物聯(lián)網(wǎng)之中相互連接，用來感知信息的物體大多數(shù)都應(yīng)用到了嵌入式系統(tǒng)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)各種功能。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)中，從而提高物聯(lián)網(wǎng)前端設(shè)備對(duì)信息的獲取和感知能力。

5 物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)

5.1 嵌入式智能傳感器

物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器是物聯(lián)網(wǎng)獲取外界信息的前提，因此，發(fā)展傳感器技術(shù)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展至關(guān)重要。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和人工智能浪潮的出現(xiàn)使得智能傳感器技術(shù)也取得了一定的突破，在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用智能傳感器可以極大地節(jié)省人力物力資源，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。智能傳感器與普通的傳感器相比具有自行分析、決策和判斷的能力，并可以通過輸入輸出接口與外界進(jìn)行信息的交流。為了實(shí)現(xiàn)自行分析和決策的功能，在智能傳感器中通常會(huì)集成一系列的芯片，再通過軟件寫入指令，目前應(yīng)用較多的是CMOS和MESM所結(jié)合的技術(shù)。

5.2 嵌入式智能技術(shù)

嵌入式智能技術(shù)是將智能化的設(shè)備作為一個(gè)嵌入式系統(tǒng)嵌入到需要為其服務(wù)的設(shè)備中，在技術(shù)上是人工智能、計(jì)算機(jī)技術(shù)與嵌入式技術(shù)的融合。為了實(shí)現(xiàn)智能化，必須要求具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，海量的數(shù)據(jù)以及足夠高效的算法。嵌入式智能技術(shù)對(duì)軟件和硬件的要求都比較高，硬件的體積越小越好，否則會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行，因此，芯片的集成度要足夠高；在軟件方面，設(shè)計(jì)上需要實(shí)現(xiàn)對(duì)信息感知端發(fā)來的設(shè)備進(jìn)行處理，并且做出反饋。目前嵌入式智能技術(shù)已經(jīng)廣泛用于智能家電的設(shè)計(jì)中，再通過物聯(lián)網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家具電器的遠(yuǎn)程遙控，這極大地便利了人們的生活。

5.3 射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)本質(zhì)上是一種電磁感應(yīng)技術(shù)，它是通過無線電波來對(duì)需要識(shí)別的目標(biāo)進(jìn)行判斷的，因此，在識(shí)別的過程中不需要接觸就可以得到結(jié)果，是一種無線通信技術(shù)。實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別的系統(tǒng)通常由兩個(gè)部分組成，一個(gè)部分用來閱讀，另一個(gè)部分則用來應(yīng)答。閱讀器中裝有天線，用來發(fā)射和接受無線電波，同時(shí)還有進(jìn)行邏輯控制的單元和射頻接口。應(yīng)答器其實(shí)就是一個(gè)電子標(biāo)簽，為了識(shí)別的特異性，每一個(gè)應(yīng)答器上的標(biāo)簽都是不同的，正如每個(gè)人的身份證號(hào)都是不同的。應(yīng)答其中同樣也有用來通信的天線，除此之外，還具有IC芯片來實(shí)現(xiàn)特異性。應(yīng)答器和閱讀器的能量轉(zhuǎn)換過程都是通過電磁感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的[3]。

6 結(jié)語

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供了前提條件，而近年來傳感器技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得嵌入式系統(tǒng)得以在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域大展身手。物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)的融合將是必然趨勢(shì)，它必將為人們的生活帶來極大的便利。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]楊迪娜.嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)“物聯(lián)網(wǎng)教育和產(chǎn)業(yè)發(fā)展區(qū)趨勢(shì)”探討[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2015（8）：1-2.

[3]錢素娟，李?yuàn)檴?基于國家中心城市鄭州物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展建議[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017（31）：302-304.