1 引言
物联网是新一代信息技术的重要组成部分,其英文名称是“The Internet of Things(简称IOT)”。物联网可以实现人与物体的沟通和对话,也可以实现物体与物体互相间的连接和交互。
1.1 物联网的概念
物联网的概念自被提出之后,一直在不断地变化、发展着,至今没有形成一个明确、统一的定义。欧盟作出的对物联网的定义:物联网是一个动态的全球网络基础设施,它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力,其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口,并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一起,构成未来互联网[1]。
目前广泛使用的物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按照约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
1.2 物联网的发展背景
“物联网”的概念是在1999年提出的,1999年MIT Auto-ID中心的Ashton教授在研究RFID时提出了结合物品编码、RFID和互联网技术的解决方案。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准,在计算机互联网的基础上,利用射频识别技术、无线数据通信技术等,构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网,简称物联网。2005年,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005:物联网》,正式提出了“物联网”的概念,包括了所有物品的联网和应用。报告指出,无所不在的“物联网”通信时代即将来临,世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。随着物联网的发展,射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。
物联网能成为当前的热点,要归功于IBM公司。2008年11月,IBM提出“智慧地球”(Smart Planet)的理念,把新一代IT技术充分运用在各行各业之中,把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,并且被普遍连接,形成所谓“物联网”。并通过超级计算机和云计算将“物联网”整合起来,实现人类社会与物理系统的整合。这一设想被奥巴马政府采纳,使得互联网加物联网构成“智慧地球”的概念被大家广为了解。
2 物联网体系架构
国际电信联盟(ITU)将物联网划分为物理接触层、网关、信息处理系统及网络构成。从技术架构上来看,国内的传感网研究中心将物联网分为三层:感知层、网络层和应用层,如图1所示。
图1 物联网技术架构
感知层主要实现智能感知功能,包括信息采集、信息捕获、物体识别等,其关键技术包括RFID、传感器、自组织网络、短距离无线通信等。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢,它是物联网识别物体,采集信息的来源。
网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成,相当于人的神经中枢和大脑,负责传递和处理感知层获取的信息。
应用层是物联网和用户(包括人、组织和其他系统)的接口,它与行业需求结合,实现物联网的智能应用。物联网的行业特性主要体现在其应用领域内,目前绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行业均有物联网应用的尝试。值得一提的是,物联网应用于图书馆管理已经积累一些成功的经验。
3 物联网的关键技术
现代图书馆藏书多、信息量大,因而人工操作难、管理难度大等问题也随之产生,基于物联网技术的图书馆管理则很好地解决了上述问题。基于物联网的图书馆管理涉及到的核心技术包括:编码标识技术、自动信息获取和感知技术、网络通信技术、智能处理技术等[2]。
3.1 编码标识技术
编码标识是物联网中“物”的身份证,通过使用标识技术,我们就可以对图书馆馆藏的书籍进行识别,并且将图书检索出来。在物联网下,要实现物的互联互通,必须有统一的编码体系。目前占主要地位的编码体系有欧美的EPC体系和日本的UID体系。
EPC(Electronic Product Code)即产品电子代码,它为每一个单个商品建立了全球性的开放性的标识标准。该编码被广泛应用到实体编码中,很多国家商品的条形码就采用该编码格式[3]。目前在深圳图书馆及部分高校的图书管理系统中,通过物联网技术的扫描装置,对贴有EPC标签的图书利用读写器进行扫描,读写器将会得到大量的不同层级的EPC标签信息,并辨认出各类图书的信息,瞬间就能完成信息交换和识别。
日本泛在中心制定RFID相关标准——UID编码体系,它能够兼容日本多种物品的编码,包括零用商品、电子产品、图书编号和电话号码等,同时也能兼容国际其他的编码体系。在空中接口方面积极参与ISO的标准制定工作,也尽量考虑与ISO相关标准兼容。
3.2 自动信息获取和感知技术
自动信息获取和感知技术是物联网“物”与“网”连接的基本手段,是物联网建设非常关键的环节。各种信息获取和感知技术既有优势,又有一定的局限性,因此物联网涉及到多种信息获取和感知技术。在信息获取和感知阶段,主要是采用各类传感器技术、自动识别技术,它们是物联网最底层的核心技术。
3.2.1 自动识别技术
自动识别技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术,它是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段。自动识别技术近几十年在全球范围内得到了迅猛发展,初步形成了一个包括条码技术、磁条磁卡技术、IC卡技术、光学字符识别、射频识别技术RFID(Radio Frequeney Identification)、声音识别及视觉识别等集计算机、光、磁、物理、机电、通信技术为一体的高新技术学科。其中,RFID技术正在以其第二代信息、技术载体的优势呈现出飞速发展的趋势,基于物联网的图书管理中的物体识别以采用RFID技术为主。图书馆内的每本书上都有 RFID 标签,用于存放图书信息和架位信息,通过RFID读写器对粘贴在图书、书架上的RFID标签、RFID借书证的识读,借助于后台RFID管理系统和图书馆自动化集成系统,实现对文献、书架、工作人员间的借还、归架、典藏的一体化管理。
3.2.2 传感网技术
传感器负责物联网信息的采集,是实现对现实世界感知的基础,是物联网服务和应用的基础。传感网络借助于节点中内置的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号。在新书上架、图书典藏工作中,工作人员用固定读写器与手持读写器,将图书轻松的放置到书库相应的位置,并将上架信息通过读写器及时反馈到中间件中进行管理和传输。
3.2.3 网络通信技术
网络是物联网信息传递和服务支撑的基础设施,通过泛在的互联功能,实现感知信息高可靠性、高安全性传送。物联网中的物有着“无所不在”的特点,由此物联网的组网技术包括有线接入技术和无线接入技术。有线接入技术以成熟的调制解调器技术和ADSL技术为代表。无线接入技术有GSM技术、CDMA技术、蓝牙技术和ZigBee技术等[4]。基于物联网的图书馆管理中感知层的传输完成将感知设备采集的信息传输到网络节点上,主要涉及短距离下的无线传输。值得一提的是ZigBee技术。基于ZigBee联盟开发的ZigBee协议可以进行传感器节点或者其它智能物体的互联;ZigBee技术是一种应用于短距离范围内,低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。ZigBee技术具有功耗低、性高、实现成本低的特点。
3.2.4 智能数据处理技术
物联网概念下“物物相联”会产生海量的待处理的数据信息,因此对数据的处理能力提出了更高的要求。只有对其进行智能的处理、分析和应用,物联网的现实价值才能得以实现。这方面技术的典型代表是云计算技术。
依托物联网强大的信息采集功能,图书馆管理系统将收集读者需求、文献资料、数据资源以及图书馆的运行状态等信息,再通过各种传输手段把信息集中到信息处理中心,使原本独立、离散的信息和数据连接起来。利用云计算进行复杂的数据分析、汇总与计算,整合与分析海量原始数据和信息,及时传送到网络数据库,以满足各方对信息资源的多样化需求。
4 结束语
据美国咨询机构Forreter预测,到2020年,物联网将大规模普及,物物互联业务与现有人与人的通信业务比例将达到30:1,物联网被称为是下一个“万亿元级别”产业。物联网经过近10年的发展,已经在智能交通、智能电网、快递等诸多行业快速发展,随着物联网技术在图书馆的广泛应用也将带动图书馆管理系统的发展,从而减轻图书管理人员的工作压力,不断提高工作效率和服务水平。
参考文献:
[1] 李如年.基于RFID技术的物联网研究[J].中国电子科学研究院学报,2009,(6):594-597.
[2] 蒲红梅.浅谈物联网技术[J].科技资讯,2010,(2):191.
[3] 邵莉娟,叶宏信.物联网:影响图书馆的第四代技术[J].图书与情报,2010,(2):90-92.
[4] U.Barchetti,A.Bucciero.RFID,EPC and B2B Convergence towards anItem-Level Traceability in the Pharmaceutical Supply Chain[C].2010 IEEEInternational Conference on RFID-Technology and Applications,2010:194-196.
[5] 刘化君.物联网关键技术研究[J].计算机时代,2010,(7):4.