目前物聯網已成為IT 業(yè)界的新興領域，引發(fā)了相當熱烈的研究和探討。不同的視角對物聯網概念的看法不同，所涉及的關鍵技術也不相同。可以確定的是，物聯網技術涵蓋了從信息獲取、傳輸、存儲、處理直至應用的全過程，這需要在材料、器件、軟件、網絡、系統等各個方面都有所創(chuàng)新才能促進其發(fā)展。國際電信聯盟報告提出[1]，物聯網主要需要四項關鍵性應用技術：①標簽物品的RFID 技術;②感知事物的傳感網絡技術(Sensortechnologies);③思考事物的智能技術(Smart technologies);④微縮事物的納米技術(Nanotechnology)。顯然這是側重了物聯網的末梢網絡技術。歐盟《物聯網研究路線圖》將物聯網研究劃分為了十個層面：①感知，ID 發(fā)布機制與識別;②物聯網宏觀架構;③通信(OSI 物理與數據鏈路層);④組網(OSI 網絡層);⑤軟件平臺、中間件(OSI 網絡層以上);⑥硬件;⑦情報提煉;⑧搜索引擎;⑨能源管理;⑩安全。當然這些都是物聯網研究的內容，而對于實現物聯網而言略顯重點不夠突出。本文針對物聯網的內涵，分析研究實現物聯網所涉及的關鍵技術，譬如感知技術、網絡通信技術、數據融合與智能技術，以及云計算等。
1.感知技術
感知技術也可以稱為信息采集技術，它是實現物聯網的基礎。目前，信息采集主要采用電子標簽和傳感器等方式完成。
1.1 電子標簽
在感知技術中，電子標簽用于對采集的信息進行標準化標識，數據采集和設備控制通過射頻識別讀寫器、二維碼識讀器等實現。射頻識別(RFID)是一種非接觸式的自動識別技術，屬于近程通信，與之相關的技術還有藍牙技術等。RFID 通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別過程無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID 技術與互聯網、通信等技術相結合，可實現全球范圍內物品跟蹤與信息共享。
RFID 電子標簽是近幾年發(fā)展起來的新型產品，也是替代條形碼走進物聯網時代的關鍵技術之一。所謂RFID 電子標簽就是一種把天線和IC 封裝到塑料基片上的新型無源電子卡片，具有數據存儲量大、無線無源、小巧輕便、使用壽命長、防水、防磁和安全防偽等特點。RFID 讀寫器(即PCE 機)和電子標簽(即PICC 卡)之間通過電磁場感應進行能量、時序和數據的無線傳輸。在RFID 讀寫器天線的可識別范圍內，可能會同時出現多張PICC 卡。如何準確識別每張卡，是A 型PICC 卡的防碰撞(也叫防沖突)技術要解決的關鍵問題。
1.2 傳感器
傳感器是機器感知物質世界的“感覺器官”，用來感知信息采集點的環(huán)境參數;它可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號，為物聯網系統的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。
隨著電子技術的不斷進步，傳統的傳感器正逐步實現微型化、智能化、信息化、網絡化;同時，我們也正經歷著一個從傳統傳感器到智能傳感器再到嵌入式Web 傳感器不斷發(fā)展的過程。目前，市場上已經有大量門類齊全且技術成熟的傳感器產品可供選擇。
2.網絡通信技術
在物聯網的機器到機器、人到機器和機器到人的信息傳輸中，有多種通信技術可供選擇，他們主要分為有線(如DSL、PON 等)和無線(如CDMA、GPRS、IEEE 802.11a/b/g WLAN等)兩大類技術，這些技術均已相對成熟。在物聯網的實現中，格外重要的是無線傳感網技術。
2.1 無線傳感網主要技術
無線傳感網(WSN)是集分布式信息采集、傳輸和處理技術于一體的網絡信息系統，以其低成本、微型化、低功耗和靈活的組網方式、鋪設方式以及適合移動目標等特點受到廣泛重視。物聯網正是通過遍布在各個角落和物體上的形形色色的傳感器以及由它們組成的無線傳感網絡，來感知整個物質世界的。目前，面向物聯網的傳感網，主要涉及以下幾項技術。
(1)測試及網絡化測控技術。綜合傳感器技術、嵌入式計算機技術、分布式信息處理技術等，協作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進行處理、傳輸。只有依靠先進的分布式測試技術與測量算法，才能滿足日益提高的測試和測量需求。
(2)智能化傳感網節(jié)點技術。所謂傳感網節(jié)點是指一個微型化的嵌入式系統。在感知物質世界及其變化的過程中，需要檢測的對象很多，譬如溫度、壓力、濕度、應變等，因此需要微型化、低功耗的傳感網節(jié)點來構成無線傳感網的基礎層支持平臺。這不但需要采用MEMS 加工技術，設計符合物聯網要求的微型傳感器，使之可識別和配接多種敏感元件，并適用于主被動各種檢測方法;另外，傳感網節(jié)點還應具有強抗干擾能力，以適應惡劣工作環(huán)境的需求。這里重要的是，利用傳感網節(jié)點具有的局域信號處理功能，在傳感網節(jié)點附近局部完成一定的信號處理，使原來由中央處理器實現的串行處理、集中決策的系統，成為一種并行的分布式信息處理系統。
(3)傳感網組織結構及底層協議。網絡體系結構是網絡的協議分層以及網絡協議的集合，是對網絡及其部件所應完成功能的定義和描述。對傳感網而言，其網絡體系結構不同于傳統的計算機網絡和通信網絡。對于物聯網的體系結構，已經提出了多種參考模型[2]。就傳感網體系結構而言，也可以由分層的網絡通信協議、傳感網管理以及應用支撐技術三個部分組成。其中，分層的網絡通信協議結構類似于TCP/IP 協議體系結構;傳感網管理技術主要是對傳感器節(jié)點自身的管理以及用戶對傳感網的管理;分層協議和網絡管理技術是傳感網應用支撐技術的基礎。
(4)對傳感網自身的檢測與自組織。傳感網是整個物聯網的底層和信息來源，網絡自身的完整性、完好性和效率等性能至關重要，因此，需要對傳感網的運行狀態(tài)及信號傳輸通暢性進行良好監(jiān)測，才能實現對網絡的有效控制。在實際應用當中，傳感網中存在大量傳感器節(jié)點，密度較高，當某一傳感網節(jié)點發(fā)生故障時，網絡拓撲結構有可能會發(fā)生變化，因此，設計傳感網時應考慮傳感網的自組織能力、自動配置能力及可擴展能力。
(5)傳感網安全。傳感網除了具有一般無線網絡所面臨的信息泄露、信息篡改、重放攻擊、拒絕服務等多種威脅之外，還面臨傳感網節(jié)點容易被攻擊者物理操縱，獲取存儲在傳感網節(jié)點中的信息，從而控制部分網絡的安全威脅。這顯然需要通過其他的網絡安全技術來提高傳感網的安全性能。如在通信前進行節(jié)點與節(jié)點的身份認證;設計新的密鑰協商算法，使得即使有一小部分節(jié)點被惡意控制，攻擊者也不能或很難從獲取的節(jié)點信息推導出其他節(jié)點的密鑰信息;對傳輸信息加密解決竊聽問題;保證網絡中的傳感信息只有可信實體才可以訪問;采用一些跳頻和擴頻技術減輕網絡堵塞等問題。
2.2 物聯網的部分網絡通信技術
根據目前物聯網所涵蓋的概念，其工作范圍可以分成兩大塊：一塊是體積小、能量低、存儲容量小、運算能力弱的智能小物體的互聯，即傳感網;另一塊是沒有上述約束的智能終端的互聯，如智能家電、視頻監(jiān)控等。對于智能小物體網絡層的網絡通信技術目前有兩項：一是基于ZigBee 聯盟開發(fā)的ZigBee協議進行傳感器節(jié)點或者其他智能物體的互聯;另一技術是IPSO 聯盟所倡導的通過IP 實現傳感網節(jié)點或者其他智能物體的互聯。
(1)ZigBee 技術。ZigBee 技術是基于底層IEEE 802.15.4標準，用于短距離范圍、低傳輸數據速率的各種電子設備之間的無線通信技術，它定義了網絡/安全層和應用層。ZigBee技術經過多年的發(fā)展，技術體系已相對成熟，并已形成了一定的產業(yè)規(guī)模。在標準方面，已發(fā)布ZigBee 技術的第3 個版本V1.2;對于芯片，已能夠規(guī)模生產基于IEEE 802.15.4 的網絡射頻芯片和新一代的ZigBee 射頻芯片(將單片機和射頻芯片整合在一起);在應用方面，ZigBee 技術已廣泛應用于工業(yè)、精確農業(yè)、家庭和樓宇自動化、醫(yī)學、消費和家用自動化、道路指示/安全行路等眾多領域。
(2)與IPv6 相關聯的技術。若將物聯網建立在數據分組交換技術基礎之上，則將采用數據分組網即IP網作為承載網。IPv6 作為下一代IP 網絡協議，具有豐富的地址資源，能夠支持動態(tài)路由機制，可以滿足物聯網對網絡通信在地址、網絡自組織以及擴展性方面的要求。但是，由于IPv6 協議棧過于龐大復雜，不能直接應用到傳感器設備中，需要對IPv6 協議棧和路由機制作相應的精簡，才能滿足低功耗、低存儲容量和低傳送速率的要求。目前有多個標準組織進行相關研究，IPSO 聯盟于2008 年10月，已發(fā)布了一種最小的IPv6 協議棧μIPv6。
3.數據融合與智能技術
物聯網是由大量傳感網節(jié)點構成的，在信息感知的過程中，采用各個節(jié)點單獨傳輸數據到匯聚節(jié)點的方法是不可行的。因為網絡存在大量冗余信息，會浪費大量的通信帶寬和寶貴的能量資源。此外，還會降低信息的收集效率，影響信息采集的及時性，所以需要采用數據融合與智能技術進行處理。
3.1 分布式數據融合
所謂數據融合是指將多種數據或信息進行處理，組合出高效且符合用戶需求的數據的過程。在傳感網應用中，多數情況只關心監(jiān)測結果，并不需要收集大量原始數據，數據融合是處理該類問題的有效手段。例如，借助數據稀疏性理論在圖像處理中的應用，可將其引入傳感網用于數據壓縮，以改善數據融合效果。
分布式數據融合技術需要人工智能理論的支撐，包括智能信息獲取的形式化方法、海量信息處理的理論和方法、網絡環(huán)境下信息的開發(fā)與利用方法，以及計算機基礎理論。同時，還需掌握智能信號處理技術，如信息特征識別和數據融合、物理信號處理與識別等。
3.2 海量信息智能分析與控制
海量信息智能分析與控制是指依托先進的軟件工程技術，對物聯網的各種信息進行海量存儲與快速處理，并將處理結果實時反饋給物聯網的各種“控制”部件。智能技術是為了有效地達到某種預期的目的，利用知識分析后所采用的各種方法和手段。通過在物體中植入智能系統，可以使得物體具備一定的智能性，能夠主動或被動的實現與用戶的溝通，這也是物聯網的關鍵技術之一。智能分析與控制技術主要包括人工智能理論、先進的人-機交互技術、智能控制技術與系統等。物聯網的實質是給物體賦予智能，以實現人與物體的交互對話，甚至實現物體與物體之間的交互或對話。為了實現這樣的智能性，例如，控制智能服務機器人完成既定任務包括運動軌跡控制、準確的定位及目標跟蹤等，需要智能化的控制技術與系統。
4.云計算
隨著互聯網時代信息與數據的快速增長，有大規(guī)模、海量的數據需要處理。當數據計算量超出自身IT 架構的計算能力時，一般是通過加大系統硬件投入來實現系統的可擴展性。另外，由于傳統并行編程模型應用的局限性，客觀上還需要一種易學習、使用、部署的并行編程框架來處理海量數據。為了節(jié)省成本和實現系統的可擴放性，云計算的概念因此應運而生。
云計算最基本的概念是通過網絡將龐大的計算處理程序自動分拆成無數個較小的子程序，再交由多部服務器所組成的龐大系統處理。通過云計算技術，網絡服務提供者可以在數秒之內，處理數以千萬計甚至億計的信息，提供與超級計算機同樣強大效能的網絡服務。云計算作為一種能夠滿足海量數據處理需求的計算模型，將成為物聯網發(fā)展的基石。之所以說云計算是物聯網發(fā)展的基石，一是因為云計算具有超強的數據處理和存儲能力，二是因物聯網無處不在的信息采集活動，需要大范圍的支撐平臺以滿足其大規(guī)模的需求。
實現云計算的關鍵技術是虛擬化技術。通過虛擬化技術，單個服務器可以支持多個虛擬機運行多個操作系統，從而提高服務器的利用率。虛擬機技術的核心是 Hypervisor(虛擬機監(jiān)控程序)。Hypervisor 在虛擬機和底層硬件之間建立一個抽象層，它可以攔截操作系統對硬件的調用，為駐留在其上的操作系統提供虛擬的CPU和內存。
實現云計算系統目前還面臨著諸多挑戰(zhàn)，現有云計算系統的部署相對分散，各自內部能夠實現VM 的自動分配、管理和容錯等，云計算系統之間的交互還沒有統一的標準。關于云計算系統的標準化工作還存在一系列亟待解決的問題，需要更進一步的深入研究。然而，云計算一經提出便受到了產業(yè)界和學術界的廣泛關注。目前，國外已經有多個云計算的科學研究項目，比較有名的是Scientific Cloud 和Open Nebula 項目。產業(yè)界也在投入巨資部署各自的云計算系統，參與者主要有Google、IBM、Microsoft、Amazon 等。國內關于云計算的研究也已起步，并在計算機系統虛擬化基礎理論與方法研究方面取得了階段性成果。
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