物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究

畢業(yè)設(shè)計(jì)（文）設(shè)計(jì)（論文題目：物網(wǎng)體系結(jié)及關(guān)鍵技術(shù)究單

位（系別）子息程學(xué)專班學(xué)指

生導(dǎo)

姓教

名：業(yè)：應(yīng)電技級(jí)：號(hào)：師：答辯組

負(fù)責(zé)人：-I-

摘

要過去10年間，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用取得巨大的突破，近些年隨著全球信息技術(shù)革命的深入和網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，更是引起了國內(nèi)學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和新聞媒體的高度重視物聯(lián)網(wǎng)”被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。美國權(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)到比１，因此聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個(gè)萬億級(jí)的通信業(yè)務(wù)。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念、原理以及物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。當(dāng)前“物聯(lián)網(wǎng)”的定義、國內(nèi)在原理、體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)模型等方面還存在許多值得探討的問題，但從“物聯(lián)網(wǎng)”本質(zhì)上看聯(lián)網(wǎng)”是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應(yīng)用與技術(shù)提升，將各種感知技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能與自動(dòng)化技術(shù)聚合與集成應(yīng)用，使人與物智慧對(duì)話，創(chuàng)造一個(gè)智慧的世界。通過對(duì)現(xiàn)有“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)文獻(xiàn)和應(yīng)用實(shí)例的分析，來探討“物聯(lián)網(wǎng)”體系機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)行了闡述;分析實(shí)現(xiàn)物網(wǎng)的五大核心技術(shù)包括傳感器息匯聚、通信、運(yùn)營和應(yīng)用技術(shù)。最后，展望了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的前景以及對(duì)人類的生活、工業(yè)發(fā)展、科技進(jìn)步的促進(jìn)作用?！炬I】

物聯(lián)網(wǎng)

傳感技術(shù)射頻識(shí)別技術(shù)

RFID技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)-II

ABSTRACTInthepastthetechnologyofhavebeengreatTheofispaidwidelyattentionglobaltechnologyrevolutionandtheofinrecentyears.AndDomesticscholars,Industry,attachtoofthingsisthethirdintheworldinformationfollowingcomputerrevolutioninternetrevolution.AmericanBy2020,theofthethingswithpeopleofbusinesscommunicationwill301.Thereforeitwillhaveofthousandsofcommunicationsbusiness.Atthedefinition,inherentconstructionandofitworthtodiscussion.TheessenceofTheofisthatinformationaofapplicationtechnologypromotionjailingwillallkindsofperceptionnetworkandartificialintelligenceandautomationandapplication,makewisdomdialogue,creatingworldofwisdom.Istudythetechnologyofitthroughthearticlesaboutinternetofthing.AndtheanalyzesfivebasicelementssuchasSensorapplicationtechnology.Thedefinition,technologyofinternetofthings.theend,Ianalyzeitsinlife,industryandscience.【KeywordsTheinternetofthingTheofsensorFrequencyIdentificationRFID-III-

目

錄前

言.第一章

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概述................................................................................................................2第一節(jié)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史及趨勢(shì).一、物聯(lián)網(wǎng)的歷史.二、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨.第二節(jié)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)簡介.一、物聯(lián)網(wǎng)的定義.二、物流系統(tǒng)的組成.第二章

物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu).第一節(jié)物聯(lián)網(wǎng)已有的體系結(jié)構(gòu).第二節(jié)建議的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu).一、物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型.二、物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)分類.三、物聯(lián)網(wǎng)互連體系結(jié)構(gòu)..................................................................................................第三章

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù).第一節(jié)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的五大核心技術(shù).第二節(jié)物聯(lián)網(wǎng)四大支撐技術(shù).一、技術(shù).二、無線射頻識(shí)別技術(shù)(技三、傳感網(wǎng)技術(shù).四、兩化融合.第三節(jié)通信技術(shù)與數(shù)據(jù)融合技術(shù).一、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù).二、數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù).第四章

物聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)及方向.第一節(jié)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn).-IV-

結(jié)致

一、基礎(chǔ)研究方面的挑戰(zhàn).二、技術(shù)開發(fā)方面的挑戰(zhàn).第二節(jié)物聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展前景.論.謝.參考文獻(xiàn)一、英文原文.二、英文翻譯.-V-

前

言物聯(lián)網(wǎng)是由各種現(xiàn)代科技設(shè)備組成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。年比爾蓋茨在《未來之路》一書中提到物聯(lián)網(wǎng)，到今天已經(jīng)發(fā)展17。隨著計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等各種硬件和軟件的高速發(fā)展利用傳感射頻識(shí)別RFID等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)物理空間與數(shù)空間的無縫連接。這個(gè)概念的產(chǎn)生是1999在美國召開的移動(dòng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議由MITAuto-ID中心的Ashton教授在研究RFID時(shí)最早提出來的。科技在發(fā)展，人類的需求也不斷增加，需要一種智能、信息全面的“智慧地球聯(lián)網(wǎng)也隨之融入人們的生活當(dāng)中并且不斷完善，例如SIM卡發(fā)展它的容量是不是應(yīng)該從K到呢？對(duì)于物網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展前景分析在本文都會(huì)得到詳細(xì)和比較完整的介紹。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)正處于飛速發(fā)展的階段。因此加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，更加完善物聯(lián)網(wǎng)各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的及時(shí)更新，才能體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)人們的需求。預(yù)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息浪潮。有專家預(yù)測(cè)在未來10年內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)就可能大規(guī)模的普及進(jìn)入人們的生活，這一項(xiàng)科技將會(huì)發(fā)展為上千萬億元規(guī)模的高科技市場(chǎng)。--

第一章物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概述第一節(jié)

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)歷史及勢(shì)一、物聯(lián)的歷史1999MIT提出物聯(lián)網(wǎng)概念，即把所有物品通過射頻識(shí)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(shí)別和管理2004日本總務(wù)省提出構(gòu)想中，希望在年將日本建設(shè)成一個(gè)“Anytime，Anything，都可以上網(wǎng)的環(huán)境。同年，韓國政府制定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略》以具體呼應(yīng)。200511在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)上際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)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(dòng)進(jìn)行交換。射頻識(shí)別技術(shù)(、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IBM出“智慧的地球”概念，即“互聯(lián)網(wǎng)+聯(lián)網(wǎng)智慧地球此做為經(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)為中國打造一個(gè)成熟的智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)。2009年月歐盟委員會(huì)提出針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)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)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管方案2009年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(huì)批準(zhǔn)，全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)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(dòng)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。--

二、物聯(lián)的發(fā)展趨全球通信網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)歷了幾十年快速發(fā)展之后，

已經(jīng)可以基本滿足人與人隨時(shí)隨地溝通的需要，而物與物、物與人的通信及上層應(yīng)用這種物聯(lián)網(wǎng)的基本發(fā)展需求正涌現(xiàn)出來。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的逐步深入，

中國的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展既具備了一些國際物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的共性特征，也呈現(xiàn)出一些鮮明的中國特色和階段特點(diǎn)。一方面，以全國物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的管理者、經(jīng)營者、學(xué)者和其他相關(guān)人士提供政策研討、形勢(shì)分析、成就展示、學(xué)術(shù)爭鳴、成果交流以及相互合作的平臺(tái)，將繼續(xù)為我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和應(yīng)用管理提供咨詢和決策依據(jù)。另一方面，當(dāng)前我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的主要客戶仍是政府及事業(yè)單位還沒有演變成市場(chǎng)普遍消費(fèi)模式。隨著地方政府、中國物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、智能通訊)產(chǎn)業(yè)各大聯(lián)盟和國內(nèi)外企業(yè)、機(jī)構(gòu)的鼎力支助，關(guān)于民眾的應(yīng)用示范將會(huì)逐步擴(kuò)大。根據(jù)《20102011年中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展年度報(bào)告》，2012中國物聯(lián)網(wǎng)將在以下幾個(gè)方面有所進(jìn)步。一是物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)出現(xiàn)一系列的標(biāo)準(zhǔn)競爭。在今年，一些地方宣布建設(shè)智慧城市的標(biāo)準(zhǔn)，各有各得標(biāo)準(zhǔn)，物聯(lián)網(wǎng)涵蓋范圍極廣，在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，各個(gè)參與方對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的制定都有自己的想法，試圖讓參與方自己的想法能夠主導(dǎo)上層標(biāo)準(zhǔn)的制定，并占取主動(dòng)地位。將會(huì)出現(xiàn)一些所謂的標(biāo)準(zhǔn)。二是物聯(lián)產(chǎn)業(yè)向西部擴(kuò)展，目前我國物流網(wǎng)產(chǎn)業(yè)集群已初步形成環(huán)渤海、長三角、珠三角以及中西部地區(qū)等四大區(qū)域集聚發(fā)展的總體產(chǎn)業(yè)空間格局。2011下半年開始國內(nèi)西部的陜西、蘭州、四川、重慶也開始將物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。2012將會(huì)有更多的西部城市開始加入物聯(lián)網(wǎng)之中。三是民眾的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)前我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的主要客戶仍是政府及事業(yè)單位，還沒有演變成市場(chǎng)普遍消費(fèi)模式。隨著，地方政府、中國物聯(lián)網(wǎng)(RFID傳感網(wǎng)、智能通訊)產(chǎn)業(yè)各大聯(lián)盟和國內(nèi)外企業(yè)、機(jī)構(gòu)的鼎力支助，關(guān)于民眾的應(yīng)用示范將會(huì)逐步擴(kuò)大。四是多層面的政策投入成為推動(dòng)現(xiàn)階段中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最強(qiáng)動(dòng)力?！爸腔鄢鞘小苯ㄔO(shè)是中國城市化推進(jìn)到一定水平的必然產(chǎn)物，對(duì)目前剛剛起步的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)--

發(fā)展意義重大。國家倡導(dǎo)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，借以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和工業(yè)化與信息化的融合，各地政府紛紛響應(yīng)，高度重視物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。中國已有28省市將物聯(lián)網(wǎng)作為新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)之一，不少一二線城市在建設(shè)或籌建物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)園。可以預(yù)見，2012年，物聯(lián)網(wǎng)是國家及地方各級(jí)政府推進(jìn)信息化工作的重點(diǎn)，政策支持力度繼續(xù)加大。五是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域逐漸明朗。經(jīng)過業(yè)界的共同努力，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)體系逐漸形成，產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L。安防、交通和醫(yī)療三大領(lǐng)域，有望在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中率先受益，成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)容量大、增長最為顯著的領(lǐng)域。根據(jù)“十二五”規(guī)劃，2012年我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將在智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能環(huán)保、智能安防、智能家居等重點(diǎn)領(lǐng)域積極開展應(yīng)用示范。第二節(jié)

物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)介一、物聯(lián)的定義物聯(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)重要網(wǎng)(InternetofThings)指的是將無處不Ubiquitous）的末端設(shè)備（Devices）和設(shè)施Facilities括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等和“外在使能”的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)（Assets攜帶無線終端的個(gè)人與車輛等“智能化物件或動(dòng)物”或“智能塵埃”Mote通過各種無線有線的長距離短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通（、應(yīng)用大集成（Grand、以及基于云計(jì)算的SaaS營運(yùn)等模式，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面（集中展示的Cockpit等管理和服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮?、控、營”一體化。--

總之物聯(lián)網(wǎng)就是把所有的物品通過射頻等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，智能化識(shí)別和管理。

實(shí)現(xiàn)二、物流統(tǒng)的組成雖然物聯(lián)網(wǎng)的定義目前沒有統(tǒng)一的說法但物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)基本得到統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三個(gè)大層次。如圖.1所示：【具體應(yīng)用】智能家居

智能交通

智能電網(wǎng)

智能物流

智能醫(yī)療

智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用層

工業(yè)監(jiān)控

城市管理

環(huán)境檢測(cè)??【數(shù)據(jù)分析處理】云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘??網(wǎng)絡(luò)層

【廣域網(wǎng)通訊】PSTN、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、專網(wǎng)?感知網(wǎng)

【短距離無線網(wǎng)絡(luò)】紅外、藍(lán)牙、WiFi、Zigbee其他無線??【數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行控制】各類傳感器、RFID、條碼、攝像頭?動(dòng)作執(zhí)行部件圖.1物網(wǎng)體系基本結(jié)構(gòu)圖--

①應(yīng)用層應(yīng)用層完成物品信息的匯總、協(xié)同、共享、互通、分析、決策等功能，相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的控制層、決策層。物聯(lián)網(wǎng)的根本還是為人服務(wù)，應(yīng)用層完成物品與人的最終交互，前面兩層將物品的信息大范圍地收集起來，匯總在應(yīng)用層進(jìn)行統(tǒng)一分析、決策，用于支撐跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之問的信息協(xié)同、共享、互通，提高信息的綜合利用度，最大程度地為人類服務(wù)。其具體的應(yīng)用服務(wù)又回歸到前面提到的各個(gè)行業(yè)應(yīng)用，如智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電力等。②網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層完成大范圍的信息溝通要借助于已有的廣域網(wǎng)通信系統(tǒng)(如PSTN網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)等)把感知層感知到的信息快速可靠安全地傳送到地球的各個(gè)地方，使物品能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離、大范圍的通信，以實(shí)現(xiàn)在地球范圍內(nèi)的通信。這相當(dāng)于人借助火車、飛機(jī)等公眾交通系統(tǒng)在地球范圍內(nèi)的交流。當(dāng)然，現(xiàn)有的公眾網(wǎng)絡(luò)是針對(duì)人的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展之后，能否完全滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的要求還有待驗(yàn)證。即便如此，在物聯(lián)網(wǎng)的初期，借助已有公眾網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣域網(wǎng)通信也是必然的選擇，如同上世紀(jì)90年代中期在ADSL與小區(qū)寬帶發(fā)展起來之前，用電話線進(jìn)行撥號(hào)上網(wǎng)一樣，它也發(fā)揮了巨大的作用，完成了其應(yīng)有的階段性歷史任務(wù)。②感知層感知層是讓物品說話的先決條件主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)包括各類物理量、身份標(biāo)識(shí)、位置信息、音頻、視頻數(shù)據(jù)等。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實(shí)時(shí)定位等技術(shù)。感知層又分為數(shù)據(jù)采集與執(zhí)行、短距離無線通信2個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)采集與執(zhí)行主要是運(yùn)用智能傳感器技術(shù)身份識(shí)別以及其他信息采集技術(shù)，對(duì)物品進(jìn)行基礎(chǔ)信息采集，同時(shí)接收上層網(wǎng)絡(luò)送來的控制信息，完成相應(yīng)執(zhí)行動(dòng)作。這相當(dāng)于給物品賦予了嘴巴、耳朵和手，既能向網(wǎng)絡(luò)表達(dá)自己的各種信息，又能接收網(wǎng)絡(luò)的控制命令，完成相應(yīng)動(dòng)作。短距離無線通信能完成小范圍內(nèi)的多個(gè)物品的信息集中與互通功能，相當(dāng)于物品的腳。--

第二章

物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)第一節(jié)

物聯(lián)網(wǎng)有體系結(jié)人類社會(huì)在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)將面臨兩大難題:一是能源短缺和環(huán)境污染;二是人口老齡化和慢性病增加,物網(wǎng)首要的應(yīng)用在于能耗控制和醫(yī)療護(hù)理。人類社會(huì)目前遇到的問題是:恐怖活動(dòng)和信任危機(jī),物聯(lián)網(wǎng)目前急需的應(yīng)用在于安防監(jiān)控、物品身份鑒別。另外物聯(lián)網(wǎng)在智能交通、倉儲(chǔ)物流、工業(yè)控制等方面都有較大的應(yīng)用價(jià)值。已經(jīng)公開的物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例基本上圍繞這些應(yīng)用領(lǐng)域。在公開發(fā)表物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的同時(shí),很多研究人員也發(fā)表了若干個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié),例如物品萬維網(wǎng)的(WebofThings,WoT)體系結(jié)構(gòu),它定義了一種面向應(yīng)用的物聯(lián),把萬維網(wǎng)服務(wù)嵌入到系統(tǒng)中,可以采用簡單的萬維網(wǎng)服務(wù)形式使用物聯(lián)網(wǎng)。這是一個(gè)以用戶為中心的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),試把互聯(lián)網(wǎng)中成功的、面向信息獲取的萬維網(wǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)移植到物聯(lián)網(wǎng)上,于簡化物聯(lián)網(wǎng)的信息發(fā)布和獲取。物聯(lián)網(wǎng)的自主體系結(jié)構(gòu)是為了適應(yīng)于異構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)無線通信環(huán)境而設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)。該自主體系結(jié)構(gòu)采用自主通信技術(shù)。自主通信是以自主件(selfware)為核心的通,自主件在端到端層次以及中間結(jié)點(diǎn),執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)控制面已知的或者新出現(xiàn)的任,自主件可以確保通信系統(tǒng)的可進(jìn)化特性。物聯(lián)網(wǎng)的自主體系結(jié)構(gòu)如圖2.1所,包括了數(shù)據(jù)面、控制面、知識(shí)面和管理面,數(shù)據(jù)面主要用于數(shù)據(jù)分組的傳遞;制面通過向數(shù)據(jù)面發(fā)送配置報(bào)文,優(yōu)化數(shù)據(jù)面吞吐量以及可靠性;識(shí)面提供整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息的完整視圖,并且提煉成為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的知,用于指導(dǎo)控制面的適應(yīng)性控制;管理面協(xié)調(diào)和管理數(shù)據(jù)面、控制面和知識(shí)面的交,提供物聯(lián)網(wǎng)的自主能力。--

圖2.1

一種聯(lián)網(wǎng)的自主體系結(jié)構(gòu)這里自主特征主要由STP/SP協(xié)議棧和智能層取代傳統(tǒng)的TCP/協(xié)議棧如圖2.2所示,里的STP和分別表示智能傳送協(xié)議(TransportProtocol)和智能協(xié)議(物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的智能層主要用于協(xié)商交互結(jié)點(diǎn)之選擇,于優(yōu)化無線鏈路之上的通信和數(shù)據(jù)傳送滿足異構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的聯(lián)網(wǎng)的需求。圖物網(wǎng)自主體系結(jié)構(gòu)的協(xié)議棧這種面向物聯(lián)網(wǎng)的自主體系結(jié)構(gòu)涉及的協(xié)議棧較為復(fù)雜,能適用于計(jì)算資源較為富裕的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)。目前物流倉儲(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都依賴于產(chǎn)品電子代碼(絡(luò)該網(wǎng)絡(luò)如圖2.3所示,要組成部件包括品電子代碼(這是種全球范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)定義的產(chǎn)品數(shù)字標(biāo)識(shí);子標(biāo)簽和閱讀器,子標(biāo)簽通常采用射頻標(biāo)識(shí)(ID)術(shù)存儲(chǔ)EPC,閱讀器是一種閱讀電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的EPC并且傳遞給物流倉儲(chǔ)管理信息系統(tǒng)的裝置;EPC中間件這EPC網(wǎng)絡(luò)包括個(gè)層次①實(shí)體和內(nèi)部層次,該層由EPC、RFID標(biāo)簽、ID閱讀器、EPC中間件組。這里的間件實(shí)際上屏蔽了各類不同RFID之間的信息傳遞技術(shù),把物品的信息訪問和存--

儲(chǔ)轉(zhuǎn)化成為一個(gè)開放的平臺(tái)。②商業(yè)伙伴之間的數(shù)據(jù)傳輸層,這層最重要的部分是EPC2IS,企業(yè)成員利EPC2IS服務(wù)器處理被過濾之后的信息,類信息可以用于內(nèi)部或者外部商業(yè)伙伴之間的信息交互。③其他應(yīng)用服務(wù)層,這層最重要的部分是ONS,ONS用于發(fā)現(xiàn)所需的的地址。EPC2global委托全球著名的域名服務(wù)機(jī)構(gòu)威瑞信公司提供全球服務(wù),全球至少有個(gè)數(shù)據(jù)中心提供ONS服務(wù)。圖EPC網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)第二節(jié)

建議的聯(lián)體系結(jié)我們認(rèn)為,聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下條原則:①多樣性原,聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)必須根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)類型的不同分成多種類型的體系結(jié)構(gòu);②時(shí)空性原則,物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)必須能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)間、空間和能源方面的需求--

③互聯(lián)性原則,物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)必須能夠平滑地與互聯(lián)網(wǎng)連接④安全性原則,物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)必須能夠防御大范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)攻擊⑤堅(jiān)固性原則,物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)必須具備堅(jiān)固性和可靠性。以下從物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型結(jié)點(diǎn)分類和互連結(jié)構(gòu)個(gè)方面討論物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)。一、物聯(lián)的服務(wù)類型根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)自身的特征,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該提供以下幾類服務(wù):①聯(lián)類服務(wù):物品標(biāo)識(shí)、通信和定;②信類服務(wù):信息采集、存儲(chǔ)和查;③操類服務(wù):遠(yuǎn)程配置、監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程操作和控;④安類服務(wù):用戶管理、訪問控制、事件報(bào)警、入侵檢測(cè)、攻防;⑤管類服務(wù):故障診斷、性能優(yōu)化、系統(tǒng)升級(jí)、計(jì)費(fèi)管理服務(wù)以上羅列的是通用物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型集合,根不同領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需,上服務(wù)類型可以進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展或裁剪。物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型是設(shè)計(jì)和驗(yàn)證物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主要依據(jù)。二、物聯(lián)的結(jié)點(diǎn)分類為了構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),首先需要?jiǎng)澐治锫?lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的類型。物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)可以分成無源CPS點(diǎn)、有源CPS結(jié)點(diǎn)、互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié),其特征從以下方面進(jìn)行描:電源、移動(dòng)性、感知性、存儲(chǔ)能力、計(jì)算能力、聯(lián)網(wǎng)能力、連接能力,具體如圖2.4所示。-10-

圖2.4

物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)類型與特征無源CPS結(jié),是具有電子標(biāo)簽的物品,這是物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)量最多的結(jié)點(diǎn),例如攜帶電子標(biāo)簽的人可以成為一個(gè)無源CPS結(jié)點(diǎn)。無源CPS結(jié)點(diǎn)一般不帶電源,可以具有移,具有被感知能力和少量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力,不具備計(jì)算和聯(lián)網(wǎng)能力,提供被動(dòng)的T2T連接。有源CPS結(jié),具備感聯(lián)網(wǎng)和控制能力的嵌入式系統(tǒng),是物聯(lián)網(wǎng)的核心結(jié)點(diǎn),例如裝備了可以傳感人體信息的穿戴式電腦的人可以成為一個(gè)有源CPS結(jié)點(diǎn)。有源CPS帶有電源,以具有移動(dòng)性、感知、存儲(chǔ)、計(jì)算和聯(lián)網(wǎng)能力,提供T2TH2H連接?；ヂ?lián)網(wǎng)CPS結(jié),具備聯(lián)網(wǎng)和控制能力的計(jì)算系統(tǒng),這是物聯(lián)網(wǎng)的信息中心和控制中,如具有物聯(lián)網(wǎng)安全性、可靠性要求的,能夠提供時(shí)間和空間約束服務(wù)的互聯(lián)結(jié)點(diǎn)就是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)CPS點(diǎn)。互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn)不是一般的互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)點(diǎn),是屬于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的結(jié)點(diǎn),用了互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相互連接,但具有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中特的時(shí)間和空間的控制能力,配備了物聯(lián)網(wǎng)專用的安全性和可靠性的控制體系。互聯(lián)網(wǎng)CPS點(diǎn)具有不間斷電源,具備移動(dòng)性,可以具有感知能力具有較強(qiáng)的存計(jì)算和聯(lián)網(wǎng)能力可以提供H2H連接。三、物聯(lián)互連體系結(jié)根據(jù)以上物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的分類,以進(jìn)一步研究可能存在的連接類型,如物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)之間存在無源結(jié)點(diǎn)與有源CPS,有源CPS與有源CPS,以及有源CPS結(jié)點(diǎn)-11-

與互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn)之間的連接,這些類型的連接結(jié)構(gòu)構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)互連的體系結(jié)構(gòu)。由于物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)性,我們建議的通用物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)由3部分構(gòu)成源CPS結(jié)與有源結(jié)點(diǎn)互連結(jié)構(gòu),源CPS點(diǎn)與有源CPS結(jié)點(diǎn)互連結(jié)構(gòu),源CPS點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)。無源結(jié)點(diǎn)與有源CPS結(jié)點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)如圖2.5,源CPS點(diǎn)通過物理層協(xié)議與有源CPS結(jié)點(diǎn)連接,例如通過RFID,有CPS以獲取無源CPS結(jié)點(diǎn)上子標(biāo)簽的信息。圖2.5

無源CPS結(jié)點(diǎn)與有源CPS結(jié)互聯(lián)結(jié)構(gòu)有源結(jié)點(diǎn)與有源CPS點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)如圖2.6,有源CPS結(jié)點(diǎn)之間通過物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的協(xié)議交互,現(xiàn)有源CPS結(jié)點(diǎn)之間的信息采集、傳遞和查詢?？紤]到大部分有源CPS結(jié)資源限制十分嚴(yán)格,源點(diǎn)不適合配置已有的IP協(xié);配置的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議也應(yīng)該是面向物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,可以保證可靠、高效、節(jié)能地采集、傳遞和查詢信息,滿足物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)交互的應(yīng)用需求。圖2.6有cps結(jié)點(diǎn)與有源cps結(jié)互聯(lián)結(jié)構(gòu)-12-

有源CPS結(jié)點(diǎn)之間的信息轉(zhuǎn)發(fā)和匯聚可以通過應(yīng)用協(xié)議實(shí)現(xiàn),這,可以按照應(yīng)用需,設(shè)計(jì)靈活的信息采集和轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié)議,需要采用通用的、低效的互聯(lián)網(wǎng)中的IP協(xié)議。有源CPS結(jié)點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)CPS點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)如圖2.7所,有源點(diǎn)需要通過CPS網(wǎng),能連接互聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)CPS網(wǎng)關(guān)實(shí)際上是一個(gè)有源CPS結(jié)點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)的組,中實(shí)現(xiàn)了完整的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧。這樣,通過CPS網(wǎng),以在應(yīng)用層與互聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)物網(wǎng)與聯(lián)網(wǎng)之信息傳,物聯(lián)網(wǎng)用與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用間的通、互連和互操作。這種互連結(jié)構(gòu)可以允許不同類型的物聯(lián)網(wǎng)采用滿足自身需要的聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu),簡化不必要的聯(lián)網(wǎng)功能,降低網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜性。不同的物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù),例如汽車電子聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。圖2.7有源cps結(jié)點(diǎn)與互網(wǎng)cps結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)構(gòu)在以上定義的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中,物聯(lián)網(wǎng)物理協(xié)提供在物理信上采集和傳遞信息的功能,具有一定的安全性和可靠性控制能;物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)提供對(duì)物理信道訪問控制、復(fù),鏈路層安全、可靠、高效傳遞數(shù)據(jù)的功,具有較為完整的可靠性、安全性控制能力可以提供服務(wù)質(zhì)量的保;應(yīng)用層協(xié)議,提供信息采集、傳遞、查詢功,具有較為完整的用戶管理、聯(lián)網(wǎng)配置、安全管理、可靠性控制能力。-13-

第三章

物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技第一節(jié)

實(shí)現(xiàn)物網(wǎng)五大核技從物聯(lián)網(wǎng)的定義及各類技術(shù)所起的作用來看，物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù)應(yīng)該是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)，主要原是：WSN術(shù)貫穿物聯(lián)網(wǎng)的全部三個(gè)層次，是其它層面技術(shù)的整合應(yīng)用，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有提綱挈領(lǐng)的作用WSN技術(shù)的發(fā)展，能為其它層面的技術(shù)提供更明確的方向。以下是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的五大核心技術(shù)：核心技術(shù)之感知層：傳感器技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、二維碼技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)和GPS技術(shù)①.傳感器技術(shù)傳感技術(shù)同計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大技術(shù)。從仿生學(xué)觀點(diǎn)，如果把計(jì)算機(jī)看成處理和識(shí)別信息的“大腦”，把通信系統(tǒng)看成傳遞信息的“神經(jīng)系統(tǒng)”的話，那么傳感器就是“感覺器官”。微型無線傳感技術(shù)以及以此組件的傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要技術(shù)手段。②.射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)射頻識(shí)別（RadioFrequencyIdentification，簡稱RFID）是通過無線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)的無線通訊技術(shù)。在國內(nèi)，RFID已經(jīng)在身份證、電子收費(fèi)系統(tǒng)和物流管理等領(lǐng)域有了廣泛應(yīng)用。RFID術(shù)市場(chǎng)應(yīng)用成熟，標(biāo)簽成本低廉，但RFID一般不具備數(shù)據(jù)采集功能，多用來進(jìn)行物品的甄別和屬性的存儲(chǔ)，且在金屬和液體環(huán)境下應(yīng)用受限，RFID技術(shù)屬于物聯(lián)網(wǎng)的信息采集層技術(shù)。③.微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）微機(jī)電系統(tǒng)是指利用大規(guī)模集成電路制造工藝，經(jīng)過微米級(jí)加工，得到的集微型傳感器執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路接口電路通信和電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)屬于物聯(lián)網(wǎng)的信息采集層技術(shù)。④.GPS技術(shù)-14-

GPS技術(shù)又稱為全球定位系統(tǒng)，是具有海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)GPS作為移動(dòng)感知技術(shù)，是物聯(lián)網(wǎng)延伸到移動(dòng)物體采集移動(dòng)物體信息的重要技術(shù)，更是物流智能化、智能交通的重要技術(shù)。核心技術(shù)之信息匯聚層：傳感網(wǎng)自組網(wǎng)技術(shù)、局域網(wǎng)技術(shù)及廣域網(wǎng)技術(shù)①.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork，簡WSN）的基本功能是將一系列空間分散的傳感器單元通過自組織的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從而將各自采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸匯總，以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間分散范圍內(nèi)的物理或環(huán)境狀況的協(xié)作監(jiān)控，并根據(jù)這些信息進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。WSN技術(shù)貫穿物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層面，是結(jié)合了計(jì)算、通信、傳感器三項(xiàng)技術(shù)的一門新興技術(shù)，具有較大范圍、低成本、高密度、靈活布設(shè)、實(shí)時(shí)采集、全天候工作的優(yōu)勢(shì)，且對(duì)物聯(lián)網(wǎng)其他產(chǎn)業(yè)具有顯著帶動(dòng)作用。②.Wi-FiWi-FiFidelity，無線保真技術(shù)）是一種基于接入點(diǎn)AccessPoint）的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，目前已有一定規(guī)模的布設(shè)，在部分應(yīng)用中與傳感器相結(jié)合。技術(shù)屬于物聯(lián)網(wǎng)的信息匯總層技術(shù)。③.GPRSGPRS（GeneralPacketRadioService，通用分組無線服務(wù)）是一種基于GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)。GPRS術(shù)可以充分利用現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)，目前在很多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也有部分應(yīng)用。技術(shù)屬于物聯(lián)網(wǎng)的信息匯總層技術(shù)。核心技術(shù)之傳輸層：通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、廣電網(wǎng)絡(luò)、NGB①.通信網(wǎng)通信網(wǎng)是一種使用交換設(shè)備、傳輸設(shè)備，將地理上分散用戶終端設(shè)備互連起來實(shí)現(xiàn)通信和信息交換的系統(tǒng)。通信最基本的形式是在點(diǎn)與點(diǎn)之間建立通信系統(tǒng)，但這不能稱為通信網(wǎng)，只有將許多的通信系統(tǒng)（傳輸系統(tǒng)）通過交換系統(tǒng)按一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合在一起才能稱之為通信。也就是說，有了交換系統(tǒng)才能使某一地區(qū)內(nèi)任意兩個(gè)終端用戶相互接續(xù)，才能組成通信網(wǎng)。②.3G網(wǎng)絡(luò)3G英文3rdGeneration縮寫，指第三代移動(dòng)通信技術(shù)。相對(duì)第一代模擬制式手機(jī)（1G）和第二代、CDMA等數(shù)字手機(jī)，第三代手機(jī)（3G）是指將無線通信與國際-15-

互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。③.GPRS網(wǎng)絡(luò)這是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無IP連接。通俗的講GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的科技方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶上。雖然GPRS是作為現(xiàn)有GSM絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演變的過渡技術(shù)是它在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢(shì)。④.廣電網(wǎng)絡(luò)廣電網(wǎng)通常是各地有線電視網(wǎng)絡(luò)公司（臺(tái)）負(fù)責(zé)運(yùn)營的，通過HFC（光纖同軸電纜混合網(wǎng)）網(wǎng)向用戶提供寬帶服務(wù)及電視服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，寬帶可通CableModem連接到計(jì)算機(jī)，理論到戶最高速率38M，實(shí)際速度要視網(wǎng)絡(luò)情況而定。⑤.NGB廣域網(wǎng)絡(luò)中國下一代廣播電視網(wǎng)NGB）是以有線電視數(shù)字化和移動(dòng)多媒體廣播CMMB）的成果為基礎(chǔ)，以自主創(chuàng)新的“高性能帶寬信息網(wǎng)”核心技術(shù)為支撐，構(gòu)建適合我國國情的、三網(wǎng)融合的、有線無線相結(jié)合的、全程全網(wǎng)的下一代廣播電視網(wǎng)絡(luò)。核心技術(shù)之運(yùn)營層：專家系統(tǒng)、云計(jì)算、API口、客戶管理、GIS、①.企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）ERP是指建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供決策運(yùn)行手段的管理平臺(tái)。技術(shù)屬于物聯(lián)網(wǎng)的信息處理層技術(shù)。②.專家系統(tǒng)（ExperSystem）專家系統(tǒng)是一個(gè)含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來處理該領(lǐng)域問題的智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。屬于信息處理層技術(shù)。③.云計(jì)算云計(jì)算概念間由Google提出的，這是一個(gè)美麗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式，是指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用，通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源。核心技術(shù)之應(yīng)用層：垂直行業(yè)應(yīng)用、系統(tǒng)集成、資源打包應(yīng)用層主要是根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，開發(fā)各類的行業(yè)應(yīng)用解決方案，將物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)與行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營、信息化管理、組織調(diào)度結(jié)合起來，形成各類的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，構(gòu)建智能化的行業(yè)應(yīng)用。如交通行業(yè)，涉及的就是智能交通技術(shù)；電力行業(yè)采用的是智能電網(wǎng)技術(shù)；物流行業(yè)采用的智慧物流技術(shù)等。行業(yè)的應(yīng)用還要更多涉及系統(tǒng)集成技術(shù)、資源打包技術(shù)等。-16-

第二節(jié)

物聯(lián)網(wǎng)大撐技術(shù)一、M2M術(shù)M2M是物聯(lián)網(wǎng)四大支撐技術(shù)之一”是“MachineMachine”的縮寫，用來表示機(jī)器對(duì)機(jī)器之間的連接與通信。比如，機(jī)器間的自動(dòng)數(shù)據(jù)交換（這里的機(jī)器也指虛擬的機(jī)器比如應(yīng)用軟件）從它的功能和潛在用途角度看，引起了整個(gè)“物聯(lián)網(wǎng)”的產(chǎn)生。（一）M2M基本概念首先有以下三個(gè)基本特征數(shù)據(jù)和節(jié)DEP通信網(wǎng)絡(luò)③數(shù)據(jù)融合DEP和DIP可以用于任何子系統(tǒng)集成例如一個(gè)完整的過（到一個(gè)應(yīng)（Y圖顯示了三要素之間的相互關(guān)系。這個(gè)解決方案也被稱為“端對(duì)端的”）和應(yīng)用（Y）構(gòu)成了事實(shí)上的功能端點(diǎn)。圖3.1M2M的基本概念：一般而言，一個(gè)數(shù)據(jù)端點(diǎn)DEP）指的是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一個(gè)連接到程序或者是更高層次子系統(tǒng)的端點(diǎn)。另一個(gè)端點(diǎn)連接到通信網(wǎng)絡(luò)。在大多數(shù)的MSM應(yīng)用中，都有幾個(gè)DEP另一方面，一個(gè)典型的M2M應(yīng)用只有一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)合點(diǎn)。雖說是這樣，但是可以設(shè)想M2M應(yīng)用有多個(gè)DIP對(duì)于沒有硬性的規(guī)定例如可以形成一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器或特殊的軟件應(yīng)用在交通控制主機(jī)。M2M應(yīng)用的信息流也未必是面向服務(wù)器的相反DIP和DIP之間的直接通信路線是被支持的，還有單個(gè)之間直接和間接的聯(lián)系，就像我們所熟知的P2P（Peer-to-Peer）聯(lián)系一樣。如上所述，M2M用的通信網(wǎng)絡(luò)是DEP（數(shù)據(jù)終點(diǎn)）和DIP（數(shù)據(jù)集成電）之間的中央連接部分就物理部分來說這種網(wǎng)絡(luò)的建立可以使用局域網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)電話網(wǎng)絡(luò)ISDN或者是類似的。-17-

圖3.1物網(wǎng)四大技術(shù)（二）基于M2M監(jiān)控基礎(chǔ)架構(gòu)如今，無數(shù)的應(yīng)用程序使用復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其中大多數(shù)系統(tǒng)履行每天小時(shí)、每周7天、沒有任何人監(jiān)督的服務(wù)。個(gè)別子系統(tǒng)故障，整個(gè)應(yīng)用程序至少是一部分將受到損害。然而，盡快檢測(cè)出具體的故障仍是一個(gè)問題。圖3.2基M2M的控基礎(chǔ)架構(gòu)-18-

圖3.2顯示了一個(gè)基于M2M的基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)的解決方案。該數(shù)據(jù)終點(diǎn)DEP）在每一種情況下都通過特殊的監(jiān)測(cè)傳感器檢查基礎(chǔ)設(shè)施組成部分的可用性。任何潛在的故障都能通過DEP被迅速監(jiān)測(cè)。單獨(dú)的DEP過通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控應(yīng)用軟件相連接。這個(gè)應(yīng)用軟件用于數(shù)據(jù)集成點(diǎn)DIP它從單獨(dú)的監(jiān)控基礎(chǔ)設(shè)施的接收失敗、錯(cuò)誤和故障信息（圖X、Y和Z除了與DEP連之外DIP監(jiān)控軟件還有另兩個(gè)接口置口和通知接口置接口是決定誰、什么時(shí)候?qū)ο到y(tǒng)負(fù)責(zé)。這通常使得可能設(shè)想不同的通知方案。該接口對(duì)監(jiān)控行為進(jìn)行明確界定通知接口發(fā)送各種消息SMS電子郵件、自動(dòng)發(fā)送傳真，或者撥打某個(gè)電話號(hào)碼和播放音頻文件二、無線頻識(shí)別技術(shù)(RFID)技術(shù)無線射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它的工作原理如下：使用射頻電磁波通過空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)在閱讀器和進(jìn)行識(shí)別類和跟蹤的移動(dòng)物品物品上附著有RFID簽)之間實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)RFID是一種利用電磁能量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)捕獲技術(shù)，可以提供無人看管的自動(dòng)監(jiān)視與報(bào)告作業(yè)。具體的工作原理如下：當(dāng)裝有電子標(biāo)簽的物體接近微波天線時(shí)，閱讀器受控發(fā)出微波查詢信號(hào)。安裝在物體表面的電子標(biāo)簽收到經(jīng)微波天線發(fā)出的查詢信號(hào)后，根據(jù)查詢信號(hào)中的命令要求，將標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息反射回微波天線。微波天線接收到電子標(biāo)簽反射回的微波合成信號(hào)后經(jīng)閱讀器內(nèi)部微處理器處即可將電子標(biāo)簽中的識(shí)別代碼等信息分離出來。這些識(shí)別信息作為物體的特征數(shù)據(jù)被傳送到控制計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理，從而完成與物體有關(guān)的信息查詢、統(tǒng)計(jì)、管理等應(yīng)用。整個(gè)識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，并且閱讀器能自行判斷RFID標(biāo)簽是否被重復(fù)讀取處理RFID技術(shù)的這些功能特性很適合流水線上產(chǎn)品控制以實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)管理，得以使整個(gè)流水線管理自動(dòng)化。RFID系統(tǒng)一由RFID系統(tǒng)由閱讀器、應(yīng)答器(標(biāo)簽)和應(yīng)用統(tǒng)三部分組成，通過電波在響應(yīng)媒介和詢問媒介間傳遞信息。閱讀器，一般是一臺(tái)內(nèi)含天線和芯片解碼器的閱讀(時(shí)還可以寫入)設(shè)備，可設(shè)為手持式或固定式；閱讀器可無接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別體的目的。通常閱讀器與電腦相連，所讀取的-19-

標(biāo)簽信息被傳送到電腦上進(jìn)行下一步處理。應(yīng)用系統(tǒng)，一般是由計(jì)算機(jī)支撐的有線或無線管理系統(tǒng)。視不同應(yīng)用要求，對(duì)于實(shí)時(shí)型的智能型控制器，不一定必須要有后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)。標(biāo)簽，主要是射頻標(biāo)簽，響應(yīng)端內(nèi)含天線，兩者組成所謂的“雷達(dá)收發(fā)機(jī)”，以卡、標(biāo)簽等形式存在。RFID物品識(shí)的目標(biāo)是為每一物理實(shí)體提供唯一標(biāo)識(shí)與傳統(tǒng)條碼技術(shù)相比有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：①唯一標(biāo)識(shí)。條碼只能識(shí)別一類產(chǎn)品而無法識(shí)別單品,因此條碼容易偽造。RFID可以為單品提供唯一標(biāo)識(shí)。②讀取方便。條碼是可視傳播技術(shù)。即掃描儀必須“看見”條碼才能讀取它,這表明人們通常必須將條碼對(duì)準(zhǔn)掃描儀才有效。相,無線電識(shí)別并不需要可視傳輸技,射頻標(biāo)簽只要在識(shí)讀器的讀取范圍內(nèi)就可以,甚至可以穿過外包裝進(jìn)行識(shí)別。這大大減少了人的參與,提高了識(shí)別效率。③長壽耐用。紙型條碼容易破損和受到污染。而RFID電子標(biāo)簽可以應(yīng)用于粉塵、油污等高污染環(huán)境和放射性環(huán)境。④動(dòng)態(tài)更改。條碼信息一旦需要更改就必須重貼而RFID電子標(biāo)簽中的信息可以編輯,便于更新。⑤可擴(kuò)展性RFID電標(biāo)簽存儲(chǔ)的是電子數(shù)據(jù)在需要的時(shí)候可以改變其中的編碼結(jié)構(gòu),便于升級(jí)。⑥RFID電子標(biāo)簽可以設(shè)置密碼保密性強(qiáng)。三、傳感技術(shù)在未來的物聯(lián)網(wǎng)中傳感器及其組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)將在數(shù)據(jù)采集前端發(fā)揮重要的作用。傳感器是指“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。目前對(duì)傳感器尚無一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的可按傳感器的物理量、工作原-20-

理、輸出信號(hào)的性質(zhì)這三種方式來分類。此外，按照是否具有信息處理功能來分類的意義越來越重要，特別是在未來的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。按照這種分類方式，傳感器可分為一般傳感器和智能傳感器。一般傳感器采集的信息需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；智能傳感器帶有微處理器，本身具有采集、處理、交換信息的能力，具備數(shù)據(jù)精度高、高可靠性與高穩(wěn)定性、高信噪比與高的分辨力、強(qiáng)的自適應(yīng)性、低的價(jià)格性能比等特點(diǎn)。RFIDRadio Frequency Identification無線電射頻識(shí)別）是一種短距離無線通信技術(shù)，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律，通常與唯一識(shí)別碼結(jié)合用于自動(dòng)識(shí)別，是物聯(lián)網(wǎng)廣泛受關(guān)注的識(shí)別技術(shù)之一。最基本的RFID系統(tǒng)包括標(biāo)簽、閱讀器、天線三部分。標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象，可根據(jù)是否有電源分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽。對(duì)于無源標(biāo)簽，閱讀器（手持式或固定式）不斷發(fā)出無線電波，在周圍形成磁場(chǎng)，標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息；對(duì)于有源標(biāo)簽，則可以主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)。閱讀器讀取信息并解碼后，送至后臺(tái)信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。在這其中，射頻信號(hào)的傳遞是通過兩方的天線完成的。具有無需接觸、自動(dòng)化程度高、耐用可靠、識(shí)別速度快、適應(yīng)各種工作環(huán)境、可實(shí)現(xiàn)高速和多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別等優(yōu)勢(shì)，使其可用于廣泛的領(lǐng)域，如物流和供應(yīng)鏈管理、門禁安防系統(tǒng)道路自動(dòng)收費(fèi)航空行李處理文檔追蹤圖書館管理電子支付生產(chǎn)制造和裝配、物品監(jiān)視、汽車監(jiān)控、動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)等?？梢赃@樣說RFID將是用途最廣泛的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。不過，RFID系統(tǒng)目前成本較高，這是它與條碼等識(shí)別技術(shù)相比的顯著劣勢(shì)。四、兩化合兩化融合是信息化和工業(yè)化的高層次的深度結(jié)合,是指以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走新型工業(yè)化道路；兩化融合的核心就是信息化支撐，追求可持續(xù)發(fā)展模式。信息化與工業(yè)化主要在技術(shù)、產(chǎn)品、業(yè)務(wù)、產(chǎn)業(yè)四個(gè)方面進(jìn)行融合。也就是說，兩化融合包括技術(shù)融合、產(chǎn)品融合、業(yè)務(wù)融合、產(chǎn)業(yè)衍生四個(gè)方面。技術(shù)融合是指工業(yè)技術(shù)與-21-

信息技術(shù)的融合，產(chǎn)生新的技術(shù)，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新。例如，汽車制造技術(shù)和電子技術(shù)融合產(chǎn)生的汽車電子技術(shù)，工業(yè)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)融合產(chǎn)生的工業(yè)控制技術(shù)。產(chǎn)品融合是指電子信息技術(shù)或產(chǎn)品滲透到產(chǎn)品中，增加產(chǎn)品的技術(shù)含量。例如，普通機(jī)床加上數(shù)控系統(tǒng)之后就變成了數(shù)控機(jī)床，傳統(tǒng)家電采用了智能化技術(shù)之后就變成了智能家電，普通飛機(jī)模型增加控制芯片之后就成了遙控飛機(jī)。信息技術(shù)含量的提高使產(chǎn)品的附加值大大提高。業(yè)務(wù)融合是指信息技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、市場(chǎng)營銷等各個(gè)環(huán)節(jié)，推動(dòng)企業(yè)業(yè)務(wù)創(chuàng)新和管理升級(jí)。例如，計(jì)算機(jī)管理方式改變了傳統(tǒng)手工臺(tái)賬，極大地提高了管理效率；信息技術(shù)應(yīng)用提高了生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化程度，生產(chǎn)效率大大提高；網(wǎng)絡(luò)營銷成為一種新的市場(chǎng)營銷方式，受眾大量增加，營銷成本大大降低。產(chǎn)業(yè)衍生是指兩化融合可以催生出的新產(chǎn)業(yè)，形成一些新興業(yè)態(tài)，如工業(yè)電子、工業(yè)軟件、工業(yè)信息服務(wù)業(yè)。工業(yè)電子包括機(jī)械電子、汽車電子、船舶電子、航空電子等；工業(yè)軟件包括工業(yè)設(shè)計(jì)軟件、工業(yè)控制軟件等；工業(yè)信息服務(wù)業(yè)包括工業(yè)企業(yè)B2B電子商務(wù)、工業(yè)原材料或產(chǎn)成品大宗交易、工業(yè)企業(yè)信息化咨詢等。第三節(jié)

通信技與據(jù)融合術(shù)一、網(wǎng)絡(luò)信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器到機(jī)器、人到機(jī)器和機(jī)器到人的信息傳輸中，有多種通信技術(shù)可供選擇他們主要分為有（如等無如CDMAWLAN等）兩大類技術(shù)，這些技術(shù)均已相對(duì)成熟。在物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)中，格外重要的是無線傳感網(wǎng)技術(shù)。（一）無線感網(wǎng)主要技無線傳感網(wǎng)(是集分布式信息采集、傳輸和處理技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，以其低成本、微型化、低功耗和靈活的組網(wǎng)方式、鋪設(shè)方式以及適合移動(dòng)目標(biāo)等特點(diǎn)受到廣泛重視。物聯(lián)網(wǎng)正是通過遍布在各個(gè)角落和物體上的形形色色的傳感器以及由它們組成的-22-

無線傳感網(wǎng)絡(luò)，來感知整個(gè)物質(zhì)世界的。目前，面向物聯(lián)網(wǎng)的傳感網(wǎng)，主要涉及以下幾項(xiàng)技術(shù)。①測(cè)試及網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控技術(shù)。綜合傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)其進(jìn)行處理、傳輸。只有依靠先進(jìn)的分布式測(cè)試技術(shù)與測(cè)量算法，才能滿足日益提高的測(cè)試和測(cè)量需求。②智能化傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)。所謂傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)是指一個(gè)微型化的嵌入式系統(tǒng)。在感知物質(zhì)世界及其變化的過程中，需要檢測(cè)的對(duì)象很多，譬如溫度、壓力、濕度、應(yīng)變等，因此需要微型化、低功耗的傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)來構(gòu)成無線傳感網(wǎng)的基礎(chǔ)層支持平臺(tái)。這不但需要采用MEMS加工技術(shù)，設(shè)計(jì)符合物聯(lián)網(wǎng)要求的微型傳感器，使之可識(shí)別和配接多種敏感元件，并適用于主被動(dòng)各種檢測(cè)方法；另外，傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)還應(yīng)具有強(qiáng)抗干擾能力，以適應(yīng)惡劣工作環(huán)境的需求。這里重要的是，利用傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)具有的局域信號(hào)處理功能，在傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)附近局部完成一定的信號(hào)處理，使原來由中央處理器實(shí)現(xiàn)的串行處理、集中決策的系統(tǒng)，成為一種并行的分布式信息處理系統(tǒng)。③傳感網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)及底層協(xié)議絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議分層以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的集合，是對(duì)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成功能的定義和描述。對(duì)傳感網(wǎng)而言，其網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，已經(jīng)提出了多種參考模型。就傳感網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)而言，也可以由分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、傳感網(wǎng)管理以及應(yīng)用支撐技術(shù)三個(gè)部分組成。其中，分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議結(jié)構(gòu)類似T協(xié)議體系結(jié)構(gòu)；傳感網(wǎng)管理技術(shù)主要是對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)自身的管理以及用戶對(duì)傳感網(wǎng)的管理；分層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)是傳感網(wǎng)應(yīng)用支撐技術(shù)的基礎(chǔ)。④對(duì)傳感網(wǎng)自身的檢測(cè)與自組織。傳感網(wǎng)是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的底層和信息來源，網(wǎng)絡(luò)自身的完整性、完好性和效率等性能至關(guān)重要，因此，需要對(duì)傳感網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)及信號(hào)傳輸通暢性進(jìn)行良好監(jiān)測(cè)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的有效控制。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，傳感網(wǎng)中存在大量傳感器節(jié)點(diǎn)，密度較高，當(dāng)某一傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有可能會(huì)發(fā)生變化，因此，設(shè)計(jì)傳感網(wǎng)時(shí)應(yīng)考慮傳感網(wǎng)的自組織能力、自動(dòng)配置能力及可擴(kuò)展能力。⑤傳感網(wǎng)安全。傳感網(wǎng)除了具有一般無線網(wǎng)絡(luò)所面臨的信息泄露、信息篡改、重放攻擊、拒絕服務(wù)等多種威脅之外，還面臨傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)容易被攻擊者物理操縱，獲取存儲(chǔ)在傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中的信息，從而控制部分網(wǎng)絡(luò)的安全威脅。這顯然需要通過其他的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)來提高傳感網(wǎng)的安全性能。如在通信前進(jìn)行節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)的身份認(rèn)證；設(shè)計(jì)新的密鑰協(xié)商算法，使得即使有一小部分節(jié)點(diǎn)被惡意控制，攻擊者也不能或很難從獲取的節(jié)點(diǎn)信息推導(dǎo)出-23-

其他節(jié)點(diǎn)的密鑰信息；對(duì)傳輸信息加密解決竊聽問題；保證網(wǎng)絡(luò)中的傳感信息只有可信實(shí)體才可以訪問；采用一些跳頻和擴(kuò)頻技術(shù)減輕網(wǎng)絡(luò)堵塞等問題。（二）物聯(lián)的部分網(wǎng)絡(luò)信技術(shù)根據(jù)目前物聯(lián)網(wǎng)所涵蓋的概念，其工作范圍可以分成兩大塊：一塊是體積小、能量低、存儲(chǔ)容量小、運(yùn)算能力弱的智能小物體的互聯(lián)，即傳感網(wǎng)；另一塊是沒有上述約束的智能終端的互聯(lián)，如智能家電、視頻監(jiān)控等。對(duì)于智能小物體網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)目前有兩項(xiàng)：一是基于聯(lián)盟開發(fā)的協(xié)議進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)或者其他智能物體的互聯(lián)；另一技術(shù)是聯(lián)盟所倡導(dǎo)的通過IP實(shí)現(xiàn)傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)或者其他智能物體的互聯(lián)。①ZigBee技術(shù)ZigBee技術(shù)是基于底層準(zhǔn)，用于短距離范圍、低傳輸數(shù)據(jù)速率的各種電子設(shè)備之間的無線通信技術(shù)，它定義了網(wǎng)絡(luò)

/安全層和應(yīng)用層。ZigBee技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，技術(shù)體系已相對(duì)成熟，并已形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。在標(biāo)準(zhǔn)方面，已發(fā)布ZigBee技術(shù)的第個(gè)版本V1.2；對(duì)于芯片，已能夠規(guī)模生產(chǎn)基于802.15.4的網(wǎng)絡(luò)射頻芯片和新一代的

射頻芯片（將單片機(jī)和射頻芯片整合在一起應(yīng)用方面技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)精確農(nóng)業(yè)家庭和樓宇自動(dòng)化醫(yī)學(xué)、消費(fèi)和家用自動(dòng)化、道路指示/安全行路等眾多領(lǐng)域。②與IPv6相關(guān)聯(lián)的術(shù)。若將物聯(lián)網(wǎng)建立在數(shù)據(jù)分組交換技術(shù)基礎(chǔ)之上，則將采用數(shù)據(jù)分組網(wǎng)即IP網(wǎng)作為承載網(wǎng)。IPv6作為下一代IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具有豐富的地址資源，能夠支持動(dòng)態(tài)路由機(jī)制，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信在地址、網(wǎng)絡(luò)自組織以及擴(kuò)展性方面的要求但是由于議棧過于龐大復(fù)雜不能直接應(yīng)用到傳感器設(shè)備中需要對(duì)協(xié)議棧和路由機(jī)制作相應(yīng)的精簡，才能滿足低功耗、低存儲(chǔ)容量和低傳送速率的要求。目前有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織進(jìn)行相關(guān)研究，IPSO聯(lián)盟于2008年月，已發(fā)布了一種最小的協(xié)議棧。二、數(shù)據(jù)合與智能技物聯(lián)網(wǎng)是由大量傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，在信息感知的過程中，采用各個(gè)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)傳輸數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點(diǎn)的方法是不可行的。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)存在大量冗余信息，會(huì)浪費(fèi)大量的通信帶寬和寶貴的能量資源。此外，還會(huì)降低信息的收集效率，影響信息采集的及時(shí)性，所以需要-24-

采用數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù)進(jìn)行處理。（一）布式數(shù)據(jù)融所謂數(shù)據(jù)融合是指將多種數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行處理，組合出高效且符合用戶需求的數(shù)據(jù)的過程。在傳感網(wǎng)應(yīng)用中，多數(shù)情況只關(guān)心監(jiān)測(cè)結(jié)果，并不需要收集大量原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)融合是處理該類問題的有效手段。例如，借助數(shù)據(jù)稀疏性理論在圖像處理中的應(yīng)用，可將其引入傳感網(wǎng)用于數(shù)據(jù)壓縮，以改善數(shù)據(jù)融合效果。分布式數(shù)據(jù)融合技術(shù)需要人工智能理論的支撐，包括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，以及計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論。同時(shí)，還需掌握智能信號(hào)處理技術(shù)，如信息特征識(shí)別和數(shù)據(jù)融合、物理信號(hào)處理與識(shí)別等。（二）量信息智能析與控海量信息智能分析與控制是指依托先進(jìn)的軟件工程技術(shù)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的各種信息進(jìn)行海量存儲(chǔ)與快速處理，并將處理結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給物聯(lián)網(wǎng)的各種"制"件。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(shí)分析后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(dòng)或被動(dòng)的實(shí)現(xiàn)與用戶的溝通，這也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。智能分析與控制技術(shù)主要包括人工智能理論、先進(jìn)的-機(jī)交互技術(shù)、智能控制技術(shù)與系統(tǒng)等。物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是給物體賦予智能，以實(shí)現(xiàn)人與物體的交互對(duì)話，甚至實(shí)現(xiàn)物體與物體之間的交互或?qū)υ?。為了?shí)現(xiàn)這樣的智能性，例如，控制智能服務(wù)機(jī)器人完成既定任務(wù)包括運(yùn)動(dòng)軌跡控制、準(zhǔn)確的定位及目標(biāo)跟蹤等，需要智能化的控制技術(shù)與系統(tǒng)。-25-

第四章

物聯(lián)網(wǎng)未來的展面臨挑戰(zhàn)及方向第一節(jié)

物聯(lián)網(wǎng)展臨的挑一、基礎(chǔ)究方面的挑美國加州大學(xué)伯克利分校EdwardA.Lee授在分析了當(dāng)今計(jì)算和聯(lián)網(wǎng)方式與物理處理過程,提出了兩者的差異:理系統(tǒng)中的部件在安全性和可靠性方面的需求與通用計(jì)算部件存在質(zhì)的差異;理部件與面向?qū)ο蟮能浖考泊嬖谫|(zhì)的差異,計(jì)算和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用的基于方法調(diào)用和線程的標(biāo)準(zhǔn)抽象體系在物理系統(tǒng)中無法工作。

由此,Lee教授提出這樣的疑問:天的計(jì)算和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是否能夠?yàn)殚_發(fā)CPS系統(tǒng)提供足夠的基礎(chǔ)其研究結(jié)論是:須再造計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)的抽象體系,以便統(tǒng)一物理系統(tǒng)的動(dòng)性和計(jì)算的離散性。如何再造計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)的抽象體系,這是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)研究的核心內(nèi),包括如何在編程語言中增加時(shí)序,如何重新定義操作系統(tǒng)和編程語言的接口,如何重新思考硬件與軟件的劃分,何在互聯(lián)網(wǎng)中增加時(shí)序,何計(jì)算系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性和可靠性等。二、技術(shù)發(fā)方面的挑物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)中,面臨諸多的技術(shù)開發(fā)方面的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)是嵌入式系統(tǒng)、聯(lián)網(wǎng)和控制系統(tǒng)的集成,它由計(jì)算系統(tǒng)、包含傳感器和執(zhí)行器的嵌入式系統(tǒng)等異構(gòu)系統(tǒng)組,先需要解決物理系統(tǒng)與計(jì)算系統(tǒng)協(xié)同處理。

在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,件檢測(cè)和動(dòng)作決策操作涉及到時(shí)間和空間,些操作必須準(zhǔn)確和實(shí)時(shí),保證物聯(lián)網(wǎng)操作中時(shí)間和空間的正確性。需要分析事件的時(shí)間和空間特性,設(shè)計(jì)面向物聯(lián)網(wǎng)的、具有時(shí)間和空間條件限制的分層物聯(lián)網(wǎng)事件模型。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)中,還需要建立物聯(lián)網(wǎng)的可依性模型,也是進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的一個(gè)挑戰(zhàn)。采用傳統(tǒng)的方法,分別評(píng)價(jià)、建模和仿真組成物聯(lián)網(wǎng)的物理裝置和網(wǎng)絡(luò)部件,這無法構(gòu)造整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可依賴模型。必-26-

須建立物理裝置和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的相互依賴模型,其中包括構(gòu)建定性的物聯(lián)網(wǎng)交互依賴,構(gòu)建量化的物聯(lián)網(wǎng)交互依賴模型,按照物聯(lián)網(wǎng)中的物理裝置和網(wǎng)絡(luò)部件屬性描述物聯(lián)網(wǎng)的可依賴性,證這種可依賴性模型的正確性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)中,需要面臨如何構(gòu)建面向物聯(lián)網(wǎng)中間件的技術(shù)難題。中間件可以減少50%的軟件開發(fā)時(shí)間和成本,由于資源的限制、服務(wù)質(zhì)量要求、可靠性要求等,通用的中間件無法滿足CPS應(yīng)用開發(fā)的需求]但,重開發(fā)一個(gè)面向CPS的中間件似乎難度較大,現(xiàn)代軟件技術(shù)的一個(gè)基本原則是軟件重用。所以,可考慮采用面向應(yīng)用領(lǐng)域的定制方法改造中間件。但是,改造一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、功能繁瑣的通用中間件的成本是否一定小于構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的、功能簡潔的專用中間件,這是需要研究的問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)中面臨許多挑戰(zhàn)如提供安全、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的正確性驗(yàn)證技術(shù)[嵌入式萬維網(wǎng)服務(wù)開發(fā)技術(shù)、隱私保護(hù)技術(shù)]及安全控制技術(shù)等,這些技術(shù)是決定物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能否得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。第二節(jié)

物聯(lián)網(wǎng)來發(fā)展前隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，讓人們認(rèn)識(shí)到只有新的技術(shù)，才能更好地發(fā)展經(jīng)濟(jì)，競爭力才能加強(qiáng)。以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新興產(chǎn)業(yè)目前正在全國快速有序地推進(jìn)，為使我國在新一輪信息技術(shù)革命中處于最有利地位，保持我們的競爭力、保障我們的利益以及推進(jìn)我們的全球影響力，我國政府正持續(xù)在政策和資金方面加大對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的投入，調(diào)動(dòng)各類資源特別是智力資源參與物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)。任何新興產(chǎn)業(yè)都是建立在舊有產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)之上，但又不同于舊有產(chǎn)業(yè)，工業(yè)革命、互聯(lián)網(wǎng)革命無不如此，今天我們站在了物聯(lián)網(wǎng)的船頭，互聯(lián)網(wǎng)的影響力無處不在，很多人仍然抱有習(xí)慣性的思維，從互聯(lián)網(wǎng)的角度看待和討論物聯(lián)網(wǎng)，而這正大大削弱和制約著物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)不僅是簡單意義上的物物相聯(lián)，它在更深的層次上是一個(gè)全球性的生態(tài)系統(tǒng)，-27-

在這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中人類僅僅是其中非常小的一部分但人類的參與是其中最重要的特征，參與的形式不再停留在基本的生存生活階段，而會(huì)過渡到更高級(jí)的感知自然，認(rèn)知自然，理解自然，順應(yīng)自然，利用自然的新階段。如果說互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展推動(dòng)了人類對(duì)于自身的認(rèn)識(shí)，那么物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將極大提升人類認(rèn)識(shí)自然、認(rèn)識(shí)自身的能力，為人類重新融入自然、應(yīng)對(duì)各種地質(zhì)災(zāi)害、各種自然挑戰(zhàn)提供保障，這些對(duì)于人類在地球上的長期生存、延續(xù)、發(fā)展具有重要意義。長期來看，物聯(lián)網(wǎng)不僅是應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)危機(jī)，提升競爭力的有力工具，它更是人類發(fā)展的必然階段，它將以前破碎的互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象、地質(zhì)等等有機(jī)地連接起來形成一個(gè)巨大的智慧生態(tài)系統(tǒng)，人們對(duì)它價(jià)值的認(rèn)知才剛剛開始。在物聯(lián)網(wǎng)的初期雛形中，與人密切相關(guān)的部分就是家庭，與人頻繁互動(dòng)的就是家居系統(tǒng)，智能家居系統(tǒng)成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期最重要最直接最廣泛的應(yīng)用，它將影響到交通、電力、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、金融等等一系列的行業(yè)，成為這些行業(yè)應(yīng)用的中心，智能家居將成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初級(jí)階段最龐大的產(chǎn)業(yè)，也可以說離開了家庭這個(gè)最基本的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，智慧城市、智慧地球就失去了意義。物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)重要特征就是能夠快速大規(guī)模部署并能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，這樣的特征就要求我們的家居產(chǎn)品必須具備無線、無縫、綠色、安全、可靠的能力，從這些基本能力來看，傳統(tǒng)的所謂智能家居產(chǎn)品顯然已經(jīng)不能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的要求，這些傳統(tǒng)的思路、思想正日益成為阻礙物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的制約因素，成為物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用的無形漁網(wǎng)，現(xiàn)在是拋棄綜合布線、系統(tǒng)集成思想的時(shí)候了，我們應(yīng)該營造良好的創(chuàng)新氛圍，給各種無線應(yīng)用以新的舞臺(tái)，迅速淘汰落后的、過時(shí)的有線智能家居產(chǎn)品。從市場(chǎng)情況來看，目前最受歡迎的傳感器當(dāng)屬物聯(lián)網(wǎng)型無線空氣質(zhì)量探測(cè)器，這種探測(cè)器不僅安裝使用方便，當(dāng)教室內(nèi)空氣質(zhì)量下降時(shí)能夠及時(shí)啟動(dòng)排氣扇自動(dòng)通風(fēng)，更重要的是它能夠?qū)⑻綔y(cè)的空氣指標(biāo)通過無線方式非常方便地傳輸給云端記錄并分析，這些數(shù)據(jù)對(duì)于學(xué)校以、教育管理部門以及社會(huì)監(jiān)督具有非常重要的意義。-28-

結(jié)

論物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應(yīng)用與技術(shù)提升，將各種感知技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能與自動(dòng)化技術(shù)聚合與集成應(yīng)用，使人與物智慧對(duì)話，創(chuàng)造一個(gè)智慧的世界。物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展過程當(dāng)中還將會(huì)遭遇許多已知和未知的問題。

但是有各國政府的政策支持、研究機(jī)構(gòu)的技術(shù)支持、相關(guān)企業(yè)的資金支持及普通老百姓的市場(chǎng)支持，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)必將擁有一個(gè)美好的明天，IBM的智慧地球”目標(biāo)也總將得以實(shí)現(xiàn)。-29-

致

謝光陰似箭，轉(zhuǎn)眼間，大學(xué)三年的生活就要結(jié)束了。有失有得，但是時(shí)間不會(huì)倒流，人生應(yīng)該充滿希望向前看。在此，我通過這段文字感謝三年來在成長道路上扶持過我，幫助過我的所有人。這篇文章從開題到最后定稿雖然遇到重重困難，但我努力做到及時(shí)積極地跟徐老師交流，使我的論文更加完善。幾經(jīng)波折，我的論文終于完成。在不斷完善和修改的過程中，也讓我更加懂得“一分耕耘才有一分收獲”的道理。在此對(duì)您表示真誠的感謝。然后還要感謝所有在大學(xué)期間傳授我知識(shí)的老師，每一位老師的悉心教導(dǎo)都是我完成這篇論文的基礎(chǔ)。特別是徐老師，對(duì)我的論文提出了許多中肯的意見，讓我受益匪淺。雖然前進(jìn)的路途充滿曲折，但我會(huì)銘記每位老師對(duì)我的關(guān)懷與指導(dǎo)，帶著我對(duì)人生的理想，走向更廣闊的天地，并努力實(shí)現(xiàn)我的理想。最后要感謝的是我的父母和家人，是你們?cè)谖页砷L的道路上一如既往的給我支持與鼓勵(lì)。三年來，你們和我一起分享快樂，和我一起品嘗憂愁。無論我成功與否，你們都在我的身邊陪伴著我。謝謝你們，我會(huì)繼續(xù)努力。-30-

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附

錄一、英文文EUnetworkingroadmapfornetworkingapplicationsofThingsApplicationDomainsTheofofcanberegardedanofthebetweenhumansandapplicationsthroughthenewdimensionof“ThingscommunicationandIoTwillvalueandcapabilitiesoflocalisedofdatacapture(AIDC)andotherinterfacingtechnologiesandexamplesofIoTapplicationswillgiveninthefollowingTheterm“Things”canperceivedadifferentwayanddependingthedomainwhichInIndustry,the“Thingmaytypicallybetheproductitself,theequipment,transportationmeans,etc;everythingthatparticipatesintheproductlifecycle.InEnvironmentmightrefertothetrees,aetc.Lastly,inthewholethe“Thing”berelatedtodeviceswithinpublicspacesdevicesforAmbientAssistedLiving,etc.inofapplicationsforofThings,weneedtoapplicationdomains,ThecharacteristicsofandsomearepresentedTableIoT-DescriptionexamplesIndustry

involvingfinancialorcommercialbetweencompanies,organisationsandotherprotection,monitoring-32-

Manufacturing,logistics,financialgovernmentalauthorities,etc.Agriculture&environmental

ofallservices,services

Activities/regardingthedevelopmentandofsocieties,cities,

towardsandotherstructures(e-participation),people),etc.Sinceisolateoftheweneedtothinkinofapplicationsandservicesthatapplyatinter-domainlevel.Forofthefooddangerousgoods,hasnotwithindustrybuthasthatbetakenconsideration.Therefore,inofThingscanreferApplications(inofwholesystem/toolthatsupportsoroftheabovedomains)thatcateraspecificneedtheintra-interlevel.Whileapplicationsdomainshaveobjectives/goals,theydonhavesignificantlydifferentIoTapplicationswouldbeonplatform.IoTwillofofdifferentservices.exampleisuseofGSM,NFC(NearCommunication),lowpowerBluetooth,WLAN,multihopnetworks,networkswithtechnology.Inofapplicationsofthephone,differentapplicationssharetheSIM-card.NFCenablescommunicationsamonginasimplejustbythemThephonebeasaNFC-readerandtransmitdataacentralusedinaanroleforcredentials(likenumbers,creditaccounts,IDinformationetc).cannetworkscommunicationforspecializedpurposestoincreaseofcommunicationschannelsandcanformad-hocpeer-to-peernetworksinkeeptheofvitalinformationincasetelecommunicationinfrastructurefailures.Inlongbetweenclassictelecommunicationwillblur:serviceenvironmentwillbedifferentdomains)forsupportingtheofservicesofatthetimeensuringfrom(thatwillinevitablygoingtogrowused),Inthiscontext,serviceswillbecomposedfromstakeholders,andusersterminals.willcrossdifferentdomainsanduserswillabletocomposethemupmoreovertheywillreadilyadaptintotocomputingcommunicationenvironment.IoTwillofofdifferentservices.exampleisuseofGSM,NFC(NearCommunication),lowpower-33-

Bluetooth,WLAN,multihopnetworks,networkstogetherwithtechnology.InthesetypesofapplicationspartofapplicationsSIM-card.NFCenablescommunicationsamonginsimplesecurebythemtoeachother.phoneusedasatransmitthereaddataWhenusedinatheSIM-cardanasforNFCcredentials(likenumbers,creditcardaccounts,IDinformationcannetworkscomm