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物联网关键技术及有待解决的问题研究

时间:2011-06-30 00:00:00  来源:互联网  编辑:互联网


  传感器在弥合物理和虚拟世界差距方面发挥了关键作用,使得物体对可以自身环境的改变做出反应。一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感网络使用,称为无线传感网络(WSN) 。无线传感网络具有无需固定设备支撑的特点,可以快速部署,同时具有易于组网,不受有线网络的约束。在无线传感器系统中,单个节点能够感应其环境,然后在本地处理信息,或者通过无线链路将信息发送到一个或多个集结点。由于RF 发射功率低,所以每个节点的传输距离比较近。短距离传输使传输信号被窃听的可能性降到最小,同时还延长了电池的寿命,适用于物于物之间的联系。

  1.2 物联网的认知技术

  物体本身加入智能化,通过下放信息处理能力给网络边缘来增强网络的功能,这样为数据处理和增加网络弹性提供了更大的可能性。赋予网络边缘的事物独立处理和决定的能力。智能意味着机器能对外界的刺激信息做出反应并通过学习和规划做出决策来应付外界的变化,即能够模拟人类的一些智能活动,能感知当前网络条件,然后依据这些条件做出规划、决策和采取动作。

  这里说的认知必须是自感知的:应该能知道内部发生了什么,必须做什么;必须能确定适当行动去达到目标和学习这些过程。如图2 对认知学的过程进行了形象描绘,文献提出通过感知、规划、决策、学习、行动、策略这六个步骤结合传感技术完成对事物的智能认知。通过传感器感知周围环境。由传感器捕捉到的观测结果将被用于规划,然后学习和记忆有用的观测结果,这有助于之后的决策模块做出决策。规划模块基于存储在策略模块的观测数据和策略决定了将来可能采取的行动,决策模块根据可能采取的行动和经验来决定当下行动。最后行动模块负责实行重配置。学习模块在某种意义上有着最好连接性,它可以来源于:传感器的数据,战略,决策和实行器并从这些讯息中进行联合和推断。通过一系列完整的认知过程对物联网增加智能化。

  1.3 云计算

  物联网要求每个物体都与它唯一的标示符相关联,这样就可以在数据库中检索信息12。因此需要一个海量的数据库和数据平台把数据信息转换成实际决策和行动。若所有的数据中心都各自为阵,数据中心的大量有价值的信息就会形成信息孤岛,无法被有需求的用户有效使用。云计算试图在这些孤立的信息孤岛之间通过提供灵活、安全、协同的资源共享来构造一个大规模的、地理上分布的、异构的资源池,包括信息资源和硬件资源,再结合有效的信息生命周期管理技术、节能技术。云计算是由App、硬件、处理器加存储器构成的复杂系统。它按需进行动态部署、配置、重配置以及取消服务。在云计算平台中的服务器可以是物理的服务器或者虚拟的服务器,其本质是由远程运行的应用程序(在云中)驻留在个人电脑和局部服务器。

  物联网的实现还需要很多关键技术的支撑,例如接入网技术,体系结构,纳米技术,PAI 技术,公共服务App技术,寻址技术,路由技术等等。迄今为止这些技术还不完善,仍存在着很多问题,文中将在下一节对此进行阐述。

  2 存在的问题
 
  让物品与物品及物品与人类之间的交流畅通无阻,实现理想中物联网还有很多技术需要完善。存在的问题主要有:

  (1) 统一的技术标准。由于物联网是互联网的延伸,同样基于TCP/IP ,但在接入层面,协议类别就十分繁杂,如TD-SCDMA、GPRS、传感网等多种通道而标准化是大规模部署和扩展的必不可少的技术,如果没有大规模部署就谈不上物联网。欧洲电信标准论坛等组织呼吁增加国际电联来参与统一RFID 协议。EPCglobal 在2004 年年底提出了第一个全球RFID 标准的建议,它定义了多种类型的RFID 标签及相应的工作频率。

  (2) 寻址问题。每个物品都会在物联网中出现,那么每个物品都需要一个地址。在IPv4 资源即将耗尽的背景下,物联网需要更多的IP 地址。需要IPv6的支撑,但由于IPv4 网络的庞大规模导致IPv4 向IPv6 过渡存在一个漫长的过程,因此物联网一旦使用IPv6 地址,就必然会存在与IPv4 的兼容性问题。物联网的特性也使得物联网中的寻址与互联网不完全一样,文献17 解决了多种产品代码标准引起的寻址冲突。

  (3) 安全性能。RFID 当初的设计是完全开放的,所以信息安全机制存在严重缺陷。对RFID 标签加密将使标签成本增加。云服务的透明度也是安全隐患,黑客正是通过操作系统的漏洞来攻击它所服务的应用程序载入内存中的数据。提供内存数据的保护和隔离是云计算的重要安全需求之一。目前可以通过服务级别协议向用户担保,但如何做到安全服务SLA 的可审计性,这是云计算必须面临的挑战19。无线传感网络受到的安全威胁与传统网络不同,现有的网络安全机制无法应用于无线传感网络,需要开发专门协议。现有的思想是从维护路由安全的角度出发,寻找尽可能安全的路由以保证网络的安全,另一种思想是把着重点放在安全协议方面。目前现行有效的传统网络安全协议例如SSL和IPSec,也存在着缺陷比如难以实施在嵌入式设备中。因此一个完整统一的安全系统呼之欲出。
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