021801物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解析.docx

1、目錄物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述及定義2物聯(lián)網(wǎng)的起源與特征31. 物聯(lián)網(wǎng)的起源32. 物聯(lián)網(wǎng)的特征4三. 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及架構(gòu)51. 射頻識別技術(shù)52. 傳感網(wǎng)63. M2M系統(tǒng)框架64. 云計算75. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)8四. 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用91. 智能交通92智能家203. 公共安全11五. 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)111. 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)122. 管理平臺問題123. 成本問題124. 安全性問題13定位系統(tǒng)，能及時了解公交車行駛路線及到站時間，乘客可以根據(jù)搭 乘路線確定出行，免去不必要的時間浪費。社會車輛增多，除了會 帶來交通壓力外，停車難也日益成為一個突出問題，不少城市推出了 智慧路邊停車管理系統(tǒng)，該

2、系統(tǒng)基于云計算平臺，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與 移動支付技術(shù)，共享車位資源，提高車位利用率和用戶的方便程度。 該系統(tǒng)可以兼容手機模式和射頻識別模式，通過手機端APP軟件可以 實現(xiàn)及時了解車位信息、車位位置，提前做好預(yù)定并實現(xiàn)交費等等操 作，很大程度上解決了 “停車難、難停車”的問題。2. 智能家居智能家居就是物聯(lián)網(wǎng)在家庭中的基礎(chǔ)應(yīng)用，隨著寬帶業(yè)務(wù)的普及, 智能家居產(chǎn)品涉及到方方面面。家中無人，可利用手機等產(chǎn)品客戶 端遠(yuǎn)程操作智能空調(diào)，調(diào)節(jié)室溫，甚者還可以學(xué)習(xí)用戶的使用習(xí)慣, 從而實現(xiàn)全自動的溫控操作，使用戶在炎炎夏季回家就能享受到冰爽 帶來的愜意;通過客戶端實現(xiàn)智能燈泡的開關(guān)、調(diào)控?zé)襞莸牧炼群皖?色等等

3、；插座內(nèi)置Wifi,可實現(xiàn)遙控插座定時通斷電流，甚者可以 監(jiān)測設(shè)備用電情況，生成用電圖表讓你對用電情況一目了然，安排資 源使用及開支預(yù)算；智能體重秤，監(jiān)測運動效果。內(nèi)置可以監(jiān)測血壓、 脂肪量的先進(jìn)傳感器，內(nèi)定程序根據(jù)身體狀態(tài)提出健康建議；智能牙 刷與客戶端相連，供刷牙時間、刷牙位置提醒，可根據(jù)刷牙的數(shù)據(jù)生 產(chǎn)圖表，口腔的健康狀況；智能攝像頭、窗戶傳感器、智能門鈴、煙 霧探測器、智能報警器等都是家庭不可少的安全監(jiān)控設(shè)備，你及時出 門在外，以在任意時間、地方查看家中任何一角的實時狀況，任何安 全隱患。看似繁瑣的種種家居生活因為物聯(lián)網(wǎng)變得更加輕松、美好。3. 公共安全近年來全球氣候異常情況頻發(fā)，災(zāi)害

4、的突發(fā)性和危害性進(jìn)一步加 大，互聯(lián)網(wǎng)可以實時監(jiān)測環(huán)境的不安全性情況，提前預(yù)防、實時預(yù)警、 及時采取應(yīng)對措施，降低災(zāi)害對人類生命財產(chǎn)的威脅。美國布法羅 大學(xué)早在2013年就提出研究深?；ヂ?lián)網(wǎng)項目，通過特殊處理的感應(yīng) 裝置置于深海處，分析水下相關(guān)情況，海洋污染的防治、海底資源的 探測、甚至對海嘯也可以提供更加可靠的預(yù)警。該項目在當(dāng)?shù)睾?進(jìn)行試驗，獲得成功，為進(jìn)一步擴大使用范圍提供了基礎(chǔ)。利用物聯(lián) 網(wǎng)技術(shù)可以智能感知大氣、土壤、森林、水資源等方面各指標(biāo)數(shù)據(jù), 對于改善人類生活環(huán)境發(fā)揮巨大作用。五.物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的前景還是非常廣闊的，物聯(lián)網(wǎng)本身不僅發(fā)展?jié)摿?大，而且物聯(lián)網(wǎng)本身也能夠

5、為大量的新技術(shù)提供應(yīng)用場景，作為工業(yè) 互聯(lián)網(wǎng)的核心組成技術(shù)之一，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代必然會開辟出 一個巨大的價值空間。雖然物聯(lián)網(wǎng)近年來的發(fā)展已經(jīng)漸成規(guī)模，各國都投入了巨大的人 力、物力、財力來進(jìn)行研究和開發(fā)。但是在技術(shù)、管理、成本、政策、 安全等方面仍然存在許多需要攻克的難題，具體分析如下：1. 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)并不適合物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)感知層的數(shù)據(jù)多源異 構(gòu)，不同的設(shè)備有不同的接口，不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層也 由于使用的網(wǎng)絡(luò)類型不同、行業(yè)的應(yīng)用方向不同而存在不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議和體系結(jié)構(gòu)。建立的統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是物 聯(lián)網(wǎng)正在面對的難題。2. 管理平臺問

6、題物聯(lián)網(wǎng)自身就是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)體系，加之應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各 業(yè)，不可避免的存在很大的交叉性。如果這個網(wǎng)絡(luò)體系沒有一個專門 的綜合平臺對信息進(jìn)行分類管理，就會出現(xiàn)大量信息冗余、重復(fù)工作、 重復(fù)建設(shè)造成資源浪費的狀況。每個行業(yè)的應(yīng)用各自獨立，成本高、 效率低，體現(xiàn)不出物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，勢必會影響物聯(lián)網(wǎng)的推廣。物聯(lián) 網(wǎng)現(xiàn)急需要一個能整合各行業(yè)資源的統(tǒng)一管理平臺，使其能形成一個 完整的產(chǎn)業(yè)鏈模式。3. 成本問題各國對物聯(lián)網(wǎng)都積極支持，在看似百花齊放的背后，能夠真正投 入并大規(guī)模使用的物聯(lián)網(wǎng)項目少之又少。譬如，實現(xiàn)RFID技術(shù)最基 本的電子標(biāo)簽及讀卡器，其成本價格一直無法達(dá)到企業(yè)的預(yù)期，性價 比不高；傳感網(wǎng)

7、絡(luò)是一種多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，極易遭到環(huán)境因素或人為 因素的破壞，若要保證網(wǎng)絡(luò)通暢，并能實時安全傳送可靠信息，網(wǎng)絡(luò) 的維護(hù)成本高。在成本沒有達(dá)到普遍可以接受的范圍內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā) 展只能是空談。4. 安全性問題傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成熟、應(yīng)用廣泛，尚存在安全漏洞。物聯(lián)網(wǎng)作 為新興產(chǎn)物，體系結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各方面的安全問題更 加突出。其關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)是傳感網(wǎng)絡(luò)，傳感器暴露的自然環(huán)境下，特 別是一些放置在惡劣環(huán)境中的傳感器，如何長期維持網(wǎng)絡(luò)的完整性對 傳感技術(shù)提出了新的要求，傳感網(wǎng)絡(luò)必須有自愈的功能。這不僅僅 受環(huán)境因素影響，人為因素的影響更嚴(yán)峻。RFID是其另一關(guān)鍵實現(xiàn)技 術(shù)，就是事先將電子標(biāo)簽置入物

8、品中以達(dá)到實時監(jiān)控的狀態(tài)，這對于 部分標(biāo)簽物的所有者勢必會造成一些個人隱私的暴露，個人信息的安 全性存在問題。不僅僅是個人信息安全，如今企業(yè)之間、國家之間合 作都相當(dāng)普遍，一旦網(wǎng)絡(luò)遭到攻擊，后果將更不敢想象。如何在使用 物聯(lián)網(wǎng)的過程做到信息化和安全化的平衡至關(guān)重要。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述及定義物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,簡稱IoT)是指通過各種信息傳 感器、射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各 種裝置與技術(shù)，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程， 采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息， 通過各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在

9、連接，實現(xiàn)對 物品和過程的智能化感知、識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、 傳統(tǒng)電信網(wǎng)等的信息承載體，它讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對 象形成互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)(IoT , Internet of things )即“萬物相連的互聯(lián) 網(wǎng)”，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)，將各種信息傳感設(shè)備與 網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)任何時間、任何地點，人、 機、物的互聯(lián)互通2 o物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，TT行業(yè)又叫：泛互 聯(lián)，意指物物相連，萬物萬聯(lián)。由此，“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián) 網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，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)上的延伸和擴展的網(wǎng)

10、絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴展到 了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義 是通過射頻識別、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)相連接，進(jìn)行信息交換 和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。二.物聯(lián)網(wǎng)的起源與特征1. 物聯(lián)網(wǎng)的起源物聯(lián)網(wǎng)概念最早出現(xiàn)于比爾蓋茨1995年未來之路一書，在 未來之路中，比爾蓋茨己經(jīng)提及物聯(lián)網(wǎng)概念，只是當(dāng)時受限于無 線網(wǎng)絡(luò)、硬件及傳感設(shè)備的發(fā)展，并未引起世人的重視。1998年，美國麻省理工學(xué)院創(chuàng)造性地提出了當(dāng)時被稱作EPC系 統(tǒng)的“物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想。1999年，美國Auto-

11、ID首先提出“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，主要是建 立在物品編碼、RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上。過去在中國，物聯(lián)網(wǎng)被 稱之為傳感網(wǎng)。中科院早在1999年就啟動了傳感網(wǎng)的研究，并己取 得了一些科研成果，建立了一些適用的傳感網(wǎng)。同年，在美國召開的 移動計算和網(wǎng)絡(luò)國際會議提出了， “傳感網(wǎng)是下一個世紀(jì)人類面臨的 又一個發(fā)展機遇”。2003年，美國技術(shù)評論提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來改變?nèi)藗?生活的十大技術(shù)之首。2005年11月17日，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), 正式提出了 “物聯(lián)網(wǎng)”的概念。報告指出，無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通 信時代即

12、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(jìn)行交換。射頻識別技術(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)用和關(guān)注。2. 物聯(lián)網(wǎng)的特征物聯(lián)網(wǎng)的基本特征從通信對象和過程來看，物與物、人與物之間 的信息交互是物聯(lián)網(wǎng)的核心。物聯(lián)網(wǎng)的基本特征可概括為整體感知、 可靠傳輸和智能處理。整體感知一可以利用射頻識別、二維碼、智能傳感器等感知設(shè)備 感知獲取物體的各類信息。可靠傳輸一通過對互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)的融合，將物體的信息實時、 準(zhǔn)確地傳送，以便信息交流、分享。智能處理一使用各種智能技術(shù)，對感知和傳送到的數(shù)據(jù)、信息進(jìn) 行分析處理，實現(xiàn)監(jiān)測與控制的智能化。根

13、據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的以上特征，結(jié) 合信息科學(xué)的觀點，圍繞信息的流動過程，可以歸納出物聯(lián)網(wǎng)處理信 息的功能：(1) 獲取信息的功能主要是信息的感知、識別，信息的感知是指 對事物屬性狀態(tài)及其變化方式的知覺和敏感；信息的識別指能把所感 受到的事物狀態(tài)用一定方式表示出來。(2) 傳送信息的功能。主要是信息發(fā)送、傳輸、接收等環(huán)節(jié)，最 后把獲取的事物狀態(tài)信息及其變化的方式從時間(或空間)上的一點 傳送到另一點的任務(wù)，這就是常說的通信過程。(3) 處理信息的功能。是指信息的加工過程，利用己有的信息或 感知的信息產(chǎn)生新的信息，實際是制定決策的過程。（4）施效信息的功能。指信息最終發(fā)揮效用的過程，有很多的表 現(xiàn)形式，比較

14、重要的是通過調(diào)節(jié)對象事物的狀態(tài)及其變換方式，始終 使對象處于預(yù)先設(shè)計的狀態(tài)。三.物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及架構(gòu)1.射頻識別技術(shù)談到物聯(lián)網(wǎng)，就不得不提到物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中備受關(guān)注的射頻識別技 術(shù)（Radio Frequency Identification,簡稱 RFID）0 RFID 是一種簡 單的無線系統(tǒng)，由一個詢問器（或閱讀器）和很多應(yīng)答器（或標(biāo)簽） 組成。標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有擴展詞條唯一的電 子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象，它通過天線將射頻信息傳遞給 閱讀器，閱讀器就是讀取信息的設(shè)備。RFID技術(shù)讓物品能夠“開口說 話”。這就賦予了物聯(lián)網(wǎng)一個特性即可跟蹤性。就是說人們可以隨時 掌握

15、物品的準(zhǔn)確位置及其周邊環(huán)境。據(jù)Sanford C. Bernstein公司 的零售業(yè)分析師估計，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)RFID帶來的這一特性，可使沃爾 瑪每年節(jié)省83. 5億美元，其中大部分是因為不需要人工查看進(jìn)貨的 條碼而節(jié)省的勞動力成本。RFID幫助零售業(yè)解決了商品斷貨和損耗 （因盜竊和供應(yīng)鏈被攪亂而損失的產(chǎn)品）兩大難題，僅盜竊一項，沃 爾瑪一年的損失就達(dá)近20億美元。2.傳感網(wǎng)MEMS 是微機電系統(tǒng)(Micro - Electro - Mechanical Systems) 的英文縮寫。它是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路、通 訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。其目標(biāo)是把信息 的

16、獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，集成 于大尺寸系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性 水平。它是比較通用的傳感器。因為MEMS,賦予了普通物體新的生命， 它們有了屬于自己的數(shù)據(jù)傳輸通路、有了存儲功能、操作系統(tǒng)和專門 的應(yīng)用程序，從而形成一個龐大的傳感網(wǎng)。這讓物聯(lián)網(wǎng)能夠通過物品 來實現(xiàn)對人的監(jiān)控與保護(hù)。遇到酒后駕車的情況，如果在汽車和汽 車點火鑰匙上都植入微型感應(yīng)器，那么當(dāng)喝了酒的司機掏出汽車鑰匙 時，鑰匙能透過氣味感應(yīng)器察覺到一股酒氣，就通過無線信號立即通 知汽車“暫停發(fā)動”，汽車便會處于休息狀態(tài)。同時“命令”司機 的手機給他的親朋好友發(fā)短信，告知司機所在位

17、置，提醒親友盡快 來處理。不僅如此，未來衣服可以“告訴”洗衣機放多少水和洗衣粉 最經(jīng)濟；文件夾會“檢查”我們忘帶了什么重要文件；食品蔬菜的標(biāo) 簽會向顧客的手機介紹“自己”是否真正“綠色安全”。這就是物聯(lián) 網(wǎng)世界中被“物”化的結(jié)果。3. M2M系統(tǒng)框架M2M是Machine-1oMachine/Man的簡稱，是一種以機器終端智 能交互為核心的、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用與服務(wù)。它將使對象實現(xiàn)智能化的控 制。M2M技術(shù)涉及5個重要的技術(shù)部分：機器、M2M硬件、通信網(wǎng)絡(luò)、 中間件、應(yīng)用?；谠朴嬎闫脚_和智能網(wǎng)絡(luò)，可以依據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)獲 取的數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，改變對象的行為進(jìn)行控制和反饋。拿智能停車場 來說，當(dāng)該車輛駛?cè)?/p>

18、或離開天線通信區(qū)時，天線以微波通訊的方式與 電子識別卡進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，從電子車卡上讀取車輛的相關(guān)信息, 在司機卡上讀取司機的相關(guān)信息，自動識別電子車卡和司機卡，并判 斷車卡是否有效和司機卡的合法性，核對車道控制電腦顯示與該電子 車卡和司機卡一一對應(yīng)的車牌號碼及駕駛員等資料信息；車道控制電 腦自動將通過時間、車輛和駕駛員的有關(guān)信息存入數(shù)據(jù)庫中，車道控 制電腦根據(jù)讀到的數(shù)據(jù)判斷是正?？ā⑽词跈?quán)卡、無卡還是非法卡, 據(jù)此做出相應(yīng)的回應(yīng)和提示。另外，家中老人戴上嵌入智能傳感器的 手表，在外地的子女可以隨時通過手機查詢父母的血壓、心跳是否穩(wěn) 定；智能化的住宅在主人上班時，傳感器自動關(guān)閉水電氣和門窗，定

19、 時向主人的手機發(fā)送消息，匯報安全情況。4.云計算云計算旨在通過網(wǎng)絡(luò)把多個成本相對較低的計算實體整合成一個 具有強大計算能力的完美系統(tǒng)，并借助先進(jìn)的商業(yè)模式讓終端用戶 可以得到這些強大計算能力的服務(wù)。如果將計算能力比作發(fā)電能力, 那么從古老的單機發(fā)電模式轉(zhuǎn)向現(xiàn)代電廠集中供電的模式，就好比大 家習(xí)慣的單機計算模式轉(zhuǎn)向云計算模式，而“云”就好比發(fā)電廠，具 有單機所不能比擬的強大計算能力。這意味著計算能力也可以作為 一種商品進(jìn)行流通，就像煤氣、水、電一樣，取用方便、費用低廉, 以至于用戶無需自己配備。與電力是通過電網(wǎng)傳輸不同，計算能力是 通過各種有線、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?。因此，云計算的一個核心理念就是 通過不斷提高“云”的處理能力，不斷減少用戶終端的處理負(fù)擔(dān)，最 終使其簡化成一個單純的輸入輸出設(shè)備，并能按需享受“云”強大的 計算處理能力。物聯(lián)網(wǎng)感知層獲取大量數(shù)據(jù)信息，在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層傳輸 以后，放到一個標(biāo)準(zhǔn)平臺上，再利用高性能的云計算對其進(jìn)行處理, 賦予這些數(shù)據(jù)智能，才能最終轉(zhuǎn)換成對終端用戶有