物聯(lián)網(wǎng)體系研究

1網(wǎng)絡(luò)及其結(jié)構(gòu)1.1物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)被稱為計算機和互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次浪潮。目前多個國家都在花巨資進(jìn)行深入研究,物聯(lián)網(wǎng)是由多項信息技術(shù)融合而成的新型技術(shù)體系?！拔锫?lián)網(wǎng)”的概念于1999年由麻省理工學(xué)院的Auto-ID實驗室提出,將書籍、鞋、汽車部件等物體裝上微小的識別裝置,就可以時刻知道物體的位置、狀態(tài)等信息,實現(xiàn)智能管理。Auto-ID的概念以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和射頻識別技術(shù)為支撐。1999年在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡(luò)國際會議MobiCom1999上提出了傳感網(wǎng)(智能塵埃)是下一個世紀(jì)人類面臨的又一個發(fā)展機遇。同年,麻省理工學(xué)院的GershenfeldNeil教授撰寫了“WhenThingsStarttoThink”一書,以這些為標(biāo)志開始了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。2005年11月17日,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上,國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》,正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。報告指出:無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨,世界上所有的物體都可以通過互聯(lián)網(wǎng)主動進(jìn)行信息交換。射頻識別技術(shù)(RFID)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(WSN)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。2006年3月,歐盟召開會議“FromRFIDtotheInternetofThings”,對物聯(lián)網(wǎng)做了進(jìn)一步的描述,并于2009年制定了物聯(lián)網(wǎng)研究策略的路線圖。2008年起,已經(jīng)發(fā)展為世界范圍內(nèi)多個研究機構(gòu)組成的Auto-ID聯(lián)合實驗室組織了“InternetofThings”國際年會。2009年,IBM首席執(zhí)行官SamuelJ.Palmisano提出了“智慧地球”(SmartPlanet)的概念,把傳感器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種應(yīng)用中,并且通過智能處理,達(dá)到智慧狀態(tài)?？梢哉J(rèn)為,“物聯(lián)網(wǎng)”(InternetofThings)是指將各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng),如傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻標(biāo)簽閱讀裝置、條碼與二維碼設(shè)備、全球定位系統(tǒng)和其它基于物-物通信模式(M2M)的短距無線自組織網(wǎng)絡(luò),通過各種接入網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大智能網(wǎng)絡(luò)。如果說互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了人與人之間的交流,那么物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)人與物體的溝通和對話,也可以實現(xiàn)物體與物體互相間的連接和交互。物聯(lián)網(wǎng)的概念模型如圖1所示。2010年3月召開的全國兩會上,政府工作報告中明確指出利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變,物聯(lián)網(wǎng)成為國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略支柱之一。1.2物聯(lián)網(wǎng)中的質(zhì)量核心特征從以上我們對物聯(lián)網(wǎng)的理解可以看出,物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)向物理世界的延伸和拓展,互聯(lián)網(wǎng)可以作為傳輸物聯(lián)網(wǎng)信息的重要途徑之一,而傳感器網(wǎng)絡(luò)基于自組織網(wǎng)絡(luò)方式,屬于物聯(lián)網(wǎng)中一類重要的感知技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)具有其基本屬性,實現(xiàn)了任何物體、任何人在任何時間、任何地點,使用任何路徑/網(wǎng)絡(luò)以及任何設(shè)備的連接。因此,物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)屬性包括集中、內(nèi)容、收集、計算、通信以及場景的連通性。這些屬性表現(xiàn)的是人們與物體之間或者物體與物體之間的無縫連接,上述屬性之間的關(guān)系如圖2所示。物聯(lián)網(wǎng)中的物體根據(jù)其具有的能力發(fā)揮作用,這些能力包括計算處理、網(wǎng)絡(luò)連接、可用的電能等,還包括場景情況(如時間和空間)等影響因素。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)組成部分的特性、作用以及包含關(guān)系,其特征包含下面5個部分:1)基本功能特征·物體可以是真實世界的實體或虛擬物體;·物體具有標(biāo)識,可以通過標(biāo)識自動識別它們;·物體是環(huán)境安全、可靠的;·物體以及其虛擬表示對與其交互其它的物體或人們是私密的、安全的;·物體使用協(xié)議與其它物體或物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信;·物體在真實的物理世界與數(shù)字虛擬世界間交換信息。2)物體通用特征(高于基本功能特征)·物體使用“服務(wù)”作為與其它物體聯(lián)系的接口;·物體在資源、服務(wù)、可選擇的感知對象方面與其它物體競爭;·物體附加有傳感器,能夠與環(huán)境交互。3)社會特征·物體與其它物體、計算設(shè)備以及人們進(jìn)行通信;·物體能夠相互協(xié)作創(chuàng)建組或網(wǎng)絡(luò);·物體能夠初始化交互。4)自治特征·物體的很多任務(wù)能夠自動完成;·物體能夠協(xié)商、理解和適應(yīng)其所在的環(huán)境;·物體能夠解析所在環(huán)境的模式,或者從其它物體處學(xué)習(xí);·物體能夠基于其推理能力做出判斷;·物體能夠選擇性地演進(jìn)和傳播信息。5)自我復(fù)制和控制特征·物體能夠創(chuàng)建、管理和毀滅其它物體。綜上所述,物聯(lián)網(wǎng)以互聯(lián)網(wǎng)為平臺,將傳感器節(jié)點、射頻標(biāo)簽等具有感知功能的信息網(wǎng)絡(luò)整合起來,實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的互聯(lián)互通。將這種新一代的信息技術(shù)充分運用在各行各業(yè)之中,可以實現(xiàn)以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活,提高資源利用率和生產(chǎn)力水平,改善人與自然間的關(guān)系。1.3感知層的主要功能根據(jù)國際電信聯(lián)盟的建議,物聯(lián)網(wǎng)自底向上可以分為以下的過程:感知:該層的主要功能是通過各種類型的傳感器對物質(zhì)屬性、環(huán)境狀態(tài)、行為態(tài)勢等靜態(tài)/動態(tài)的信息進(jìn)行大規(guī)模、分布式的信息獲取與狀態(tài)辨識,針對具體感知任務(wù),常采用協(xié)同處理的方式對多種類、多角度、多尺度的信息進(jìn)行在線計算與控制,并通過接入設(shè)備將獲取的信息與網(wǎng)絡(luò)中的其它單元進(jìn)行資源共享與交互。接入:該層的主要功能是通過現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)(如GSM網(wǎng)、TD-SCDMA網(wǎng))、無線接入網(wǎng)(如WiMAX)、無線局域網(wǎng)(WiFi)、衛(wèi)星網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施,將來自感知層的信息傳送到互聯(lián)網(wǎng)中?；ヂ?lián)網(wǎng):該層的主要功能是以IPv6/IPv4以及后IP(Post-IP)為核心建立的互聯(lián)網(wǎng)平臺,將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息資源整合成一個可以互聯(lián)互通的大型智能網(wǎng)絡(luò),為上層服務(wù)管理和大規(guī)模行業(yè)應(yīng)用建立起一個高效、可靠、可信的基礎(chǔ)設(shè)施平臺。服務(wù)管理:該層的主要功能是通過具有超級計算能力的中心計算機群,對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的海量信息進(jìn)行實時的管理和控制,并為上層應(yīng)用提供一個良好的用戶接口。應(yīng)用:該層的主要功能是集成系統(tǒng)底層的功能,構(gòu)建起面向各類行業(yè)的實際應(yīng)用,如生態(tài)環(huán)境與自然災(zāi)害監(jiān)測、智能交通、文物保護(hù)與文化傳播、運程醫(yī)療與健康監(jiān)護(hù)等?；谀壳拔锫?lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀,特別是針對傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)復(fù)雜性和非成熟性,深入開展傳感網(wǎng)的核心技術(shù)研究。預(yù)計未來將進(jìn)一步推進(jìn)芯片設(shè)計、傳感器、射頻識別等技術(shù)的發(fā)展,在此基礎(chǔ)上逐步開展感知層的網(wǎng)絡(luò)(核心為傳感器網(wǎng)絡(luò))與后IP網(wǎng)絡(luò)的整合,擴(kuò)展服務(wù)管理層的信息資源并探索商業(yè)模式,并以若干個典型示范應(yīng)用為基礎(chǔ)推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)在各個行業(yè)的應(yīng)用。同時,在各個層面開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。1.4物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程及展望IBM前首席執(zhí)行官LouisV.Gerstner曾提出一個重要的觀點,認(rèn)為計算模式每隔15年發(fā)生一次變革。這一判斷像摩爾定律一樣準(zhǔn)確,人們把它稱為“十五年周期定律”。1965年前后發(fā)生的變革以大型機為標(biāo)志,1980年前后以個人計算機的普及為標(biāo)志,而1995年前后則發(fā)生了互聯(lián)網(wǎng)革命?？梢灶A(yù)見,在2010年前后則會發(fā)生一場以“物聯(lián)網(wǎng)”為標(biāo)志的新技術(shù)和經(jīng)濟(jì)革命。目前,美國、歐盟、中國、日本和韓國等都在投入巨資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)。我國也高度關(guān)注重視物聯(lián)網(wǎng)的研究,工業(yè)和信息化部正在會同有關(guān)部門在新一代信息技術(shù)方面開展研究,以形成支持新一代信息技術(shù)發(fā)展的政策措施。我國的《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020年)》和“新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)”重大專項中均將傳感器網(wǎng)絡(luò)列入重點研究領(lǐng)域。作為一個新興產(chǎn)業(yè),物聯(lián)網(wǎng)從誕生到廣泛應(yīng)用需要經(jīng)歷四個階段:第一階段為設(shè)想階段,這個時期為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最初期。第二階段為技術(shù)研發(fā)階段,美國、歐盟等都在投入大量資源深入研究物聯(lián)網(wǎng)。我國在1999年就啟動了物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究,國家投入大規(guī)模資金用于物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)。第三階段為實驗階段,在技術(shù)研發(fā)的水平達(dá)到一定程度時,就可以進(jìn)行小范圍的試用和檢測,這是從理論走向?qū)嵺`的一步。目前一些企業(yè)已開始嘗試物聯(lián)網(wǎng)商用,如IBM公司的“智慧地球”。在商用領(lǐng)域我國相關(guān)企業(yè)也開始了探索,在2009中國國際信息通信展覽會上,中國移動、電信和聯(lián)通三大電信運營商開始嘗試物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),比如中國移動的手機錢包和手機購電業(yè)務(wù)。該業(yè)務(wù)也可以應(yīng)用于超市、餐廳等小額支付場合;中國聯(lián)通的無線環(huán)保檢測平臺通過3G網(wǎng)絡(luò),可實時對水表、灌溉、水文、水質(zhì)等動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測,又可對空氣質(zhì)量、碳排放和噪音進(jìn)行監(jiān)測。第四階段為全面推廣階段,也是投入資金最大的時期。同時,一但大規(guī)模商用,大量基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和終端產(chǎn)品的全面推廣必將推動電信、信息存儲處理、IT服務(wù)整體解決方案等眾多相關(guān)市場的發(fā)展。在物聯(lián)網(wǎng)普及以后,用于動物、植物和機器、物品的傳感器與電子標(biāo)簽及配套的接口裝置的數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過手機的數(shù)量。物聯(lián)網(wǎng)的推廣將會成為推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要領(lǐng)域,美國權(quán)威咨詢機構(gòu)Forester預(yù)測,到2020年,世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù),跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比,將達(dá)到30比1,因此,“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個萬億級的通信業(yè)務(wù)。2關(guān)鍵技術(shù)研究物聯(lián)網(wǎng)由傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻標(biāo)簽閱讀裝置、條碼與二維碼等設(shè)備以及互聯(lián)網(wǎng)等組成。當(dāng)前各項技術(shù)發(fā)展并不均衡,射頻標(biāo)簽、條碼與二維碼等技術(shù)已經(jīng)非常成熟,傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)尚有很大發(fā)展空間,本文以傳感器網(wǎng)絡(luò)為例,分析其中涉及的關(guān)鍵技術(shù),其結(jié)構(gòu)如圖3所示。傳感器網(wǎng)絡(luò)中所包含的關(guān)鍵內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)主要有數(shù)據(jù)采集、信號處理、協(xié)議、管理、安全、網(wǎng)絡(luò)接入、設(shè)計驗證、智能信息處理和信息融合以及支撐和應(yīng)用等方面。2.1物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)數(shù)據(jù)采集是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“物物相聯(lián),人物互動”的基礎(chǔ)。采集設(shè)備一般擁有MCU控制器;由于低成本限制,因此一般采用嵌入式系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)范要求整個終端設(shè)備必須是智能的,因此信息采集設(shè)備一般都有操作系統(tǒng)。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(shù)也是數(shù)據(jù)采集技術(shù)中的重要一支。因此,物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)包括傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、采集設(shè)備以及核心芯片。一些典型的物聯(lián)網(wǎng)硬件如圖4所示。2.2信號分析技術(shù)智能信號處理將對采集設(shè)備獲得的各種原始數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理,以獲得與目標(biāo)事物相關(guān)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(shù)篩選有用信號,通過調(diào)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(jìn)行信號的特征提取;借助于信號分析技術(shù),如特征對比、分類技術(shù),可以將各種特征信號對應(yīng)到某一類的物理事件。這里的“信號處理”含義包括信號抗干擾、信號分離以及信號濾波等技術(shù)。這些技術(shù)有兩種實現(xiàn)方式:節(jié)點上實現(xiàn)和基站上實現(xiàn)。前者是值得推薦的,其優(yōu)點是具有實時性,減少了不必要的數(shù)據(jù)流量和傳輸過程中能量的消耗。但是由于節(jié)點資源有限,在節(jié)點上實現(xiàn)將面臨要求低算法復(fù)雜度的挑戰(zhàn),而在資源豐富的基站(如服務(wù)器)上實現(xiàn)則能進(jìn)行較復(fù)雜的信號處理,還可以進(jìn)行分類學(xué)習(xí)或模式識別,信號處理效果會更好,而面臨的困難則是如何減少網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)流量以及傳輸過程中的能量消耗,并盡可能降低由服務(wù)器而增加的網(wǎng)絡(luò)成本。因此,在物聯(lián)網(wǎng)的信號處理技術(shù)中,以多物理量檢測、信號提取、信號調(diào)理、信號變換、信號分析為核心關(guān)鍵技術(shù)。圖4中的CC2420是TI推出的第二代物聯(lián)網(wǎng)射頻芯片,具有數(shù)字調(diào)制解調(diào)等功能,通過數(shù)字信號處理技術(shù)提高了芯片的一致性。2.3網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化技術(shù)為了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的普適性,終端感知網(wǎng)絡(luò)需要具有多樣性,而這種多樣性是通過MAC協(xié)議來保證的。由于終端感知節(jié)點并不是固定組網(wǎng),為了完成不同的感知任務(wù),實現(xiàn)各種目標(biāo),節(jié)點組網(wǎng)技術(shù)必不可少。終端感知設(shè)備之間的通信不能采用傳統(tǒng)的資源充分設(shè)備的通信協(xié)議,因此需要自適應(yīng)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。同時終端設(shè)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(xié)議。最后,為了實現(xiàn)一個統(tǒng)一的目標(biāo),必須在上述各種協(xié)議技術(shù)之間進(jìn)行取舍,因此網(wǎng)絡(luò)跨層優(yōu)化技術(shù)也是必需的。對于物聯(lián)網(wǎng)而言,無線通信方式是多級的,其系統(tǒng)復(fù)雜性和成本開銷就會很大,這就需要對協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化以保證其低功耗和高能效。由此,自適應(yīng)的優(yōu)化通信協(xié)議設(shè)計就變得很重要,其挑戰(zhàn)在于需要考慮數(shù)據(jù)融合、分簇和路由選擇等優(yōu)化問題,并盡可能減少數(shù)據(jù)通信量和重復(fù)傳送。所以,物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議棧中,以MAC協(xié)議、組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)跨層能量優(yōu)化、自適應(yīng)優(yōu)化通信協(xié)議、輕量級和高能效協(xié)議為重點。圖4中所示的Crossbow公司的TelosB節(jié)點可以安裝TinyOS系統(tǒng)以及相關(guān)的協(xié)議。圖4中還有Crossbow的Imote節(jié)點,該節(jié)點具有較強的處理能力,基于XScalePXA271的CPU可以安裝嵌入式Linux系統(tǒng)以及TinyOS系統(tǒng)和協(xié)議。2.4基于數(shù)據(jù)庫的qos管理策略由于終端感知網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點眾多,因此必須引入節(jié)點管理對多個節(jié)點進(jìn)行操作。其中包括以使終端感知網(wǎng)絡(luò)壽命最大化為目標(biāo)的能量管理,以確保覆蓋性及連通性為目標(biāo)的拓?fù)涔芾?以保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量為目標(biāo)的QoS管理及移動控制,以實現(xiàn)異地管理為目標(biāo)的遠(yuǎn)程管理技術(shù),同時包括存儲配置參數(shù)的數(shù)據(jù)庫管理等。作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不可或缺的組成部分,數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲由WSN或RFID收集到的感知數(shù)據(jù),所用到的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)可選擇大型分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(如DB2,Oracle,Sybase和SQLServer)。管理系統(tǒng)能夠?qū)⒁汛鎯Φ臄?shù)據(jù)進(jìn)行可視化顯示、數(shù)據(jù)管理(包括數(shù)據(jù)的添加、修改、刪除和查詢操作)以及進(jìn)一步分析和處理(生成決策和數(shù)據(jù)挖掘等)。綜上所述,物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點管理包括能量管理、拓?fù)涔芾?、QoS管理、移動控制、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理以及數(shù)據(jù)庫管理等方面。2.5傳感節(jié)點的威脅由于物聯(lián)網(wǎng)終端感知網(wǎng)絡(luò)的私有特性,因此安全也是一個必須面對的問題。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感節(jié)點通常需要部署在無人值守、不可控制的環(huán)境中,除了受到一般無線網(wǎng)絡(luò)所面臨的信息泄露、信息篡改、重放攻擊、拒絕服務(wù)等多種威脅外,還面臨傳感節(jié)點容易被攻擊者獲取,通過物理手段獲取存儲在節(jié)點中的所有信息,從而侵入網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)的威脅。涉及到安全的主要有程序內(nèi)容、運行使用、信息傳輸?shù)确矫妗陌踩夹g(shù)角度來看,相關(guān)技術(shù)包括以確保使用者身份安全為核心的認(rèn)證技術(shù),確保安全傳輸?shù)拿荑€建立及分發(fā)機制,以及確保數(shù)據(jù)自身安全的數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)安全協(xié)議等數(shù)據(jù)安全技術(shù)。因此在物聯(lián)網(wǎng)安全領(lǐng)域,數(shù)據(jù)安全協(xié)議、密鑰建立及分發(fā)機制、數(shù)據(jù)加密算法設(shè)計以及認(rèn)證技術(shù)是關(guān)鍵部分。2.6終端感知網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)以終端感知網(wǎng)絡(luò)為觸角,以運行在大型服務(wù)器上的程序為大腦,實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器的橋梁便是各類網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù),包括GSM,TD-SCDMA等蜂窩網(wǎng)絡(luò),WLAN,WPAN等專用無線網(wǎng)絡(luò),Internet等各種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入是通過網(wǎng)關(guān)來完成的,圖4中的MultiRadio高性能網(wǎng)關(guān)由中科院計算所傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗室開發(fā),可同時支持兩個嵌入式WiFi模塊的操作。2.7測試平臺建設(shè)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計驗證中,包括設(shè)計、仿真、試驗床驗證與檢驗檢測等關(guān)鍵內(nèi)容?？梢詫ξ锫?lián)網(wǎng)的硬件設(shè)備、軟件、協(xié)議等進(jìn)行分析驗證,以及進(jìn)行實際系統(tǒng)部署前的檢驗,這對物聯(lián)網(wǎng)研究和應(yīng)用具有重要的意義。作為物聯(lián)網(wǎng)重要組成部分的傳感器網(wǎng)絡(luò)不僅節(jié)點規(guī)模大,網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)用的地域規(guī)模也很大。傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)的融合構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)。因此如何能夠反映出大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò),以及各種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等),并對各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用具有擴(kuò)展性,成為設(shè)計驗證平臺需要考慮的問題。國內(nèi)外對于測試平臺搭建技術(shù)的研究還處于初始階段,現(xiàn)有的一些如MoteWorks,EmStar,Kansei和MoteLab等傳感器網(wǎng)絡(luò)試驗床驗證平臺,均支持網(wǎng)絡(luò)測試的功能,具有不同的側(cè)重點。MoteLab是哈佛大學(xué)開發(fā)的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測試平臺,由傳感器節(jié)點網(wǎng)絡(luò)和中心服務(wù)器兩部分組成,采用Web方式,MoteLab對于測試評估的方法考慮較少,如對能量的測試目前只是通過在一個節(jié)點上連接萬用表測電壓的方法實現(xiàn)。俄亥俄州立大學(xué)開發(fā)的Kansei平臺是面向多種應(yīng)用的針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的測試平臺。Kansei平臺在設(shè)計上充分考慮了對大規(guī)模應(yīng)用環(huán)境的支持以及對各種應(yīng)用背景的通用化和可擴(kuò)展性的要求。從結(jié)構(gòu)上劃分,Kansei平臺由靜止網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)和便攜網(wǎng)絡(luò)三部分組成。靜止網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成了Kansei系統(tǒng)中的測試通用平臺部分,部署在實驗室環(huán)境中。便攜網(wǎng)絡(luò)則根據(jù)測試應(yīng)用類型選擇相應(yīng)的傳感器,部署到實際的測試環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。目前Kansei平臺還處于開發(fā)過程中,如系統(tǒng)訪問控制等功能并沒有完全實現(xiàn),混合模擬仿真方法的效果也有待進(jìn)一步驗證。中科院計算所也正在部署物聯(lián)網(wǎng)綜合驗證系統(tǒng),包括EasiSim用于仿真分析,EasiTest作為物聯(lián)網(wǎng)試驗床,EasiDesign用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計,EasiView作為物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)控系統(tǒng),這些子系統(tǒng)都支持面向Web的訪問方式。2.8信息融合的概念由于物聯(lián)網(wǎng)具有明顯的“智能性”的要求和特征,而智能信息處理是保障這一特性的共性關(guān)鍵技術(shù),因此智能信息處理的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)和研究基礎(chǔ)對于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有重要的作用。信息融合是智能信息處理的重要階段和方式,信息融合是一個多級的、多方面的、將來自傳感網(wǎng)中多個數(shù)據(jù)源(或多個傳感器)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程。它能夠獲得比單一傳感器更高的準(zhǔn)確率,更有效和更易理解的推論。同時,它又是一個包含將來自不同節(jié)點數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合處理的方法和工具的架構(gòu)。因此,在感知、接入、互聯(lián)網(wǎng)和應(yīng)用層均需要采用此技術(shù)手段。2.9情景感知技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)中的智能交互主要體現(xiàn)在情景感知關(guān)鍵技術(shù)上,能夠解釋感知的物理信號和生物化學(xué)信號,對外界不同事件做出決策以及調(diào)整自身的監(jiān)控行為,因此已成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中不可或缺的一部分。同時,情景感知能讓物聯(lián)網(wǎng)中的一些數(shù)據(jù)以低能耗方式在本地資源受限的傳感器節(jié)點上處理,從而讓整個網(wǎng)絡(luò)的能耗和通信帶寬最小化。協(xié)同感知技術(shù)也是物聯(lián)網(wǎng)的研究熱點。一種物理現(xiàn)象一般是由多種因素引起的,同時位于不同時空位置的感知設(shè)備觀測到的信息具有互補性,因此必須將多個感知節(jié)點的數(shù)據(jù)綜合起來,所以協(xié)同感知機制非常重要。2.10物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)及存儲綜合技術(shù)的應(yīng)用以及發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)以終端感知網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)。同時物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略最終是為人服務(wù)的,它將獲得的各種物理量進(jìn)行綜合、分析,并根據(jù)自身智能合理優(yōu)化人類的生產(chǎn)生活活動。物聯(lián)網(wǎng)的支撐設(shè)備包括高性能計算平臺、海量存儲以及管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫等。通過這些設(shè)施,能夠支撐物聯(lián)網(wǎng)海量信息的處理、存儲、管理等工作。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需要智能化信息處理技術(shù)的支撐,主要需要針對大量的數(shù)據(jù)通過深層次的數(shù)據(jù)挖掘,并結(jié)合特定行業(yè)的知識和前期科學(xué)成果,建立針對各種應(yīng)用的專家系統(tǒng)、預(yù)測模型、內(nèi)容和人機交互服務(wù)。專家系統(tǒng)利用業(yè)已成熟的某領(lǐng)域?qū)＜抑R庫,從終端獲得數(shù)據(jù),比對專家知識,從而解決某類特定的專業(yè)問題。預(yù)測模型和內(nèi)容服務(wù)等基于物聯(lián)網(wǎng)提供的對物理世界精確、全面的信息,可以對物理世界的規(guī)律(如洪水、地震、藍(lán)藻)進(jìn)行