《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論》第1章物聯(lián)網(wǎng)概述

第1章物聯(lián)網(wǎng)概述內(nèi)容簡(jiǎn)介物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對(duì)象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個(gè)重要特征。本書(shū)從物聯(lián)網(wǎng)的感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層這3層分別進(jìn)行闡述，深入淺出地為讀者撥開(kāi)縈繞于物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念的重重迷霧，引領(lǐng)求職者漸漸步入物聯(lián)網(wǎng)世界，幫助探索者把握第三次IT科技浪潮的方向。前言在進(jìn)入人類(lèi)世界短短的20年里，互聯(lián)網(wǎng)已漸漸成為人們?nèi)粘Ｉ畹男畔⑤d體和平臺(tái)，廣泛參與到社會(huì)的運(yùn)行和人們的各種活動(dòng)中。在學(xué)術(shù)圈與工業(yè)圈孜孜不倦地探求互聯(lián)網(wǎng)走向的時(shí)候，其實(shí)還有一條不太顯眼的探索主線從沒(méi)有放棄過(guò)，這就是馬克.維塞爾（MarkWeiser）在互聯(lián)網(wǎng)剛剛興起的時(shí)候提出的普適計(jì)算（PervasiveComputing）。一般認(rèn)為互聯(lián)網(wǎng)代表著主流的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式，把人們的使用吸引在信息空間（CyberSpace）中，主要依賴(lài)桌面型計(jì)算獲取服務(wù)與支持；而普適計(jì)算則倡導(dǎo)發(fā)展可以廣泛部署的微小計(jì)算設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)透明和智能的計(jì)算服務(wù)，又稱(chēng)為不可見(jiàn)計(jì)算（InvisibleComputing）。如果說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算此前一直崇尚人圍繞著網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，那么普適計(jì)算則主張讓微小系統(tǒng)形成的網(wǎng)絡(luò)圍繞著人運(yùn)轉(zhuǎn)。普適計(jì)算的提出也是考慮到小型化或微型化成為計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，各種小型計(jì)算設(shè)備如掌上電腦、智能手機(jī)、傳感器、射頻標(biāo)簽等嶄露頭角。同時(shí)，無(wú)線技術(shù)的運(yùn)用也使移動(dòng)計(jì)算變得日益成熟和普及。在這種趨勢(shì)下，人們開(kāi)始嘗試突破桌面計(jì)算的模式，將計(jì)算和互聯(lián)技術(shù)普及到日常生活中。普適計(jì)算的目的是在日常生活的各種環(huán)境和場(chǎng)景中廣泛部署微型化且具備一定計(jì)算能力的普適設(shè)備，并與已有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、無(wú)縫、透明和泛在的計(jì)算支持和服務(wù)。普適計(jì)算是人們擺脫計(jì)算設(shè)備對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的束縛，將互聯(lián)網(wǎng)推廣到物理世界的初步嘗試。但是執(zhí)著于普適計(jì)算的人們很快就遲到了苦頭，由于普適計(jì)算設(shè)備大多是互聯(lián)網(wǎng)上已有的各種計(jì)算系統(tǒng)的延伸和拓展，扮演探測(cè)和感知的角色，智能化程度相對(duì)較低；而服務(wù)對(duì)象主要是個(gè)體，如移動(dòng)互聯(lián)、家居、醫(yī)療、導(dǎo)游等，找不到真正穿透國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突破點(diǎn)，很快淪落到一個(gè)尷尬的地位：每個(gè)人看了演示都覺(jué)得不錯(cuò)，但哪一個(gè)應(yīng)用也沒(méi)能大規(guī)模推廣，普通民眾更多時(shí)候的感覺(jué)就是一個(gè)詞——麻煩。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱(chēng)傳感網(wǎng)）作為普適計(jì)算的一個(gè)實(shí)際延伸，數(shù)年前被美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的戴維.卡勒（DavidCuller）掀起一陣熱潮之后，大鴨島、斑馬網(wǎng)、金門(mén)大橋監(jiān)控、火山與泥石流、青島海洋、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、煤礦救援以及林業(yè)生態(tài)監(jiān)控，一系列概念系統(tǒng)紛紛走進(jìn)人們的視野。作為人們對(duì)物理世界進(jìn)行有效感知和探測(cè)的手段，傳感器早已開(kāi)發(fā)、研究和使用了超過(guò)100年，但是把傳感器組成網(wǎng)絡(luò)，形成智能化的自我協(xié)同、自我定位則是一個(gè)巨大的進(jìn)步。在一個(gè)傳感網(wǎng)中，大量的傳感器等微型化計(jì)算設(shè)備自組織地連接在一起，將計(jì)算和服務(wù)從滿足個(gè)人需要進(jìn)一步延伸到制造、運(yùn)輸、能源、環(huán)境和建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)領(lǐng)域，適應(yīng)人們對(duì)探索、利用和管理物理世界的需求。另一方面，現(xiàn)實(shí)中，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)信息系統(tǒng)早已提出了更高的要求。在過(guò)往國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各主要領(lǐng)域，物理基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)往往是分開(kāi)進(jìn)行的。一方面人們不斷地建設(shè)和完善周?chē)奈锢硎澜?，如機(jī)場(chǎng)、公路、建筑物、交通工具等；另一方面，人們也在不遺余力地發(fā)展包含數(shù)據(jù)中心、個(gè)人計(jì)算機(jī)、寬帶網(wǎng)絡(luò)等的信息世界。兩者是如此地割裂為兩個(gè)次元。但現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展顯然開(kāi)始要求將計(jì)算技術(shù)拓展到整個(gè)人類(lèi)生存和活動(dòng)的空間，將人類(lèi)的物理世界網(wǎng)絡(luò)化、信息化，實(shí)現(xiàn)物理世界與信息系統(tǒng)整合統(tǒng)一。最先意識(shí)到這一點(diǎn)的還是要算美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NationalScienceFoundation），在近幾年推出了Cyber-PhysicalSystems(CPS)研究計(jì)劃。CPS追求有效地連接諸如自動(dòng)駕駛汽車(chē)、機(jī)器人、嵌入式醫(yī)療器械等物理設(shè)備，在物理設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過(guò)開(kāi)發(fā)智能計(jì)算、通信，控制及新型傳感技術(shù)，提供智能化的、快速響應(yīng)的、因應(yīng)用戶需求的高質(zhì)量服務(wù)，如結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信技術(shù)的緊急救險(xiǎn)與自動(dòng)導(dǎo)航、建立車(chē)輛間網(wǎng)絡(luò)輔助安全與自動(dòng)化駕駛。CPS企圖超越已有傳感網(wǎng)系統(tǒng)自成一體、計(jì)算設(shè)備單一、缺乏開(kāi)放性等缺點(diǎn)，更注重多個(gè)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，并開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)協(xié)議和解決方案，同時(shí)強(qiáng)調(diào)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)通，真正實(shí)現(xiàn)開(kāi)放的、動(dòng)態(tài)的、可控的、閉環(huán)的計(jì)算和服務(wù)支持。2009年1月28日，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬在與美國(guó)工商業(yè)領(lǐng)袖舉行的“圓桌會(huì)議”上，打破這個(gè)僵局，他對(duì)IBM提出的“智慧地球”概念給予了非常積極的回應(yīng)：“經(jīng)濟(jì)刺激資金將會(huì)投入到寬帶網(wǎng)絡(luò)等新興技術(shù)中去，毫無(wú)疑問(wèn)，這就是美國(guó)在21世紀(jì)保持和奪回競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的方式?！薄爸腔鄣厍颉敝鲝埜笍氐母兄娴幕ヂ?lián)互通和更深入的智能化。奧巴馬的經(jīng)濟(jì)振興計(jì)劃的核心就包括興建高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)寬帶進(jìn)行升級(jí)、對(duì)公共建筑物進(jìn)行節(jié)能改造等內(nèi)容。這個(gè)舉措也使得物聯(lián)網(wǎng)概念一舉登上了網(wǎng)絡(luò)大舞臺(tái)。什么是物聯(lián)網(wǎng)，至今并沒(méi)有一個(gè)精準(zhǔn)而公認(rèn)的定義。關(guān)于這一點(diǎn)，在本書(shū)的正文中還要更加正規(guī)和詳細(xì)地討論到。很多學(xué)者為了找英文的對(duì)應(yīng)，使用了InternetofThings(IoT)作為物聯(lián)網(wǎng)的英文回應(yīng)，關(guān)于這一點(diǎn)是值得商榷的?，F(xiàn)在討論的物聯(lián)網(wǎng)概念，實(shí)際上是中國(guó)人的一個(gè)發(fā)明，整合了美國(guó)的CPS、歐盟的IoT和日本的i-Japan等概念，但又不完全和哪一個(gè)相同。物聯(lián)網(wǎng)理念的出現(xiàn)應(yīng)該說(shuō)是歸功于物流系統(tǒng)的現(xiàn)代化需要?，F(xiàn)代物流系統(tǒng)希望利用信息生成設(shè)備，如無(wú)線射頻識(shí)別（RadioFrequencyIdentification，RFID）、傳感器，以及全球定位系統(tǒng)等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)。類(lèi)似于條形碼這種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)（Auto-ID），就是物聯(lián)網(wǎng)的最初應(yīng)用。除了物流領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)還可以廣泛應(yīng)用在道路、交通、醫(yī)療、能源、家用電器監(jiān)控等各個(gè)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求將新一代信息化技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)之中，具體地說(shuō)，就是把諸如感應(yīng)器、RFID標(biāo)簽等信息化設(shè)備嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道、商品、貨物等各種物理物體和基礎(chǔ)設(shè)施中，甚至人體里，將它們普遍互聯(lián)，并與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，形成“物聯(lián)”。在這種意義上來(lái)說(shuō)，下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展遠(yuǎn)景立刻明晰起來(lái)。人們可以大膽假設(shè)下一代互聯(lián)網(wǎng)將是物聯(lián)化的互聯(lián)網(wǎng)，或者稱(chēng)之為“大物聯(lián)網(wǎng)”。大物聯(lián)網(wǎng)不僅局限于目前互聯(lián)網(wǎng)中信息系統(tǒng)和設(shè)備的連接與組合，還將繼承和極大地拓展大型計(jì)算、桌面計(jì)算、普適計(jì)算、CPS、物聯(lián)網(wǎng)、云等計(jì)算模式的應(yīng)用翻唱，徹底地整合物理世界與信息系統(tǒng)，為未來(lái)人類(lèi)建設(shè)統(tǒng)一的賴(lài)以生存的智能化環(huán)境。1998年，作為臨時(shí)翻譯被派到紐約，坐到IBM總裁郭士納一尺遠(yuǎn)的地方聽(tīng)他說(shuō)理想中的E-service概念。那時(shí)我還不知道后來(lái)異常有名的“智慧塵?！保⊿martDust）概念已經(jīng)公之于眾了，郭士納先生也未必知道自己后來(lái)將因?yàn)樗^的15年周期定律被人們頻頻說(shuō)起，大家抽空用中文悄悄交換著剛聽(tīng)到的傳奇般的雅虎和免費(fèi)的E-mail空間。真正在聽(tīng)郭士納滔滔不絕的，其實(shí)只有我這個(gè)翻譯。沒(méi)有人意識(shí)到此后一年多Internet要經(jīng)歷一次泡沫崩裂，而桌上半數(shù)的精英即將加入失業(yè)大軍。人們熱烈地規(guī)劃著今后幾年的爆發(fā)路；津津樂(lè)道的是貧困的大媽因?yàn)樽≡诰W(wǎng)絡(luò)中心樓上就發(fā)財(cái)3千萬(wàn)的故事，還有王菲的相約九八。1999年我參加原信息產(chǎn)業(yè)部一個(gè)代表團(tuán)到日內(nèi)瓦參觀電信展，正值郵政綜合計(jì)算機(jī)網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)期間，因?yàn)槠渲杏朽]政指揮這一部分，大家都很關(guān)注相關(guān)的內(nèi)容。展覽會(huì)上有人極力宣傳IoT/IoM等一系列概念，有點(diǎn)鬧笑話的是，那時(shí)候我還以為IoM就是InternetofMoney，這么想也有一定的合理性，因?yàn)槟菚r(shí)候都把金融流和物流掛在嘴邊，幾年之后看一篇文章才意識(shí)到IoM是InternetofMedia的簡(jiǎn)寫(xiě)。2001~2004年跟隨倪明選老師做科研，第一個(gè)題目就是利用RFID做位置的感知，基于系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)發(fā)表了“LANDMARC:IndoorLocationSensingUsingActiveRFID”這篇論文。LANDMARC作為最早使用主動(dòng)式RFID的定位系統(tǒng)之一，迄今為止被國(guó)際國(guó)內(nèi)研究者引用超過(guò)600次。2004~2007年，我們以煤礦安全生產(chǎn)和緊急救援為應(yīng)用目標(biāo)，提出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)自動(dòng)監(jiān)控煤礦工作空間的氧氣含量、瓦斯?jié)舛?，?shí)時(shí)檢測(cè)滲水和礦道地質(zhì)結(jié)構(gòu)變形等事件，為煤礦以外事故的發(fā)生提供預(yù)警，并為發(fā)生事故后的緊急救援提供關(guān)鍵導(dǎo)航功能。2007~2008年，我們和中國(guó)海洋大學(xué)一起把傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中，研制了OceanSense系統(tǒng)，在黃海海域最多部署了上百個(gè)節(jié)點(diǎn)收集溫度、光照、海深等環(huán)境數(shù)據(jù)。2008年至今，為了探求傳感網(wǎng)大規(guī)模部署的技術(shù)壁壘，我們展開(kāi)了綠野千傳傳感網(wǎng)林業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)提出了“3個(gè)1”的決心，即在一個(gè)野外的真實(shí)環(huán)境，部署超過(guò)1000個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感網(wǎng)系統(tǒng)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一年以上。在2009年5月我們成功部署了一個(gè)120個(gè)節(jié)點(diǎn)的原型系統(tǒng)，到10月份原型系統(tǒng)擴(kuò)充至330個(gè)點(diǎn)，至今已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)超過(guò)13個(gè)月（/）。2009年8月我們?cè)谡憬√炷可阶匀槐Ｗo(hù)區(qū)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)超過(guò)200個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)至今已經(jīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)超過(guò)10個(gè)月。物聯(lián)網(wǎng)形式多樣、技術(shù)復(fù)雜、牽涉面廣。根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用的原則，可以把物聯(lián)網(wǎng)分為4層：感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層。物聯(lián)網(wǎng)各層之間既是相對(duì)獨(dú)立又聯(lián)系緊密。在綜合應(yīng)用層以下，同一層次上的不同技術(shù)互為補(bǔ)充，適用于不同環(huán)境，構(gòu)成該層次技術(shù)的全套應(yīng)對(duì)策略。而不同層次提供各種技術(shù)的配置和組合，根據(jù)應(yīng)用需求，構(gòu)成完整解決方案。本書(shū)按照上述四層模型由淺入深展開(kāi)討論，力爭(zhēng)為讀者系統(tǒng)全面地展示物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)。在每一層中，把內(nèi)容上相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)和系統(tǒng)編排成獨(dú)立的章節(jié)，從RFID、傳感網(wǎng)，到互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，再到云計(jì)算和數(shù)據(jù)安全，基本囊括了物聯(lián)網(wǎng)的主要內(nèi)容。最后，通過(guò)討論物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用，如智能物流和環(huán)境監(jiān)測(cè)等，綜合闡述并總結(jié)全書(shū)內(nèi)容。希望這本書(shū)首先能作為一本入門(mén)的教材供大學(xué)和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)使用；其次也盡量使其成為一個(gè)通俗的讀物能引起普通讀者的一些共鳴。本書(shū)的特點(diǎn)在于討論物聯(lián)網(wǎng)言之有物，從基本概念入手，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，將內(nèi)容落實(shí)到具體技術(shù)和解決方案，避免了炒作概念如建“空中樓閣”或者只談技術(shù)卻“見(jiàn)木不見(jiàn)林”。目錄第1章物聯(lián)網(wǎng)概述第2章自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與RFID第3章傳感器技術(shù)第4章定位系統(tǒng)第5章智能信息設(shè)備第6章互聯(lián)網(wǎng)第7章無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)第8章無(wú)線低速網(wǎng)絡(luò)第9章移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)第10章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)第11章海量信息存儲(chǔ)第12章搜索引擎第13章物聯(lián)網(wǎng)中的智能決策第14章物聯(lián)網(wǎng)中的信息安全與隱私保護(hù)第15章智能電網(wǎng)第16章智能交通第17章智能物流第18章智能綠色建筑第19章環(huán)境監(jiān)測(cè)第一篇概述第二篇感知識(shí)別第三篇網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建第四篇管理服務(wù)第五篇綜合應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)深刻地改變著人們的生產(chǎn)和生活方式。從早期的電子郵件溝通地球兩端的用戶，到超文本標(biāo)記語(yǔ)言（HTML）和萬(wàn)維網(wǎng)（WWW）技術(shù)引發(fā)的信息爆炸，再到如今多媒體數(shù)據(jù)的豐富展現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)已不僅僅是一項(xiàng)通信技術(shù)，更成就了人類(lèi)歷史上最龐大的信息世界。這個(gè)信息世界有多大？在2005年，谷歌CEO估算5X10^9GB數(shù)據(jù)。2007年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為281X10^9GB；到2008年底，全球數(shù)據(jù)內(nèi)容的總量激增為487X10^9GB。作為對(duì)比，美國(guó)國(guó)會(huì)圖書(shū)館的存書(shū)大致相當(dāng)于2X10^4GB；而《四本章各小節(jié)目錄1.4庫(kù)全書(shū)》，包含79337卷，36000余冊(cè)，漢子約8億字，全文本大約1.6GB。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)上的各種應(yīng)用，或者說(shuō)以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計(jì)算模式，將持續(xù)地把人們吸引在浩瀚的信息空間中。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著感知識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展，信息從傳統(tǒng)的人工生成的單通道模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ど珊妥詣?dòng)生成的雙通道模式。以傳感器和智能識(shí)別終端為代表的信息自動(dòng)生成設(shè)備可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地開(kāi)展對(duì)物理世界的感知、測(cè)量和監(jiān)控。2008年全球RFID(RadioFrequencyIdentification,無(wú)線射頻識(shí)別)技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到52.5億美元，該年全球共售出19.7億個(gè)RFID標(biāo)簽。目前世界上大約有50億個(gè)具有通信能力的微處理器和微控制器。英特爾公司預(yù)測(cè)這個(gè)數(shù)目將在2015年擴(kuò)大到150億個(gè)；愛(ài)立信公司預(yù)測(cè)到2020年，這個(gè)數(shù)目將擴(kuò)大到500億個(gè)。盡管數(shù)據(jù)不同，但是觀點(diǎn)一致：低成本芯片制造使得可聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)目激增，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得綜合利用來(lái)自物理世界的信息變?yōu)榭赡?。與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)的觸角（網(wǎng)絡(luò)終端和接入技術(shù)）不斷延伸，深入到人們生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。除了傳統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)，各類(lèi)聯(lián)網(wǎng)終端層出不窮。智能手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、多媒體播放器（MP4）、上網(wǎng)本、筆記本電腦等迅速普及。據(jù)中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)信息中心統(tǒng)計(jì)，截止至2009年12月底，手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模一方面是物理世界的聯(lián)網(wǎng)需求，另一方面是信息世界的擴(kuò)展需求。來(lái)自上述兩方面的需求催生出了一類(lèi)新型網(wǎng)絡(luò)——物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）。物聯(lián)網(wǎng)最初被描述為物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。其核心在于物與物之間廣泛而普遍的互聯(lián)。上述特點(diǎn)已超越了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范疇，呈現(xiàn)了設(shè)備多樣、多網(wǎng)融合、感控結(jié)合等特征，具備了物聯(lián)網(wǎng)的初步形態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)對(duì)物理世界信息化、網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)傳統(tǒng)上分離的物理世界和信息世界實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和整合。目前，物聯(lián)網(wǎng)還沒(méi)有一個(gè)精確且公認(rèn)的定義。這主要?dú)w因于：第一，物聯(lián)網(wǎng)的理論體系沒(méi)有完全建立，對(duì)其認(rèn)識(shí)還不夠深入，還不能透過(guò)現(xiàn)象看出本質(zhì)；第二，由于物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、傳感網(wǎng)等都有密切關(guān)系，不同領(lǐng)域的研究者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)思考所基于的出發(fā)點(diǎn)各異，短期內(nèi)還沒(méi)達(dá)成共識(shí)。通過(guò)與傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的比較分析，我們認(rèn)為：物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對(duì)象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個(gè)重要特征。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，每一件物體均可尋址，每一件物體均可通信，每一件物體均可控制。一個(gè)物物互聯(lián)的世界如圖1.1所示。國(guó)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)操作失誤時(shí)汽車(chē)會(huì)自動(dòng)報(bào)警；公文包會(huì)提醒主人忘帶了什么東西；衣服會(huì)“告訴”洗衣機(jī)對(duì)顏色和水濕的要求等。毫無(wú)疑問(wèn)，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨將會(huì)使人們的日常生活發(fā)生翻天覆地的變化。繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后，業(yè)界普遍認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)將引領(lǐng)信息產(chǎn)業(yè)革命的新一次浪潮，成為未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和科技創(chuàng)新的最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也關(guān)系到未來(lái)國(guó)家物理基礎(chǔ)設(shè)施的安全利用。由于物聯(lián)網(wǎng)融合了半導(dǎo)體、傳感器、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)，它即將成為電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新制高點(diǎn)。美國(guó)權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)FORRESTER預(yù)測(cè)，到2020年，世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)，跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比，將達(dá)到30:1。因此“物聯(lián)網(wǎng)”被稱(chēng)為是下一個(gè)萬(wàn)億級(jí)的產(chǎn)業(yè)，其市場(chǎng)前景將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等。1.1起源與發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)概念最高出現(xiàn)于比爾蓋茨1995年《未來(lái)之路》一書(shū)。1998年，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）創(chuàng)造性地提出了當(dāng)時(shí)被稱(chēng)作EPC系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想。1999年，建立在物品編碼、RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，美國(guó)Auto-ID中心首先提出物聯(lián)網(wǎng)概念。物聯(lián)網(wǎng)的基本思想出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，但近年來(lái)才真正引起人們的關(guān)注。射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。歐洲智能系統(tǒng)集成技術(shù)平臺(tái)（EPoSS）于2008年在《物聯(lián)網(wǎng)2020》（《InternetofThingsin2020》）報(bào)告中分析預(yù)測(cè)了未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展階段。2009年，歐盟執(zhí)委會(huì)發(fā)表題為《InternetofThings–AnactionplanforEurope》的物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)方案，描繪了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的前景，并提出要加強(qiáng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的管理、完善隱私和個(gè)人數(shù)據(jù)保護(hù)、提高物聯(lián)網(wǎng)的可信度、推廣標(biāo)準(zhǔn)化、建立開(kāi)放式的創(chuàng)新環(huán)境、推廣物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等行動(dòng)建議。韓國(guó)通信委員會(huì)于2009年出臺(tái)了《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃》，該規(guī)劃是在韓國(guó)政府之前的一系列RFID/USN(傳感器網(wǎng))相關(guān)計(jì)劃的基礎(chǔ)上提出的，目標(biāo)是要在已有的……2009年，日本政府IT戰(zhàn)略本部制定了日本新一代的信息化戰(zhàn)略《i-Japan戰(zhàn)略2015》，該戰(zhàn)略旨在到2015年讓數(shù)字信息技術(shù)如同空氣和水一般融入每一個(gè)角落，聚焦電子政務(wù)、醫(yī)療保健和教育人才三大核心領(lǐng)域，激活產(chǎn)業(yè)和地域的活性并培育新產(chǎn)業(yè)，以及整頓數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施。我國(guó)政府也高度重視物聯(lián)網(wǎng)的研究和發(fā)展。2009年8月7日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶在無(wú)錫視察時(shí)發(fā)表重要講話，提出“感知中國(guó)”的戰(zhàn)略構(gòu)想，表示中國(guó)要抓住機(jī)遇，大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。2009年11月3日，溫家寶總理向首都科技界發(fā)表了題為《讓科技引領(lǐng)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展》的講話，再次強(qiáng)調(diào)科學(xué)選擇新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)非常重要，并指示要著力突破傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。2010年1月19日，全國(guó)人大常委會(huì)委員長(zhǎng)吳邦國(guó)參觀無(wú)錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院，表示要培育發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)，確保我國(guó)在新一輪國(guó)際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。1.2核心技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是一種非常復(fù)雜、形式多樣的系統(tǒng)技術(shù)。根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用的原則，可以把物聯(lián)網(wǎng)分為4層：感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層。圖1.2展示了物聯(lián)網(wǎng)四層模型以及相關(guān)技術(shù)。1）感知識(shí)別層。感知識(shí)別是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，是聯(lián)系物理世界和信息世界的紐帶。感知識(shí)別層既包括射頻識(shí)別（RFID）、無(wú)線傳感器等信息自動(dòng)生成設(shè)備，也包括各種智能電子產(chǎn)品用來(lái)人工生成信息。RFID是能夠讓物品“開(kāi)口說(shuō)話”的技術(shù)：RFID標(biāo)簽中存儲(chǔ)著規(guī)范而具有互用性的信息，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)把它們自動(dòng)采集到中央信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物品的識(shí)別和管理。另外，作為一種新興技術(shù)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要通過(guò)各種類(lèi)型的傳感器對(duì)物質(zhì)性質(zhì)、環(huán)境狀態(tài)、行為模式等信息開(kāi)展大規(guī)模、長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)的獲取。近些年來(lái)，各類(lèi)可聯(lián)網(wǎng)電子產(chǎn)品層出不窮，智能手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）、多媒體播放器（MP4）、上網(wǎng)本、筆記本電腦等迅速普及，人們可以隨時(shí)隨地連入互聯(lián)網(wǎng)，分享信息。信息生成方式多樣化是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)的重要特征。2）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層。這層的主要作用是把下層（感知識(shí)別層）數(shù)據(jù)接入互聯(lián)網(wǎng)，供上層服務(wù)使用?；ヂ?lián)網(wǎng)以及下一代互聯(lián)網(wǎng)（包含IPv6等技術(shù)）是物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)，處在邊緣的各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)則提供隨時(shí)隨地的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。無(wú)線廣域網(wǎng)包括現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)及其演進(jìn)技術(shù)（包括3G、4G通信技術(shù)），提供廣闊范圍內(nèi)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。無(wú)線城域網(wǎng)包括現(xiàn)有的WiMAX技術(shù)（802.16系列標(biāo)準(zhǔn)），提供城域范圍（約100千米）高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。無(wú)線局域網(wǎng)包括現(xiàn)在廣為流行的WiFi(802.11系列標(biāo)準(zhǔn))，為一定區(qū)域內(nèi)（家庭、校園、餐廳、機(jī)場(chǎng)等）的用戶提供網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)服務(wù)。無(wú)線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)包括藍(lán)牙（802.15.1標(biāo)準(zhǔn)）、ZigBee（802.15.4標(biāo)準(zhǔn)）等通信協(xié)議。這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是低功耗、低傳輸速率、短距離，一般用作個(gè)人電子產(chǎn)品互聯(lián)、工業(yè)設(shè)備控制等領(lǐng)域。各種不同類(lèi)型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適用于不同的環(huán)境，合力提供便捷的網(wǎng)絡(luò)接入，是實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。3）管理服務(wù)層。在高性能計(jì)算和海量存儲(chǔ)技術(shù)的支撐下，管理服務(wù)層將大規(guī)模數(shù)據(jù)高效、可靠地組織起來(lái)，為上層行業(yè)應(yīng)用提供智能的支撐平臺(tái)。存儲(chǔ)是信息處理的第一步。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)以及其后發(fā)展起來(lái)的各種海量存儲(chǔ)技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)（如數(shù)據(jù)中心），已廣泛應(yīng)用于IT、金融、電信、商務(wù)等行業(yè)。面對(duì)海量信息，如何有效地組織和查詢數(shù)據(jù)是核心問(wèn)題。20世紀(jì)90年代末，以Web搜索引擎為代表的新一代網(wǎng)絡(luò)信息查詢技術(shù)異軍突起，如今已成為互聯(lián)網(wǎng)信息世界的重要入口。管理服務(wù)層的主要特點(diǎn)是“智慧”。有了豐富翔實(shí)的數(shù)據(jù)，運(yùn)籌學(xué)理論、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、專(zhuān)家系統(tǒng)等“智慧迸發(fā)”手段有了更廣闊的施展舞臺(tái)。除此之外，信息安全和隱私保護(hù)變得越來(lái)越重要。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，每個(gè)人穿戴多種類(lèi)型的傳感器，連接入多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一舉一動(dòng)都被監(jiān)測(cè)。如何保證數(shù)據(jù)不被破壞、不被泄露、不被濫用成為物聯(lián)網(wǎng)面臨的重大挑戰(zhàn)。4）綜合應(yīng)用層?；ヂ?lián)網(wǎng)最初用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間通信，進(jìn)而發(fā)展到連接以人為主體的用戶，現(xiàn)在正朝物物互聯(lián)這一目標(biāo)前進(jìn)。伴隨著這一進(jìn)程，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也發(fā)生了翻天覆地的變化。如圖1.3所示，從早期的以數(shù)據(jù)服務(wù)為主要特征的文件傳輸、電子郵件，到以用戶為中心的應(yīng)用，如萬(wàn)維網(wǎng)、電子商務(wù)、視頻點(diǎn)播、在線游戲、社交網(wǎng)絡(luò)等，再發(fā)展到物品追蹤、環(huán)境感知、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)等。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用數(shù)量激增，呈現(xiàn)多樣化、規(guī)模化、行業(yè)化等特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)各層之間既相對(duì)獨(dú)立又聯(lián)系緊密。在綜合應(yīng)用層以下，同一層次上的不同技術(shù)互為補(bǔ)充，適用于不同環(huán)境，構(gòu)成該層次技術(shù)的全套應(yīng)對(duì)策略。而不同層次提供各種技術(shù)的配置和組合，根據(jù)應(yīng)用需求，構(gòu)成完整的解決方案。總而言之，技術(shù)的選擇應(yīng)以應(yīng)用為導(dǎo)向，根據(jù)具體的需求和環(huán)境，選擇合適的感知技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息處理技術(shù)。1.3主要特點(diǎn)相對(duì)于已有的各種通信和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)和應(yīng)用層面具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。1）感知識(shí)