物聯(lián)網(wǎng)技術及應用38

物聯(lián)網(wǎng)第四學術部第一頁，共三十九頁。目錄1.物聯(lián)網(wǎng)2.物聯(lián)網(wǎng)的技術基礎3.物聯(lián)網(wǎng)的信息技術4.物聯(lián)網(wǎng)的應用領域5.物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀6.物流信息化第二頁，共三十九頁。1.物聯(lián)網(wǎng)是什么（1）物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱叫“TheInternetofthings”，即“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡連接在一起，方便識別和管理。

第三頁，共三十九頁。物聯(lián)網(wǎng)的特征

和傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)有其鮮明的特征。首先，它是各種感知技術的廣泛應用。物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的多種類型傳感器，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實時性，按一定的頻率周期性的采集環(huán)境信息，不斷更新數(shù)據(jù)。其次，它是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)技術的重要基礎和核心仍舊是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。在物聯(lián)網(wǎng)上的傳感器定時采集的信息需要通過網(wǎng)絡傳輸，由于其數(shù)量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時性，必須適應各種異構網(wǎng)絡和協(xié)議。還有，物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠對物體實施智能控制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結合，利用云計算、模式識別等各種智能技術，擴充其應用領域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應用領域和應用模式。第四頁，共三十九頁。（2）物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史1999年MITAuto-IDCenter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備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。2004年日本總務省提出u-Japan構想中，希望在2010年將日本建設成一個“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)字時代的人本主義：IT839戰(zhàn)略》以具體呼應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《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，報告指出，無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨，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)主動進行交換。射頻識別技術（RFID）、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將到更加廣泛的應用。

第五頁，共三十九頁。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)濟振興戰(zhàn)略。如果在基礎建設的執(zhí)行中，植入“智慧”的理念，不僅僅能夠在短期內有力的刺激經(jīng)濟、促進就業(yè)，而且能夠在短時間內為中國打造一個成熟的智慧基礎設施平臺。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)相適應的網(wǎng)絡監(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)展時明確指示要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術，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。第六頁，共三十九頁。2.物聯(lián)網(wǎng)的技術基礎物聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)萬物相聯(lián)，傳感技術是關鍵媒介。物聯(lián)網(wǎng)的技術包括射頻識別(RFID)技術、WSN網(wǎng)絡技術、紅外線、GPS、激光掃描、無線通信、藍牙技術等

。在這些技術當中，又以底層嵌入式設備芯片開發(fā)最為關鍵，引領整個行業(yè)的上游發(fā)展。下面我們則著重介紹RFID技術。第七頁，共三十九頁。

從條形碼到射頻識別，自動識別技術已經(jīng)有50年的歷史。RFID技術作為物聯(lián)網(wǎng)中最為重要核心技術，也將會是物聯(lián)網(wǎng)前端采集的主流應用形式。而且，相比二維條碼技術，RFID(電子標簽)擁有一些非常明顯的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾個方面：（1）遠距離、不接觸讀寫

RFID電子標簽信息讀取的最大距離可達8米。（2）多標簽讀寫

條形碼掃描儀一次只能讀取一條條形碼信息，電子標簽讀寫器可同時讀取多個RFID電子標簽信息。（3）數(shù)據(jù)可更新

條形碼印刷之后就無法更改，電子標簽可以反復修改、新增、刪除標簽內的數(shù)據(jù)信息。（4）穿透性

條形碼讀寫器在沒有物體阻擋下才能夠辯讀信息，RFID電子標簽即使即使被包裹后，也可以進行信息讀寫。（5）適應環(huán)境能力強

條形碼容易受到污染和磨損，電子標簽對水、油污等影響有很強的抗污和耐磨性。第八頁，共三十九頁。RFID技術-標準概況RFID作為物聯(lián)網(wǎng)中最為重要核心技術，對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起著至為重要作用。RFID目前仍然面臨著諸多問題有待解決。RFID的存在諸多國際標準，如影響力最大的EPCGlobal標準,支持各頻段的ISO/IEC標準,以及日本本土制造商SONY,NEC等支持的UID標準。各國際標準間互不兼容，導致RFID應用難以大范圍內推廣。目前，歐盟下的GRIFS項目致力于各RFID標準開發(fā)機構間相互合作。RFID的標簽成本仍然過高和中國自主制定的RFID標準推廣問題都成為制約物聯(lián)網(wǎng)問題的瓶頸之一。除此之外，目前RFID應用大多集中為閉環(huán)市場，集中于醫(yī)療，軍工等，到普及的開環(huán)市場還有一段時日。

小貼士：上海是我們國家應用RFID比較成熟也比較快的地區(qū)，上海港外高橋一至五期以及洋山港、蘆潮港的集裝箱貨車已全部采用RFID技術管理，其中港口通道68個，發(fā)放電子車牌15000余張，識別率在99％以上。第九頁，共三十九頁。WSN技術無線傳感器網(wǎng)絡就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡。傳感器網(wǎng)絡將能擴展人們與現(xiàn)實世界進行遠程交互的能力。無線傳感器網(wǎng)絡是一種全新的信息獲取平臺，能夠實時監(jiān)測和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內的各種檢測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關節(jié)點，以實現(xiàn)復雜的指定范圍內目標檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強等特點，有著廣闊的應用前景。美國商業(yè)周刊和MIT技術評論在預測未來技術發(fā)展的報告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡列為21世紀最有影響的21項技術和改變世界的10大技術之一。第十頁，共三十九頁。WSN網(wǎng)絡結構WSN網(wǎng)絡通常分為物理層、MAC層、網(wǎng)絡層、傳輸層，應用層。物理層定義WSN中的Sink,Node間的通信物理參數(shù)，使用哪個頻段，使用何種信號調制解調方式等。MAC層定義各節(jié)點的初始化，通過收發(fā)beacon,request,associate等消息完成自身網(wǎng)絡定義，同時定義的MAC幀的調試策略，避免多個收發(fā)節(jié)點間的通信沖突。在網(wǎng)絡層，完成邏輯路由信息采集，使收發(fā)網(wǎng)絡包裹能夠按照不同策略到使用最優(yōu)化路徑到達目標節(jié)點。傳輸層提供包裹傳輸?shù)目煽啃?，為應用層提供入口。應用層最終將收集后的節(jié)點信息整合處理，滿足不同應用程序計算需要第十一頁，共三十九頁。3.物聯(lián)網(wǎng)的信息技術

2009.8.7.溫總理考察國內研究物聯(lián)網(wǎng)的核心單位中科院無錫微納傳感網(wǎng)工程技術、研發(fā)中心時指出：“在傳感網(wǎng)發(fā)展中，要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術，要盡快把傳感系統(tǒng)和3G中的TD技術結合起來?！蔽锫?lián)網(wǎng)的信息技術也主要體現(xiàn)在移動通信技術上，即2G、3G與4G技術。第十二頁，共三十九頁。3G技術的背景2008年5月，由國資委牽頭的電信業(yè)務重組方案正式公布，中國聯(lián)通的CDMA網(wǎng)與GSM網(wǎng)被拆分，前者并入中國電信，組建為新電信，后者吸納中國網(wǎng)通成立新聯(lián)通，鐵通則并入中國移動成為其全資子公司，中國衛(wèi)通的基礎電信業(yè)務將并入中國電信。根據(jù)電信業(yè)重組方案，3G牌照的發(fā)放方式是：新中國移動獲得TD－SCDMA牌照，新中國電信獲得CDMA2000牌照，中國聯(lián)通獲得WCDMA牌照。2009年1月7日14:30，工業(yè)和信息化部為中國移動、中國電信和中國聯(lián)通發(fā)放3張第三代移動通信(3G)牌照，此舉標志著我國正式進入3G時代。第十三頁，共三十九頁。4G技術

3G與2G的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠在全球范圍內更好地實現(xiàn)無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務，同時也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。而4G通信技術將繼續(xù)大幅提高通話質量及數(shù)據(jù)通信速度。目前，4G通信技術相關的科研和應用探索已經(jīng)在全球各大高校和企業(yè)研究中心內悄然進行。4G最大的優(yōu)勢在于更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，預計數(shù)據(jù)傳輸速率會超過100Mbit/s，這個速率是目前移動電話數(shù)據(jù)傳輸速率的1萬倍，也是3G移動電話速率的50倍。隨之而來的高清晰電視電影節(jié)目將推動手機新的應用模式。此外，4G通信技術有望集成不同模式的無線通信協(xié)議，從無線局域網(wǎng)和藍牙等室內無線網(wǎng)絡，到室外的蜂窩信號、廣播電視到衛(wèi)星通信，移動用戶可以自由地從一個標準漫游到另一個標準。第十四頁，共三十九頁。4G關鍵技術接入方案：第一代無線通信標準使用普通的TDMA或FDMA。TDMA在高速率信道上，為了避免多徑效應，需要加大保護周期，這使TDMA變得低效。2G的無線通信標準GSM使用TDMA和FDMA的結合形式做為接入方案，而CDMA標準使用另外一種接入技術：CDMA。而在3G中，IS-2000,UMTS,HSXPA,1xEV-DO,TD-SCDMA接入方案都為CDMA。在4G中，新的接入方案將得到布署，這包括OFDMA和SC-FDMA,MC-CDMA等。IPv6支持：在3G標準的基礎架構中，同時使用并行的電路交換和數(shù)據(jù)包交換網(wǎng)絡，在4G中，將只支持數(shù)據(jù)包交換網(wǎng)絡，有利于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t。IPv6擁有著用之不盡的

IP地址，足以滿足全球所有手機終端的編號支持。高級天線系統(tǒng)：在4G中，將會使用多天線技術，這將意味著高速率，高穩(wěn)定，遠距離通信的實現(xiàn)。多天線意味著空間利用(spatialmultiplexing)，對功耗限制和帶寬保留的實現(xiàn)起著重要作用。MIMO是多天線系統(tǒng)中的代表技術，在下一代無線局域網(wǎng)802.11n中，已得到廣泛布署，未來的手機和移動基礎也將會大量布署MIMO技術。第十五頁，共三十九頁。4.物聯(lián)網(wǎng)的應用領域

物聯(lián)網(wǎng)的應用極其廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等多個領域。第十六頁，共三十九頁。物聯(lián)網(wǎng)應用領域-電力電網(wǎng)減少停電現(xiàn)象通過在智慧的電力中安裝先進分析和優(yōu)化引擎，電力提供商可以突破“傳統(tǒng)”網(wǎng)絡的瓶頸，而直接轉向能夠主動管理電力故障的“智能”電網(wǎng)。對電力故障的管理計劃不僅考慮到了電網(wǎng)中復雜的拓撲結構和資源限制，還能夠識別同類型發(fā)電設備，這樣，電力提供商就可以有效地安排停電檢測維修任務的優(yōu)先順序。如此一來，停電時間和頻率可減少約30%，停電導致的收入損失也相應減少，而電網(wǎng)的可靠性以及客戶的滿意度都得到了提升。第十七頁，共三十九頁。減少停電現(xiàn)象第十八頁，共三十九頁。物聯(lián)網(wǎng)應用領域-電力電網(wǎng)智能電表在智慧的電力設施的支持下，智能電表可以重新定義電力提供商和客戶的關系。通過安裝內容豐富且讀取方便的設備，用戶可了解在任何時刻的電力費用，并且用戶還可以隨時獲取一天中任意時刻的用電價格(查看前后的記錄)，這樣電力提供商就為用戶提供了很大的靈活性，用戶可以根據(jù)了解到的信息改變其用電模式。智能電表不僅可以測量用電量，它還是電網(wǎng)上的傳感器，可以協(xié)助檢測波動和停電。它還能儲存和關聯(lián)信息，支持電力提供商完成遠程開啟或關閉服務，也能遠程支持使用后支付或提前支付等付費方式的轉換?？偠灾?，智能電表可大幅度減小系統(tǒng)的峰值負荷，轉換電力操作模式，也能重新定義客戶體驗。第十九頁，共三十九頁。第二十頁，共三十九頁。物聯(lián)網(wǎng)應用領域-醫(yī)療系統(tǒng)整合的醫(yī)療平臺整合的醫(yī)療保健平臺根據(jù)需要通過醫(yī)院的各系統(tǒng)收集并存儲患者信息，并將相關信息添加到患者的電子醫(yī)療檔案，所有授權和整合的醫(yī)院都可以訪問。這樣資源和患者能夠有效地在各個醫(yī)院之間流動，通過各醫(yī)院之間適當?shù)墓芾硐到y(tǒng)，政策，轉診系統(tǒng)等。這個平臺滿足一個有效的多層次醫(yī)療網(wǎng)絡對信息分享的需要。

第二十一頁，共三十九頁。整合的醫(yī)療平臺

第二十二頁，共三十九頁。電子健康檔案系統(tǒng)第二十三頁，共三十九頁。物聯(lián)網(wǎng)應用領域-城市設施實時城市管理實時城市管理設立一個城市監(jiān)控報告中心，將城市劃分為多個網(wǎng)格，這樣系統(tǒng)能夠快速收集每個網(wǎng)格中所有類型的信息，城市監(jiān)控中心依據(jù)事件的緊急程度上報或指派相關職能部門(如火警，警察局，醫(yī)院)采取適當?shù)男袆?，這樣政府就可實時監(jiān)督并及時響應城市事件。整合的公共服務新的公共服務系統(tǒng)將不同職能部門(如民政、社保、警察局、稅務等)中原本孤立的數(shù)據(jù)和流程整合到一個集成平臺，并創(chuàng)建一個統(tǒng)一流程來集中管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，為居民提供更加便利和高效的一站式服務第二十四頁，共三十九頁。實時城市管理與整合的公共服務第二十五頁，共三十九頁。物聯(lián)網(wǎng)應用領域-交通管理實時交通信息

智慧的道路是減少交通擁堵的關鍵，但我們仍不了解行人、車輛、貨物和商品在市內的具體移動狀況。因此，獲取數(shù)據(jù)是重要的第一步。通過隨處都安置的傳感器，我們可以實時獲取路況信息，幫助監(jiān)控和控制交通流量。人們可以獲取實時的交通信息，并據(jù)此調整路線，從而避免擁堵。未來，我們將能建成自動化的高速公路，實現(xiàn)車輛與網(wǎng)絡相連，從而指引車輛更改路線或優(yōu)化行程。道路收費

通過RFID技術以及利用激光、照相機和系統(tǒng)技術等的先進自由車流路邊系統(tǒng)來無縫地檢測、標識車輛并收取費用。第二十六頁，共三十九頁。實時交通信息第二十七頁，共三十九頁。物聯(lián)網(wǎng)應用領域-物流供應鏈供應鏈網(wǎng)絡優(yōu)化通過使用強大的分析和模擬引擎來優(yōu)化從原材料至成品的供應鏈網(wǎng)絡，這可以幫助企業(yè)確定生產(chǎn)設備的位置，優(yōu)化采購地點，也能幫助公司制訂庫存分配戰(zhàn)略。使用后，公司可以通過優(yōu)化網(wǎng)絡設計來實現(xiàn)真正無縫的端到端供應鏈，這樣就能提高控制力，同時還能降低成本(交通運輸、存儲和庫存成本)、減少碳排放，也能改善客戶服務(備貨時間、按時交付、加速上市)。第二十八頁，共三十九頁。第二十九頁，共三十九頁。物聯(lián)網(wǎng)應用領域-通信行業(yè)在“2009年中國國際信息通信展覽會”上，中國移動展出了手機支付，這就是典型的物聯(lián)網(wǎng)概念應用。手機支付實際上主要是手機SIM卡的更換，由普通SIM卡更換為RFID-SIM卡，而不需要對手機進行更換。用戶在消費時，只需要將手機從接收器上輕輕一掃，就可以方便進行各種購物，以及獲得詳細的費用清單。中國電信一直在推介自己的全球眼技術，其實就是遠程監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)應用。比如上海海關都采用中國電信的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，通過畫面可以對貨物進行通關檢查，也減少人力。中國聯(lián)通日前在上海推出了公交卡手機，通過刷手機可以實現(xiàn)公交車票支付，這些都是典型的應用。第三十頁，共三十九頁。公交卡手機第三十一頁，共三十九頁。5.物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀歐盟估計，物聯(lián)網(wǎng)目前還不成熟，只是一些充滿前景的技術的展望，預計在應后的5到15年中會極大的改變我們的社會。中國媒體認為物聯(lián)網(wǎng)作為信息化的第三波潮流，將在未來幾來刺激經(jīng)濟發(fā)展，帶來相關行業(yè)的巨額投資。但中國物聯(lián)網(wǎng)的標準仍在制定中，相關技術并未發(fā)展成熟。用一位RFID廠商負責人的話來說，“熱炒的物聯(lián)網(wǎng)仍只是一個理想的狀態(tài)，3年甚至5年之后也未必能普遍應用?！彼^大部分的業(yè)務仍然會是數(shù)據(jù)采集應用的擴展，難以實現(xiàn)更加“智能”，很難實現(xiàn)“物與物對話”的“真正物聯(lián)網(wǎng)”。第三十二頁，共三十九頁。影響物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的五大因素個人隱私與數(shù)據(jù)安全--安全因素的考慮會影響物連網(wǎng)的設計，避免個人數(shù)據(jù)受竊聽受破壞的威脅。除此之外，專家稱物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展會改變人們對于隱私的理解，以最近的網(wǎng)絡社區(qū)流行為例，個人隱私是公眾熱議的話題。公眾信任---信息安全目前是廣大群眾對物聯(lián)網(wǎng)的主要關注點。如果物聯(lián)網(wǎng)的設計沒有健全的安全機制，會降低公眾對此信任。所有在設計物聯(lián)網(wǎng)之初，就有必要考慮的安全層面。

標準化

---標準化無疑是影響物聯(lián)邊普及的重要因素。目前RFID，WSN等技術領域還沒有一套完整的國際標準，各廠家的設備往往不能實現(xiàn)互操作。標準化將合理使用現(xiàn)在標準，或者在必要時創(chuàng)建新的統(tǒng)一標準。研究發(fā)展---物聯(lián)網(wǎng)相關技術仍處在不成熟階段，需要各國政府投入大量資金支持科研，技術轉化。

系統(tǒng)開放--物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開合理的商業(yè)模型運作和各種利益投資。對物聯(lián)網(wǎng)技術系統(tǒng)的開放，將會促進應用層面的開發(fā)和各種系統(tǒng)間的互操作性。第三十三頁，共三十九頁。6.物流信息化1.物流信息化物流信息化是指物流企業(yè)運用現(xiàn)代信息技術對物流過程中產(chǎn)生的全部或部分信息進行采集、分類、傳遞、匯總、識別、跟蹤、查詢等一系列處理活動，以實現(xiàn)對貨物流動過程的控制，從而降低成本、提高效益的管理活動。第三十四頁，共三十九頁。物流信息化的三層功能

第一是信息技術、網(wǎng)絡技術的普及和發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)技術解決了信息共享、信息傳輸?shù)臉藴蕟栴}和成本問題，使得信息更廣泛地成為控制、決策的依據(jù)和基礎。只要解決信息的采集、傳輸、加工、共享，就能提高決策水平，從而帶來效益。第二是企業(yè)在利益機制的驅動下，不斷追求降低成本和加快資金周轉，將系統(tǒng)論和優(yōu)化技術用于物流的流程設計和改造，融入新的管理制度之中。其作用有兩個：（1）是固化新的流程或新的管理制度，使其得以規(guī)范地貫徹執(zhí)行。（2）是在規(guī)定的流程中提供優(yōu)化的操作方案，例如倉儲存取的優(yōu)化方案，運輸路徑的優(yōu)化方案等。此時信息系統(tǒng)作用主要在于固化管理和優(yōu)化操作。

第三個層面是供應鏈的形成和供應鏈管理的作用上升，其中物流管理是其主要組成部分。其需要通過對上下游企業(yè)的信息反饋服務來提高供應鏈的協(xié)調性和整體效益，如生產(chǎn)企業(yè)與銷售企業(yè)