二、物聯網關鍵技術

物聯網作為當今信息科學與計算機網絡領域的研究熱點，其關鍵技術具有跨學科交叉、多技術融合等特點，每項關鍵技術都需要等待突破。物聯網的關鍵技術可以從硬件和軟件兩方面來考慮，如圖6所示。硬件技術包括射頻識別技術（RFID）、無線傳感器網絡技術（WSNs）、智能嵌入式技術（Embedded Intelligence）以及納米技術（Nanotechnology）；軟件技術包括信息處理技術、自組織管理技術、安全技術（圖2-6）。

（一）硬件技術分析

通過定義如下三個抽象概念，可以進一步說明物聯網硬件關鍵技術的作用。

（1）對象：客觀世界中任何一個事物都可以看成一個對象，數以萬計的對象證明了客觀世界的存在。每個對象都具有兩個特點：屬性和行為，屬性描述了對象的靜態特征，行為描述了對象的動態特征。任何一個對象往往是由一組屬性和一組行為構成的。

（2）消息：客觀世界向對象發出的一個信息。消息的存在說明對象可以對客觀世界的外部刺激作出反應。各個對象間可以通過消息進行信息的傳遞和交流。

（3）封裝：將有關的屬性和行為集成在一個對象當中，形成一個基本單位。

三者之間的關系如圖2-7所示。

物聯網的重要特點之一，就是使物體與物體之間實現信息交換，每個物體都是一個對象。因此物聯網的硬件關鍵技術必須能夠反映每個對象的特點。首先，RFID技術利用無線射頻信號識別目標對象并讀取該對象的相關信息，這些信息反映了對象的自身特點，描述了對象的靜態特征。其次，除了標識物體的靜態特征，對于物聯網中的每個對象來說，探測它們的物理狀態的改變能力，記錄它們在環境中動態特征都是需要考慮的。就這方面而言，傳感器網絡在縮小物理和虛擬世界之間的差距方面扮演了重要角色，它描述了物體的動態特征。再次，智能嵌入技術通過把物聯網中每個獨立節點植入嵌入式芯片后，比普通節點具有更強大的智能處理能力和數據傳輸能力，每個節點可以通過智能嵌入技術對外部消息（刺激）進行處理并反應。同時，帶有智能嵌入技術的節點可以使整個網絡的處理能力分配到網絡的邊緣，增強了網絡的彈性。最后，納米技術和微型化的進步意味著越來越小的物體將有能力相互作用和連接以及有效封裝。然而，現有納米技術發展下去，從理論上會使半導體器件及集成電路的線幅達到極限。這是因為，如果電路的線幅繼續變小，將使構成電路的絕緣膜變得越來越薄，這樣必將破壞電路的絕緣效果，從而引發電路發熱和抖動問題。

（二）軟件技術分析

物聯網的軟件技術用于控制底層網絡分布硬件的工作方式和工作行為，為各種算法、協議的設計提供可靠的操作平臺。在此基礎上，方便用戶有效管理物聯網絡，實現物聯網絡的信息處理、安全、服務質量優化等功能，降低物聯網面向用戶的使用復雜度。物聯網軟件運行的分層體系結構如圖2-8所示。

如前所述，物聯網硬件技術是嵌入式硬件平臺設計的基礎。板級支持包相當于硬件抽象層，位于嵌入式硬件平臺之上，用于分離硬件，為系統提供統一的硬件接口。系統內核負責進程的調度與分配，設備驅動程序負責對硬件設備進行驅動，它們共同為數據控制層面提供接口。數據控制層實現軟件支撐技術和通信協議棧，并負責協調數據的發送與接收。應用軟件程序需要根據數據控制層提供的接口以及相關全局變量進行設計。

物聯網軟件技術描述整個網絡應用的任務和所需要的服務，同時，通過軟件設計提供操作平臺供用戶對網絡進行管理，并對評估環境進行驗證。網絡的軟件框架結構如圖2-9所示。

框架結構網絡中每個節點通過中間件的銜接傳遞服務。中間件中的云計算信息處理技術、自組織管理技術、安全技術邏輯上存在于網絡層，但物理上存在于節點內部，在網絡內協調任務管理及資源分配，執行多種服務之間的相互操作。