二、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)今信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其關(guān)鍵技術(shù)具有跨學(xué)科交叉、多技術(shù)融合等特點(diǎn)，每項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)都需要等待突破。物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)可以從硬件和軟件兩方面來(lái)考慮，如圖6所示。硬件技術(shù)包括射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（WSNs）、智能嵌入式技術(shù)（Embedded Intelligence）以及納米技術(shù)（Nanotechnology）；軟件技術(shù)包括信息處理技術(shù)、自組織管理技術(shù)、安全技術(shù)（圖2-6）。

（一）硬件技術(shù)分析

通過(guò)定義如下三個(gè)抽象概念，可以進(jìn)一步說(shuō)明物聯(lián)網(wǎng)硬件關(guān)鍵技術(shù)的作用。

（1）對(duì)象：客觀(guān)世界中任何一個(gè)事物都可以看成一個(gè)對(duì)象，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的對(duì)象證明了客觀(guān)世界的存在。每個(gè)對(duì)象都具有兩個(gè)特點(diǎn)：屬性和行為，屬性描述了對(duì)象的靜態(tài)特征，行為描述了對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征。任何一個(gè)對(duì)象往往是由一組屬性和一組行為構(gòu)成的。

（2）消息：客觀(guān)世界向?qū)ο蟀l(fā)出的一個(gè)信息。消息的存在說(shuō)明對(duì)象可以對(duì)客觀(guān)世界的外部刺激作出反應(yīng)。各個(gè)對(duì)象間可以通過(guò)消息進(jìn)行信息的傳遞和交流。

（3）封裝：將有關(guān)的屬性和行為集成在一個(gè)對(duì)象當(dāng)中，形成一個(gè)基本單位。

三者之間的關(guān)系如圖2-7所示。

物聯(lián)網(wǎng)的重要特點(diǎn)之一，就是使物體與物體之間實(shí)現(xiàn)信息交換，每個(gè)物體都是一個(gè)對(duì)象。因此物聯(lián)網(wǎng)的硬件關(guān)鍵技術(shù)必須能夠反映每個(gè)對(duì)象的特點(diǎn)。首先，RFID技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)射頻信號(hào)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并讀取該對(duì)象的相關(guān)信息，這些信息反映了對(duì)象的自身特點(diǎn)，描述了對(duì)象的靜態(tài)特征。其次，除了標(biāo)識(shí)物體的靜態(tài)特征，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)中的每個(gè)對(duì)象來(lái)說(shuō)，探測(cè)它們的物理狀態(tài)的改變能力，記錄它們?cè)诃h(huán)境中動(dòng)態(tài)特征都是需要考慮的。就這方面而言，傳感器網(wǎng)絡(luò)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(dòng)態(tài)特征。再次，智能嵌入技術(shù)通過(guò)把物聯(lián)網(wǎng)中每個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)植入嵌入式芯片后，比普通節(jié)點(diǎn)具有更強(qiáng)大的智能處理能力和數(shù)據(jù)傳輸能力，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)智能嵌入技術(shù)對(duì)外部消息（刺激）進(jìn)行處理并反應(yīng)。同時(shí)，帶有智能嵌入技術(shù)的節(jié)點(diǎn)可以使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的處理能力分配到網(wǎng)絡(luò)的邊緣，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的彈性。最后，納米技術(shù)和微型化的進(jìn)步意味著越來(lái)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(xiàn)有納米技術(shù)發(fā)展下去，從理論上會(huì)使半導(dǎo)體器件及集成電路的線(xiàn)幅達(dá)到極限。這是因?yàn)椋绻娐返木€(xiàn)幅繼續(xù)變小，將使構(gòu)成電路的絕緣膜變得越來(lái)越薄，這樣必將破壞電路的絕緣效果，從而引發(fā)電路發(fā)熱和抖動(dòng)問(wèn)題。

（二）軟件技術(shù)分析

物聯(lián)網(wǎng)的軟件技術(shù)用于控制底層網(wǎng)絡(luò)分布硬件的工作方式和工作行為，為各種算法、協(xié)議的設(shè)計(jì)提供可靠的操作平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，方便用戶(hù)有效管理物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的信息處理、安全、服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)化等功能，降低物聯(lián)網(wǎng)面向用戶(hù)的使用復(fù)雜度。物聯(lián)網(wǎng)軟件運(yùn)行的分層體系結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。

如前所述，物聯(lián)網(wǎng)硬件技術(shù)是嵌入式硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。板級(jí)支持包相當(dāng)于硬件抽象層，位于嵌入式硬件平臺(tái)之上，用于分離硬件，為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的硬件接口。系統(tǒng)內(nèi)核負(fù)責(zé)進(jìn)程的調(diào)度與分配，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，它們共同為數(shù)據(jù)控制層面提供接口。數(shù)據(jù)控制層實(shí)現(xiàn)軟件支撐技術(shù)和通信協(xié)議棧，并負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。應(yīng)用軟件程序需要根據(jù)數(shù)據(jù)控制層提供的接口以及相關(guān)全局變量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

物聯(lián)網(wǎng)軟件技術(shù)描述整個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的任務(wù)和所需要的服務(wù)，同時(shí)，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)提供操作平臺(tái)供用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，并對(duì)評(píng)估環(huán)境進(jìn)行驗(yàn)證。網(wǎng)絡(luò)的軟件框架結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。

框架結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)中間件的銜接傳遞服務(wù)。中間件中的云計(jì)算信息處理技術(shù)、自組織管理技術(shù)、安全技術(shù)邏輯上存在于網(wǎng)絡(luò)層，但物理上存在于節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)協(xié)調(diào)任務(wù)管理及資源分配，執(zhí)行多種服務(wù)之間的相互操作。