單元7 物聯(lián)網(wǎng)概述

單元七物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

模塊一認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)

模塊二物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)模塊三物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

123目錄模塊一認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)一、什么是物聯(lián)網(wǎng)二、物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展〔一〕物聯(lián)網(wǎng)的起源〔二〕物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展現(xiàn)狀〔三〕物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展面臨的問(wèn)題三、物聯(lián)網(wǎng)的特征四、物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)五、物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)誤區(qū)一、什么是物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)〔TheInternetofthings〕就是通過(guò)射頻識(shí)別〔RFID〕、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(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。從廣義上講，物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展的前景，能夠?qū)崿F(xiàn)人在任何時(shí)間、地點(diǎn)，使用任何網(wǎng)絡(luò)與任何人與物的信息交換。從狹義上講，物聯(lián)網(wǎng)是物品之間通過(guò)傳感器連接起來(lái)的局域網(wǎng)，不管接入互聯(lián)網(wǎng)與否，信息交互都是時(shí)時(shí)的。一、什么是物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)含義:第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和根底仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)根底上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶(hù)端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。二、物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展1．國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀美國(guó)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主導(dǎo)國(guó)之一，最早展開(kāi)了物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用的研究。美國(guó)將新能源和物聯(lián)網(wǎng)列為振興經(jīng)濟(jì)的兩大重點(diǎn)。歐盟委員會(huì)為了主導(dǎo)未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展，近年來(lái)一直致力于鼓勵(lì)和促進(jìn)歐盟內(nèi)部物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展?！捕澄锫?lián)網(wǎng)的開(kāi)展現(xiàn)狀二、物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展1．國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀日本也是最早展開(kāi)物聯(lián)網(wǎng)研究的國(guó)家之一。自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，相繼推出了e-Japan、u-Japan和i-Japan等一系列國(guó)家信息技術(shù)開(kāi)展戰(zhàn)略。韓國(guó)的信息技術(shù)開(kāi)展一直居世界前列，是全球?qū)拵占奥首罡叩膰?guó)家。為了緊跟物聯(lián)網(wǎng)研究的步伐，2004年，韓國(guó)推出了u-Korea戰(zhàn)略法國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、新加坡等國(guó)也在加緊部署物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展戰(zhàn)略，加快推進(jìn)下一代網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施的建設(shè)步伐，希望在新一輪信息產(chǎn)業(yè)中搶占先機(jī)?！捕澄锫?lián)網(wǎng)的開(kāi)展現(xiàn)狀二、物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展2．國(guó)內(nèi)開(kāi)展現(xiàn)狀1999年，中國(guó)科學(xué)院就啟動(dòng)了傳感網(wǎng)的研究。?國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)開(kāi)展規(guī)劃〔2006－2021年〕?和“新一代寬帶移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)〞重大專(zhuān)項(xiàng)中均將傳感網(wǎng)列入重點(diǎn)研究領(lǐng)域。2021年9月11日“傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組成立大會(huì)暨‘感知中國(guó)’頂峰論壇〞在北京舉行，會(huì)議提出傳感網(wǎng)開(kāi)展相關(guān)政策，成立傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組。2021年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)展已被列入中國(guó)國(guó)家級(jí)重大科技專(zhuān)項(xiàng)，與新能源、綠色制造等并列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)?！捕澄锫?lián)網(wǎng)的開(kāi)展現(xiàn)狀二、物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)作為新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)，是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，其開(kāi)展主要面臨以下幾個(gè)問(wèn)題?！?〕知識(shí)產(chǎn)權(quán)〔2〕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〔3〕產(chǎn)業(yè)鏈條〔4〕行業(yè)協(xié)作〔5〕管理平臺(tái)〔6〕運(yùn)營(yíng)模式〔7〕平安問(wèn)題〔三〕物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展面臨的問(wèn)題三、物聯(lián)網(wǎng)的特征與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)具有以下三個(gè)主要特征?！?〕全面感知“感知〞是物聯(lián)網(wǎng)的核心。〔2〕可靠傳遞數(shù)據(jù)傳遞的穩(wěn)定性和可靠性是保證物物相連的關(guān)鍵。〔3〕智能處理是物聯(lián)網(wǎng)的目的。四、物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)可以劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層結(jié)構(gòu)，具體體系結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。圖5-1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)四、物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)感知層是物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展和應(yīng)用的根底。感知層又分為數(shù)據(jù)采集與執(zhí)行、短距離無(wú)線(xiàn)通信兩個(gè)局部。數(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)行根底信息采集，同時(shí)接收上層網(wǎng)絡(luò)送來(lái)的控制信息，完成相應(yīng)執(zhí)行動(dòng)作。短距離無(wú)線(xiàn)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。四、物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的中樞。網(wǎng)絡(luò)層建立在現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)根底上，包括互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等，對(duì)感知層采集上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢(xún)、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策和行為，并負(fù)責(zé)把信息可靠、平安地傳送出去，使物品能夠進(jìn)行全球范圍內(nèi)的通信。它作為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的重要組成局部，承前啟后，為應(yīng)用層提供各類(lèi)效勞根底。四、物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展的目的，是物聯(lián)網(wǎng)和用戶(hù)的接口，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。應(yīng)用層將前面兩層收集的物品的信息進(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)之間的信息協(xié)同、共享、互通，提高信息的綜合利用度，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用，最大程度地為人類(lèi)效勞。軟件開(kāi)發(fā)、智能控制等技術(shù)將會(huì)為用戶(hù)提供豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電網(wǎng)等。五、物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)誤區(qū)1．物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)從系統(tǒng)的接入方式看，互聯(lián)網(wǎng)接入分有線(xiàn)接入和無(wú)線(xiàn)接入。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行于互聯(lián)網(wǎng)核心交換結(jié)構(gòu)根底上，并根據(jù)自身需要選擇RFID或無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的接人方式。從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集方式與傳輸內(nèi)容角度看，互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)人工方法獲取數(shù)據(jù)信息，而物聯(lián)網(wǎng)那么是通過(guò)RFID、傳感器自動(dòng)獲取。五、物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)誤區(qū)2．物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)傳感網(wǎng)以數(shù)據(jù)的采集和傳輸為目的，它僅僅感知到信號(hào)，并不強(qiáng)調(diào)對(duì)物體的標(biāo)識(shí)，并不具備物體到物體的連接能力，更不具備與系統(tǒng)連接并控制系統(tǒng)的能力。物聯(lián)網(wǎng)的概念相比照傳感器網(wǎng)大一些。物聯(lián)網(wǎng)不僅僅是宏觀控制，更注重微觀管理，這表達(dá)在對(duì)某一具體物體的識(shí)別上。這種感知、標(biāo)識(shí)物體的手段，除了有傳感器網(wǎng)，還可以有二維碼、RFID等。如用二維碼、RFID標(biāo)識(shí)物體之后，就形成了物聯(lián)網(wǎng)，但二維碼、RFID并不在此傳感器網(wǎng)絡(luò)的范疇。五、物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)誤區(qū)3．物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)泛在網(wǎng)是指基于個(gè)人和社會(huì)的需求，利用現(xiàn)有的和新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間按需進(jìn)行的信息獲取、傳遞、存儲(chǔ)、認(rèn)知、決策、使用等效勞。泛在網(wǎng)絡(luò)的概念反映了信息社會(huì)開(kāi)展的遠(yuǎn)景和藍(lán)圖，具有比“也可以是物聯(lián)網(wǎng)〞更廣泛的內(nèi)涵。物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)概念的出發(fā)點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)不完全一致，但其目標(biāo)都是突破人與人通信的模式，建立物與物、物與人之間的通信。而對(duì)物理世界的各種感知技術(shù)，即傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、二維碼、攝像等，是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)的必要條件。五、物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)誤區(qū)4．物聯(lián)網(wǎng)與M2MM2M的實(shí)質(zhì)是基于智能機(jī)器終端，以多種通信方式為介入手段，為客戶(hù)提供信息化解決方案，用于滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)監(jiān)控、指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)采集和測(cè)量等方面的應(yīng)用需求，旨在通過(guò)通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)人、機(jī)器和系統(tǒng)三者之問(wèn)的智能化、交互式無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的自動(dòng)化。M2M通信與物聯(lián)網(wǎng)的核心理念一致，不同之處是物聯(lián)網(wǎng)的概念、所采用的技術(shù)及應(yīng)用場(chǎng)景更寬泛。M2M只是物聯(lián)網(wǎng)的一局部，M2M是物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成根底，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一種主要方式，M2M開(kāi)展的最終目標(biāo)是物聯(lián)網(wǎng)。模塊二物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)二、傳感器技術(shù)〔一〕傳感器概述〔二〕無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)三、通信技術(shù)四、納米技術(shù)五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)〔一〕云計(jì)算〔二〕GPS全球定位系統(tǒng)〔三〕GIS地理信息系統(tǒng)一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)1．條碼識(shí)別技術(shù)〔1〕條碼識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介條碼是將線(xiàn)條與空白按照一定的編碼規(guī)那么組合起來(lái)的符號(hào)，用以代表一定的字母、數(shù)字等資料。條形碼技術(shù)是在計(jì)算機(jī)應(yīng)用和實(shí)踐中產(chǎn)生并開(kāi)展起來(lái)的一種廣泛應(yīng)用于商業(yè)、郵政、圖書(shū)管理、倉(cāng)儲(chǔ)、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制、交通等領(lǐng)域的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有輸入速度快、準(zhǔn)確度高、本錢(qián)低、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中占有重要的地位。世界上約有225種以上的一維條碼，每種一維條碼都有自己的一套編碼規(guī)格，規(guī)定每個(gè)字母〔可能是文字或數(shù)字〕是由幾個(gè)線(xiàn)條及幾個(gè)空白組成，以及字母的排列。一般較流行的一維條碼有39碼、EAN碼、UPC碼、128碼，以及專(zhuān)門(mén)用于書(shū)刊管理的ISBN、ISSN等。一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)〔2〕識(shí)別原理由于不同顏色的物體，其反射的可見(jiàn)光的波長(zhǎng)不同，白色物體能反射各種波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，黑色物體那么吸收各種波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，所以當(dāng)條形碼掃描器光源發(fā)出的光經(jīng)光闌及凸透鏡1后，照射到黑白相間的條形碼上時(shí)，反射光經(jīng)凸透鏡2聚焦后，照射到光電轉(zhuǎn)換器上，于是光電轉(zhuǎn)換器接收到與白條和黑條相應(yīng)的強(qiáng)弱不同的反射光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出到放大整形電路，整形電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字電信號(hào)，再經(jīng)譯碼接口電路譯成數(shù)字字符信息。一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)〔3〕系統(tǒng)組成為了閱讀出條形碼所代表的信息，需要一套條形碼識(shí)別系統(tǒng)，它由條形碼掃描器、放大整形電路、譯碼接口電路和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等局部組成。〔4〕技術(shù)優(yōu)點(diǎn)A．輸入速度快。B．可靠性高C．采集信息量大D．靈活實(shí)用另外，條形碼標(biāo)簽易于制作，對(duì)設(shè)備和材料沒(méi)有特殊要求，識(shí)別設(shè)備操作容易，且設(shè)備也相對(duì)廉價(jià)。一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)〔5〕常見(jiàn)碼制條碼識(shí)別技術(shù)包括一維條碼、二維條碼和三維條碼，下面進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。A．一維條碼EAN碼：EAN碼是國(guó)際物品編碼協(xié)會(huì)制定的一種商品用條碼，通用于全世界。EAN碼符號(hào)有標(biāo)準(zhǔn)版〔EAN-13〕和縮短版〔EAN-8〕兩種，我國(guó)的通用商品條碼與其等效。我們?nèi)粘Ｙ?gòu)置的商品包裝上所印的條碼一般就是EAN碼。UPC碼：UPC碼是美國(guó)統(tǒng)一代碼委員會(huì)制定的一種商品用條碼，主要用于美國(guó)和加拿大地區(qū)，我們?cè)诿绹?guó)進(jìn)口的商品上可以看到。39碼：39碼是一種可表示數(shù)字、字母等信息的條碼，主要用于工業(yè)、圖書(shū)及票證的自動(dòng)化管理，使用極為廣泛。庫(kù)德巴〔Codebar〕碼：庫(kù)德巴碼也可表示數(shù)字和字母信息，主要用于醫(yī)療衛(wèi)生、圖書(shū)情報(bào)、物資等領(lǐng)域的自動(dòng)識(shí)別。B．二維條碼一維條碼所攜帶的信息量有限，如商品上的條碼僅能容納13位〔EAN-13碼〕阿拉伯?dāng)?shù)字，更多的信息只能依賴(lài)商品數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，離開(kāi)了預(yù)先建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，這種條碼就沒(méi)有意義了，因此在一定程度上也限制了條碼的應(yīng)用范圍?；谶@個(gè)原因，在90年代創(chuàng)造了二維條碼。二維條碼除了具有一維條碼的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)還有信息量大、可靠性高，保密、防偽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。二維條碼主要有PDF417碼、Code49碼、Code16K碼、DataMatrix碼、MaxiCode碼等，主要分為堆積或?qū)优攀胶推灞P(pán)或矩陣式兩大類(lèi)。二維條碼技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)根底上開(kāi)展起來(lái)的一門(mén)集編碼、印刷、識(shí)別、數(shù)據(jù)采集和處理于一身的新興技術(shù)。二維條碼技術(shù)的核心內(nèi)容是利用光電掃描設(shè)備識(shí)讀條碼符號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)識(shí)別，并快速準(zhǔn)確地將信息錄入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以到達(dá)自動(dòng)化管理之目的。一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)二維條碼作為一種新的信息存儲(chǔ)和傳遞技術(shù)，從誕生之時(shí)就受到了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。經(jīng)過(guò)幾年的努力，現(xiàn)已應(yīng)用在國(guó)防、公共平安、交通運(yùn)輸、醫(yī)療保健、工業(yè)、商業(yè)、金融、海關(guān)及政府管理等多個(gè)領(lǐng)域。二維條碼依靠其龐大的信息攜帶量，能夠把過(guò)去使用一維條碼時(shí)存儲(chǔ)于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息包含在條碼中，可以直接通過(guò)閱讀條碼得到相應(yīng)的信息，并且二維條碼還有錯(cuò)誤修正技術(shù)及防偽功能，增加了數(shù)據(jù)的平安性。二維條碼可把照片、指紋編制于其中，可有效地解決證件的可機(jī)讀和防偽問(wèn)題。因此，可廣泛應(yīng)用于護(hù)照、身份證、行車(chē)證、軍人證、健康證、保險(xiǎn)卡等。美國(guó)亞利桑納州等十多個(gè)州的駕駛證、美國(guó)軍人證、軍人醫(yī)療證等在幾年前就已采用了PDF417技術(shù)。將證件上的個(gè)人信息及照片編在二維條碼中，不但可以實(shí)現(xiàn)身份證的自動(dòng)識(shí)讀，而且可以有效的防止偽冒證件事件發(fā)生。菲律賓、埃及、巴林等許多國(guó)家也已在身份證或駕駛證上采用了二維條碼，我國(guó)香港特區(qū)護(hù)照上也采用了二維條碼技術(shù)。另外在海關(guān)報(bào)關(guān)單、長(zhǎng)途貨運(yùn)單、稅務(wù)報(bào)表、保險(xiǎn)登記表上也都有使用二維條碼技術(shù)來(lái)解決數(shù)據(jù)輸入及防止偽造、刪改表格的例子。在我國(guó)局部地區(qū)注冊(cè)會(huì)計(jì)師證和汽車(chē)銷(xiāo)售及售后效勞等方面，二維條碼也得到了初步的應(yīng)用。一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)C．三維條碼進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來(lái)，人們圍繞如何提高條形碼符號(hào)的信息密度進(jìn)行了研究工作，多維條碼稱(chēng)為研究、開(kāi)展與未來(lái)應(yīng)用的方向。128碼、93碼等都屬于多位條碼。三維條碼又叫3DBarcode、多維條碼、萬(wàn)維條碼，或者叫做數(shù)字信息全息圖；叫做三維、多維、萬(wàn)維的原因是，相對(duì)二維條形碼來(lái)說(shuō)的，它能表示計(jì)算機(jī)中的所有信息。一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)2．RFID射頻識(shí)別技術(shù)〔RadioFrequencyIdentification，RFID〕又稱(chēng)無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。常用的有低頻〔125k~134.2K〕、高頻〔13.56Mhz〕、超高頻，微波等技術(shù)。RFID技術(shù)的主要功能是采集數(shù)據(jù)，特點(diǎn)為自動(dòng)識(shí)別、無(wú)需人工干預(yù)。RFID技術(shù)以其標(biāo)簽小型化、應(yīng)用領(lǐng)域多元化、產(chǎn)品可重復(fù)使用、可攜帶數(shù)據(jù)量大、標(biāo)簽ID唯一、穿透性好等特點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)開(kāi)展迅猛，并作為一種數(shù)據(jù)采集技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展的大態(tài)勢(shì)下，逐漸呈現(xiàn)有規(guī)模、有體系的全面開(kāi)展。一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)2．RFIDRFID主要由以下局部組成：應(yīng)答器：由天線(xiàn)，耦合元件及芯片組成，一般來(lái)說(shuō)都是用標(biāo)簽作為應(yīng)答器，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。閱讀器：由天線(xiàn)，耦合元件，芯片組成，讀取〔有時(shí)還可以寫(xiě)入〕標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式RFID讀寫(xiě)器〔如：C5000W〕或固定式讀寫(xiě)器。應(yīng)用軟件系統(tǒng)：是應(yīng)用層軟件，主要是把收集的數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，并為人們所使用。一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)3．生物特征識(shí)別技術(shù)生物特征識(shí)別技術(shù)，目前比較成熟并大規(guī)模使用的方式主要為，指紋、虹膜、臉、耳、掌紋、手掌靜脈等，此外近年，語(yǔ)音識(shí)別、腦電波識(shí)別、唾液提取DNA等研究也有突破，有望進(jìn)入商用階段。生物特征識(shí)識(shí)別技術(shù)通常按照，掃描、數(shù)字化處理、分析、特征提取、存儲(chǔ)、匹配分類(lèi)幾個(gè)步驟處理。目前掃描數(shù)字化處理已經(jīng)相對(duì)成熟，主要的研究集中在分析和特征提取方面。一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)4．語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用包括語(yǔ)音撥號(hào)、語(yǔ)音導(dǎo)航、室內(nèi)設(shè)備控制、語(yǔ)音文檔檢索、簡(jiǎn)單的聽(tīng)寫(xiě)數(shù)據(jù)錄入等。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)與其他自然語(yǔ)言處理技術(shù)如機(jī)器翻譯及語(yǔ)音合成技術(shù)相結(jié)合，可以構(gòu)建出更加復(fù)雜的應(yīng)用，例如語(yǔ)音到語(yǔ)音的翻譯。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)所涉及的領(lǐng)域包括：信號(hào)處理、模式識(shí)別、概率論和信息論、發(fā)聲機(jī)理和聽(tīng)覺(jué)機(jī)理、人工智能等等。一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)5．圖像識(shí)別技術(shù)圖像識(shí)別技術(shù)可能是以圖像的主要特征為根底的。在圖像識(shí)別過(guò)程中，知覺(jué)機(jī)制必須排除輸入的多余信息,抽出關(guān)鍵的信息。同時(shí),在大腦里必定有一個(gè)負(fù)責(zé)整合信息的機(jī)制，它能把分階段獲得的信息整理成一個(gè)完整的知覺(jué)映像。在人類(lèi)圖像識(shí)別系統(tǒng)中，對(duì)復(fù)雜圖像的識(shí)別往往要通過(guò)不同層次的信息加工才能實(shí)現(xiàn)。對(duì)于熟悉的圖形,由于掌握了它的主要特征，就會(huì)把它當(dāng)作一個(gè)單元來(lái)識(shí)別，而不再注意它的細(xì)節(jié)了。這種由孤立的單元材料組成的整體單位叫做組塊，每一個(gè)組塊是同時(shí)被感知的。在文字材料的識(shí)別中，人們不僅可以把一個(gè)漢字的筆劃或偏旁等單元組成一個(gè)組塊，而且能把經(jīng)常在一起出現(xiàn)的字或詞組成組塊單位來(lái)加以識(shí)別。一、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)6．光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)光學(xué)字符識(shí)別〔OpticalCharacterRecognition，OCR〕是指電子設(shè)備〔例如掃描儀或數(shù)碼相機(jī)〕檢查紙上打印的字符，通過(guò)檢測(cè)暗、亮的模式確定其形狀，然后用字符識(shí)別方法將形狀翻譯成計(jì)算機(jī)文字的過(guò)程，即對(duì)文本資料進(jìn)行掃描，然后對(duì)圖像文件進(jìn)行分析處理，獲取文字及版面信息的過(guò)程。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)重要支撐技術(shù)之一，通過(guò)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將各種實(shí)體物品與虛擬的物〔環(huán)境〕鏈入網(wǎng)絡(luò)的功能，構(gòu)建萬(wàn)事萬(wàn)物相互連接的物聯(lián)網(wǎng)，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供技術(shù)支撐。二、傳感器技術(shù)1．傳感器概念國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“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(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。圖5-2傳感器結(jié)構(gòu)〔一〕傳感器概述二、傳感器技術(shù)2．傳感器分類(lèi)〔1〕根據(jù)工作原理分類(lèi)①電學(xué)式傳感器②磁學(xué)式傳感器③光電式傳感器④電勢(shì)型傳感器⑤電荷傳感器⑥半導(dǎo)體傳感器⑦諧振式傳感器⑧電化學(xué)式傳感器〔2〕根據(jù)被測(cè)試對(duì)象分類(lèi)①溫度傳感器②濕度傳感器③壓力傳感器④位移傳感器⑤加速度傳感器〔一〕傳感器概述二、傳感器技術(shù)2．傳感器分類(lèi)〔3〕根據(jù)傳感器的工作機(jī)理分類(lèi)①物理型傳感器②化學(xué)型傳感器③生物型傳感器〔4〕根據(jù)輸出信號(hào)分類(lèi)根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。模擬式傳感器輸出模擬信號(hào)，數(shù)字式傳感器輸出數(shù)字信號(hào)?！?〕根據(jù)能量傳遞方式分類(lèi)根據(jù)傳感器工作時(shí)能量傳遞方式可分為有源傳感器和無(wú)源傳感器。此外，傳感器根據(jù)制造材料類(lèi)別分為金屬、聚合物、陶瓷、混合物傳感器；根據(jù)制造材料的物理性質(zhì)分為導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體、磁性材料傳感器；根據(jù)制造材料的晶體結(jié)構(gòu)分為單晶、多晶、非晶材料傳感器；按照制造工藝可分為集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器等。〔一〕傳感器概述二、傳感器技術(shù)3．傳感器的特性參數(shù)〔1〕線(xiàn)性度傳感器的線(xiàn)性度就是指在規(guī)定的條件下，傳感器的校準(zhǔn)曲線(xiàn)與擬合直線(xiàn)之間的最大偏差與滿(mǎn)量程輸出值的百分比。線(xiàn)性度也稱(chēng)為非線(xiàn)性誤差。傳感器的線(xiàn)性度表征傳感器的輸出與輸入之間數(shù)量關(guān)系的線(xiàn)性程度?！惨弧硞鞲衅鞲攀龆鞲衅骷夹g(shù)3．傳感器的特性參數(shù)〔2〕靈敏度傳感器的靈敏度值傳感器輸出的輸出量與輸入量之比，或者是輸出量的變化量與引起該變化量的輸入量的變化量之比，用k表示。線(xiàn)型傳感器的靈敏度為常數(shù)，而非線(xiàn)性傳感器的靈敏度是隨輸入量變換的。靈敏度表征傳感器對(duì)輸入量變化的反響能力?！?〕傳感器的遲滯特性遲滯是指在相同條件下，傳感器的正行程特性與反行程特性的不一致程度。由于遲滯的存在，對(duì)于同一輸入信號(hào)，傳感器的正反行程輸出信號(hào)并不相等。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是由于傳感器敏感元件材料的物理性質(zhì)和機(jī)械另部件的缺陷所造成的。〔一〕傳感器概述二、傳感器技術(shù)3．傳感器的特性參數(shù)〔5〕零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移是指?jìng)鞲衅髟跓o(wú)輸入或輸入為某一定值時(shí)，每隔一段時(shí)間進(jìn)行，其輸出值偏離原始值的最大偏差與滿(mǎn)量程的百分比，用表示?！?〕溫漂溫漂是指在外界溫度變化時(shí)，傳感器輸出值的最大偏差與滿(mǎn)量程的百分比。〔7〕分辨率分辨率是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定的測(cè)量范圍內(nèi)能夠檢測(cè)出的被測(cè)量的最小變化量?！?〕測(cè)量范圍測(cè)量范圍指在允許的誤差范圍內(nèi)，被測(cè)量的下限到上限之間的范圍。上下限之差稱(chēng)為量程?！惨弧硞鞲衅鞲攀龆鞲衅骷夹g(shù)3．傳感器的特性參數(shù)傳感器的動(dòng)態(tài)特性常常從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面即時(shí)域法和頻域法來(lái)分析。因此傳感器的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)包括時(shí)域性能指標(biāo)和頻域性能指標(biāo)，包括響應(yīng)的快速性、準(zhǔn)確性、頻率特性、帶寬等等。一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出將嚴(yán)格跟隨輸入量的變化規(guī)律。不同類(lèi)型的傳感器，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，可以采用不同的輸入信號(hào)來(lái)分析和評(píng)價(jià)?！惨弧硞鞲衅鞲攀龆鞲衅骷夹g(shù)4．傳感器應(yīng)用與開(kāi)展傳感器是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)的主要內(nèi)容之一。從各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)到人們的日常生活，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化工程，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。社會(huì)需求是傳感器技術(shù)開(kāi)展的強(qiáng)大動(dòng)力。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、納米材料等技術(shù)的飛速開(kāi)展，傳感器技術(shù)成為當(dāng)今世界迅猛開(kāi)展的高新技術(shù)之一?！?〕開(kāi)發(fā)新型傳感器〔2〕開(kāi)發(fā)新材料〔3〕采用新工藝〔4〕集成化和多功能化〔5〕智能化〔6〕數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化〔一〕傳感器概述二、傳感器技術(shù)1．認(rèn)識(shí)WSN無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)先進(jìn)技術(shù)，能夠協(xié)同地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)其進(jìn)行處理，處理后的信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送給觀察者。傳感器、感知對(duì)象、觀察者是構(gòu)成WSN的三要素。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念最早由美國(guó)軍方提出，起源于1978年美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究方案局〔DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，DARPA〕開(kāi)始資助卡耐基—梅隆大學(xué)進(jìn)行分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工程。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)在國(guó)際上被認(rèn)為是繼互聯(lián)網(wǎng)之后的第二大網(wǎng)絡(luò)，2003年美國(guó)?技術(shù)評(píng)論?雜志評(píng)出對(duì)人類(lèi)未來(lái)生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的十大新興技術(shù)，傳感器網(wǎng)絡(luò)被列為第一?！捕碂o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)二、傳感器技術(shù)2．WSN體系結(jié)構(gòu)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖5-7所示，包括傳感器節(jié)點(diǎn)，會(huì)聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)?！捕碂o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)圖5-7無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)二、傳感器技術(shù)3．WSN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WSN協(xié)議棧由應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層5層協(xié)議構(gòu)成，與以太網(wǎng)協(xié)議棧的五層協(xié)議相對(duì)應(yīng)。協(xié)議棧還包括能量管理器、拓?fù)涔芾砥骱腿蝿?wù)管理器。這些管理器使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠按照能源高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并支持多任務(wù)和資源共享。WSN協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖5-20所示?！捕碂o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)圖5-9WSN協(xié)議棧結(jié)構(gòu)三、通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)主要包含有線(xiàn)通信技術(shù)、遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和Internet技術(shù)等。有線(xiàn)通信技術(shù)是局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的常用組網(wǎng)技術(shù)。在面向物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，常被用在局域網(wǎng)與Internet網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)光纖通信技術(shù)的開(kāi)展，充分保證了有線(xiàn)通信技術(shù)的高帶寬、低誤碼率、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，保證了物聯(lián)網(wǎng)大量信息的傳送對(duì)高性能的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需求，為物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的根底。遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)包括衛(wèi)星通信技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)和微波通信技術(shù)。遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)具有傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面廣等特點(diǎn)，特別適合野外、偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島等近距離通信技術(shù)無(wú)法涉及的區(qū)域，以及移動(dòng)中的、需要實(shí)時(shí)通訊的境況。遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與Internet技術(shù)相結(jié)合，成為物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)必要的、有意的補(bǔ)充。三、通信技術(shù)近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是指?jìng)鬏斁嚯x在數(shù)十米或數(shù)百米范圍內(nèi)，實(shí)用較低發(fā)射功率〔小于100mW〕的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)有紫蜂〔ZigBee〕技術(shù)、藍(lán)牙〔Bluetooth〕技術(shù)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)Wi-Fi技術(shù)、紅外數(shù)據(jù)傳輸〔IrDA〕技術(shù)、射頻識(shí)別〔RFID〕、超寬帶〔Ultra-WideBand，UWB〕無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、近場(chǎng)通信〔NFC〕技術(shù)等。近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)以其方便、快捷、高效率的特點(diǎn)成為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾d體，也是目前開(kāi)展最為迅猛的通信技術(shù)之。藍(lán)牙〔Bluetooth〕技術(shù)是一種支持設(shè)備短距離通信〔一般15m內(nèi)〕的無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。能在包括移動(dòng)、PDA、無(wú)線(xiàn)耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信息交換。藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.15，最高速度可達(dá)723.1kb/s。Bluetooth無(wú)線(xiàn)技術(shù)是當(dāng)今市場(chǎng)上支持范圍最廣泛，功能最豐富且平安的無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。但藍(lán)牙技術(shù)遭遇最大的障礙在于傳輸范圍受限，抗干擾能力不強(qiáng)、信息平安問(wèn)題等問(wèn)題也是制約其進(jìn)一步開(kāi)展和大規(guī)模應(yīng)用的主要因素。三、通信技術(shù)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)Wi-Fi〔WirelessFidelity，無(wú)線(xiàn)保真〕技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)一樣，同屬于短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)，可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備〔如PDA、〕等終端以無(wú)線(xiàn)方式互相連接的技術(shù)。Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11，是一個(gè)更加快速的協(xié)議，覆蓋范圍更大。雖然兩者使用相同的頻率范圍，但是Wi-Fi需要更加昂貴的硬件。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，Wi-Fi將作為無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)相連接、短距離與長(zhǎng)距離通信相銜接的橋梁，發(fā)揮更大的作用。紅外數(shù)據(jù)傳輸〔IrDA〕是一種利用紅外線(xiàn)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)，是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)的技術(shù)。在小型移動(dòng)設(shè)備，如PDA、上廣泛使用。IrDA的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需申請(qǐng)頻率的使用權(quán)本錢(qián)低廉、功耗低、連接方便、簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)。IrDA的缺乏在于它是一種視距傳輸，數(shù)據(jù)傳輸必須在可視范圍內(nèi)，只能用于2臺(tái)設(shè)備之間的連接。三、通信技術(shù)紫蜂〔ZigBee〕技術(shù)基于協(xié)議，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反響時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。它的根本速率是250kb/s，當(dāng)降低到28kb/s時(shí)，傳輸范圍可擴(kuò)大到134m，并獲得更高的可靠性。另外，它可與254個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)。ZigBee技術(shù)由于本錢(qián)低、組網(wǎng)能力強(qiáng)，最適合成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。超寬帶〔Ultra-WideBand，UWB〕無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是一種無(wú)載波通信技術(shù)，利用納秒〔ns〕至皮秒〔ps〕級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。UWB的傳輸距離都是在十米之內(nèi)，傳輸速率高達(dá)480Mbps，是藍(lán)牙的159倍，是Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的18.5倍，非常適合多媒體信息的大量傳輸。UWB具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無(wú)線(xiàn)LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無(wú)繩、平安檢測(cè)、位置測(cè)定、雷達(dá)等領(lǐng)域。有人稱(chēng)它為無(wú)線(xiàn)電領(lǐng)域的一次革命性進(jìn)展，將成為未來(lái)短距離無(wú)線(xiàn)通信的主流技術(shù)。三、通信技術(shù)近場(chǎng)通信〔NFC〕技術(shù)是一種短距離的高頻無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)。NFC使用13.56MHz頻段，在10cm左右的距離內(nèi)可實(shí)現(xiàn)最大約400kb/s的數(shù)據(jù)通信。它具有快速自動(dòng)地建立無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，能為蜂窩設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備、WiFi設(shè)備提供一個(gè)“虛擬連接〞，使電子設(shè)備可以在短距離范圍進(jìn)行通信。有了NFC，兩個(gè)設(shè)備如數(shù)碼相機(jī)、PDA、機(jī)頂盒、電腦、等之間的無(wú)線(xiàn)互連、彼此交換數(shù)據(jù)或效勞都將有可能實(shí)現(xiàn)。各種通信技術(shù)在傳輸帶寬、距離、功耗等方面有其自身特點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性、平安性、適用場(chǎng)合等方面也有所偏重。各種通信技術(shù)的互補(bǔ)應(yīng)用為物聯(lián)網(wǎng)信息交換與共享提供了可靠的保障?？傊?，作為為物聯(lián)網(wǎng)提供信息傳遞和效勞支撐的根底通道，如何通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的專(zhuān)業(yè)性與互聯(lián)功能，實(shí)現(xiàn)信息平安、可靠的傳送，是物聯(lián)網(wǎng)研究的一個(gè)重點(diǎn)。四、納米技術(shù)納米技術(shù)〔nanotechnology〕是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，通常研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。納米技術(shù)是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一門(mén)新興技術(shù)，是現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。納米技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)科技、生物科技是現(xiàn)在世界上前沿科學(xué)領(lǐng)域的三大主要方向。所謂納米〔nano〕是一種長(zhǎng)度單位〔nm〕，原稱(chēng)毫微米，就是10的-9次乘方米〔10億分之一米〕。1納米大體上相當(dāng)于4個(gè)原子的直徑，將一納米的物體與一個(gè)乒乓球比較，就相當(dāng)于一個(gè)乒乓球和地球比較。一根頭發(fā)直徑大約50微米，把它分成1納米1根，可以分成5萬(wàn)根。四、納米技術(shù)當(dāng)材料結(jié)構(gòu)尺寸在納米范圍內(nèi)時(shí)，稱(chēng)為納米材料。納米材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性，這就是納米材料的納米效應(yīng)。納米材料主要有以下三個(gè)特性?！?〕外表效應(yīng)球形顆粒的外表積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比外表積〔外表積／體積〕與直徑成反比。隨著顆粒直徑變小，比外表積將會(huì)顯著增大，說(shuō)明外表原子所占的百分?jǐn)?shù)將會(huì)顯著地增加。直徑大于0.1微米的顆粒外表效應(yīng)可忽略不計(jì)，當(dāng)顆粒尺寸小于0.1微米時(shí)，其外表原子百分?jǐn)?shù)激劇增長(zhǎng)，甚至1克超微顆粒外表積的總和可高達(dá)100平方米，這時(shí)的外表效應(yīng)將不容忽略。超微顆粒的外表與大塊物體的外表是十分不同的，利用外表活性，金屬超微顆?？赏蔀樾乱淮母咝Т呋瘎┖唾A氣材料以及低熔點(diǎn)材料。四、納米技術(shù)〔2〕小尺寸效應(yīng)當(dāng)顆粒的尺寸與德布羅意波長(zhǎng)相當(dāng)或更小時(shí)，晶體周期性的邊界條件將被破壞，外表層原子排列混亂，從而導(dǎo)致材料的在熱學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)等方面都有很多新奇的特性，這種由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱(chēng)為小尺寸效應(yīng)。①特殊的光學(xué)性質(zhì)金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低，通?？傻陀?%，大約幾微米的厚度就能完全消光。此外又有可能應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。②特殊的熱學(xué)性質(zhì)固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時(shí)，其熔點(diǎn)是固定的，超細(xì)微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)將顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤為顯著。四、納米技術(shù)③特殊的磁學(xué)性質(zhì)納米顆粒的磁性與大塊材料的磁性有顯著的不同，磁性納米顆粒具有高矯頑力。當(dāng)純鐵顆粒尺寸減小到一定程度〔二十個(gè)納米〕時(shí)，其矯頑力可顯著增加；尺寸減小到6nm時(shí)，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。④特殊的力學(xué)性質(zhì)陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性?！?〕宏觀量子隧道效應(yīng)宏觀量子隧道效應(yīng)，即微觀粒子能夠穿過(guò)比它動(dòng)能更高勢(shì)壘的物理現(xiàn)象。形象的來(lái)講，在兩層金屬之間夾上一薄層絕緣材料，電子可以穿過(guò)絕緣層，這便是宏觀量子隧道效應(yīng)。掃描隧道電子顯微鏡就是利用一電子在金屬探針與待測(cè)物體外表之間的隧穿形成隧道電流，來(lái)觀測(cè)物體外表的形貌的。四、納米技術(shù)納米材料的新穎的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性，使納米材料具有廣闊的應(yīng)用空間。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的納米技術(shù)高級(jí)參謀米哈伊爾·羅科預(yù)言：“由于納米技術(shù)的出現(xiàn)，在今后30年中，人類(lèi)文明所經(jīng)歷的變化將會(huì)比剛剛過(guò)去的整個(gè)20世紀(jì)都要多得多。〞錢(qián)學(xué)森院士預(yù)言：“納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科技開(kāi)展的特點(diǎn)，會(huì)是一次技術(shù)革命，從而將是21世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命〞。納米技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用主要是用單個(gè)的原子或分子來(lái)制造各種物質(zhì)，使體積越來(lái)越小的物體能夠接入到物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中。還可以利用納米技術(shù)來(lái)制造超微型的傳感器，重量更輕，體積更小，價(jià)格更低，能耗更低，并將其嵌入到各種物品內(nèi)，構(gòu)建出看不見(jiàn)的傳感網(wǎng)絡(luò)，使物聯(lián)網(wǎng)從宏觀走向微觀，應(yīng)用到之前從未想象到的領(lǐng)域。國(guó)際電信聯(lián)盟在?ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)?中指出，小型化技術(shù)和納米技術(shù)的優(yōu)勢(shì)意味著體積越來(lái)越小的物體能夠進(jìn)行交互和連接。納米技術(shù)成為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

〔一〕云計(jì)算云計(jì)算是物聯(lián)網(wǎng)的核心平臺(tái)，使物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)以兆計(jì)的各類(lèi)物品進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理和智能分析變得可能。物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展依賴(lài)于云計(jì)算，沒(méi)有為海量物聯(lián)信息的集中數(shù)據(jù)處理和整合提供可能的云計(jì)算平臺(tái)的支撐，物聯(lián)網(wǎng)只能是局域的、初級(jí)的；云計(jì)算能將所有的計(jì)算資源集中起來(lái)，為連接到云上設(shè)備終端提供強(qiáng)大的、高效的、動(dòng)態(tài)的、可以大規(guī)模擴(kuò)展的技術(shù)資源處理能力，以降低終端本身的復(fù)雜性?？梢哉f(shuō)，云計(jì)算為物聯(lián)網(wǎng)提供了使其發(fā)揮效用的核心能力，物聯(lián)網(wǎng)為云計(jì)算提供了寬廣而前景光明的應(yīng)用舞臺(tái)。云計(jì)算是繼個(gè)人計(jì)算機(jī)變革和互聯(lián)網(wǎng)變革之后的第三次IT浪潮，也是中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成局部。它將帶來(lái)生活、生產(chǎn)方式和商業(yè)模式的根本性改變，成為當(dāng)前全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

〔一〕云計(jì)算1．什么是云計(jì)算云計(jì)算〔CloudComputing〕是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。云計(jì)算由一系列可動(dòng)態(tài)升級(jí)、自我維護(hù)和管理的被虛擬化的資源組成，這些資源被所有云計(jì)算的用戶(hù)共享并且可以方便地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)。狹義云計(jì)算指IT根底設(shè)施的交付和使用模式，指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需資源；廣義云計(jì)算指效勞地交付和使用模式，指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需效勞。這種效勞可以是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)，也可是其他效勞。它意味著計(jì)算也可作為一種商品通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行流通。五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

〔一〕云計(jì)算1．什么是云計(jì)算云計(jì)算具有以下特點(diǎn)?！?〕超大規(guī)模〔2〕虛擬化〔3〕高可靠性〔4〕通用性〔5〕高可擴(kuò)展性〔6〕按需效勞〔7〕極其廉價(jià)〔8〕潛在的危險(xiǎn)性五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

〔一〕云計(jì)算2．云計(jì)算的開(kāi)展上世紀(jì)60年代，麥卡錫〔JohnMcCarthy〕就提出了把計(jì)算能力作為一種像水和電一樣的公用事業(yè)提供給用戶(hù)的理念，這成為云計(jì)算思想的起源。在20世紀(jì)80年代網(wǎng)格計(jì)算、90年代公用計(jì)算，21世紀(jì)初虛擬化技術(shù)、SOA〔Service-OrientedArchitecture，面向效勞的體系結(jié)構(gòu)〕、SaaS應(yīng)用的支撐下，云計(jì)算作為一種新興的資源使用和交付模式逐漸被重視，積極構(gòu)建云計(jì)算開(kāi)展戰(zhàn)略。我國(guó)政府高度重視云計(jì)算產(chǎn)業(yè)開(kāi)展，國(guó)務(wù)院?關(guān)于加快培育和開(kāi)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定?〔國(guó)發(fā)〔2021〕32號(hào)〕，把促進(jìn)云計(jì)算研發(fā)和示范應(yīng)用作為開(kāi)展新一代信息技術(shù)的重要任務(wù)。五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

〔一〕云計(jì)算3．云計(jì)算的架構(gòu)云計(jì)算可以歸納為根底層、管理處和效勞層三層架構(gòu)。根底層為用戶(hù)提供云計(jì)算所必須的存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等物理資源和虛擬化的數(shù)據(jù)資源，是云計(jì)算的根底。管理層一方面對(duì)云計(jì)算架構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)維管理和平安管理，保障云架構(gòu)的穩(wěn)定和可靠；對(duì)云計(jì)算的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行管理，對(duì)大量應(yīng)用任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，使得資源能夠高效、平安地為應(yīng)用效勞；另一方面對(duì)用戶(hù)進(jìn)行管理，包括用戶(hù)身份管理、用戶(hù)許可管理、用戶(hù)請(qǐng)求管理、計(jì)費(fèi)管理等，是云計(jì)算架構(gòu)向用戶(hù)提供效勞的根本。管理層是云計(jì)算的核心。效勞層是云計(jì)算面向用戶(hù)效勞的接口，主要是用以交互性的動(dòng)態(tài)頁(yè)面等友好的方式展現(xiàn)用戶(hù)所需的內(nèi)容和效勞體驗(yàn)，是云計(jì)算的終極目標(biāo)。五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

〔一〕云計(jì)算4．云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)〔1〕虛擬機(jī)技術(shù)〔2〕數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)〔3〕數(shù)據(jù)管理技術(shù)〔4〕分布式編程與計(jì)算5．云計(jì)算的效勞形式目前業(yè)界公認(rèn)的第三方的對(duì)于云計(jì)算的定義和解釋是NIST〔NationalInstituteofStandardsandTechnology，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院〕的說(shuō)法，其對(duì)于云計(jì)算的效勞形式的說(shuō)明如下。五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

〔一〕云計(jì)算5．云計(jì)算的效勞形式〔1〕SaaS〔軟件即效勞〕提供給消費(fèi)者的效勞是運(yùn)營(yíng)商運(yùn)行在云計(jì)算根底設(shè)施上的應(yīng)用程序，消費(fèi)者可以在各種設(shè)備上通過(guò)瘦客戶(hù)端界面訪(fǎng)問(wèn)。消費(fèi)者不需要管理或控制任何云計(jì)算根底設(shè)施，包括網(wǎng)絡(luò)、效勞器、操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)，甚至獨(dú)立的應(yīng)用能力等等，消費(fèi)者僅僅需要對(duì)應(yīng)用進(jìn)行有限的，特殊的配置。〔2〕PaaS〔平臺(tái)即效勞〕提供給消費(fèi)者的效勞是把客戶(hù)使用支持的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和工具〔例如Java、python、.Net等〕開(kāi)發(fā)的或者購(gòu)置的應(yīng)用程序部署到供給商的云計(jì)算根底設(shè)施上。消費(fèi)者不需要管理或控制底層的云根底設(shè)施，包括網(wǎng)絡(luò)、效勞器、操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)等，但客戶(hù)能夠控制部署的應(yīng)用程序，也可能控制運(yùn)行應(yīng)用程序的托管環(huán)境配置。五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

〔一〕云計(jì)算5．云計(jì)算的效勞形式〔3〕IaaS〔根底架構(gòu)即效勞〕提供給消費(fèi)者的效勞是處理能力、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和其他根本的計(jì)算資源，用戶(hù)能夠利用這些計(jì)算資源部署和運(yùn)行任意軟件。消費(fèi)者不能管理或控制任何云計(jì)算根底設(shè)施，但能控制操作系統(tǒng)、儲(chǔ)存、部署的應(yīng)用，也有可能獲得有限制的網(wǎng)絡(luò)組件〔例如，防火墻、負(fù)載均衡器等〕的控制。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，IaaS提供的是遠(yuǎn)程的登錄終端界面〔虛擬效勞器〕或者WebService接口〔云存儲(chǔ)〕；PaaS提供的是數(shù)據(jù)庫(kù)連接串或者中間件部署界面，或者是應(yīng)用的部署管理界面；IaaS提供的就是訪(fǎng)問(wèn)應(yīng)用的客戶(hù)端或者Web界面。隨著云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)的融合，將會(huì)使物聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出多樣化的數(shù)據(jù)采集端、無(wú)處不在的傳輸網(wǎng)絡(luò)、智能的后臺(tái)處理的特征。五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

〔二〕GPS全球定位系統(tǒng)1．什么是GPSGPS〔GlobalPositioningSystem，全球定位系統(tǒng)〕是指利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)。GPS在空間定位技術(shù)方面已經(jīng)引起了革命性的變化，將定位技術(shù)從陸地和近海擴(kuò)展到整個(gè)地球空間和外層空間，從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)，從單點(diǎn)定位擴(kuò)展到局部和廣域范圍，從事后處理擴(kuò)展到定位、實(shí)時(shí)與導(dǎo)航。GPS成為物聯(lián)網(wǎng)中一個(gè)重要的感知局部，提供泛在的智能的位置效勞。與其它感知設(shè)備相比，GPS具有以下特點(diǎn)：〔1〕全球全天候定位〔2〕定位精度高〔3〕高效快速〔4〕應(yīng)用廣泛五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

〔二〕GPS全球定位系統(tǒng)2．GPS系統(tǒng)組成GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由空間局部、地面控制局部和用戶(hù)設(shè)備局部三局部組成?？臻g局部就是指GPS星座，GPS星座由24顆衛(wèi)星組成，其中21顆工作衛(wèi)星，3顆可隨時(shí)啟用的備用衛(wèi)星。此外，還有4顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。地面控制局部即地面監(jiān)控系統(tǒng)，主要由分布在全球的五個(gè)地面站組成，按其功能分為主控站〔MCS〕、注入站〔GA〕和監(jiān)測(cè)站〔MS〕三種。用戶(hù)設(shè)備局部即GPS信號(hào)接收機(jī)，包括GPS接收機(jī)硬件、數(shù)據(jù)處理軟件和微處理機(jī)及其終端設(shè)備等。GPS信號(hào)接收機(jī)主要任務(wù)是捕獲衛(wèi)星信號(hào)，跟蹤并鎖定衛(wèi)星信號(hào)；對(duì)接收的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行處理，測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線(xiàn)間的傳播時(shí)間；譯出GPS衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航電文，配以功能完善的軟件，實(shí)時(shí)計(jì)算接收機(jī)天線(xiàn)的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。五、物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

〔二〕GPS全球定位系統(tǒng)3．GPS定位原理GPS定位的根本原理是首先測(cè)得GPS信號(hào)接收機(jī)與三個(gè)GPS衛(wèi)星之間的距離，然后通過(guò)三點(diǎn)定位方式確定接