摘要：物聯網是繼互聯網之后，又一個改變人類生活形態的重大產業革命，因其巨大的應用前景而受到廣泛重視。本文在傳統物聯網概念的基礎上，重點描述了物聯網的體系構成及物聯網的關鍵技術，結合在智能家居上的應用方案，介紹了物聯網的典型應用，zui后提出了物聯網標準化的問題。
　　
　　關鍵詞：物聯網；智能家居；關鍵技術；標準化
　　
　　引言
　　
　　物聯網是在已有的互聯網、電信網和廣電網發展的前期基礎上，將互聯互通的網絡概念進一步擴展到生活當中的各個實體物質當中，具體地說，就是把感應器嵌入和裝備到日常生活設計的一切可能物體中，通過這些物體網絡連接，形成物聯網，從而使得人類社會真正步入智能化和統一化的時代，各種物品之間均可以實現自由的交流，形成一個*擬人化的智能世界。
　　
　　世界主要發達國家都從國家戰略的高度來大力推動物聯網的發展，我國政府也高度重視物聯網的發展。我國“十二五”規劃中已明確將物聯網作為戰略性新興產業來培育發展，將建設物聯網應用示范工程列為戰略性的新興產業。
　　
　　同時物聯網為智能家居的發展提供了可靠的技術條件，使智能家居成為可能，表現在：物聯網所包括的射頻技術、計算機技術、網絡通信技術、綜合布線技術、信息協議交換使得物品具有數據化的身份標識，借助家庭網關，數據可以在電信網、互聯網、廣電網上對內和對外流動。如今的智能家居集安全防護、方便時尚和健康生活三大生活家居產品為一體，早已打破僅局限于室內開關遙控的模式，讓居室安全和家庭健康也智能起來，智能家居是物聯網技術應用生活的具體表現，使一個抽象概念正逐步轉變成現實應用。
　　
　　1、物聯網與智能家居
　　
　　1．1物聯網
　　
　　目前我國對物聯網還沒有一個統一的標準定義，但從物聯網本質上看，物聯網是一個動態的網絡基礎設施，它具有基于標準和互操作通信協議的自組織能力，其中物理的和虛擬的“物”具有身份標識、物理屬性、虛擬的特性和智能的接口，并與信息網絡無縫整合。物聯網將與媒體互聯網、服務互聯網和企業互聯網一起，構成未來互聯網。
　　
　　物聯網的本質概括起來主要體現在三個方面：
　　
　?。?）互聯網特征：對需要聯網的物一定要能夠實現互聯互通的互聯網絡；
　　
　?。?）識別與通信特征：納入物聯網的“物”要具備自動識別及物物通信（M2M）的功能；
　　
　?。?）智能化特征：網絡系統應具有自動化、自我反饋與智能控制的特點。
　　
　　1．2物聯網參考架構模型
　　
　　中國移動在物聯網組網方面的工作進展較快，提出的感知層、網絡層和應用層的物聯網三層體系架構模型，是構建多應用互聯互通、信息共享的基礎。在這個體系架構模型中，提出了物聯網信息中心和管理中心的概念。
　　
　　從技術架構上來看，物聯網三層結構的組成和功能如下：
　　
　　（1）感知層：由各種傳感器以及傳感器網關構成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維標簽、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端。感知層的作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經末梢，它是物聯網獲取識別物體、采集信息的來源，負責完成感知、識別物體，采集、捕獲信息。
　　
　　（2）網絡層：由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，相當于人的神經中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息，具備網絡運營和信息運營的能力。
　　
　?。?）應用層：物聯網和用戶（包括人、組織和其他系統）的接口，它與行業需求結合，實現物聯網的智能應用，將物聯網技術與行業應用相結合，實現廣泛智能化應用的解決方案集。
　　
　　1．3智能家居應用方案
　　
　　如今，家庭內部里的許多家用設備形式越來越多樣，有些設備本身就具備遙控能力，比如空調、電視機等，有些則不具備這方面能力，比如熱水器、微波爐、電飯煲、冰箱等。而這些設備即使可以遙控，對其控制能力、控制范圍都是非常有限的。并且這些設備之間都是相互孤立存在的，不能有效實現資源與信息的共享。隨著物聯網技術的發展，特別是物聯網網關技術的日益成熟，智能家居中各家用設備問互聯互通的問題也將得到解決，如圖1所示。　　
　　智能家居集安全防護、方便時尚和健康生活三大生活家居產品為一體，集中在以下應用：
　　
　　（1）家庭安防中心：家庭安防設備，如攝像頭、紅外探測器、煙霧探測器等，一旦接人物聯網，主人就可以在任何時刻任何地點了解家里的安全動態。
　　
　　（2）家庭醫療中心：家庭若有老人和小孩，可在合適位置安放攝像頭，了解他們的狀況。家用醫療器械，如*等連接物聯網，與社區醫院聯網，方便醫生實時了解病人的身體狀況，及時做出治療。
　　
　　（3）家庭數據中心：家庭里的大量數據資料，如電影、音樂、游戲等，可以通過物聯網，海量存儲到網絡數據服務器上，方便隨時查看。
　　
　?。?）常用的家庭信息，如天氣預報、咨詢信息等可以通過連接入網的家庭終端設備及時了解到。
　　
　?。?）家庭商務中心：商務中心可以完成一系列的，如繳費、支付、購物的任務，讓主人可以足不出戶完成各種瑣碎的日常生活。
　　
　　智能M2M家用網關負責家用設備的各類信息的采集，同時通過無線網絡和Internet把信息上行傳送到物聯網管理中心，各類用戶可以通過物聯網管理中心的Web應用服務訪問到各自關心的家用設備信息。另一方面，用戶可以借助物聯網管理中心的設備訪問應用服務，實現對各類設備進行遠程控制的目的，這些控制包括簡單的設備開、關、模式及參數調整等，同時還包括了終端設備嵌入式應用的版本升級、設備遠程診斷等。
　　
　　2、關鍵技術與待解決問題
　　
　　綜合物聯網參考模型和智能家居結構（見圖2）可以看出，物聯網應用的開展需要解決以下技術及問題：
　　
　?。?）物體屬性標識：屬性包括靜態和動態的屬性，靜態屬性可以直接存儲在標簽中，動態屬性需要由傳感器實時探測；
　　
　?。?）物體屬性識別：需要識別設備實現對物體屬性的讀取，并將信息轉換為適合網絡傳輸的數據格式；
　　
　?。?）物體信息的傳輸與處理：將物體的信息通過網絡傳輸到信息處理中心（處理中心可能是分布式的，如家里的電腦或者手機，也可能是集中式的，如中國移動的IDC），由處理中心完成物體通信的相關計算。
　　
　　2．1感知層技術
　　
　　數據采集是物聯網實現“物物相聯，人物互動”的基礎。采集設備一般采用嵌入式系統，為了獲得各種客觀世界的物理量，如溫度、濕度、光照度等等，傳感器技術也是數據采集技術中的重要一支。因此，物聯網的數據采集技術包括傳感器技術、嵌入式系統技術、采集設備以及核心芯片。　　
　　ECP提供了一套較完善的產品電子代碼編碼方法，實現對物理對象的惟一標識。RFID作為一種射頻自動識別技術，通過物品標簽與閱讀器之間的配合，可以基于計算機互聯網實現物品的自動識別和信息的互聯與共享，為物聯網中物品的身份標識提供。ECP標簽中存儲著數據格式規范的信息即對物品靜態信息的描述，通過RFID閱讀器將物品的屬性信息自動采集到系統中，實現對物品的自動識別并按照一定的要求完成數據格式轉換通過無線數據通信網絡傳遞到數據處理中心，便于后續的管理和使用。
　　
　　智能信號處理將對采集設備獲得的各種原始數據進行必要的處理，以獲得與目標事物相關的信息。首先獲得各種物理量的量測值，即原始信號。之后通過信號提取技術篩選有用信號，通過調理提高信號的信噪比；高信噪比的信號通過各類信號變換，在映射空間上可以進行信號的特征提取。借助于信號分析技術，如特征對比、分類技術，可以將各種特征信號對應到某一類的物理事件。在物聯網的信號處理技術中，以多物理量檢測、信號提取、信號調理、信號變換、信號分析為核心關鍵技術。
　　
　　2．2網絡層技術
　　
　　為了實現物聯網的普適性，終端感知網絡需要具有多樣性，而這種多樣性是通過通用物體通信協議來保證的。由于終端感知節點并不是固定組網，為了完成不同的感知任務，實現各種目標，節點組網技術*。終端感知設備之間的通信不能采用傳統設備的通信協議，因此需要自適應優化網絡協議。同時終端設備的低處理能力、低功耗等特性，決定了必須采用輕量級和高能效的協議。
　　
　　智能家居系統的終端網絡通信的數據傳輸量小，無需太大的傳輸速度，但是要求信息交換實時性強，延時段，同時還要求網絡的容量大，以滿足家庭中的各種家電設備。ZigBee的技術特點決定了其能很好地滿足智能家居網絡的上述需求，特別是具備自組織、自愈能力，這樣的無線通信技術是智能家居系統理想的通信方式。
　　
　　物聯網以終端感知網絡為觸角，以運行在大型服務器上的程序為大腦，實現對客觀世界的有效感知以及有利控制。其中連接終端感知網絡與服務器的橋梁便是各類網絡接入技術，包括GSM、TD-SCDMA等蜂窩網絡，WLAN、WPAN等無線網絡，Internet等各種網絡。物聯網的網絡接入是通過網關來完成的。
　　
　　物聯網是在現有計算機互聯網的基礎上，利用RFID技術實現對物品的電子標識，然后再利用無線通信等技術接入互聯網，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的網絡，并實現網絡中物品與物品或人與物品之間的“交流”。因此，因特網技術是物聯網的技術基礎，或者說，物聯網是因特網技術在應用范圍上的一個由人及物的拓展，因特網主要解決物聯網中傳感器節點感知信息的傳輸與共享問題。
　　
　　物聯網的zui終發展形態一定具有“泛在網絡”的特點，方便人們隨時、隨地與目標對象進行通信，因此，無線通信技術的應用是*的一種通信技術手段。事實上，目前物聯網所涉及的RFID或傳感器網絡等核心技術中都融合了無線通信技術，也只有無線通信技術的應用，才能將物聯網的構想變為現實，同時達到其低成本和易于實現的目標。
　　
　　2．3應用層技術
　　
　　物聯網以終端感知網絡為觸角，深入物理世界的每一個角落，獲得客觀世界的各種測量數據。同時物聯網戰略zui終是為人服務的，它將獲得的各種物理量進行綜合、分析，并根據自身智能合理優化人類的生產生活活動。
　　
　　物聯網的支撐設備包括高性能計算平臺、海量存儲以及管理系統及數據庫等。通過這些設施，能夠支撐物聯網海量信息的處理、存儲、管理等工作。
　　
　　物聯網的應用需要智能化信息處理技術的支撐，主要需要針對大量的數據通過深層次的數據挖掘，并結合特定行業的知識和前期科學成果，建立針對各種應用的專家系統、預測模型、內容和人機交互服務。專家系統利用業已成熟的某領域專家知識庫，從終端獲得數據，比對專家知識，從而解決某類特定的專業問題。預測模型和內容服務等基于物聯網提供的對物理世界、全面的信息，可以對物理世界的規律（如洪水、地震、藍藻）進行更加深入的認識和掌握，以做出準確的預測預警，以及應急聯動管理。人機交互與服務也體現了物聯網“為人類服務”的宗旨。人機交互提供了人與物理世界的互動接口。物聯網能夠為人類提供的各種便利也體現在服務之中。
　　
　　數據智能處理是實現以數據為中心的物聯網的核心技術。包括數據匯聚、存儲、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數據決策和行為的理論和技術。數據匯聚包括實時、非實時物聯網業務數據匯總后存放到數據庫中，方便后續數據挖掘、專家分析、決策支持和智能處理。
　　
　　2．4數據安全與運營管理
　　
　　由于物聯網終端感知網絡的私有特性，因此安全也是一個必須面對的問題。物聯網中的傳感節點通常需要部署在無人值守、不可控制的環境中，除了受到一般無線網絡所面臨的信息泄露、信息篡改、重放攻擊、拒絕服務等多種威脅外，還面臨傳感節點容易被攻擊者獲取，通過物理手段獲取存儲在節點中的所有信息，從而侵入網絡、控制網絡的威脅。涉及到安全的主要有程序內容、運行使用、信息傳輸等方面。
　　
　　從安全技術角度來看，相關技術包括以確保使用者身份安全為核心的認證技術，確保安全傳輸的密鑰建立及分發機制，以及確保數據自身安全的數據加密、數據安全協議等數據安全技術。因此在物聯網安全領域，數據安全協議、密鑰建立及分發機制、數據加密算法設計以及認證技術是關鍵部分。
　　
　　由于終端感知網絡的節點眾多，因此必須引入節點管理對多個節點進行操作。其中包括以使終端感知網絡壽命zui大化為目標的能量管理，以確保覆蓋性及連通性為目標的拓撲管理，以保證網絡服務質量為目標的QoS管理及移動控制，以實現異地管理為目標的遠程管理技術，同時包括存儲配置參數的數據庫管理等。
　　
　　作為物聯網應用*的組成部分，數據庫負責存儲由WSN或RFID收集到的感知數據，所用到的數據庫管理系統可選擇大型分布式數據庫管理系統。管理系統能夠將已存儲的數據進行可視化顯示、數據管理（包括數據的添加、修改、刪除和查詢操作）以及進一步分析和處理（生成決策和數據挖掘等）。
　　
　　2．5物聯網標準問題
　　
　　物聯網是一個新穎的概念，所涉及的技術和包羅的對象十分豐富。雖然，當前世界上有相當數量的國家和技術力量正在積極地從事著物聯網方面的研究工作，但物聯網本身還存在著待解決的缺乏完整的標準體系問題，如國內物聯網存在的主要問題就包括“關鍵技術有待突破、研發力量比較分散、體系架構尚未建立、標準不統一”等。只有標準化問題解決好了，便捷而的互聯互通才有可能實現。
　　
　　3、結語
　　
　　目前我國的物聯網智能家居并沒有*的實現，也沒有大規模的應用到家居的各個環節中，究其原因不但和產品成本較高有關，也和互聯網的安全性有關。
　　
　　物聯網的技術推廣成為推動智能家居發展的催化劑，智能家居系統逐步朝著網絡化、信息化、智能化方向發展，智能終端設備的產品也逐步走向成熟，尤其以ZigBee為代表的*技術應用，使得物聯網通信技術往無線方向發展，也從一定程度上降低了產品的成本，更容易推廣和接受。同時加強網絡安全機制，保護個人信息，才能真正讓互聯網技術造福于人類。