物联网与智慧农业
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1.1.2 主要技术特征

物联网的4层模型之间既相对独立又紧密联系。在综合应用层以下,同一层次上的不同技术互为补充,适用于不同环境,构成该层次技术的全套应对策略。而不同层次提供各种技术的配置和组合,根据应用需求,构成完整的解决方案。总而言之,技术应以相关应用为导向,根据具体的需求和环境,选择合适的感知、信息传输和信息处理等技术[3]。物联网的主要技术特征如下。

1.感知识别普适化

作为物联网的“神经末梢”,自动识别和感知技术得到了快速发展和广泛应用,已基本实现感知识别的普适化。人们生活的方方面面都能映射出感知识别技术的应用。无处不在的感知与自动识别将传统上分离的物理世界和信息世界连接起来,实现了它们之间的高度融合。

作为物联网的核心技术,感知识别把物理世界和信息世界连接起来,从而实现全面感知、可靠传送、智能处理。感知识别层既包括RFID、WSN等信息自动生成设备,又包括各种智能电子产品用来人工生成信息。RFID是使物品具有“身份证”的技术。RFID标签中存储着规范且具有互用性的信息,通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统,实现物品的识别和管理。另外,WSN主要通过各种类型的传感器对物质性质、环境状态、行为模式等信息开展大规模、长期、实时的获取。近年来,各类可联网电子产品层出不穷,笔记本电脑、平板电脑、掌上电脑(PDA)、智能手机等迅速普及,人们可以随时随地接入互联网,共享数据和信息,从而导致信息生成方式的多样化,这是物联网区别于其他网络的专业特征之一。

2.异构设备互联化

尽管硬件和软件平台千差万别,但各种异构设备(不同型号和类别的RFID标签、传感器、手机、笔记本电脑等)均可利用无线通信模块和标准通信协议,构建成自组织网络。在此基础上,运行不同协议的异构网络之间通过“网关”互联互通,实现网际间的信息共享及融合,使异构设备互联,可靠传输。

物联网的网络构建层的主要作用是把下层(感知识别层)的数据接入互联网,供上层服务使用。互联网及下一代互联网是物联网的核心网络,处在边缘的各种无线网络则提供随时随地的网络接入服务。无线广域网包括现有的移动通信网络及其演进技术(包括3G、4G、5G通信技术),提供广阔范围内连续的网络接入服务。无线城域网包括现有的WiMAX技术,提供城域范围(约100km)的高速数据传输服务。无线局域网包括现有广为流行的Wi-Fi,为一定区域内(家庭、校园、餐厅、机场等)的用户提供网络访问服务。无线个域网络包括蓝牙、ZigBee等通信协议。这类网络的特点是低功率、低传输速率、短距离,一般用于个人电子产品互联、工业设备控制领域。各种不同类型的无线网络适合不同的环境,合力提供便捷的网络接入服务,是实现物物互联的重要基础设施[3]

3.网络终端规模化

从计算机之间的通信发展到以人为主体的用户之间的连接,现在向着物物互联迈进。物联网时代的一个重要特征是“物品触网”,每件物品均有通信功能,成为网络终端。纵观整个物联网产业,眼下各类物联网终端的数量加速增长,按照30%的年均复合增长速度来计算,预计到2022年智能物联网终端的数量将会超过200亿[4]

物联网终端属于传感网络层和传输网络层的中间设备,也是物联网的关键设备。物联网终端基本由外围感知(传感)接口、中央处理模块和外部通信接口三部分组成,通过外围感知接口与传感设备连接,如RFID读卡器、红外感应器、环境传感器等,读取这些传感设备的数据并通过中央处理模块处理后,按照网络协议,通过外部通信接口,如GPRS模块、以太网接口、Wi-Fi等方式发送到以太网的指定中心处理平台[5]。物联网终端具有数据采集、初步处理、加密、传输等多种功能,即通过其转换和采集功能,对各种外部感知数据进行汇集和处理,再通过各种网络接口方式将其传输到互联网中。

4.管理调控智能化

物联网将大规模数据高效可靠地组织起来,为上层行业应用提供智能的支撑平台。数据存储、组织及检索成为行业应用的重要基础设施。与此同时,各种决策手段包括运筹学理论、机器学习、数据挖掘、专家系统等广泛应用于各行各业。

在高性能计算和海量存储技术的支持下,物联网的管理服务层将大规模数据高效、可靠地组织起来,为上层行业应用提供智能的支撑平台,是智能处理的基础。存储是信息处理的第一步。数据库系统及其后发展起来的各种海量存储技术,包括网络化存储(如数据中心),已广泛应用于IT、金融、电信、商务等行业。面对海量信息,如何有效地组织和查询数据是核心问题[3]。20世纪90年代末,以Web搜索引擎为代表的新一代网络信息查询技术异军突起,如今已成为互联网信息世界的重要入口。管理服务层的主要特点是“智慧”[4]。有了丰富翔实的数据,运筹学理论、机器学习、数据挖掘、专家系统等“智慧迸发”手段才有了更广阔的施展舞台。在物联网时代,每个人穿戴多种类型的传感器,每件物品均具有通信功能,成为网络终端,接入多个网络,实现智能处理。