2022年物联网技术瓶颈 .pdf

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1、物联网的技术瓶颈要实现真正意义上的物联网，牵涉到的技术是多方面的。我们不可能将物联网所使用到的技术一一列出。但是我们知道，物联网的技术体系框架主要包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术。下面我们就分别从这四个层面来叙述物联网的主要技术及其急需解决的瓶颈。由于物联网牵涉技术繁杂，有的技术很难说是单独属于哪个层面，所以下面的叙述并不一定严格符合分层的技术框架。(1)感知层：感知层包含两个方面的技术，数据采集与感知技术和传感器网络组网和协同信息处理技术。数据采集与感知主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感器

2、、RFID 等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据的协同信息处理过程。物联网的数据采集与感知技术主要包括传感器、硬件、RFID、电源和能量存储等技术；传感器网络组网和协同信息处理技术主要包括数据和信号处理和物联网体系结构。传感器在物联网应用中起着把现实世界和虚拟世界联系起来的桥梁，它感知现实世界的信息并把这些信息传入物联网中。目前传感器急需解决的瓶颈有：a)体积、功耗、性能；b)传感器节点的供电问题；c)传感器的寿命短；d)传感器节点失效问题。硬件技术在这里主要是指制造那些实现无线识别系统需要的低成本、多功能、小型化的设备所需要的技术，比如生产传感器、RFID 有

3、源标签、薄膜晶体管，电源转换器，电池，存储器等的技术。目前硬件技术重点将是使高度集成的电路设备微型化、智能化，其中包括：a)多频段，适应性和可重构前端；b)高频、特高频、超高频和极高频技术；c)存储器、铁电存储器、电可擦可编程只读存储器、聚合物；d)ID 128/256 bits 和其他类型的 ID；e)多通信协议和数字化处理；f)安全技术和嵌入式智能技术。RFID 即无线射频技术，是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术。目前 RFID 技术存在和急需解决的瓶颈有：a)超高频段技术有欠缺；b)电磁干扰、多标签防碰撞、编码，频段，传输协议；c)成本高昂；d)没有全球统一的标准。电源和能量存

4、储，物联网中各个自治的“物体”运行程序、监测环境或对环境做出反应等都需要电能。这就需要有能量存储和获取的相关技术，而当前存在和待突破的主要瓶颈有：a)电池和能量存储技术；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 4 页 -b)能量获取技术。c)能量消耗映射，电力技术应该能对“物体”中的硬件做细粒度的测量和估计，能源为基础的软件，可以优先调度工作。数据和信号处理，我们知道物联网将现实世界的各种各样的物体映射为虚拟世界的数据，而对这些数据的获取和管理都离不开数据和信号处理技术。当前数据和信号处理存在和待解决的瓶颈有：a)语义互操作，服务发现，服务组合，语义传感器网络；b)数据共

5、享和协作；c)自治代理；d)人机交互；e)边缘处理，过滤和聚合；f)服务质量，流处理。物联网体系结构，物联网在面向服务的架构下，服务请求者和提供者需要在不同的信息架构，数据类型下进行通信，这除了需要上面介绍的语义互操作性外，还需要物联网的体系机构具有可扩展性，模块化等特点。新的物联网的体系结构必须满足下列要求：a)具有端到端的分布式开放结构；b)异构系统的互操作性；c)明确分层和抵御物理网络中断；d)基于对等节点的分散自主架构；e)云计算技术，事件驱动的架构，断开操作，同步。(2)网络层技术网络层技术主要是指用于实现更加广泛的互联功能，能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，需

6、要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。虽然经过多年的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，基本能够满足物联网数据传输的需要，但是通信、网络技术还是具有待完善的地方。通信技术：物联网的应用，是一个具有多层面广泛的设计空间，物联网的通信，还有下列问题待解决：a)如何使物联网节能高效的通信；b)多频段的前端设备和通信协议；c)通讯频谱和频率分配；d)软件无线电(SDRs)和认知无线电(CRs)；e)具有跨协议通信能力，节能高效的无线传感网络。网络技术，我们知道现有的互联网肯定不能符合物联网的需求，我们需要新的“互联网”，它应该具有下面的特点：a)可扩展体系结构设计，满足无处不在的，具有

7、数十亿网络设备的的传感器网络通信；b)改进无线通信协议，保证传感网络的关键任务执行。c)网络发现：物联网网络会动态变化和不断演变，可能随时添加新的“物体”到网络中，现有的网络拓扑结构会不断变化。物联网应用场景下，自动发现机制和映射能力对于整个通信和网络的管理是至关重要的。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 4 页 -(3)应用层技术应用层技术主要是指实现应用支撑平台子层和应用服务子层的技术。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。应用层需要的主要技术

8、是软件和算法，知识发现和搜索引擎技术。软件和算法：构建物联网应用的一大挑战是缺乏一个通用的软件构建方法，如何将不同环境中的软件组合成一个复合功能的系统，以及如何应用大量不相关的软件模块来构建我们需要的软件。这还有很多问题待解决，例如：a)开放中间件平台技术；b)节能高效的未操作系统；c)分布式自我优化，自我配置，自我愈合，自适应软件；d)基于交互组件的轻量级中间件；e)模块抽象和网络功能；f)仿生算法（如：自组织）和博弈论；g)自我管理技术，以克服复杂性的增加；h)为增加安全性和隐私的密码分配机制；i)能量感知的操作系统及其实现。知识发现和搜索引擎技术，在物联网中，关于物体的信息或服务是由很多

9、实体的信息碎片组成的，而且物联网中的数据量更是大得惊人，我们如何找到我们所需要的信息，这就需要知识发现和搜索引擎技术。而且它必须能解决下面的问题：a)设备发现和分布式信息库；b)定位和本地化；c)数字和虚拟实体的映射；d)地面测绘数据；e)语义标记和搜索；f)通用的认证机制(4)公共技术这些技术不属于物联网技术的某个特定层面，而是与物联网技术架构的三层都有关系，它包括标识技术、安全技术、关系网络管理和标准等。标识技术：我们需要给接入物联网的每一个物体一个标识符，这样我们才能将现实世界的物体转换到数字世界。可是物联网中的物体数量如此庞大，种类繁多，而且有的时候一个物体还需要有多个标识符。因此，标

10、识技术必须解决下面的问题：a)建立“物体”全球标识机制；b)标识管理、标识符编码和加密、伪标识、匿名标识、多方验证；c)认证和寻址方案、创造全球目录查询服务和发现服务。安全技术：物联网应用中的两个主要的安全问题是人的隐私和商业过程的保密。这方面待解决的问题有：a)事件驱动的智能代理或有自我行为意识的网络设备；b)异构设备的隐私保护技术；c)分散验证和信任模型；d)节能高效的加密和数据保护技术；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 4 页 -e)物体和网络认证技术；f)匿名机制；g)云计算的安全和信任机制；h)数据的所有权关系网管理：物联网中需要管理的网络包含数以十亿计的各式各样“物体”，而且还存在各种不同的软件，中间件和网络设备。网络管理技术通常包含安全，性能和可靠性管理。物联网的关系网络管理至少需要解决下面两个问题：a)身份，关系和声誉管理；b)微型博客繁衍管理。标准：物联网中有各种各样的数据，各种各样的设备，如果没有一个统一的标准，那么物联网是不可能实现的，但是由于利益关系，物联网至今还没有一个统一的标准。但是无论如何，物联网至少要具有下面这些标准：a)物联网标准化；b)基于本体的语义标准；c)频谱能量的通信协议标准；d)云计算内部和外部通信标准；e)数据创建和追溯标准。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 4 页 -