物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用

1、物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用目 錄物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景1物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2泛在網(wǎng)的相關(guān)概念3物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展前景4物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景v什么是物聯(lián)網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱是The Internet of Things。其概念于1999 年提出，指的是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。 物聯(lián)網(wǎng)是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識別（RFID，Radio Frequency Identification）、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，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理， 構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的實物互聯(lián)網(wǎng)，是

2、在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程 1995 年，比爾蓋茨在其未來之路一書中已提及物聯(lián)網(wǎng)概念。v 2005 年11 月， 國際電信聯(lián)盟（ITU） 發(fā)布了ITU 互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)報告，正式將“物聯(lián)網(wǎng)”稱為“The Internet of Things”。v 2009 年1 月，IBM 首席執(zhí)行官彭明盛提出“智慧地球”構(gòu)想。2009 年初，奧巴馬就任美國總統(tǒng)后，對“智慧地球”給予了積極的回應(yīng)，并將其提升為國家層級的發(fā)展戰(zhàn)略，將“新能源”和“物聯(lián)網(wǎng)”列為振興經(jīng)濟的兩大武器。物聯(lián)網(wǎng)在國外的發(fā)展 物聯(lián)網(wǎng)在國內(nèi)的發(fā)展v 2009 年8 月7 日， 溫總理在無錫考察中得知我國傳感網(wǎng)起

3、步比較早，標準化和技術(shù)有一定優(yōu)勢，但不是最領(lǐng)先的?？偫斫ㄗh加快推進傳感網(wǎng)發(fā)展，盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”中心。之后，“物聯(lián)網(wǎng)”概念在國內(nèi)迅速升溫。v 國家十二五規(guī)劃已經(jīng)明確指出，要發(fā)展寬帶融合安全的下一代國家基礎(chǔ)設(shè)施，推進物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。2010年6月10日，江南大學(xué)信息工程學(xué)院和江南大學(xué)通信與控制工程學(xué)院合并組建成立了中國第一個“物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院”。目 錄物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景1物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2泛在網(wǎng)的相關(guān)概念3物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展前景41.物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。物聯(lián)網(wǎng)主要解決物品到物品（Thing to Thing，T2T)

4、,人到物品（Human to Thing，H2T),人到人（Human to Human，H2H）之間的互聯(lián)。它的三大特征是： 全面感知：利用射頻識別（RFID）、二維碼、GPS、攝像頭、傳感器、網(wǎng)絡(luò)等感知、捕獲、測量的技術(shù)手段，隨時隨地對物體進行信息的采集和獲取。 可靠傳送：通過各種通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體信息接入網(wǎng)，隨時隨地進行可靠的信息交互和共享。 智能處理：利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù)，對海量的跨地域、跨行業(yè)、跨部門的數(shù)據(jù)和信息進行分析處理，提升對物理世界、經(jīng)濟社會各種活動和變化的洞察力、實現(xiàn)智能化的決策和控制。 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)層次包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層感知層：

5、數(shù)據(jù)采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層：實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)融合。應(yīng)用層：應(yīng)用層主要包含應(yīng)用支撐平臺子層和應(yīng)用服務(wù)子層。1.物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系2.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)可以歸納為“感知、傳輸、處理”，實現(xiàn)及時、精確、全面地獲取和處理信息，達到科學(xué)決策、降低成本、提高效率、保護環(huán)境、增強安全等目標，更加有利于人類的可持續(xù)性發(fā)展。 物聯(lián)網(wǎng)的幾個關(guān)鍵技術(shù)有：傳感技術(shù)納米技術(shù)嵌入式智能技術(shù)射頻識別技術(shù)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 這些技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。 2.1 射頻識別RFID技術(shù)v RFID（Radio F

6、requency ，射頻識別）具有快速讀寫、距離遠、長期跟蹤管理Identification等特點，被認為是21 世紀最有發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一，因為可以實現(xiàn)點對點的物對物的操作，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。v RFID 技術(shù)用于實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)真正意義上的物理性，借助相應(yīng)的射頻設(shè)備，各種物品和設(shè)備就像攜帶了一個“電子身份證”，更具智能化；借助無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，人與物之間可以展開“對話”，物體和物體之間也能進行“交流”。RFID系統(tǒng)的組成v 電子標簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的RFID編碼，附著在物體上標識目標對象，一般情況下，標簽中包含標簽天線。v 讀寫器（Reader）

7、：實現(xiàn)讀?。▽懭耄撕炐畔⒌脑O(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式。v 天線（Antenna）：在標簽和讀寫器間傳遞射頻信號。RFID閱讀器各式各樣的標簽RFID 的工作原理v 1、閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號。 v 2、當(dāng)標簽進入磁場時產(chǎn)生電流獲得能量（無源tag），或者依靠自身的供電系統(tǒng)（有源tag）主動的向閱讀器發(fā)送出自身編碼等信息 。 v 3、閱讀器采集信息并解碼。 v 4、閱讀器將信息/數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機系統(tǒng)進行處理。 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN） 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN) 由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線

8、通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。 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，以實現(xiàn)復(fù)雜的指定范圍內(nèi)目標檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強等特點，有著廣闊的應(yīng)用前景。2.3 傳感器與傳感節(jié)點技術(shù)v 傳感器是指能感知預(yù)定的被測指標并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括工業(yè)生產(chǎn)自動化、國防現(xiàn)代化、航空技術(shù)、航天技術(shù)、能源開發(fā)、環(huán)境保護與生物科學(xué)等。v 物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和電源構(gòu)成。節(jié)點具有感知能力、計算能力和通信能力，也就

9、是在傳統(tǒng)傳感器基礎(chǔ)上，增加了協(xié)同、計算、通信功能，構(gòu)成了傳感器節(jié)點。v 智能化是傳感器的重要發(fā)展趨勢之一，嵌入式智能技術(shù)是實現(xiàn)傳感器智能化的重要手段，其特點是將硬件和軟件相結(jié)合，利用了嵌入式微處理器的低功耗、體積小、集成度高和嵌入式軟件的高效率、高可靠性等優(yōu)點，同時結(jié)合人工智能技術(shù)，推動物聯(lián)網(wǎng)中智能環(huán)境的實現(xiàn)。2.4 網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)v 傳感網(wǎng)依托網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)實現(xiàn)感知信息的傳遞和協(xié)同。在網(wǎng)絡(luò)通信方面，IP互聯(lián)網(wǎng)、 2G/3G移動通信、衛(wèi)星通信技術(shù)等實現(xiàn)了信息的遠程傳輸。特別是以IPv6為核心的下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將為每個傳感器分配IP地址創(chuàng)造可能。v 隨著互聯(lián)網(wǎng)的進一步擴展，業(yè)界開始研究如何通

10、過一種新型的低功耗網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)將IP的使用擴展到資源受限的傳感器節(jié)點設(shè)備上，IETF 6LowPAN工作組負責(zé)研究的 Iev6over 802.15.4協(xié)議，在應(yīng)用層和MAC層之間增加了一個適配層，使得IPv6可以在802.15.4網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)高效通信，從而逐步實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合。目 錄物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景1物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2泛在網(wǎng)的相關(guān)概念3物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展前景43.1 什么是泛在網(wǎng) 泛在網(wǎng)絡(luò)，即無處不在的網(wǎng)絡(luò)，是由智能網(wǎng)絡(luò)、先進計算技術(shù)以及智能化應(yīng)用等數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用綜合體系。泛在網(wǎng)幫助實現(xiàn)在任何時間(anytime)、任何地點(anywhere)、任何人(anyone)

11、、任何物(anything)都能順暢地通信。 泛在網(wǎng)絡(luò)包含電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及融合各種業(yè)務(wù)的下一代網(wǎng)絡(luò)，并涵蓋各種有線無線寬帶接入、傳感器網(wǎng)絡(luò)和射頻識別技術(shù)（RFID）等。其架構(gòu)如圖一所示。 圖一 泛在網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖3.2 泛在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù) 未來的泛在網(wǎng)絡(luò)是硬件、軟件、系統(tǒng)、終端和應(yīng)用的融合，所涉及的技術(shù)支撐包括RFID、人機交互、上下文感知計算、多接入、移動性管理、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)管理等。 RFID技術(shù) 上下文感知計算 自然人機交互 多接入上下文感知技術(shù)v 上下文感知計算是指系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)并有效利用上下文信息(如用戶位置、時間、環(huán)境參數(shù)、鄰近的設(shè)備和人員、用戶活動等)進行計算的一種計算模式。上下文

12、感知計算主要包括四個方面的內(nèi)容：上下文的獲取、上下文的建模、上下文推理和上下文的存儲與管理。v 在泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，人會連續(xù)不斷地與不同的計算設(shè)備進行隱性交互，這時需要系統(tǒng)能感知在當(dāng)時的情景中與交互的任務(wù)有關(guān)的上下文，并據(jù)此做出決策和自動地提供相應(yīng)的服務(wù)。因此，上下文感知計算是實現(xiàn)泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中新型人機交互的基礎(chǔ)，已經(jīng)成為泛在網(wǎng)絡(luò)研究的一個熱點。自然人機交互v泛在網(wǎng)絡(luò)使得網(wǎng)絡(luò)空間、信息空間和人們生活的物理空間融合成一個整體，與此相應(yīng)人機接口也將隨之?dāng)U展到人們生活工作的整個三維物理空間。這就迫切需要一種和諧、自然的人機交互方式，即能利用人的日常技能進行交互、具有意圖感知能力，與傳統(tǒng)的人機交互方式相

13、比，它更強調(diào)交互方式的自然性、人機關(guān)系的和諧性、交互途徑的隱含性、及感知通道的多樣性。它的目標是使得人與計算環(huán)境的交互變得和人與人之間的交互一樣自然、一樣方便。v人類信息傳遞的主要渠道為文字、語言、圖像。對應(yīng)地，通過紙筆交互模式、語音、以及視覺進行人與計算設(shè)備之間和諧交互正成為最有潛力的自然人機交互方式，這也是當(dāng)前國際上的研究熱點。筆式交互可幫助人們進行快速、自然的信息交流與溝通，而在日常生活中，更多的是聽覺信息與視覺信息，它們同時可使人們獲得更加強烈的存在感和真實感。多接入 多接入是泛在網(wǎng)絡(luò)的一個關(guān)鍵組成部分，它能使多操作員（multi-operator）環(huán)境下的異構(gòu)的接入技術(shù)互相合作。多接

14、入技術(shù)幾乎在各處都能提供經(jīng)濟有效、適用、無線的帶寬，并能使競爭的或合作的成員間產(chǎn)生平穩(wěn)的交互作用，它包含兩個重要的相關(guān)的功能實體：v 多無線資源管理：多無線資源管理位于控制平面，它負責(zé)不同的無線接入間的無線資源的共同管理。v 通用鏈路層：通用鏈路層是一個為多無線接入技術(shù)提供通用的鏈路層數(shù)據(jù)處理的實體，可被當(dāng)作鏈路層的一個工具箱，能容易適應(yīng)遺留的和新的無線接入技術(shù)。3.3 物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、泛在網(wǎng) 傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和泛在網(wǎng)是三個不同的概念。 傳感器網(wǎng)可以看成是傳感模塊+組網(wǎng)模塊共同構(gòu)成的一個網(wǎng)絡(luò)。傳感器僅僅感知到信號，并不強調(diào)對物體的標識。 物聯(lián)網(wǎng)的概念相對比傳感器網(wǎng)大一些。這主要是人感知物、標識物

15、的手段，除了有傳感器網(wǎng)，還可以有二維碼/一維碼/RFID等。 泛在網(wǎng)既有互聯(lián)網(wǎng)的部分，也有物聯(lián)網(wǎng)的部分，同時還有一部分屬于智能系統(tǒng)（推理、情境建模、上下文處理、業(yè)務(wù)觸發(fā)）范疇。由于涵蓋了物與人的關(guān)系，因此泛在網(wǎng)似乎更大一些，從某種意義上說，物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)概念最為接近。簡單的理解就是：物聯(lián)網(wǎng)=基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)； 傳感網(wǎng)=基于傳感技術(shù)的智能網(wǎng)； 泛在網(wǎng)=RFID技術(shù)、傳感技術(shù)以及其它通信技術(shù)間融合形成的“無處不在、無所不包、無時不能”的網(wǎng)絡(luò)。 傳感器網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和泛在網(wǎng)的關(guān)系圖 從圖中可以看出，三者之間并不是等價關(guān)系而是存在一定的包含關(guān)系：從通信對象及技術(shù)的覆蓋范圍上來看，泛在網(wǎng)絡(luò)包含物聯(lián)網(wǎng)

16、，物聯(lián)網(wǎng)包含傳感器網(wǎng)；傳感器網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息采集的一種末端網(wǎng)絡(luò)；物聯(lián)網(wǎng)除了傳感器網(wǎng)之外，通常還包括自組網(wǎng)、電子標簽網(wǎng)、M2M（Machine to Machine）等，是泛在網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分；泛在網(wǎng)絡(luò)除了各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)外，更強調(diào)協(xié)同、移動性、共性支撐等問題。3.3 物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、泛在網(wǎng)目 錄物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景1物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)2泛在網(wǎng)的相關(guān)概念3物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展前景4物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景與應(yīng)用趨勢 我國早在20世紀90年代，就開始了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的相關(guān)研究和應(yīng)用試點的探索，國家金卡工程非接觸式智能卡已廣泛用于不停車收費，路橋管理，鐵路機車識別管理，以及電子證照身份識別等方面，開展了成功試點和規(guī)

17、模應(yīng)用。 特別是電信智能卡整合了電子錢包功能推出的移動支付應(yīng)用，以及手機做為RFID的讀寫器開展的食品，藥品安全管理與貴重物品的識別防偽等，以及遍布30個試點城市的“一卡通”工程應(yīng)用，形成了一系列利民惠民工程，推動了社會信息化進程，并取得了明顯成效。 2008年的北京奧運會和2010年的上海世博會上，基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用得到了很大的發(fā)展，從門票、安保、物品運輸管理到食品安全、公交管理、環(huán)境管理等多個方面都有相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用 智能電網(wǎng) 智能電網(wǎng)，就是利用傳感器、嵌入式處理器、數(shù)字化通信和IT 技術(shù)，構(gòu)建具備智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可對

18、電網(wǎng)與客戶用電信息進行實時監(jiān)控和采集，且采用最經(jīng)濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實現(xiàn)對電能的最優(yōu)配置與利用，提高電網(wǎng)運行的可靠性和能源利用效率。 電信企業(yè)開展的“無線抄表”應(yīng)用，其實也是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一種。對于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)甚至整個信息通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而言，電網(wǎng)智能化將產(chǎn)生強大的驅(qū)動力，并將深刻影響和有力推動其他行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用 智能交通 所謂智能交通，就是利用先進的通訊、計算機、自動控制、傳感器技術(shù)，實現(xiàn)對交通的實時控制與指揮管理。交通智能化是解決交通擁堵、提高行車安全、提高運行效率的重要途徑。 物流管理 物流領(lǐng)域是物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)最有現(xiàn)實意義的應(yīng)用領(lǐng)域之一。通過在物流商品中引入傳感節(jié)點，可以從采購、生產(chǎn)制造、包裝、運輸、銷售到服務(wù)的供應(yīng)鏈上的每一個環(huán)節(jié)做到精確地了解和掌握， 對物流全程傳遞和服務(wù)實現(xiàn)信息化的管理， 最終減少貨物裝卸、倉儲等物流成本，提高物流效率和效益。 RFID技術(shù)在智能物流領(lǐng)域的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用 醫(yī)療管理 在醫(yī)療領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)在條碼化病人身份管理、移動醫(yī)囑，診療體征錄入、藥物管理、檢驗標本管理、病案管理數(shù)據(jù)保存