傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術

1、 J I A N G S U U N I V E R S I T Y 傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術 讀書筆記 學院：電氣信息工程學院 班級： 電氣學1402班 姓名： 楊 心 學號： S1407069 日期： 2015.7 目錄 摘要.2 第一章.課程綜述.3 第二章. 學習筆記.62.1心得與體會.62.2發(fā)展與展望.82.3傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)應用實例.10 摘要 對傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術這門課程進行的研究綜述分析。首先介紹了傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的起源、國內外物聯(lián)網(wǎng)的研究和應用現(xiàn)狀,然后通過對課程的學習總結出自己的學習筆記和心得體會以及傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)在未來的應用及發(fā)展前景。最后給出了物聯(lián)網(wǎng)成功應用在實際生活中的實例

2、。 第一章. 課程綜述通過學習了傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術這門課程，了解到這課程的理論知識及相應的發(fā)展前景。傳感網(wǎng)的定義為隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點，通過自組織的方式構成的無線網(wǎng)絡，它的功能在于借助于節(jié)點中內置的傳感器測量周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達和地震波信號,從而探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等物質現(xiàn)象。以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計算機網(wǎng)絡技術是二十世紀計算機科學的一項偉大成果，它給我們的生活帶來了深刻的變化，然而在，網(wǎng)絡功能再強大，網(wǎng)絡世界再豐富，也終究是虛擬的，它與我們所生活的現(xiàn)實世界還是相隔的，在網(wǎng)絡世界中，很難感知現(xiàn)實世

3、界，很多事情還是不可能的，時代呼喚著新的網(wǎng)絡技術。傳感網(wǎng)絡正是在這樣的背景下應運而生的全新網(wǎng)絡技術，它綜合了傳感器、低功耗、通訊以及微機電等等技術，可以預見，在不久的將來，傳感網(wǎng)絡將給我們的生活方式帶來革命性的變化。而物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段。其英文名稱是：“Internet of things（IoT）”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信，也就是物物相息。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術與普適

4、計算等通信感知技術，廣泛應用于網(wǎng)絡的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應用拓展，與其說物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡，不如說物聯(lián)網(wǎng)是業(yè)務和應用。因此，應用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心，以用戶體驗為核心的創(chuàng)新2.0是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的靈魂。此外，這門課程還介紹了傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的起源，傳感網(wǎng)起源于2000年左右的英特爾與加利福尼亞州大學伯克利分校正領導著微塵技術的研究工作，而物聯(lián)網(wǎng)相對于傳感網(wǎng)有著更長久的歷史，可以追溯到1990年施樂公司的網(wǎng)絡可樂販售機Networked Coke Machine。隨著科學技術的飛速發(fā)展，傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術也得到了更加的完善。本課程還介紹了傳

5、感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的工作原理及相應的組成部分，更多的篇幅介紹了傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的應用鄰域和未來的發(fā)展前景，發(fā)展這門技術，就是為了更好地應用于人類。比如說，對象的智能標簽。通過NFC、二維碼、RFID等技術標識特定的對象，用于區(qū)分對象個體，例如在生活中我們使用的各種智能卡，條碼標簽的基本用途就是用來獲得對象的識別信息；此外通過智能標簽還可以用于獲得對象物品所包含的擴展信息，例如智能卡上的金額余額，二維碼中所包含的網(wǎng)址和名稱等。物聯(lián)網(wǎng)基于云計算平臺和智能網(wǎng)絡，可以依據(jù)傳感器網(wǎng)絡用獲取的數(shù)據(jù)進行決策，改變對象的行為進行控制和反饋。例如根據(jù)光線的強弱調整路燈的亮度，根據(jù)車輛的流量自動調整紅綠燈間隔等。傳感網(wǎng)作

6、為物聯(lián)網(wǎng)的其中一部分，作用于物聯(lián)網(wǎng)中。在物聯(lián)網(wǎng)技術中，其中核心應用技術為傳感器技術、RFID標簽和嵌入式系統(tǒng)技術三項關鍵技術：1、 傳感器技術：這也是計算機應用中的關鍵技術。大家都知道，到目前為止絕大部分計算機處理的都是數(shù)字信號。自從有計算機以來就需要傳感器把模擬信號轉換成數(shù)字信號計算機才能處理。2、 RFID標簽：也是一種傳感器技術，RFID技術是融合了無線射頻技術和嵌入式技術為一體的綜合技術，RFID在自動識別、物品物流管理有著廣闊的應用前景。3、 嵌入式系統(tǒng)技術：是綜合了計算機軟硬件、傳感器技術、集成電路技術、電子應用技術為一體的復雜技術。經(jīng)過幾十年的演變，以嵌入式系統(tǒng)為特征的智能終端產(chǎn)

7、品隨處可見；小到人們身邊的MP3,大到航天航空的衛(wèi)星系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)正在改變著人們的生活，推動著工業(yè)生產(chǎn)以及國防工業(yè)的發(fā)展。如果把物聯(lián)網(wǎng)用人體做一個簡單比喻，傳感器相當于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，網(wǎng)絡就是神經(jīng)系統(tǒng)用來傳遞信息，嵌入式系統(tǒng)則是人的大腦，在接收到信息后要進行分類處理。這個例子很形象的描述了傳感器、嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的位置與作用。 如圖1. 其中物聯(lián)網(wǎng)涉及到的關鍵鄰域是：(1)RFID，（2）傳感網(wǎng)，（3）M2M，（4）兩化融合。 圖1. 物聯(lián)網(wǎng)4大關鍵領域 第二章. 學習筆記2.1 心得與體會 通過對傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術的學習，有了自己的心得與體會。物聯(lián)網(wǎng)的主要作用是縮小物理世界

8、和信息系統(tǒng)之間的距離,它可以通過射頻識別(RFID)、傳感器、全球定位系統(tǒng)、移動電話等設備,按約定的協(xié)議,將世界上的所有物體全部連接到信息網(wǎng)絡中,使得它們在事件處理中成為積極的參與者,體現(xiàn)了物理空間和信息空間的融合。服務可以和這些智能物體通過網(wǎng)絡進行交互,獲得與這些物體相關的任何信息。而傳感網(wǎng)可以看作是物聯(lián)網(wǎng)的末端延伸網(wǎng)之一。無線傳感器網(wǎng)絡由大量隨意分布的 、 能耗及資源受限的傳感節(jié)點組成 ,它具有感知能力、計算能力和通信能力 ,通過自組織方式構成無線網(wǎng)絡,協(xié)作地實時采集和處理物理世界的大量信息, 實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的功能 。 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中最重要的理念是融合。物聯(lián)網(wǎng)通過設備融合 、網(wǎng)絡融合、平

9、臺融合實現(xiàn)服務融合 、業(yè)務融合和市場融合 。設備融合指研發(fā)出一體化的感知終端。網(wǎng)絡融合指用戶可使用任意終端( 移動臺、 P D A 、P C等 ) 通過任一方式接入網(wǎng)絡( WL A N 、G P R S 、3G 網(wǎng)絡等 ) , 而且號碼唯一、帳單唯一 。平臺融合指用戶數(shù)據(jù)集中管理、公用的業(yè)務平臺 、分類的管理平臺和應用平臺 ,支撐用戶跨業(yè)務系統(tǒng)的互操作 , 形成統(tǒng)一認證系統(tǒng), 實現(xiàn)基于統(tǒng)一賬號 、 統(tǒng)一密碼的集中認證 。服務融合指在服務層面實現(xiàn)融合,例如在固話和移動網(wǎng)絡之間共享收信人的地址 、電話號碼 、用戶名稱等 。業(yè)務融合指物聯(lián)網(wǎng)同時提供語音、數(shù)據(jù)、視頻等多種業(yè)務 。市場融合就是以市場機制

10、為引導, 把各類通信和信息產(chǎn)品和服務捆綁起來打包銷售 。云計算是物聯(lián)網(wǎng)智能信息分析的核心要素。云計算技術的運用,使數(shù)以億計的各類物品的實時動態(tài)管理變得可能。隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展、終端數(shù)量的增長,可借助云計算處理海量信息,進行輔助決策,提升物聯(lián)網(wǎng)信息處理能力。因此,云計算作為一種虛擬化、硬件軟件運營化的解決方案,可以為物聯(lián)網(wǎng)提供高效的計算、存儲能力,為泛在鏈接的物聯(lián)網(wǎng)提供網(wǎng)絡引擎。業(yè)務和應用層是物聯(lián)網(wǎng)的信息處理和應用 ,面向各類應用 ,實現(xiàn)信息的存儲、數(shù)據(jù)的挖掘 、應用的決策等 ,涉及海量信息的智能處理 、分布式計算 、中間件、信息發(fā)現(xiàn)等多種技術 。 網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng),主要進行信息的傳遞

11、,包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。網(wǎng)絡層要根據(jù)感知延伸層的業(yè)務特征,優(yōu)化網(wǎng)絡特性,更好地實現(xiàn)物與物之間的通信、物與人之間的通信以及人與人之間的通信,這就要求必須建立一個端到端的全局物聯(lián)網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)中有很多設備的接入,是一個泛在化的接入、異構的接入。接入方式多種多樣,接入網(wǎng)有移動網(wǎng)絡、無線接入網(wǎng)絡、固定網(wǎng)絡和有線電視網(wǎng)絡。移動通信網(wǎng)具有覆蓋廣、建設成本低、部署方便、具備移動性等特點,使得移動網(wǎng)絡將成為物聯(lián)網(wǎng)主要的接入方式,通信網(wǎng)絡就要是通過多種方式提供廣泛的互聯(lián)互通。除此以外,物體是可以移動的,而它們的要求是隨時隨地都可以“上網(wǎng)”。因此在局部形成一個自主的網(wǎng)絡,還要連接大的網(wǎng)絡,這是一個層次性的組網(wǎng)結構。這

12、要借助有線和無線的技術,實現(xiàn)無縫透明的接入。 雖然傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術應用已將很廣泛了，但是仍然存在安全隱患。物聯(lián)網(wǎng)使得所有的物體都連接到全球互聯(lián)網(wǎng)中, 并且它們可以相互進行通信, 因此物聯(lián)網(wǎng)除了具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡的安全問題外, 產(chǎn)生了新的安全性和隱私問題。例如對物體進行感知和交互的數(shù)據(jù)的保密性、可靠性和完整性 ,未經(jīng)授權不能進行身份識別和跟蹤等。物聯(lián)網(wǎng)容易遭受攻擊的原因有以下三點:首先感知節(jié)點多數(shù)部署在無人監(jiān)控的場合中, 人類會將基本的日常管理統(tǒng)統(tǒng)交給人工智能去處理, 那么可以設想,如果哪天物聯(lián)網(wǎng)遭到病毒攻擊 ,也許就會出現(xiàn)工廠停產(chǎn)、 社會秩序混亂現(xiàn)象,甚至于直接威脅人類的生命安全 ; 其次在物聯(lián)網(wǎng)

13、的感知末端和接入網(wǎng)中,絕大部分采用了無線傳輸技術 ,很容易被偷聽; 最后是由于物聯(lián)網(wǎng)末梢設備的在能源和處理能力有限,不能采用復雜的安全機制 。確保信息數(shù)據(jù)的安全和隱私是物聯(lián)網(wǎng)必須解決的問題 ,如果信息的安全性和隱私得不到保證 ,人們將不會將這項新技術融入他們的環(huán)境和生活中 。2.2 發(fā)展與展望 物聯(lián)網(wǎng)處于起步階段,關鍵技術有待突破,應用和市場有待于發(fā)展。未來10年中物聯(lián)網(wǎng)技術和應用將會獲得長足進步。物聯(lián)網(wǎng)領域主要研究內容我們認為有下述幾個方面:(1) 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡架構:物聯(lián)網(wǎng)是基于現(xiàn)有網(wǎng)絡的泛在融合網(wǎng)絡,它應該既與現(xiàn)有網(wǎng)絡兼容,又有自己獨特的網(wǎng)絡架構。那么物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡架構究竟應該是怎樣的?現(xiàn)有

14、的架構如何演進到物聯(lián)網(wǎng)?(2) 物聯(lián)網(wǎng)的通信技術:無線通信、無線智能傳感器網(wǎng)絡、微型傳感器、網(wǎng)絡通信、多媒體通信及寬帶通信等已經(jīng)相對成熟,但這些技術與物聯(lián)網(wǎng)的關系、物聯(lián)網(wǎng)給通信技術帶來的新的問題等還未有深入的研究。與此相關的技術包括傳感技術、識別技術、發(fā)現(xiàn)技術、計算技術、網(wǎng)絡通信技術、嵌入式智能技術、軟件技術等。(3) 物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合:物聯(lián)網(wǎng)中有海量的物體信息數(shù)據(jù),如何處理海量的多樣的數(shù)據(jù)信息,并將不同類型的數(shù)據(jù)進行融合是物聯(lián)網(wǎng)的技術難題之一。(4) 物聯(lián)網(wǎng)的異構網(wǎng)絡融合:物聯(lián)網(wǎng)本質上是泛在網(wǎng)絡,需要融合現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡,并引入新的通信網(wǎng)絡。要實現(xiàn)泛在的物聯(lián)網(wǎng),異構網(wǎng)絡的融合是一個重要的技

15、術問題。(5) 物聯(lián)網(wǎng)的智能終端:智能終端的研究關系到物聯(lián)網(wǎng)的感知延伸層能否得以實現(xiàn)?，F(xiàn)有的智能終端主要有智能手機、PDA等,如何將現(xiàn)有的智能終端用到物聯(lián)網(wǎng)中或者開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)需要的智能終端是一個重要研究內容。(6) 物聯(lián)網(wǎng)的信息安全和保密:安全和隱私將會是物聯(lián)網(wǎng)面臨的最大挑戰(zhàn)。需要研究物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡安全體系結構和安全技術,主要包括物聯(lián)網(wǎng)的物理安全策略、訪問控制策略、信息加密策略以及網(wǎng)絡安全管理策略、系統(tǒng)安全技術、網(wǎng)絡安全技術、應用安全技術、安全管理體系結構等。(7) 物聯(lián)網(wǎng)相關標準研究:物聯(lián)網(wǎng)還沒有全球統(tǒng)一的標準,標準的缺失將大大制約技術的發(fā)展和規(guī)?；瘧?。標準建立是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要先決條件。2.3 傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)應用實例 E P C ( 產(chǎn)品電子代碼) 是目前一種比較典型的物聯(lián)網(wǎng)應用體系結構。E P C 體系結構如圖 2所示 圖2EPC系統(tǒng)的基本組成EPC體系結構涉及到EPC編碼標準、EPC標簽、讀寫器、對象名解析服務(ObjectNamingService,ONS