畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議分析與協(xié)議中間件設(shè)計(jì)

1、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議分析與協(xié)議中間件設(shè)計(jì)摘要近幾年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)（the internet of things），指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別（rfid）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。它是指各類傳感器和現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)相互銜接的一項(xiàng)新技術(shù)。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識別和管理，涉及標(biāo)識、感知、信息傳送與處理等關(guān)鍵技術(shù)。毫無疑問，如果“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代來臨，人們的日常生活將發(fā)生翻天覆地的變化。本論文詳細(xì)介紹了物聯(lián)網(wǎng)的定義及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、服務(wù)體系和物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)如rfid技術(shù)、wsn技術(shù)等；論文的著重點(diǎn)是從物聯(lián)

2、網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)wsn所采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)zigbee標(biāo)準(zhǔn)做出的研究和分析及對面向物聯(lián)網(wǎng)的射頻技術(shù)中間件的相關(guān)概念的理解和設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 射頻技術(shù) 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù) zigbee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 中間件 第 35 頁analysis protocol and design middleware based on the interent of thingsabstractin recent years, internet of things technologies received extensive attention. internet of things, refer

3、s to various information sensing device, such as radio frequency identification (rfid), infrared sensors, device, laser scanner global positioning system combined with internet device such as a huge network formed. it refers to all kinds of sensors and the existing internet connected a new technolog

4、y. its purpose is to let all the items are connected to the network together, easy to identify and manage, involving logo, perception, information transmission and processing technique. there is no doubt that if internet of things era, the peoples daily life will earth-shaking changes.this paper int

5、roduces the definition of network and the network structure and service system, key techniques such as network technology, wsn rfid technology, the paper focus from content, the basic structure of network of networking system adopted by the key technology of wsn zigbee standard protocol standards -

6、the research and analysis on the net for content and the related concept of rfid middleware and understanding of design.keywords: internet of things rfid wsn zigbee protocol standards middleware目 錄1 緒論61.1 論文研究的背景61.2 論文研究的意義71.3 論文的主要工作71.4 論文的章節(jié)安排82 物聯(lián)網(wǎng)介紹及軟件中間件簡介92.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義92.2 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)102.2.1 感知層1

7、02.2.2 網(wǎng)絡(luò)層112.2.3 應(yīng)用層122.3 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系與服務(wù)體系122.3.1 epcglobal“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu)122.3.2 uid技術(shù)體系結(jié)構(gòu)132.4 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)142.4.1 物聯(lián)網(wǎng)包含的關(guān)鍵技術(shù)rfid技術(shù)142.4.2 wsn技術(shù)152.4.3 智能技術(shù)172.4.4納米技術(shù)182.5中間件技術(shù)182.5.1 中間件簡介182.5.2 rfid中間件的相關(guān)概念202.5.3 rfid中間件的特點(diǎn)202.6 本章小結(jié)203.物聯(lián)網(wǎng)zigbee協(xié)議的分析213.1 zigbee技術(shù)簡介213.2 zigbee協(xié)議棧213.2.1 應(yīng)用層223.2.2 網(wǎng)絡(luò)層2

8、23.2.3 ieee 802.15.4233.2.4 安全機(jī)制253.3 本章小結(jié)264.物聯(lián)網(wǎng)rfid技術(shù)中間件的設(shè)計(jì)274.1 引言274.2 middleware工作原理274.3 middleware的模塊設(shè)計(jì)294.3.1中間件接口模塊294.3.2 電子編碼(epc)數(shù)據(jù)處理模塊304.3.3末端讀寫服務(wù)器模塊304.4 本章小結(jié)315. 總結(jié)與展望325.1 總結(jié)325.2 展望32致謝34參考文獻(xiàn)351 緒論1.1 論文研究的背景隨著現(xiàn)代微機(jī)電系統(tǒng)、微電子、片上系統(tǒng)soc、納米材料、傳感器、無線通訊、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式信息處理等技術(shù)發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless se

9、nsor networks,wsn）和射頻標(biāo)簽（radio frequencyidentification，rfid）在近幾年獲得了飛速發(fā)展。這兩項(xiàng)技術(shù)相互獨(dú)立，卻又存在著千絲萬縷的聯(lián)系，它們相互交叉和相互整合，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制，物流管理，人員識別，汽車工業(yè)等許多領(lǐng)域都有重要的科研價(jià)值和實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)引起了國內(nèi)外研究及工業(yè)界廣泛的重視。當(dāng)這些技術(shù)與當(dāng)今不斷深入發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)擴(kuò)展和延伸形成了新一代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)即物聯(lián)網(wǎng)誕生了。物聯(lián)網(wǎng)是本世紀(jì)人類面臨的又一個(gè)發(fā)展機(jī)遇,被稱為改變?nèi)祟?/p>

10、生活的技術(shù)之首。物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用將是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息革命。1999年mit auto-id center提出物聯(lián)網(wǎng)概念，即把所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識別和管理。2004年日本總務(wù)省提出u-japan構(gòu)想中，希望在2010年將日本建設(shè)成一個(gè)“anytime，anywhere，anything，anyone”都可以上網(wǎng)的環(huán)境。同年，韓國政府制定了u-korea戰(zhàn)略，韓國信通部發(fā)布的數(shù)字時(shí)代的人本主義：it839戰(zhàn)略以具體呼應(yīng)u-korea。2005年11月在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（wsis）上，國際電信聯(lián)盟（itu）發(fā)布了it

11、u互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)，報(bào)告指出，無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進(jìn)行交換。射頻識別技術(shù)（rfid）、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將到更加廣泛的應(yīng)用。2008年11月ibm提出“智慧的地球”概念，即“互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)=智慧地球”，以此做為經(jīng)濟(jì)振興戰(zhàn)略。如果在基礎(chǔ)建設(shè)的執(zhí)行中，植入“智慧”的理念，不僅僅能夠在短期內(nèi)有力的刺激經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)就業(yè)，而且能夠在短時(shí)間內(nèi)為國家打造一個(gè)成熟的智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺。2009年6月歐盟委員會提出針對物聯(lián)網(wǎng)行動方案，方案明確表示在技術(shù)層面將給予大量資金支持，在政府管理層面將提出與現(xiàn)有法規(guī)相適應(yīng)

12、的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管方案。2009年8月溫家寶總理在無錫考察傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)明確指示要早一點(diǎn)謀劃未來，早一點(diǎn)攻破核心技術(shù)，并且明確要求盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”中心。目前：經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)，全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會組建了傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組，標(biāo)準(zhǔn)工作組現(xiàn)聚集了中國科學(xué)院、中國移動通信集團(tuán)公司等國內(nèi)傳感網(wǎng)主要的技術(shù)研究和應(yīng)用單位。 1.2 論文研究的意義物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、老人護(hù)理、個(gè)人健康等多個(gè)領(lǐng)域。itu曾描繪物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的圖景：當(dāng)司機(jī)出現(xiàn)操作失誤時(shí)汽車會自動報(bào)警；公文包會提醒主人忘帶了什么東西；衣服

13、會“告訴”洗衣機(jī)對顏色和水溫的要求等。還有諸如遠(yuǎn)程抄表、物流運(yùn)輸、移動pos機(jī)應(yīng)用，如果再結(jié)合云計(jì)算，物聯(lián)網(wǎng)將有更多元的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的問世，打破了傳統(tǒng)思維。過去一直將物理基礎(chǔ)設(shè)施與it基礎(chǔ)設(shè)置分開，一方面是機(jī)場、公路、建筑物等；別一方面是數(shù)據(jù)中心、個(gè)人電腦、寬帶等。而在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，所有的物品、電纜、芯片、寬帶將整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施，世界就在物聯(lián)網(wǎng)上開展各種活動，因此美國權(quán)威機(jī)構(gòu)forrester預(yù)測：到2020年世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)跟人與人通信業(yè)務(wù)相比將達(dá)到30:1，物聯(lián)網(wǎng)被稱為是一個(gè)萬億級的通信業(yè)務(wù)。本文針對rfid，wsn等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用飛速發(fā)展的現(xiàn)狀，著重介紹了物聯(lián)網(wǎng)

14、的技術(shù)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，分析了物聯(lián)網(wǎng)中相關(guān)技術(shù)的通訊協(xié)議，研究并設(shè)計(jì)了關(guān)鍵技術(shù)的中間件。僅是作者針對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程的思考和關(guān)鍵技術(shù)的學(xué)習(xí)與初步探索，希望能對我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展能夠產(chǎn)生積極的意義。 1.3 論文的主要工作鑒于作者根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際狀況和作者的研究狀況，本文對物聯(lián)網(wǎng)做了較詳細(xì)的介紹，重點(diǎn)在物聯(lián)網(wǎng)中無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的協(xié)議方面和射頻識別中間件的研究和設(shè)計(jì)，主要研究內(nèi)容如下：第一，指出識別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)，正是信息采集的瓶頸所在。介紹物聯(lián)網(wǎng)的概念和發(fā)展背景，作者認(rèn)為rfid技術(shù)將會給物聯(lián)網(wǎng)帶來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。第二，從物聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，對物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)wsn所采用的協(xié)議標(biāo)

15、準(zhǔn)zigbee標(biāo)準(zhǔn)做出了研究和分析。第三，本文詳細(xì)介紹了物聯(lián)網(wǎng)rfid中間件技術(shù)，并架構(gòu)了rfid中間件的整體結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一個(gè)中間件系統(tǒng)，對閱讀器傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、匯總、計(jì)算，減少了傳往企業(yè)應(yīng)用的大量原始數(shù)據(jù)。1.4 論文的章節(jié)安排論文的主要章節(jié)安排如下：第一章：緒論，介紹了論文的背景、開發(fā)意義及其本論文的主要內(nèi)容。第二章：介紹了物聯(lián)網(wǎng)的定義及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、服務(wù)體系；重點(diǎn)介紹了物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)如rfid技術(shù)、wsn技術(shù)等；同時(shí)對中間件的相關(guān)概念做了簡介。第三章：本章主要的工作是對物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)wsn所采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)zigbee標(biāo)準(zhǔn)的研究和分析。第四章：介紹了物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)rfid中

16、間件的工作原理，架構(gòu)了rfid中間件的整體結(jié)構(gòu)。第五章：總結(jié)本論文所做的工作并對課題的前景做一展望。2 物聯(lián)網(wǎng)介紹及軟件中間件簡介2.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義基本定義：物聯(lián)網(wǎng)(the internet of things)，指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別（rfid）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。它是指各類傳感器和現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)相互銜接的一項(xiàng)新技術(shù)。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識別和管理，涉及標(biāo)識、感知、信息傳送與處理等關(guān)鍵技術(shù)。歐盟定義：將現(xiàn)有的互聯(lián)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到互聯(lián)的物品網(wǎng)絡(luò)。itu定義：from any time, a

17、ny place connectivity for anyone, we will now have connectivity for anything.物聯(lián)網(wǎng)(the internet of things)的概念是在1999年提出的，它的定義很簡單：在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上利用射頻識別(rfid)技術(shù)、無線通信技術(shù)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)測和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中物品間能夠進(jìn)行“交流”無需人工干預(yù)。國際電信聯(lián)盟2005年一份報(bào)告曾描繪“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代的圖景：當(dāng)司機(jī)出現(xiàn)操作

18、失誤時(shí)汽車會自動報(bào)警；公文包會提醒主人忘帶了什么東西；衣服會“告訴”洗衣機(jī)對顏色和水溫的要求等等。物聯(lián)網(wǎng)把新一代it技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)之中，具體地說，就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，然后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，實(shí)現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合，在這個(gè)整合的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，存在能力超級強(qiáng)大的中心計(jì)算機(jī)群，能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施實(shí)時(shí)的管理和控制，在此基礎(chǔ)上，人類可以以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，達(dá)到“智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然間的關(guān)系。毫無疑問，如果“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代來臨

19、，人們的日常生活將發(fā)生翻天覆地的變化。2.2 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該具備三個(gè)特征，一是全面感知，即利用rfid、傳感器、二維碼等隨時(shí)隨地獲取物體的信息；二是可靠傳遞，通過各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去；三是智能處理，利用云計(jì)算、模糊識別等各種智能計(jì)算技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對物體實(shí)施智能化的控制。在業(yè)界，物聯(lián)網(wǎng)被公認(rèn)為有三個(gè)層次，底層是用來感知數(shù)據(jù)的感知層，第二層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層，最上面則是應(yīng)用層。2.2.1 感知層感知層包括傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括數(shù)據(jù)接入到網(wǎng)關(guān)之前傳感器網(wǎng)絡(luò)。對于目前關(guān)注和應(yīng)用較多的rfid網(wǎng)絡(luò)來說，張貼安裝在設(shè)備上的rfid

20、標(biāo)簽和用來識別rfid信息的掃描儀、感應(yīng)器屬于物聯(lián)網(wǎng)的感知層。在這一類結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)中被檢測的信息是rfid標(biāo)簽內(nèi)容，高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)、超市倉儲管理系統(tǒng)等都是基于這一類結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)。用于戰(zhàn)場環(huán)境信息收集的智能微塵（smart dust）網(wǎng)絡(luò)，感知層由智能傳感節(jié)點(diǎn)和接入網(wǎng)關(guān)組成，智能節(jié)點(diǎn)感知信息（溫度、濕度、圖像等），并自行組網(wǎng)傳遞到上層網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)，由網(wǎng)關(guān)將收集到的感應(yīng)信息通過網(wǎng)絡(luò)層提交到后臺處理。環(huán)境監(jiān)控、污染監(jiān)控等應(yīng)用是基于這一類結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，rfid技術(shù)、傳感和控制技術(shù)、短距離無線通訊技術(shù)是感知層涉及的主要技術(shù)。其中又包括芯片研發(fā)，通訊協(xié)議研究，rfid

21、材料，智能節(jié)點(diǎn)供電等細(xì)分技術(shù)。通訊協(xié)議的研究機(jī)構(gòu)主要有伯克利大學(xué)等。 2.2.2 網(wǎng)絡(luò)層物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層將建立在現(xiàn)有的移動通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上。物聯(lián)網(wǎng)通過各種接入設(shè)備與移動通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相連，如手機(jī)付費(fèi)系統(tǒng)中由刷卡設(shè)備將內(nèi)置手機(jī)的rfid信息采集上傳到互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層完成后臺鑒權(quán)認(rèn)證并從銀行網(wǎng)絡(luò)劃帳。網(wǎng)絡(luò)層也包括信息存儲查詢，網(wǎng)絡(luò)管理等功能。網(wǎng)絡(luò)層中的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)包括傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策和行為的理論和技術(shù)。云計(jì)算平臺作為海量感知數(shù)據(jù)的存儲、分析平臺，將是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的重要組成部分，也是應(yīng)用

22、層眾多應(yīng)用的基礎(chǔ)。2.2.3 應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供豐富的特定服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可分為監(jiān)控型（物流監(jiān)控、污染監(jiān)控），查詢型（智能檢索、遠(yuǎn)程抄表），控制型（智能交通、智能家居、路燈控制），掃描型（手機(jī)錢包、高速公路不停車收費(fèi)）等。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目的，軟件開發(fā)、智能控制技術(shù)將會為用戶提供豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。各種行業(yè)和家庭應(yīng)用的開發(fā)將會推動物聯(lián)網(wǎng)的普及，也給整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈帶來利潤。目前已經(jīng)有不少物聯(lián)網(wǎng)范疇的應(yīng)用，譬如通過一種感應(yīng)器感應(yīng)到某個(gè)物體觸發(fā)信息，然后按設(shè)定通過網(wǎng)絡(luò)完成一系列動作。當(dāng)你早上拿車鑰匙出門上班，在電腦旁待命的感應(yīng)器檢測到之后就會通過互聯(lián)網(wǎng)

23、絡(luò)自動發(fā)起一系列事件：通過短信或者喇叭自動報(bào)今天的天氣，在電腦上顯示快捷通暢的開車路徑并估算路上所花時(shí)間，同時(shí)通過短信或者即時(shí)聊天工具告知你的同事你將馬上到達(dá)又譬如已經(jīng)投入試點(diǎn)運(yùn)營的高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)，基于rfid的手機(jī)錢包付費(fèi)應(yīng)用等。2.3 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系與服務(wù)體系目前，物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個(gè)廣泛認(rèn)同的體系結(jié)構(gòu),最具代表性的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是歐美支持的epcglobal“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu)和日本的泛在id中心(ubiquitous id center)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。epcglobal和uid都是為推進(jìn)rfid標(biāo)準(zhǔn)化而建立的國際標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體，我國也積極參與了上述物聯(lián)網(wǎng)體系，正在積極制定符合我國發(fā)展情況的物

24、聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)。2.3.1 epcglobal“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu)epc global是由美國統(tǒng)一代碼協(xié)會(ucc)和國際物品編碼協(xié)會(ean)于2003年9月共同成立的非營利性組織，其前身是1999年10月1日在美國麻省理工學(xué)院成立的非營利性組織auto-id中心。auto-id中心以創(chuàng)建“物聯(lián)網(wǎng)”(internet of things)為使命，與眾多成員企業(yè)共同制訂一個(gè)統(tǒng)一的開放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。epc系統(tǒng)由epc編碼體系、射頻識別系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)3部分組成，主要包括6個(gè)方面，如表1所示。epc“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu)由epc編碼、epc標(biāo)簽及讀寫器、epc中間件、ons服務(wù)器和epcis服務(wù)器等部分構(gòu)

25、成。表1 epc物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成名稱說明epc編碼體系epc代碼用來標(biāo)識目標(biāo)的特定代碼射頻識別系統(tǒng)epc標(biāo)簽貼在物品之上或內(nèi)嵌在物品之中讀寫器識讀epc標(biāo)簽epc中間件信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對象名稱解析服務(wù)（ons）epc系統(tǒng)的軟件支持系統(tǒng)epc信息服務(wù)2.3.2 uid技術(shù)體系結(jié)構(gòu)日本在電子標(biāo)簽方面的發(fā)展，始于20世紀(jì)80年代中期的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)tron。t-engine是其中核心的體系架構(gòu)。在tengine論壇領(lǐng)導(dǎo)下，uid中心設(shè)立在東京大學(xué)，于2003年3月成立，并得到日本政府經(jīng)產(chǎn)省和總務(wù)省以及大企業(yè)的支持，目前包括微軟、索尼、三菱、日立、日電、東芝、夏普、富士通、ntt、docomo、kd

26、di、j-phone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等重量級企業(yè)。uid中心建立的目的是為了建立和普及自動識別“物品”所需的基礎(chǔ)技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)“計(jì)算無處不在”的理想環(huán)境。uid技術(shù)體系架構(gòu)由泛在識別碼(ucode)、泛在通信器、信息系統(tǒng)服務(wù)器、和ucode解析服務(wù)器等4部分構(gòu)成。uid使用ucode作為現(xiàn)實(shí)世界物品和場所的標(biāo)識，uc從ucode電子標(biāo)簽中讀取ucode獲取這些設(shè)施的狀態(tài)，并控制它們，uc類似于pda終端。uid能在多種行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，uid是將現(xiàn)實(shí)世界用ucode標(biāo)簽的物品、場所等各種實(shí)體和虛擬世界中存儲在信息服務(wù)器中各種相關(guān)信息聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)“物物互聯(lián)”。而且，uid

27、是一個(gè)開放的架構(gòu)，它的規(guī)范是對大眾公開的。2.4 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2005年，國際電聯(lián)發(fā)表了一份題為“物聯(lián)網(wǎng)”的報(bào)告,其第一作者勞拉斯里瓦斯塔瓦說：“我們現(xiàn)在站在一個(gè)新的通信時(shí)代的入口處，在這個(gè)時(shí)代中，我們所知道的因特網(wǎng)將會發(fā)生根本性的變化。因特網(wǎng)是人們之間通信的一種前所未有的手段，現(xiàn)在因特網(wǎng)又能把人與所有的物體連接起來,還能把物體與物體連接起來”。國際電聯(lián)報(bào)告提出物聯(lián)網(wǎng)主要有四個(gè)關(guān)鍵性的應(yīng)用技術(shù)：標(biāo)簽事物的rfid，感知事物的傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，思考事物的智能技術(shù)，微縮事物的納米技術(shù)。2.4.1 物聯(lián)網(wǎng)包含的關(guān)鍵技術(shù)rfid技術(shù)(1) rfid簡介rfid(radio frequency iden

28、tification，射頻識別)射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別過程無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。rfid技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時(shí)識別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。rfid技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。與目前廣泛使用的自動識別技術(shù)例如攝像、條碼、磁卡、ic卡等相比，射頻識別技術(shù)具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)：第一，非接觸操作，長距離識別（幾厘米至幾十米），因此完成識別工作時(shí)無須人工干預(yù)，應(yīng)用便利；第二，無機(jī)械磨損，壽命長，并可工作于各種油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境；第三，可識別高速運(yùn)動物體并可同時(shí)識別多個(gè)電子

29、標(biāo)簽；第四，讀寫器具有不直接對最終用戶開放的物理接口，保證其自身的安全性；第五，數(shù)據(jù)安全方面除電子標(biāo)簽的密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實(shí)現(xiàn)安全管理；第六，讀寫器與標(biāo)簽之間存在相互認(rèn)證的過程，實(shí)現(xiàn)安全通信和存儲。 目前，rfid技術(shù)在工業(yè)自動化、物體跟蹤、交通運(yùn)輸控制管理、防偽和軍事用途方面已經(jīng)有著廣泛的應(yīng)用。(2) 基本構(gòu)成及其工作原理最基本的rfid系統(tǒng)由以下幾部分部分組成：1. 電子標(biāo)簽(tag)：由耦合元件及芯片組成，且每個(gè)電子標(biāo)簽具有全球唯一的識別號，無法修改、無法仿造，這樣提供了安全性。電子標(biāo)簽附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。電子標(biāo)簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽

30、附著在待識別物體的表面。 2. 閱讀器(reader)：讀?。ɑ?qū)懭耄╇娮訕?biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。 3. 天線(antenna)：是rfid標(biāo)簽和讀寫器之間實(shí)現(xiàn)射頻信號空間傳播和建立無線通訊連接的設(shè)備。4. 中間件(middleware)：是一種面向消息的、可以接受應(yīng)用軟件端發(fā)出的請求、對指定的一個(gè)或者多個(gè)讀寫器發(fā)起操作并接收、處理后向應(yīng)用軟件返回結(jié)果數(shù)據(jù)的特殊化軟件。5應(yīng)用軟件(application software)：是直接面向rfid應(yīng)用最終用戶的人機(jī)交互界面，協(xié)助使用者完成對讀寫器的指令操作以及對中間件的邏輯設(shè)置，逐級將rfid原子事件轉(zhuǎn)化為使用者可以理解的業(yè)務(wù)事件，

31、并使用可視化界面進(jìn)行展示。 rfid技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽）；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。(3) rfid的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概述rfid的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要由iso和iec制定的。目前可供射頻卡使用的幾種射頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有iso/iec10536、iso/iec 14443、iso/iec 15693和iso/iec18000。應(yīng)用最多的是iso/iec 14443和iso/iec15693，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性

32、、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議4部分組成。2.4.2 wsn技術(shù)(1) wsn簡介wsn是wireless sensor network的簡稱，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。傳感器網(wǎng)絡(luò)將能擴(kuò)展人們與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行遠(yuǎn)程交互的能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取平臺，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種檢測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)

33、，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的指定范圍內(nèi)目標(biāo)檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，有著廣闊的應(yīng)用前景。美國商業(yè)周刊和mit技術(shù)評論在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)最有影響的21項(xiàng)技術(shù)和改變世界的10大技術(shù)之一。(2) wsn網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)wsn網(wǎng)絡(luò)通常分為物理層、mac層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層，應(yīng)用層。物理層定義wsn中的通信物理參數(shù)，使用哪個(gè)頻段，使用何種信號調(diào)制解調(diào)方式等。mac層定義各節(jié)點(diǎn)的初始化，通過收發(fā)beacon,request,associate等消息完成自身網(wǎng)絡(luò)定義，同時(shí)定義的mac幀的調(diào)試策略，避免多個(gè)收發(fā)節(jié)點(diǎn)間的通信沖突。在網(wǎng)絡(luò)層，完成邏輯路由信息采集，使收發(fā)網(wǎng)絡(luò)包裹能

34、夠按照不同策略，使用最優(yōu)化路徑到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。傳輸層提供包裹傳輸?shù)目煽啃?，為?yīng)用層提供入口。應(yīng)用層最終將收集后的節(jié)點(diǎn)信息整合處理，滿足不同應(yīng)用程序計(jì)算需要。(3) wsn相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織ieee 802.15該組織致力于無線個(gè)人網(wǎng)(wpan)網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定，其分表的ieeestd 802.15.42006詳細(xì)定義了phy和mac層實(shí)現(xiàn)的各種機(jī)制，在最近的ieee std802.15.42009c中添加了對中國wpan頻段支持(314316 mhz,430434 mhz,and779787 mhz bands)以及o-qpsk調(diào)制的支持。zigbee alliance zigbee是基于ieee

35、 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)建立的針對wpan的整套協(xié)議棧。ieee 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)與zigbee alliance的關(guān)系相當(dāng)于ieee 802.11標(biāo)準(zhǔn)與wifi alliance的關(guān)系?；趜igbee的rf芯片在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信，這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以的通信效率非常高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)場景。ietf 6lowpan該工作組的任務(wù)是定義在如何利用ieee 802.15.4鏈路支持基于ipv6的通信的同時(shí)，遵守開放標(biāo)準(zhǔn)以及保證與其他ip設(shè)備的互操作性。該協(xié)議中使用了ip報(bào)頭壓縮技術(shù)，將龐大的128位ip

36、v6源或目的地址壓縮或刪除，同時(shí)在mac與ip層之間使用適配層，使得1280比特的ipv6的mtu能夠在127字節(jié)的mac frame上傳輸。ipso alliance該聯(lián)盟為各大it廠商結(jié)合產(chǎn)物，致力于推動ip協(xié)議在智能物體上的普及。zigbee標(biāo)準(zhǔn)：zigbee協(xié)議棧底層是基于ieee 802.15.4 2003的phy層和mac層機(jī)制構(gòu)成，而上層包括應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)層和安全服務(wù)層。術(shù)語簡稱定義應(yīng)用層apl應(yīng)用層包括aps子層和zdo子層。aps子層是負(fù)責(zé)上層應(yīng)用程式物件與下層網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)調(diào)。zdo專門負(fù)責(zé)整體系統(tǒng)的管理事務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層nwk網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)加入與離開某個(gè)網(wǎng)絡(luò)，將封包做安全性處理，傳送封包

37、到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，找尋并維護(hù)節(jié)點(diǎn)間的繞徑路線，搜尋鄰節(jié)點(diǎn)，儲存相關(guān)鄰節(jié)點(diǎn)資訊。安全服務(wù)層系統(tǒng)的整體安全性是在類別級定義的，這意味著類別應(yīng)該定義某一特定網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)該實(shí)現(xiàn)何種類型的安全。每一層(mac、網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用層)都能被保護(hù)，為了降低儲存要求，它們可以分享安全鑰匙。ssp是透過zd0進(jìn)行初始化和配置的，要求實(shí)現(xiàn)先進(jìn)加密標(biāo)準(zhǔn)(aes)。zigbee規(guī)格定義了信任中心的用途。2.4.3 智能技術(shù)智能技術(shù)是為了有效地達(dá)到某種預(yù)期的目的利用知識所采用的各種方法和手段。通過在物體中植入智能系統(tǒng)，可以使得物體具備一定的智能性能夠主動或被動的實(shí)現(xiàn)與用戶的溝通，也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。主要的研究內(nèi)容和方向包括：人工智

38、能理論研究(1) 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(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信息的開發(fā)與利用方法。(2) 先進(jìn)的人-機(jī)交互技術(shù)與系統(tǒng)聲音、圖形、圖像、文字及語言處理；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)；多媒體技術(shù)。 (3) 智能控制技術(shù)與系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)就是要給物體賦予智能，可以實(shí)現(xiàn)人與物體的溝通和對話，甚至實(shí)現(xiàn)物體與物體互相間的溝通和對話。為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo),必須要對智能控制技術(shù)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。例如：研究如何控制智能服務(wù)機(jī)器人完成既定任務(wù)(運(yùn)動軌跡控制、準(zhǔn)確的定位和跟蹤目標(biāo)等)。(4) 智能信號處理信息特征識別和融合技術(shù)、地球物理信號處理與識別。2.4.4納米技術(shù)納米技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1100 n

39、m范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用，主要包括：納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)等。納米材料的制備和研究是整個(gè)納米科技的基礎(chǔ)。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。使用傳感器技術(shù)就能探測到物體物理狀態(tài)，物體中的嵌入式智能能夠通過在網(wǎng)絡(luò)邊界轉(zhuǎn)移信息處理能力而增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的威力，而納米技術(shù)的優(yōu)勢意味著物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中體積越來越小的物體能夠進(jìn)行交互和連接。當(dāng)前電子技術(shù)的趨勢要求器件和系統(tǒng)更小、更快、更冷。更快，是指響應(yīng)速度要快；更冷是指單個(gè)器件的功耗要小。但是更小并非沒有限度。納米技術(shù)是建設(shè)者的最后疆界，它的影響是巨大的。納米

40、電子學(xué)，包括基于量子效應(yīng)的納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)的光、電性質(zhì)、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。2.5中間件技術(shù)2.5.1 中間件簡介中間件(middleware)是基礎(chǔ)軟件的一大類，屬于可復(fù)用軟件的范疇。顧名思義，中間件處于操作系統(tǒng)軟件與用戶的應(yīng)用軟件的中間。 中間件在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫之上，應(yīng)用軟件的下層，總的作用是為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運(yùn)行與開發(fā)的環(huán)境，幫助用戶靈活、高效地開發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。在眾多關(guān)于中間件的定義中，比較普遍被接受的是idc表述的：中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，中間件位于客戶機(jī)服務(wù)器

41、的操作系統(tǒng)之上，管理計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通信。 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(idc)對中間件的定義表明，中間件是一類軟件，而非一種軟件；中間件不僅僅實(shí)現(xiàn)互連，還要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用之間的互操作；中間件是基于分布式處理的軟件，最突出的特點(diǎn)是其網(wǎng)絡(luò)通信功能。 最早具有中間件技術(shù)思想及功能的軟件是ibm的cics，但由于cics不是分布式環(huán)境的產(chǎn)物，因此人們一般把tuxedo作為第一個(gè)嚴(yán)格意義上的中間件產(chǎn)品。tuxedo是1984年在當(dāng)時(shí)屬于at&t的貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)完成的，但由于分布式處理當(dāng)時(shí)并沒有在商業(yè)應(yīng)用上獲得像今天一樣的成功，tuxedo在很長一段時(shí)期里只是實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品，后來被novell收購，在經(jīng)過novell并不成功的

42、商業(yè)推廣之后，1995年被現(xiàn)在的bea公司收購。盡管中間件的概念很早就已經(jīng)產(chǎn)生，但中間件技術(shù)的廣泛運(yùn)用卻是在最近10年之中。bea公司1995年成立后收購tuxedo才成為一個(gè)真正的中間件廠商，ibm的中間件mqseries也是90年代的產(chǎn)品，其它許多中間件產(chǎn)品也都是最近幾年才成熟起來。 1998年idc公司對于中間件有一個(gè)定義，并根據(jù)用途將其劃分為6個(gè)類別。如今所保留下來的只有消息中間件和交易中間件，其他的已經(jīng)被逐步融合到其他產(chǎn)品中了，被包裹進(jìn)去了，在市場上已經(jīng)沒有單獨(dú)的產(chǎn)品形態(tài)出現(xiàn)了。例如，當(dāng)時(shí)有一個(gè)叫屏幕數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的中間件，其主要是針對ibm大機(jī)終端而設(shè)計(jì)產(chǎn)品，用于將ibm大機(jī)終端的字符界

43、面轉(zhuǎn)化為用戶所喜歡的圖形界面，類似的東西當(dāng)時(shí)都稱為中間件。但隨著ibm大機(jī)環(huán)境越來越少，但是盛行一時(shí)的此類中間件如今已經(jīng)很少再被單獨(dú)提及。 2000年前后，互聯(lián)網(wǎng)盛行起來，隨之產(chǎn)生了一個(gè)新的東西，就是應(yīng)用服務(wù)器。實(shí)際上，交易中間件也屬于是應(yīng)用服務(wù)器，為了區(qū)分，人們傳統(tǒng)的交易中間件稱為分布交易中間件，因它主要應(yīng)用在分布式環(huán)境下，而將新的應(yīng)用服務(wù)器，稱為j2ee中間件，到目前為止，這都是市場上非常熱門的產(chǎn)品。 eai概念出來之后，市場上又推出了一些新的軟件產(chǎn)品，例如工作流、portal等，但從分類上不知道怎么歸類，向上不能夠劃歸應(yīng)用，往下又不能歸入操作系統(tǒng)，于是就把它歸入了中間件，如此中間件的概念

44、更加擴(kuò)大了。目前，市場上對于中間件，各家的說法不一，客觀上也導(dǎo)致了理解上的復(fù)雜性。 如今，市場上又推出了很多新的概念，例如三層結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、web服務(wù)，其中風(fēng)頭最勁的當(dāng)屬soa（面向服務(wù)的架構(gòu)）。實(shí)際上，他們都不是一個(gè)產(chǎn)品，而是一種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，是開發(fā)一個(gè)軟件的一種方法論。眾所周知，最早軟件開發(fā)方法就是編程、寫代碼，其缺點(diǎn)在于無法復(fù)用，為此提出了構(gòu)件化的軟件開發(fā)方法，通過把編程中一些常用功能進(jìn)行封裝，并規(guī)范統(tǒng)一接口，供其它程序調(diào)用，例如開發(fā)一個(gè)新軟件，可能要用到構(gòu)件1、構(gòu)件2、構(gòu)件3，那么，只要對其進(jìn)行本地組裝，就可以得到想要的應(yīng)用軟件。在互聯(lián)網(wǎng)得到普及重視之后，軟件開發(fā)方法在構(gòu)件化基礎(chǔ)上又有

45、新發(fā)展，核心思想是軟件并不需要囊括構(gòu)件，所需要的僅僅是構(gòu)件的運(yùn)行結(jié)果，例如編寫一個(gè)通信傳輸軟件，就可以到網(wǎng)上尋找構(gòu)件，并提出服務(wù)請求，得到結(jié)果后返回，而不需要下載構(gòu)件并打包，這就是現(xiàn)在所說的soa。想要現(xiàn)實(shí)soa，就要規(guī)范構(gòu)件接口，同時(shí)還要規(guī)范構(gòu)件所提交的服務(wù)結(jié)果，如此，新的軟件開發(fā)的思想才能夠行的通。國內(nèi)在中間件領(lǐng)域的起步階段正是整個(gè)世界范圍內(nèi)中間件的初創(chuàng)時(shí)期。東方通科技早在1992年就開始中間件的研究與開發(fā)，1993年推出第一個(gè)產(chǎn)品tonglink/q。而中科院軟件所、國防科技大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)也對中間件技術(shù)進(jìn)行了同步研究?？梢哉f，在中間件領(lǐng)域，國內(nèi)的起步時(shí)間并不比國外晚多少。2.5.2 rf

46、id中間件的相關(guān)概念rfid中間件是實(shí)現(xiàn)rfid硬件設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸、過濾、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的一種中間程序，將rfid讀寫器讀取的各種數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過中間件提取、解密、過濾、格式轉(zhuǎn)換、導(dǎo)入企業(yè)的管理信息系統(tǒng)，并通過應(yīng)用系統(tǒng)反應(yīng)在程序界面上，供操作者瀏覽、選擇、修改、查詢。中間件技術(shù)也降低了應(yīng)用開發(fā)的難度，使開發(fā)者不需要直接面對底層架構(gòu)，而通過中間件進(jìn)行調(diào)用。2.5.3 rfid中間件的特點(diǎn)rfid中間件是一種消息導(dǎo)向的軟件中間件，信息是以消息的形式從一個(gè)程序模塊傳遞到另一個(gè)或多個(gè)程序模塊。消息可以非同步的方式傳送，所以傳送者不必等待回應(yīng)。rfid中間件在原有的企業(yè)應(yīng)用中間件發(fā)展的基礎(chǔ)之上，

47、結(jié)合自身應(yīng)用特性進(jìn)一步擴(kuò)展并深化了企業(yè)應(yīng)用中間件在企業(yè)中的應(yīng)用。其主要特點(diǎn)是：（1）獨(dú)立性。rfid中間件獨(dú)立并介于rfid讀寫器與后端應(yīng)用程序之間，不依賴于某個(gè)rfid系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)，并且能夠與多個(gè)rfid讀寫器以及多個(gè)后端應(yīng)用程序連接，以減輕架構(gòu)及其維護(hù)的復(fù)雜性。（2）數(shù)據(jù)流。它是rfid中間件最重要的組成部分，它的主要任務(wù)在于將實(shí)體對象格式轉(zhuǎn)換為信息環(huán)境下的虛擬對象，因此數(shù)據(jù)處理是rfid最重要的功能。rfid中間件具有數(shù)據(jù)的采集、過濾、整合與傳遞等特性，以便將正確的對象信息傳到企業(yè)后端的應(yīng)用系統(tǒng)。（3）處理流。rfid中間件是一個(gè)消息中間件，功能是提供順序的消息流，具有數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)與管理

48、的能力。在系統(tǒng)中需要維護(hù)數(shù)據(jù)的傳輸路徑，數(shù)據(jù)路由和數(shù)據(jù)分發(fā)規(guī)則。同時(shí)在數(shù)據(jù)傳輸中對數(shù)據(jù)的安全性進(jìn)行管理，包括數(shù)據(jù)的一致性，保證接收方收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送方一致。同時(shí)還要保證數(shù)據(jù)傳輸中的安全性。2.6 本章小結(jié)本章較為系統(tǒng)的介紹了物聯(lián)網(wǎng)的定義及其體系結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)介紹了物聯(lián)網(wǎng)研究中的關(guān)鍵技術(shù)，包括射頻技術(shù)(rfid)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(wan)等，同時(shí)也對關(guān)鍵技術(shù)中的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)做了一定程度的介紹，為論文后面的章節(jié)安排起到了點(diǎn)睛的作用；最后對基于物聯(lián)網(wǎng)的rfid技術(shù)的中間件技術(shù)做了介紹。 3.物聯(lián)網(wǎng)zigbee協(xié)議的分析無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(wsn)作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的技術(shù)之一，起著至關(guān)重要的作用。但作

49、為wsn相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織，不得不提的便是時(shí)下流行的zigbee協(xié)議。3.1 zigbee技術(shù)簡介2004年12月14日，zigbee聯(lián)盟批準(zhǔn)了1.0版的zigbee規(guī)范。該規(guī)范是世界上第一個(gè)專門為無線傳感器和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的低數(shù)據(jù)率、低功耗、低成本的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同其它的個(gè)人域網(wǎng)絡(luò)（pan）技術(shù)如藍(lán)牙相比，它最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是簡單廉價(jià)。zigbee的基礎(chǔ)是ieee 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，而zigbee是這種技術(shù)的商業(yè)名稱，它來源于被稱之為zigbee原理的蜜蜂之間的通信技術(shù)。zigbee主要應(yīng)用在短距離范圍之內(nèi)并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間。根據(jù)zigbee聯(lián)盟目前的設(shè)想，zigbee的目標(biāo)市場

50、主要有pc外設(shè)（鼠標(biāo)、鍵盤、游戲操控桿）、消費(fèi)類電子設(shè)備(tv、vcr、cd、vcd、dvd等設(shè)備上的遙控裝置)、家庭內(nèi)智能控制（照明、煤氣計(jì)量控制及報(bào)警等）、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(hù)(監(jiān)視器和傳感器)、工控（監(jiān)視器、傳感器和自動控制設(shè)備）等。到目前為止，除了invensys、 三菱電子、摩托羅拉和飛利浦等國際知名的大公司外，zigbee聯(lián)盟大約已有25家成員企業(yè)，并在迅速發(fā)展壯大。其中涵蓋了半導(dǎo)體生產(chǎn)商、ip服務(wù)提供商、消費(fèi)類電子廠商及oem商等。所有這些公司都參加了負(fù)責(zé)開發(fā)zigbee物理和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的ieee 802.15.4工作組。技術(shù)研究機(jī)構(gòu)in-stat/mdr預(yù)測，802.

51、15.4節(jié)點(diǎn)和芯片組的銷售量，將由目前的基本為零增加到2010年時(shí)的1.65億只。當(dāng)然并不是所有這些設(shè)備都具有zigbee功能，但可能大部分都具備。不過，zigbee進(jìn)入工業(yè)無線傳感器市場的速度將很緩慢，讓工業(yè)客戶相信無線傳感器系統(tǒng)的可靠性、健壯性和安全性，將需要5到7年時(shí)間。3.2 zigbee協(xié)議棧zigbee的協(xié)議棧非常精簡，全功能協(xié)議占用的存儲器容量不超過32k字節(jié)，而簡功能協(xié)議占用約6k字節(jié)。另外全功能設(shè)備還需要額外的ram存放節(jié)點(diǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)庫，路由傳輸表和設(shè)備配對表等信息。完整的zigbee協(xié)議棧由高層應(yīng)用規(guī)范，應(yīng)用支持層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路和媒體接入層，物理層組成（圖3.1）。網(wǎng)絡(luò)

52、層以上協(xié)議由聯(lián)盟制定，ieee負(fù)責(zé)物理層和鏈路層標(biāo)準(zhǔn)。物理（phy）層（ieee 802.15.4）媒體訪問控制（mac）層（ieee 802.15.4）網(wǎng)絡(luò)（nwk）層應(yīng)用（apl）層應(yīng)用支持（aps）子層zigbee設(shè)備對象（zdo）安全服務(wù)圖3.1 zigbee 協(xié)議棧3.2.1 應(yīng)用層zigbee的應(yīng)用層由應(yīng)用層支持子層（aps）、zigbee設(shè)備對象（zdo）和廠家定義的應(yīng)用對象構(gòu)成。應(yīng)用層支持子層負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到zigbee網(wǎng)絡(luò)上，具體而言包括：(1) 安全與鑒權(quán)；(2) 多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚；(3) 設(shè)備發(fā)現(xiàn)，即發(fā)現(xiàn)哪個(gè)設(shè)備正在其自有空間工作；(4) 業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)；zdo的功能

53、包括確定網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的作用（例如，是終端設(shè)備還是協(xié)作者）、發(fā)起和響應(yīng)綁定請求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全關(guān)系。廠家定義的應(yīng)用對象根據(jù)zigbee的應(yīng)用描述來實(shí)現(xiàn)特定的實(shí)際應(yīng)用對象。3.2.2 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層主要采用了基于ad-hoc技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包含以下功能：(1) 通用的網(wǎng)絡(luò)層功能；建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)、加入和離開一個(gè)已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)、配置一個(gè)新設(shè)備、尋址、同步、安全和路由；(2) 與ieee802154標(biāo)準(zhǔn)一樣，非常省電；(3) 有自組織、自維護(hù)功能，最大程度地減少消費(fèi)者的開支和維護(hù)成本；網(wǎng)絡(luò)層基于ieee 802.15.4 mac，支持?jǐn)U展覆蓋區(qū)域，另外的群集也能加入進(jìn)來，同時(shí)也支持網(wǎng)絡(luò)的合并和分裂

54、。3.2.3 ieee 802.15.4(1) 物理層信道劃分物理層提供兩類服務(wù)，即物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)通過無線信道收發(fā)物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(ppdu)。物理層可以使用3個(gè)免費(fèi)的頻段，即2.4ghz、915mhz和868mhz。在2.4ghz頻段，從2.4ghz到2.4835ghz之間，總共有16個(gè)不同的信道可供使用，每個(gè)信道間隔5m，最大數(shù)據(jù)速率可達(dá)250kbps；在915mhz頻段，從902mhz到928mhz之間，總共有10個(gè)信道可供使用，每個(gè)信道間隔2m，最高數(shù)據(jù)速率可達(dá)40kbps；而868mhz頻段即868到868.6mhz，只有一個(gè)信道可供使用，最高數(shù)據(jù)速

55、率為20kbps，圖3.2對信道的劃分做了示意。圖3.2直接序列擴(kuò)頻頻段不同所使用的調(diào)制技術(shù)也不同，實(shí)際上，868和915mhz頻段都是使用二元相移鍵控調(diào)制方式；而2.4ghz頻段則使用偏移正交相移鍵控(o-qpsk)調(diào)制方式。但是，所有頻段都可以使用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)(dsss)。直接序列擴(kuò)頻技術(shù)使用偽隨機(jī)碼(pn code)對信息比特進(jìn)行模2加得到擴(kuò)頻序列，然后將擴(kuò)頻序列調(diào)制載波發(fā)射到空中，此時(shí)系統(tǒng)占用功率譜密度也大大降低。pn碼由偽隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生，其碼速比原始信息碼速高得多，每一pn碼的長度(chip)很小。在具體實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻時(shí)還可以利用軟擴(kuò)頻來進(jìn)一步簡化擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真計(jì)算，軟擴(kuò)頻是一種(

56、n,k)編碼，k位信息碼由n位長的偽隨機(jī)序列來表示。用幾位信息元對應(yīng)一條偽隨機(jī)碼，擴(kuò)展的倍數(shù)不大，而且不一定是整數(shù)。在室內(nèi)近距離通信的條件下，軟擴(kuò)頻即滿足開放頻段的系統(tǒng)要求，也能達(dá)到很高的速率，實(shí)現(xiàn)成本也低?？煽啃源胧┛紤]到系統(tǒng)會工作在有較大干擾的非常擁塞的環(huán)境中，802.15.4標(biāo)準(zhǔn)使用了多種技術(shù)來保證可靠的通信，這些技術(shù)包括鏈路質(zhì)量評估、接收機(jī)能量檢測、空信道估計(jì)等。采用csma(carrier sense multiple access)載波檢測多址訪問技術(shù)來決定發(fā)送時(shí)機(jī)以避免不必要的碰撞發(fā)生。物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(ppdu)格式物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元包結(jié)構(gòu)的格式圖3.3所示，最左邊是最低有效

57、位。每個(gè)ppdu都由下面幾個(gè)部分組成，即同步頭shr、物理層頭phr和可變長度的載荷。引導(dǎo)信號由32比特的全零構(gòu)成，進(jìn)行比特同步；而幀開始標(biāo)志(sfd)由8比特組成，即11100101，表示幀的開始?？勺冮L度的載荷用來攜帶mac幀。4字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)可變長度引導(dǎo)信號sfd幀長度(7比特)保留(1比特)psdushrphr載荷圖3.3 物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式(2) 媒體訪問層 llc子層ieee802系列標(biāo)準(zhǔn)把數(shù)據(jù)鏈路層分成llc（logical link control，邏輯鏈路控制）和mac(media access control，媒介接入控制)兩個(gè)子層。llc子層在ieee8026標(biāo)準(zhǔn)中定義，為802標(biāo)準(zhǔn)系列共用；而mac子層協(xié)議則依賴于各自的物理層。llc子層的主要功能包括：1）傳輸可靠性保障和控制；2）數(shù)據(jù)包的分段和重組；3）數(shù)據(jù)包的順序傳輸。m