傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1、 J I A N G S U U N I V E R S I T Y 傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 讀書筆記 學(xué)院：電氣信息工程學(xué)院 班級(jí)： 電氣學(xué)1402班 姓名： 楊 心 學(xué)號(hào)： S1407069 日期： 2015.7 目錄 摘要.2 第一章.課程綜述.3 第二章. 學(xué)習(xí)筆記.62.1心得與體會(huì).62.2發(fā)展與展望.82.3傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例.10 摘要 對(duì)傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)這門課程進(jìn)行的研究綜述分析。首先介紹了傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的起源、國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀,然后通過(guò)對(duì)課程的學(xué)習(xí)總結(jié)出自己的學(xué)習(xí)筆記和心得體會(huì)以及傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)在未來(lái)的應(yīng)用及發(fā)展前景。最后給出了物聯(lián)網(wǎng)成功應(yīng)用在實(shí)際生活中的實(shí)例

2、。 第一章. 課程綜述通過(guò)學(xué)習(xí)了傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)這門課程，了解到這課程的理論知識(shí)及相應(yīng)的發(fā)展前景。傳感網(wǎng)的定義為隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點(diǎn)，通過(guò)自組織的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它的功能在于借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置的傳感器測(cè)量周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達(dá)和地震波信號(hào),從而探測(cè)包括溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等物質(zhì)現(xiàn)象。以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是二十世紀(jì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的一項(xiàng)偉大成果，它給我們的生活帶來(lái)了深刻的變化，然而在，網(wǎng)絡(luò)功能再?gòu)?qiáng)大，網(wǎng)絡(luò)世界再豐富，也終究是虛擬的，它與我們所生活的現(xiàn)實(shí)世界還是相隔的，在網(wǎng)絡(luò)世界中，很難感知現(xiàn)實(shí)世

3、界，很多事情還是不可能的，時(shí)代呼喚著新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。傳感網(wǎng)絡(luò)正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的全新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它綜合了傳感器、低功耗、通訊以及微機(jī)電等等技術(shù)，可以預(yù)見，在不久的將來(lái)，傳感網(wǎng)絡(luò)將給我們的生活方式帶來(lái)革命性的變化。而物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時(shí)代的重要發(fā)展階段。其英文名稱是：“Internet of things（IoT）”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；其二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信，也就是物物相息。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適

4、計(jì)算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用拓展，與其說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)，不如說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)是業(yè)務(wù)和應(yīng)用。因此，應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心，以用戶體驗(yàn)為核心的創(chuàng)新2.0是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的靈魂。此外，這門課程還介紹了傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的起源，傳感網(wǎng)起源于2000年左右的英特爾與加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校正領(lǐng)導(dǎo)著微塵技術(shù)的研究工作，而物聯(lián)網(wǎng)相對(duì)于傳感網(wǎng)有著更長(zhǎng)久的歷史，可以追溯到1990年施樂(lè)公司的網(wǎng)絡(luò)可樂(lè)販?zhǔn)蹤C(jī)Networked Coke Machine。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也得到了更加的完善。本課程還介紹了傳

5、感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的工作原理及相應(yīng)的組成部分，更多的篇幅介紹了傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用鄰域和未來(lái)的發(fā)展前景，發(fā)展這門技術(shù)，就是為了更好地應(yīng)用于人類。比如說(shuō)，對(duì)象的智能標(biāo)簽。通過(guò)NFC、二維碼、RFID等技術(shù)標(biāo)識(shí)特定的對(duì)象，用于區(qū)分對(duì)象個(gè)體，例如在生活中我們使用的各種智能卡，條碼標(biāo)簽的基本用途就是用來(lái)獲得對(duì)象的識(shí)別信息；此外通過(guò)智能標(biāo)簽還可以用于獲得對(duì)象物品所包含的擴(kuò)展信息，例如智能卡上的金額余額，二維碼中所包含的網(wǎng)址和名稱等。物聯(lián)網(wǎng)基于云計(jì)算平臺(tái)和智能網(wǎng)絡(luò)，可以依據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)用獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，改變對(duì)象的行為進(jìn)行控制和反饋。例如根據(jù)光線的強(qiáng)弱調(diào)整路燈的亮度，根據(jù)車輛的流量自動(dòng)調(diào)整紅綠燈間隔等。傳感網(wǎng)作

6、為物聯(lián)網(wǎng)的其中一部分，作用于物聯(lián)網(wǎng)中。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，其中核心應(yīng)用技術(shù)為傳感器技術(shù)、RFID標(biāo)簽和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：1、 傳感器技術(shù)：這也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。大家都知道，到目前為止絕大部分計(jì)算機(jī)處理的都是數(shù)字信號(hào)。自從有計(jì)算機(jī)以來(lái)就需要傳感器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)計(jì)算機(jī)才能處理。2、 RFID標(biāo)簽：也是一種傳感器技術(shù)，RFID技術(shù)是融合了無(wú)線射頻技術(shù)和嵌入式技術(shù)為一體的綜合技術(shù)，RFID在自動(dòng)識(shí)別、物品物流管理有著廣闊的應(yīng)用前景。3、 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)：是綜合了計(jì)算機(jī)軟硬件、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)為一體的復(fù)雜技術(shù)。經(jīng)過(guò)幾十年的演變，以嵌入式系統(tǒng)為特征的智能終端產(chǎn)

7、品隨處可見；小到人們身邊的MP3,大到航天航空的衛(wèi)星系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)正在改變著人們的生活，推動(dòng)著工業(yè)生產(chǎn)以及國(guó)防工業(yè)的發(fā)展。如果把物聯(lián)網(wǎng)用人體做一個(gè)簡(jiǎn)單比喻，傳感器相當(dāng)于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，網(wǎng)絡(luò)就是神經(jīng)系統(tǒng)用來(lái)傳遞信息，嵌入式系統(tǒng)則是人的大腦，在接收到信息后要進(jìn)行分類處理。這個(gè)例子很形象的描述了傳感器、嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的位置與作用。 如圖1. 其中物聯(lián)網(wǎng)涉及到的關(guān)鍵鄰域是：(1)RFID，（2）傳感網(wǎng)，（3）M2M，（4）兩化融合。 圖1. 物聯(lián)網(wǎng)4大關(guān)鍵領(lǐng)域 第二章. 學(xué)習(xí)筆記2.1 心得與體會(huì) 通過(guò)對(duì)傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的學(xué)習(xí)，有了自己的心得與體會(huì)。物聯(lián)網(wǎng)的主要作用是縮小物理世界

8、和信息系統(tǒng)之間的距離,它可以通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、傳感器、全球定位系統(tǒng)、移動(dòng)電話等設(shè)備,按約定的協(xié)議,將世界上的所有物體全部連接到信息網(wǎng)絡(luò)中,使得它們?cè)谑录幚碇谐蔀榉e極的參與者,體現(xiàn)了物理空間和信息空間的融合。服務(wù)可以和這些智能物體通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互,獲得與這些物體相關(guān)的任何信息。而傳感網(wǎng)可以看作是物聯(lián)網(wǎng)的末端延伸網(wǎng)之一。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量隨意分布的 、 能耗及資源受限的傳感節(jié)點(diǎn)組成 ,它具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力 ,通過(guò)自組織方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò),協(xié)作地實(shí)時(shí)采集和處理物理世界的大量信息, 實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的功能 。 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中最重要的理念是融合。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)設(shè)備融合 、網(wǎng)絡(luò)融合、平

9、臺(tái)融合實(shí)現(xiàn)服務(wù)融合 、業(yè)務(wù)融合和市場(chǎng)融合 。設(shè)備融合指研發(fā)出一體化的感知終端。網(wǎng)絡(luò)融合指用戶可使用任意終端( 移動(dòng)臺(tái)、 P D A 、P C等 ) 通過(guò)任一方式接入網(wǎng)絡(luò)( WL A N 、G P R S 、3G 網(wǎng)絡(luò)等 ) , 而且號(hào)碼唯一、帳單唯一 。平臺(tái)融合指用戶數(shù)據(jù)集中管理、公用的業(yè)務(wù)平臺(tái) 、分類的管理平臺(tái)和應(yīng)用平臺(tái) ,支撐用戶跨業(yè)務(wù)系統(tǒng)的互操作 , 形成統(tǒng)一認(rèn)證系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一賬號(hào) 、 統(tǒng)一密碼的集中認(rèn)證 。服務(wù)融合指在服務(wù)層面實(shí)現(xiàn)融合,例如在固話和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之間共享收信人的地址 、電話號(hào)碼 、用戶名稱等 。業(yè)務(wù)融合指物聯(lián)網(wǎng)同時(shí)提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻等多種業(yè)務(wù) 。市場(chǎng)融合就是以市場(chǎng)機(jī)制

10、為引導(dǎo), 把各類通信和信息產(chǎn)品和服務(wù)捆綁起來(lái)打包銷售 。云計(jì)算是物聯(lián)網(wǎng)智能信息分析的核心要素。云計(jì)算技術(shù)的運(yùn)用,使數(shù)以億計(jì)的各類物品的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理變得可能。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展、終端數(shù)量的增長(zhǎng),可借助云計(jì)算處理海量信息,進(jìn)行輔助決策,提升物聯(lián)網(wǎng)信息處理能力。因此,云計(jì)算作為一種虛擬化、硬件軟件運(yùn)營(yíng)化的解決方案,可以為物聯(lián)網(wǎng)提供高效的計(jì)算、存儲(chǔ)能力,為泛在鏈接的物聯(lián)網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)引擎。業(yè)務(wù)和應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的信息處理和應(yīng)用 ,面向各類應(yīng)用 ,實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的挖掘 、應(yīng)用的決策等 ,涉及海量信息的智能處理 、分布式計(jì)算 、中間件、信息發(fā)現(xiàn)等多種技術(shù) 。 網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)系統(tǒng),主要進(jìn)行信息的傳遞

11、,包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層要根據(jù)感知延伸層的業(yè)務(wù)特征,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)特性,更好地實(shí)現(xiàn)物與物之間的通信、物與人之間的通信以及人與人之間的通信,這就要求必須建立一個(gè)端到端的全局物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)中有很多設(shè)備的接入,是一個(gè)泛在化的接入、異構(gòu)的接入。接入方式多種多樣,接入網(wǎng)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)和有線電視網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)通信網(wǎng)具有覆蓋廣、建設(shè)成本低、部署方便、具備移動(dòng)性等特點(diǎn),使得移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將成為物聯(lián)網(wǎng)主要的接入方式,通信網(wǎng)絡(luò)就要是通過(guò)多種方式提供廣泛的互聯(lián)互通。除此以外,物體是可以移動(dòng)的,而它們的要求是隨時(shí)隨地都可以“上網(wǎng)”。因此在局部形成一個(gè)自主的網(wǎng)絡(luò),還要連接大的網(wǎng)絡(luò),這是一個(gè)層次性的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。這

12、要借助有線和無(wú)線的技術(shù),實(shí)現(xiàn)無(wú)縫透明的接入。 雖然傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用已將很廣泛了，但是仍然存在安全隱患。物聯(lián)網(wǎng)使得所有的物體都連接到全球互聯(lián)網(wǎng)中, 并且它們可以相互進(jìn)行通信, 因此物聯(lián)網(wǎng)除了具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題外, 產(chǎn)生了新的安全性和隱私問(wèn)題。例如對(duì)物體進(jìn)行感知和交互的數(shù)據(jù)的保密性、可靠性和完整性 ,未經(jīng)授權(quán)不能進(jìn)行身份識(shí)別和跟蹤等。物聯(lián)網(wǎng)容易遭受攻擊的原因有以下三點(diǎn):首先感知節(jié)點(diǎn)多數(shù)部署在無(wú)人監(jiān)控的場(chǎng)合中, 人類會(huì)將基本的日常管理統(tǒng)統(tǒng)交給人工智能去處理, 那么可以設(shè)想,如果哪天物聯(lián)網(wǎng)遭到病毒攻擊 ,也許就會(huì)出現(xiàn)工廠停產(chǎn)、 社會(huì)秩序混亂現(xiàn)象,甚至于直接威脅人類的生命安全 ; 其次在物聯(lián)網(wǎng)

13、的感知末端和接入網(wǎng)中,絕大部分采用了無(wú)線傳輸技術(shù) ,很容易被偷聽; 最后是由于物聯(lián)網(wǎng)末梢設(shè)備的在能源和處理能力有限,不能采用復(fù)雜的安全機(jī)制 。確保信息數(shù)據(jù)的安全和隱私是物聯(lián)網(wǎng)必須解決的問(wèn)題 ,如果信息的安全性和隱私得不到保證 ,人們將不會(huì)將這項(xiàng)新技術(shù)融入他們的環(huán)境和生活中 。2.2 發(fā)展與展望 物聯(lián)網(wǎng)處于起步階段,關(guān)鍵技術(shù)有待突破,應(yīng)用和市場(chǎng)有待于發(fā)展。未來(lái)10年中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用將會(huì)獲得長(zhǎng)足進(jìn)步。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域主要研究?jī)?nèi)容我們認(rèn)為有下述幾個(gè)方面:(1) 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu):物聯(lián)網(wǎng)是基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的泛在融合網(wǎng)絡(luò),它應(yīng)該既與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)兼容,又有自己獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。那么物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)究竟應(yīng)該是怎樣的?現(xiàn)有

14、的架構(gòu)如何演進(jìn)到物聯(lián)網(wǎng)?(2) 物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù):無(wú)線通信、無(wú)線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)、微型傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體通信及寬帶通信等已經(jīng)相對(duì)成熟,但這些技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系、物聯(lián)網(wǎng)給通信技術(shù)帶來(lái)的新的問(wèn)題等還未有深入的研究。與此相關(guān)的技術(shù)包括傳感技術(shù)、識(shí)別技術(shù)、發(fā)現(xiàn)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、嵌入式智能技術(shù)、軟件技術(shù)等。(3) 物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合:物聯(lián)網(wǎng)中有海量的物體信息數(shù)據(jù),如何處理海量的多樣的數(shù)據(jù)信息,并將不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合是物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)難題之一。(4) 物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合:物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是泛在網(wǎng)絡(luò),需要融合現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡(luò),并引入新的通信網(wǎng)絡(luò)。要實(shí)現(xiàn)泛在的物聯(lián)網(wǎng),異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合是一個(gè)重要的技

15、術(shù)問(wèn)題。(5) 物聯(lián)網(wǎng)的智能終端:智能終端的研究關(guān)系到物聯(lián)網(wǎng)的感知延伸層能否得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的智能終端主要有智能手機(jī)、PDA等,如何將現(xiàn)有的智能終端用到物聯(lián)網(wǎng)中或者開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)需要的智能終端是一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。(6) 物聯(lián)網(wǎng)的信息安全和保密:安全和隱私將會(huì)是物聯(lián)網(wǎng)面臨的最大挑戰(zhàn)。需要研究物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)和安全技術(shù),主要包括物聯(lián)網(wǎng)的物理安全策略、訪問(wèn)控制策略、信息加密策略以及網(wǎng)絡(luò)安全管理策略、系統(tǒng)安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、應(yīng)用安全技術(shù)、安全管理體系結(jié)構(gòu)等。(7) 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究:物聯(lián)網(wǎng)還沒(méi)有全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)的缺失將大大制約技術(shù)的發(fā)展和規(guī)?；瘧?yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)建立是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要先決條件。2.3 傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例 E P C ( 產(chǎn)品電子代碼) 是目前一種比較典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)。E P C 體系結(jié)構(gòu)如圖 2所示 圖2EPC系統(tǒng)的基本組成EPC體系結(jié)構(gòu)涉及到EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)、EPC標(biāo)簽、讀寫器、對(duì)象名解析服務(wù)(ObjectNamingService,ONS