物联网关键技术解析：RFID与传感网络在物联网中的核心作用与应用前景

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物联网关键技术总结：物联网是一种以互联网、老式电信网等信息载体为基础，使所有可独立寻址的通用物理对象实现互联的网络。它是新一代信息技术的重要组成部分。近年来发展迅速，具有广阔的应用前景[1]。作为动态的全球网络基础设施，其主线是物与人、物之间的信息传输和控制。物联网技术是一项综合性技术，涵盖了从信息获取、传播、存储、处理到应用的全过程。关键在于传感器和传感器网络技术的发展和完善。物联网技术因其侧重点而异。分类原则也不同。国际电信联盟的报告分为四项关键技术：用于标记物品的RFID、用于感知事物的传感器网络技术、用于思考事物的智能技术以及用于使事物小型化的纳米技术[2]。本文首先介绍了这些技术的基本原理和发展，并对几个关键技术进行了详细的了解和探索。分析了技术应用背后的问题和挑战，为物联网的发展提出更具前瞻性的建议。 。关键词：物联网关键技术 RFID 面临的问题 0 引言 物联网是无处不在的终端设备和设施，包括具有“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼宇控制系统、家庭智能设施、视频监控系统、等，以及“外部赋能”“各种资产如RFID附着资产、携带无线终端的个人和车辆、“智能物体或动物”或“智能灰尘”通过各种无线/有线互连长/短距离通信网络，通信（M2M）、应用集成以及基于云计算的SaaS运营模式，提供安全、可控甚至个性化的实时在线监控、定位溯源、报警联动、调度指挥、预案管理。 、远程控制、安全防范、远程维护、在线升级、记录报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现“高效、节能、安全、高效”的“管、控、运”一体化“一切的环保” 事物”。

1999年，Ashton专家在研究RFID时，在美国举行的国际移动计算和网络会议上首次提出了物联网（Internet of Things）一词。 2023年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟正式提出了物联网一词。从物联网的概念来看，现在世界各国政府都高度重视下一代技术规划，纷纷将物联网作为信息技术发展的重点。 IBM提出了“智慧地球”的最新战略，希望将“智慧”的理念嵌入到基础设施的实施中，从而带动经济发展和社会进步，希望能掀起一股“互联网”浪潮。科技产业革命[3]。一般来说，物联网从技术架构上可以分为三层[4]：感知层、网络层和应用层。传感层由多种传感器和传感器网关组成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签以及读写器、摄像头、GPS等传感终端。感知层的作用相当于人的眼、耳、鼻、喉和皮肤的神经末梢。它是物联网识别物体和收集信息的源头。它的重要功能是识别物体和收集信息。网络层由各种专用网络、互联网、有线和无线通信网络、网络管理系统、云计算平台等组成。它相当于人体的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获得的信息。应用层是物联网与客户（包括人、组织和其他系统）之间的接口。结合行业需求，实现物联网智能化应用。

技术的发展和进步促进了物联网的快速发展，关键技术对物联网有着非凡的影响和意义。 1 物联网关键技术 1.1 感知技术 感知技术也可称为信息采集技术，是实现物联网的基础。目前，信息采集主要通过电子标签和传感器等手段完成。在传感技术中，原则上采用电子标签来识别采集到的信息，通过射频识别阅读器和二维码阅读器实现数据采集和设备控制。 1.1.1 RFID 射频识别（RFID）是射频识别技术。它是一种通过无线电信号识别特定物体并读写相关数据的通信技术，而无需识别系统与特定物体之间建立机械或光学接触。它是一种非接触式自动识别技术[5]。它由三部分组成：①标签——由耦合元件和芯片组成，具有存储和计算功能，可粘贴或植入护照、身份证、人体、动物、物品、票据等。每个标签都有一个唯一的电子代码，附着在物体上以唯一地标识目标物体。根据标签的能量来源，可以分为：无源标签、半无源标签和有源标签。根据标签的工作频率可分为：低频（LF）（30-300kHz）、高频（HF）（3-30MHz）、超高频（UHF）（300-968MHz）和微波（兆瓦）（2.45-5.8GHz）。

②阅读器——读取（有时也写入）标签信息的设备。它可以设计为手持式或固定式。根据所使用的结构和技术，阅读器可以是读取或读/写设备。它是一个RFID系统。信息控制和处理中心。读写器一般由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。半双工通信通常用于阅读器和应答器之间的信息交换。同步阅读器通过耦合向无源应答器提供能量和定时。在实际应用中，可以通过以太网或WLAN实现物体识别信息的采集、处理和远程传输等管理功能。 ③天线——在标签和阅读器之间传输射频信号。 RFID技术的基本工作原理[6]：标签进入磁场后，接收阅读器发送的射频信号，利用感应电流获得的能量将存储在芯片中的产品信息发送出去，或者标签主动发送一定频率的信号。 ，阅读器读取并解码信息后，发送至中央信息系统进行相关数据处理。图1 RFID技术示意图 RFID面临的问题[7]： ①数据安全：由于任何实体都可以读取标签，因此对手可以将自己伪装成合法标签，或者进行拒绝服务攻击，从而影响数据安全。该标签会导致威胁。 ②隐私：将标签ID与顾客身份关联起来，从而侵犯个人隐私。未经授权访问标签信息会导致客户在消费习惯、个人行踪等方面的隐私受到侵犯。与隐私相关的安全问题主要包括信息泄露和跟踪。

③复制：约翰·霍普金斯大学和RSA实验室的研究人员指出，RFID标签的一个严重安全缺陷是标签可以被复制。 1.1.2 传感器 传感器是机器用来感知物质世界的“感觉器官”。用于感知信息采集点的环境参数；它们可以感知热、力、光、电、声音、位移等信号，并为物联网系统提供处理和处理服务。传播、分析和反馈提供最原始的信息。随着电子技术的不断进步，老式传感器逐渐小型化、智能化、信息化、网络化；同时，我们也正在经历从老式传感器到智能传感器再到嵌入式Web传感器的不断发展。过程。 1.2 网络通信技术 在物联网的机器对机器、人对机器、机器对人的信息传播中，有多种通信技术可供选择。它们主要分为有线（如DSL、PON等）和无线（如CDMA、GPRS、IEEE 802.11a/b/g WLAN等）两大类技术，这些技术都比较成熟。在物联网的实施中，无线传感器网络技术显得尤为重要。 1.2.1 M2M是指机器对机器的通信。 M2M 专注于机器对机器的无线通信。有机器对机器、机器对移动（如客户远程监控）、移动对机器（如客户远程控制）三种方式。在M2M中，GSM/GPRS/UMTS是重要的长距离连接技术，其短距离连接技术主要包括802.11b/g、BlueTooth、Zigbee、RFID和UWB。

此外，还有一些其他技术，例如XML和Corba，以及基于GPS、无线终端和网络的位置服务技术。 1.2.2 无线传感器网络 传感器网络是指由随机分布的微小节点集成传感器、数据处理单元和通信单元，通过自组织而形成的无线网络。借助节点内置的传感器，测量周围环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，以检测包括温度、湿度、噪声、光强、压力、土壤成分、速度和方向等物质现象移动物体等。集分布式信息采集、传播和处理技术于一体的网络信息系统以其低成本、小型化、低功耗、灵活的组网和敷设方式以及适合移动用途而受到广泛关注。在M2M中，GSM/GPRS/UMTS是重要的长距离连接技术，其短距离连接技术主要包括802.11b/g、BlueTooth、Zigbee、RFID和UWB。此外，还有一些其他技术，如XML、Corba等，以及基于GPS、无线终端和网络的位置服务技术。目前，物联网传感器网络主要涉及以下技术，测试与网络化测控技术、智能传感器网络节点技术、传感器网络组织结构与底层协议、传感器网络本身的检测与自动检测等。组织、传感器网络安全。 1.3 数据融合与智能技术 物联网是由大量的传感器网络节点组成。在信息感知过程中，利用每个节点独立地将数据传播到汇聚节点是不可行的。

由于网络中存在大量的冗余信息，大量的通信带宽和宝贵的能源将被浪费。此外，还会降低信息收集的效率，影响信息收集的及时性。因此，需要采用数据融合和智能技术[8]进行处理。所谓数据融合是指对多种类型的数据或信息进行处理，将高效的、满足客户需求的数据组合起来的过程。海量信息智能分析与控制是指依靠先进的软件工程技术，对物联网上的各种信息进行海量存储和快速处理，并将处理结果实时反馈给物联网的​​各个“控制”部件。时间。智能技术是应用知识分析后，为有效实现某种预期目标而采取的各种措施和手段。通过在物体中植入智能系统，可以使物体具有一定程度的智能，能够主动或被动地与顾客进行交流。这也是物联网的关键技术之一。根据物联网的内涵可以看出，要真正实现物联网，需要感知、通信、控制、智能等多项技术。物联网的研究将会带动整个产业链或者促进产业链的共同发展。信息传感技术、网络通信技术、数据融合与智能技术、云计算等技术的研究和应用将直接影响物联网的发展和应用。只有全面研究解决这些关键技术问题，物联网才能得到快速推广。造福人类社会，实现智慧地球的美好愿望。 1.4 纳米技术 纳米技术是研究0.1~100nm尺寸的物质系统的运动规律和相互作用，并可应用于实际应用的技术。

目前，纳米技术在物联网技术中的应用主要体现在RFID设备、传感器设备、加工材料和微纳加工技术的小型化设计上。 2 物联网现有问题 2.1 技术原理问题 网络层互联网有TCP/IP 协议，接入层协议有多种：GPRS、传感器、TD-SCDMA、有线等通道。因此，世界各国有不同的原则。网络是多种基于网络的技术的结合。应该有统一的相关协议原则的支持，以促进物联网更好的原则[9]。 2.2 地址问题物联网中的每一项都需要解决，因此需要处理地址问题。物联网需要更多的IP地址，而IPV4资源即将耗尽。向IPV6的过渡过程漫长，同时还存在与IPV4的兼容性问题。 2.3 多技术融合问题 传感器技术、射频识别技术、通信技术、控制技术、智能技术等技术的高效融合。 2.4 安全问题 信息收集频繁，必须考虑其数据安全性。 3 结束语 物联网技术被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮。预计五到十年内将有超过1000亿台设备连接到互联网[10]，形成更大规模的物联网。网络。物联网的发展是信息社会发展的必然。技术的进步和应用是其发展的关键原因。在发展的道路上，也面临着诸多困难。这些困难有原理、技术等方面。在产业链上，如何克服这些困难，需要社会各层面物联网关键技术和业务应用的突破。

参考文献[1]L. Atzoria 等人，“物联网：一项调查”，计算机网络，卷。 54，没有。 2023 年 15 月，第 2787-2805 页。[2]欧洲共同体委员会 (2023-06-18)。 “物联网——欧洲行动计划”。 COM(2023) 278 最终。[4]刘华军.物联网系统结构研究[J].中国新通讯，2023.5[5]杨慧才。范彦虎。等人。 RFID技术及其在ETC系统中的应用。现代电子技术。 2023.31(15): 42-45.[6]凯文·阿什顿：“物联网”事物。见：RFID Journal，2023 年 7 月 22 日。Abgerufen am，2023 年 4 月 8 日。[7] Miles, Stephen B. (2023)。 RFID 技术与应用。伦敦：剑桥大学出版社。第 6-8 页。 ISBN 978-0-521-16961-5。 [8] 张淑琴.郭迪.肖明波.无线传感器网络数据传播与融合技术。现代电子技术。 2023.32(18):188-191。