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

1、 .PAGE43 / NUMPAGES49編 號(hào)： 審定成績(jī)：郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)（論文）題目：物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究單 位（系別） ：電子信息工程系學(xué) 生 姓 名 ：胡勝權(quán)專 業(yè) ：應(yīng)用電子技術(shù)班 級(jí) ：01220902學(xué) 號(hào) ：0122090237指 導(dǎo) 教 師 ：徐昌彪答辯組負(fù)責(zé)人 ：填表時(shí)間： 20 年 6 月郵電大學(xué)移通學(xué)院教務(wù)處制郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書設(shè)計(jì)(論文)題目 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究 學(xué)生 胡勝權(quán) 系別 電子信息工程系 專業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班級(jí) 01220902指導(dǎo)教師 徐昌彪 職稱 教授 聯(lián)系教師單位 郵電大學(xué)光電學(xué)院 下任務(wù)日

2、期_2012_年_5_月_3_日主 要 研 究 容 、 方 法 和 要 求互聯(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3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，更是引起了國(guó)學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和新聞媒體的高度重視?！拔锫?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)作為一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)模式，其核心性能因素以與網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)行為對(duì)著寫因素的影響都是未知的。需要深入研究針對(duì)信息和服務(wù)的主動(dòng)測(cè)量的協(xié)作框架以認(rèn)識(shí) 網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)行為規(guī)律的基礎(chǔ)上，研究物聯(lián)網(wǎng)中適應(yīng)變化網(wǎng)絡(luò)快速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的路由策略 與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移模式。 進(jìn) 度 計(jì) 劃第四周：充分調(diào)研，完成開題報(bào)告。第五周第八周：查閱文

3、獻(xiàn)，了解物聯(lián)網(wǎng)的一些基本情況。第九周第十二周：初步掌握物聯(lián)網(wǎng)的原理，認(rèn)真分析物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。第十三周第十四周：完成初稿。第十五周：修改論文 主 要 參 考 文 獻(xiàn)1馬華東物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研究R：郵電大學(xué)，20192彬，宗平，毛燕琴等物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)研究J：郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29（6）：1113化君物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究J中國(guó)新通信，201054鄒生，何新華物流信息化與物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)M：電子工業(yè)，2010指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日教研室主任簽字： 年 月 日備注：此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，并于畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開始前下達(dá)給學(xué)生。摘 要過(guò)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

4、全球信息技術(shù)革命的深入和3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，更是引起了國(guó)學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和新聞媒體的高度重視?！拔锫?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(guó)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30比，因此，“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個(gè)萬(wàn)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、原理以與物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。當(dāng)前“物聯(lián)網(wǎng)”的定義、國(guó)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(wèn)題，但從“物聯(lián)網(wǎng)”本質(zhì)上看，“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)

5、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(guò)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(lái)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)物聯(lián)網(wǎng)的五大核心技術(shù),包括傳感器、信息匯聚、通信、運(yùn)營(yíng)和應(yīng)用技術(shù)。最后，展望了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的前景以與對(duì)人類的生活、工業(yè)發(fā)展、科技進(jìn)步的促進(jìn)作用。關(guān)鍵詞物聯(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)ABSTRACTIn the past 10years, the technology and application of the Internet have been got great achievemen

6、ts. The Internet of things is paid widely attention with the global information technology revolution and the construction of 3G in recent years. And Domestic scholars, Industry, and News media attach great importance to it. The Internet of things is named the third revolution in the world informati

7、on industry following computer revolution and internet revolution. American Forrester said, By the year 2020, the number of the business of the things content compared with people of business communication will reach 30 to 1.Therefore it will have hundreds of thousands of communications business. At

8、 present the definition, inherent principle, construction and system of it is worth to discussion. The essence of The Internet of things is that modern information technology development to a certain extent emergence of an application and technology promotion jailing river, will all kinds of percept

9、ion technology, modern network technology and artificial intelligence and automation technology polymerization and integrated application, make people and things wisdom dialogue, creating a world of wisdom. I study the contracture and the key technology of it through the articles about the internet

10、of thing. And the paper analyzes five basic elements such as Sensor and gathering communication and operation and application technology.The paper expounds the definition, theory and the key technology of the internet of things. In the end, I analyze its function in our daily life, industry and scie

11、nce.Key wordsThe internet of thing The technology of sensor Radio Frequency Identification RFID Internet目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326007433HYPERLINK l _Toc326007434前言 PAGEREF _Toc326007434 h 1HYPERLINK l _Toc326007435第一章物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc326007435 h 2HYPERLINK l _Toc326007436第一節(jié)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史與

12、趨勢(shì) PAGEREF _Toc326007436 h 2HYPERLINK l _Toc326007437一、物聯(lián)網(wǎng)的歷史 PAGEREF _Toc326007437 h 2HYPERLINK l _Toc326007438二、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨 PAGEREF _Toc326007438 h 3HYPERLINK l _Toc326007439第二節(jié)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc326007439 h 4HYPERLINK l _Toc326007440一、物聯(lián)網(wǎng)的定義 PAGEREF _Toc326007440 h 4HYPERLINK l _Toc326007441二、物流系統(tǒng)的組

13、成 PAGEREF _Toc326007441 h 5HYPERLINK l _Toc326007442第二章物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc326007442 h 7HYPERLINK l _Toc326007443第一節(jié)物聯(lián)網(wǎng)已有的體系結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc326007443 h 7HYPERLINK l _Toc326007444第二節(jié)建議的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc326007444 h 9HYPERLINK l _Toc326007445一、物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型 PAGEREF _Toc326007445 h 10HYPERLINK l _Toc326007

14、446二、物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)分類 PAGEREF _Toc326007446 h 10HYPERLINK l _Toc326007447三、物聯(lián)網(wǎng)互連體系結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc326007447 h 11HYPERLINK l _Toc326007448第三章物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) PAGEREF _Toc326007448 h 14HYPERLINK l _Toc326007449第一節(jié)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的五大核心技術(shù) PAGEREF _Toc326007449 h 14HYPERLINK l _Toc326007450第二節(jié)物聯(lián)網(wǎng)四大支撐技術(shù) PAGEREF _Toc326007450 h 17HYPE

15、RLINK l _Toc326007451一、M2M技術(shù) PAGEREF _Toc326007451 h 17HYPERLINK l _Toc326007452二、無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)技術(shù) PAGEREF _Toc326007452 h 19HYPERLINK l _Toc326007453三、傳感網(wǎng)技術(shù) PAGEREF _Toc326007453 h 20HYPERLINK l _Toc326007454四、兩化融合 PAGEREF _Toc326007454 h 21HYPERLINK l _Toc326007455第三節(jié)通信技術(shù)與數(shù)據(jù)融合技術(shù) PAGEREF _Toc326007

16、455 h 22HYPERLINK l _Toc326007456一、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) PAGEREF _Toc326007456 h 22HYPERLINK l _Toc326007457二、數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù) PAGEREF _Toc326007457 h 24HYPERLINK l _Toc326007458第四章物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與方向 PAGEREF _Toc326007458 h 26HYPERLINK l _Toc326007459第一節(jié)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn) PAGEREF _Toc326007459 h 26HYPERLINK l _Toc326007460一、基礎(chǔ)研究方面

17、的挑戰(zhàn) PAGEREF _Toc326007460 h 26HYPERLINK l _Toc326007461二、技術(shù)開發(fā)方面的挑戰(zhàn) PAGEREF _Toc326007461 h 26HYPERLINK l _Toc326007462第二節(jié)物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展前景 PAGEREF _Toc326007462 h 27HYPERLINK l _Toc326007463結(jié)論 PAGEREF _Toc326007463 h 29HYPERLINK l _Toc326007464致 PAGEREF _Toc326007464 h 30HYPERLINK l _Toc326007465參考文獻(xiàn) PAGER

18、EF _Toc326007465 h 31HYPERLINK l _Toc326007466一、英文原文 PAGEREF _Toc326007466 h 32HYPERLINK l _Toc326007467二、英文翻譯 PAGEREF _Toc326007467 h 37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)。1995年比爾蓋茨在未來(lái)之路一書中提到物聯(lián)網(wǎng)，到今天已經(jīng)發(fā)展了17年。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)字空間的無(wú)縫連接。這個(gè)概念的產(chǎn)生是1999年在美國(guó)召開的移動(dòng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議由MIT Auto-

19、ID中心的Ashton教授在研究RFID時(shí)最早提出來(lái)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”。物聯(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G呢？對(duì)于物聯(lián)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)的與時(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(lái)10年，物聯(lián)網(wǎng)就可能大規(guī)模的普與進(jìn)入人們的生活，這一項(xiàng)科技將會(huì)發(fā)展為上千萬(wàn)億元規(guī)模的高科技市場(chǎng)。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概述第

20、一節(jié) 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史與趨勢(shì)一、物聯(lián)網(wǎng)的歷史1999年 MIT Auto-ID Center提出物聯(lián)網(wǎng)概念，即把所有物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。2004年日本總務(wù)省提出u-Japan構(gòu)想中，希望在2010年將日本建設(shè)成一個(gè)“Anytime，Anywhere，Anything，Anyone”都可以上網(wǎng)的環(huán)境。同年，國(guó)政府制定了u-Korea戰(zhàn)略，國(guó)信通部發(fā)布的數(shù)字時(shí)代的人本主義：IT839戰(zhàn)略以具體呼應(yīng)u-Korea。2005年11月 在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)(WSIS)上，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)，報(bào)告指出，無(wú)

21、所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來(lái)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(guò)因特網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行交換。射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)、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(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，不僅僅能夠在短期有力的刺激經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)就業(yè)，而且能夠在短時(shí)間為中國(guó)打造一個(gè)成熟的智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)。2009年6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8月 溫家寶總理在

22、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(lái)，早一點(diǎn)攻破核心技術(shù)，并且明確要求盡快建立中國(guó)的傳感信息中心，或者叫“感知中國(guó)”中心。目前：經(jīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)，全國(guó)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(guó)科學(xué)院、中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司等國(guó)傳感網(wǎng)主要的技術(shù)研究和應(yīng)用單位。二、物聯(lián)網(wǎng)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、物與人的通信與上層應(yīng)用這種物聯(lián)網(wǎng)的基本發(fā)展需求正涌現(xiàn)出來(lái)。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(guó)的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展既具備了一些國(guó)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(guó)特色和階段

23、特點(diǎn)。一方面，以全國(guó)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的管理者、經(jīng)營(yíng)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(zhēng)鳴、成果交流以與相互合作的平臺(tái)，將繼續(xù)為我國(guó)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(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的主要客戶仍是政府與事業(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(guó)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(guó)外企業(yè)、機(jī)構(gòu)的鼎力支助，關(guān)于民眾的應(yīng)用示將會(huì)逐步擴(kuò)大。根據(jù)20102011年中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展年度報(bào)告，2012年中國(guó)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(jìng)爭(zhēng)。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

24、蓋圍極廣，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。2012年將會(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(guó)物流網(wǎng)產(chǎn)業(yè)集群已初步形成環(huán)渤海、長(zhǎng)三角、珠三角以與中西部地區(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(guó)西部的、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年將會(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(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的主要客戶仍是政府與事業(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(guó)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(guó)外企業(yè)、機(jī)構(gòu)的鼎力支助

25、，關(guān)于民眾的應(yīng)用示將會(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(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最強(qiáng)動(dòng)力。“智慧城市”建設(shè)是中國(guó)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(guó)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(guó)已有28個(gè)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(guó)家與地方各級(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(guò)業(yè)界的共同努力，國(guó)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)模快速增長(zhǎng)。安

26、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(zhǎng)最為顯著的領(lǐng)域。根據(jù)“十二五”規(guī)劃，2012年我國(guó)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。第二節(jié) 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、物聯(lián)網(wǎng)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)重要特征。物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)指的是將無(wú)處不在（Ubiquitous）的末端設(shè)備（Devices）和設(shè)施（Facilities）

27、，包括具備“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”(Enabled)的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)（Assets）、攜帶無(wú)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(guò)各種無(wú)線/有線的長(zhǎng)距離/短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M)、應(yīng)用大集成（Grand Integration)、以與基于云計(jì)算的SaaS營(yíng)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、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 Dashboard)等管理和服務(wù)功能

28、，實(shí)現(xiàn)對(duì)“萬(wàn)物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的“管、控、營(yíng)”一體化。總之物聯(lián)網(wǎng)就是把所有的物品通過(guò)射頻等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。二、物流系統(tǒng)的組成雖然物聯(lián)網(wǎng)的定義目前沒有統(tǒng)一的說(shuō)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1.1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) 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)挖掘應(yīng)用層 廣域網(wǎng)通訊PSTN、2G/3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層 短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)紅外、藍(lán)牙、WiFi、Zigbee、其他無(wú)線數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行控制各類傳感器、RFI

29、D、條碼、攝像頭動(dòng)作執(zhí)行部件感知網(wǎng) 圖1.1 物聯(lián)網(wǎng)體系基本結(jié)構(gòu)圖= 1 * GB3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圍地收集起來(lái)，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(wèn)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 * GB3 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層完成大圍的信息溝通，主要借助于已有的廣域網(wǎng)通信系統(tǒng)(如PS

30、TN網(wǎng)絡(luò)、2G/3G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、大圍的通信，以實(shí)現(xiàn)在地球圍的通信。這相當(dāng)于人借助火車、飛機(jī)等公眾交通系統(tǒng)在地球圍的交流。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(lái)之前，用線進(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 * GB3感知層感知層是讓物品說(shuō)話的先決條件，主要用于采集物理世界

31、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)采集涉與傳感器、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(wú)線通信2個(gè)部分。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)別以與其他信息采集技術(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(lái)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(wú)線通信能完成小圍的多個(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)構(gòu)第一節(jié) 物聯(lián)網(wǎng)已有的體系結(jié)構(gòu)人類社會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間將

32、面臨兩大難題:其一是能源短缺和環(huán)境污染;其二是人口老齡化和慢性病增加,物聯(lián)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(wèn)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(cāng)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)構(gòu),例如物品萬(wàn)維網(wǎng)的(Web of Things,WoT)體系結(jié)構(gòu),它定義了一種面向應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng),把萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)嵌入到系統(tǒng)中,可以采用簡(jiǎn)單的萬(wàn)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),試圖

33、把互聯(lián)網(wǎng)中成功的、面向信息獲取的萬(wàn)維網(wǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)移植到物聯(lián)網(wǎng)上,用于簡(jiǎn)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(wú)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)為核心的通信,自主件在端到端層次以與中間結(jié)點(diǎn),執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)控制面已知的或者新出現(xiàn)的任務(wù),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所示,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;控制面通過(guò)向數(shù)據(jù)面發(fā)送配置報(bào)文,優(yōu)化數(shù)據(jù)面的吞吐量以與可靠性;知識(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)的知識(shí),用于指導(dǎo)控制

34、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)面的交互,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 / IP協(xié)議棧,如圖2.2 所示,這里的STP和SP分別表示智能傳送協(xié)議( Smart TransportProtocol)和智能協(xié)議( Smart Protocol) ,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)之間STP /SP的選擇,用于優(yōu)化無(wú)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2.2 物聯(lián)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)涉與的協(xié)議棧較為復(fù)雜,只能適用于計(jì)算資源較為富裕

35、的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)。目前物流倉(cāng)儲(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都依賴于產(chǎn)品電子代碼( EPC)網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)如圖2.3所示,主要組成部件包括:產(chǎn)品電子代碼( EPC) ,這是一種全球圍標(biāo)準(zhǔn)定義的產(chǎn)品數(shù)字標(biāo)識(shí);電子標(biāo)簽和閱讀器,電子標(biāo)簽通常采用射頻標(biāo)識(shí)(RF ID)技術(shù)存儲(chǔ)EPC,閱讀器是一種閱讀電子標(biāo)簽存儲(chǔ)的EPC并且傳遞給物流倉(cāng)儲(chǔ)管理信息系統(tǒng)的裝置; EPC中間件,這EPC網(wǎng)絡(luò)包括3個(gè)層次:= 1 * GB3 實(shí)體和部層次,該層由EPC、RFID標(biāo)簽、RF ID閱讀器、EPC中間件組成。這里的EPC中間件實(shí)際上屏蔽了各類不同的RFID之間的信息傳遞技術(shù),把物品的信息訪問(wèn)和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化成為一個(gè)開放的平臺(tái)。= 2 * GB3

36、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)成員利用EPC2IS服務(wù)器處理被ALE過(guò)濾之后的信息,這類信息可以用于部或者外部商業(yè)伙伴之間的信息交互。= 3 * GB3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EPC2IS的地址。EPC2global委托全球著名的域名服務(wù)機(jī)構(gòu)VeriSign (威瑞信)公司提供ONS全球服務(wù),全球至少有10個(gè)數(shù)據(jù)中心提供ONS服務(wù)。圖2.3 EPC網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第二節(jié) 建議的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)我們認(rèn)為,物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下5條原則:= 1 * GB3 多樣性原則,物聯(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

37、體系結(jié)構(gòu);= 2 * GB3 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 * GB3 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 * GB3 安全性原則,物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)必須能夠防御大圍的網(wǎng)絡(luò)攻擊;= 5 * GB3 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)3個(gè)方面討論物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)。一、物聯(lián)網(wǎng)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 * GB3 聯(lián)網(wǎng)類服務(wù):物品標(biāo)識(shí)、通信和定位;= 2 * GB3 信息類服務(wù):信息采集、存儲(chǔ)和查詢;= 3 * GB3 操作類服

38、務(wù):遠(yuǎn)程配置、監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程操作和控制;= 4 * GB3 安全類服務(wù):用戶管理、訪問(wèn)控制、事件報(bào)警、入侵檢測(cè)、攻擊防御;= 5 * GB3 管理類服務(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,根據(jù)不同領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求,以上服務(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)網(wǎng)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(wú)源CPS結(jié)點(diǎn)、有源CPS結(jié)點(diǎn)、互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn),其特征從以下方面進(jìn)行描述: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

39、力, 具體如圖 2.4所示。圖2.4 物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)類型與特征無(wú)源CPS結(jié)點(diǎn),就是具有電子標(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(wú)源CPS結(jié)點(diǎn)。無(wú)源CPS結(jié)點(diǎn)一般不帶電源,可以具有移動(dòng)性,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)點(diǎn),具備感知、聯(lián)網(wǎng)和控制能力的嵌入式系統(tǒng),這是物聯(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,可以具有移動(dòng)性、感知、存儲(chǔ)、計(jì)算和聯(lián)網(wǎng)能力,提供T2T、H2T、H2H連接。互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn),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

40、信息中心和控制中心,例如具有物聯(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)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)就是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn)?；ヂ?lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn)不是一般的互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)點(diǎn),它是屬于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的結(jié)點(diǎn),采用了互聯(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)中特有的時(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?；ヂ?lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn)具有不間斷電源,不具備移動(dòng)性,可以具有感知能力,具有較強(qiáng)的存儲(chǔ)、計(jì)算和聯(lián)網(wǎng)能力,可以提供H2T、H2H連接。三、物聯(lián)網(wǎng)互連體系結(jié)構(gòu)根據(jù)以上物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的分類,可以進(jìn)一步研究可能存在的連接類型,例如物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)之間存在無(wú)源結(jié)點(diǎn)與有源CPS結(jié)點(diǎn),有源CPS與有源CPS結(jié)點(diǎn),以與有源

41、CPS結(jié)點(diǎn)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:無(wú)源CPS結(jié)點(diǎn)與有源CPS結(jié)點(diǎn)互連結(jié)構(gòu),有源CPS結(jié)點(diǎn)與有源CPS結(jié)點(diǎn)互連結(jié)構(gòu),有源CPS結(jié)點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)。無(wú)源CPS結(jié)點(diǎn)與有源CPS結(jié)點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)如圖2.5所示,無(wú)源CPS結(jié)點(diǎn)通過(guò)物理層協(xié)議與有源CPS結(jié)點(diǎn)連接,例如通過(guò)RF ID協(xié)議,有源CPS可以獲取無(wú)源CPS結(jié)點(diǎn)上電子標(biāo)簽的信息。圖2.5 無(wú)源CPS結(jié)點(diǎn)與有源CPS結(jié)點(diǎn)互聯(lián)結(jié)構(gòu)有源CPS結(jié)點(diǎn)與有源CPS結(jié)點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)如圖2.6所示,有源CPS結(jié)點(diǎn)之間通過(guò)物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的協(xié)議交

42、互,實(shí)現(xiàn)有源CPS結(jié)點(diǎn)之間的信息采集、傳遞和查詢。考慮到大部分有源CPS結(jié)點(diǎn)資源限制十分嚴(yán)格,有源CPS結(jié)點(diǎn)不適合配置已有的IP協(xié)議;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有源cps結(jié)點(diǎn)與有源cps結(jié)點(diǎn)互聯(lián)結(jié)構(gòu)有源CPS結(jié)點(diǎn)之間的信息轉(zhuǎn)發(fā)和匯聚可以通過(guò)應(yīng)用協(xié)議實(shí)現(xiàn),這樣,可以按照應(yīng)用需要,設(shè)計(jì)靈活的信息采集和轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié)議,不需要采用通用的、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結(jié)點(diǎn)互連結(jié)構(gòu)如圖2.7所示,有源CPS結(jié)點(diǎn)需要通過(guò)CPS網(wǎng)關(guān),才能連接互聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)。CPS網(wǎng)關(guān)實(shí)際上是一

43、個(gè)有源CPS結(jié)點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn)的組合,其中實(shí)現(xiàn)了完整的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧。這樣,通過(guò)CPS網(wǎng)關(guān),可以在應(yīng)用層與互聯(lián)網(wǎng)連接,實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)之間信息傳遞,以與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之間的互通、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(jiǎn)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)互聯(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)物理層協(xié)議,提供在物理信道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力;物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,提供對(duì)物理信道訪問(wèn)控制、復(fù)用,在鏈路層

44、安全、可靠、高效傳遞數(shù)據(jù)的功能,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)量的保證;應(yīng)用層協(xié)議,提供信息采集、傳遞、查詢功能,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。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)從物聯(lián)網(wǎng)的定義與各類技術(shù)所起的作用來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù)應(yīng)該是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)，主要原因是：WSN技術(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)

45、電系統(tǒng)和GPS技術(shù)= 1 * GB3.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(wú)線傳感技術(shù)以與以此組件的傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要技術(shù)手段。= 2 * GB3.射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，簡(jiǎn)稱RFID）是通過(guò)無(wú)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(wú)線通訊技術(shù)。在國(guó)，RFID已經(jīng)在、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技術(shù)市場(chǎng)應(yīng)用成熟，標(biāo)簽成本低廉，但RFI

46、D一般不具備數(shù)據(jù)采集功能，多用來(lái)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 * GB3.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(guò)微米級(jí)加工，得到的集微型傳感器、執(zhí)行器以與信號(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 * GB3.GPS技術(shù)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

47、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)與廣域網(wǎng)技術(shù)= 1 * GB3.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，簡(jiǎn)稱WSN）的基本功能是將一系列空間分散的傳感器單元通過(guò)自組織的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從而將各自采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸匯總，以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間分散圍的物理或環(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)，具有較大圍、低成本、 HYPERLINK :/ eeworld .cn/ads/clickads.php?id=281 t _bl

48、ank 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 * GB3.Wi-FiWi-Fi（Wireless Fidelity，無(wú)線保真技術(shù)）是一種基于接入點(diǎn)（Access Point）的無(wú)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。Wi-Fi技術(shù)屬于物聯(lián)網(wǎng)的信息匯總層技術(shù)。= 3 * GB3.GPRSGPRS（General Packet Radio Service，通用分組無(wú)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技術(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。GPRS技術(shù)屬

49、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)、3G網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、廣電網(wǎng)絡(luò)、NGB= 1 * GB3.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(lái)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(guò)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(shuō)，有了交換系統(tǒng)才能使某一地區(qū)任意兩個(gè)終端用戶相互接續(xù)，才能組成通信網(wǎng)。= 2 * GB3.3G網(wǎng)絡(luò)3G是英文the 3rd Generation的縮寫，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GSM、CD

50、MA等數(shù)字手機(jī)，第三代手機(jī)（3G）是指將無(wú)線通信與國(guó)際互聯(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 * GB3.GPRS網(wǎng)絡(luò)這是一種基于GSM系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接。通俗的講，GPRS是一項(xiàng) HYPERLINK :/ eeworld .cn/ads/clickads.php?id=279 t _blank 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手上。雖然GPRS是作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演變的過(guò)渡技術(shù)，但是它在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢(shì)。= 4 * GB3.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(yíng)的，通過(guò)HFC（光

51、纖+同軸電纜混合網(wǎng)）網(wǎng)向用戶提供寬帶服務(wù)與電視服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，寬帶可通過(guò)CableModem連接到計(jì)算機(jī)，理論到戶最 HYPERLINK :/ eeworld .cn/ads/clickads.php?id=279 t _blank 高速率38M，實(shí)際速度要視網(wǎng)絡(luò)情況而定。= 5 * GB3.NGB廣域網(wǎng)絡(luò)中國(guó)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(guó)國(guó)情的、三網(wǎng)融合的、有線無(wú)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(yíng)層：專家系統(tǒng)、云計(jì)算、API接口、客戶管理、GIS、ERP= 1

52、* GB3.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)決策層與員工提供決策運(yùn)行手段的管理平臺(tái)。ERP技術(shù)屬于物聯(lián)網(wǎng)的信息處理層技術(shù)。= 2 * GB3.專家系統(tǒng)（Exper System）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(lái)處理該領(lǐng)域問(wèn)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 * GB3.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(guò)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

53、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(yíng)、信息化管理、組織調(diào)度結(jié)合起來(lái)，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)，涉與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)用還要更多涉與系統(tǒng)集成技術(shù)、資源打包技術(shù)等。第二節(jié) 物聯(lián)網(wǎng)四大支撐技術(shù)一、M2M技術(shù)M2M是物聯(lián)網(wǎng)四大支撐技術(shù)之一。“M2M”是“Machine-to-Machine”的縮寫，用來(lái)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，M2M引起了整個(gè)“物聯(lián)網(wǎng)”的

54、產(chǎn)生。 （一）M2M的基本概念首先，M2M有以下三個(gè)基本特征：= 1 * GB3數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)（DEP）= 2 * GB3通信網(wǎng)絡(luò)= 3 * GB3數(shù)據(jù)融合點(diǎn)（DIP）。DEP和DIP可以用于任何子系統(tǒng)集成。例如，一個(gè)完整的過(guò)程（X）到一個(gè)IT應(yīng)用（Y）。圖1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M2M”。（X）和應(yīng)用（Y）構(gòu)成了事實(shí)上的功能端點(diǎn)。圖3.1 M2M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)

55、數(shù)據(jù)結(jié)合點(diǎn)。雖說(shuō)是這樣，但是可以設(shè)想M2M應(yīng)用有多個(gè)DIP。對(duì)于DIP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)DEP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應(yīng)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(lái)說(shuō)，這種網(wǎng)絡(luò)的建立可以使用局域網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)/ISDN，或者是類似的。圖3.1物聯(lián)網(wǎng)四大技術(shù)（二）基于M2M的監(jiān)控基礎(chǔ)架構(gòu)如今，無(wú)數(shù)的應(yīng)用程序使用復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

56、，其多數(shù)系統(tǒng)履行每天24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(wèn)題。圖3.2 基于M2M的監(jiān)控基礎(chǔ)架構(gòu)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(guò)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(guò)DEP被迅速監(jiān)測(cè)。單獨(dú)的DEP通過(guò)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 DEP接收失敗、錯(cuò)誤和故障信息（圖的X、Y和Z）。除了與DEP連接之外，DIP監(jiān)控軟件還有另外兩個(gè)接口：配置接口和通知接口

57、。配置接口是決定誰(shuí)、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、自動(dòng)發(fā)送 ，或者撥打某個(gè)和播放音頻文件）。二、無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)技術(shù)無(wú)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(guò)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、分類和跟蹤的移動(dòng)物品(物品上附著有RFID標(biāo)簽)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)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(wú)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)，

58、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(lái)。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(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)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)品的控制，以實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)管理，得以使整個(gè)流水

59、線管理自動(dòng)化。RFID系統(tǒng)一般由RFID系統(tǒng)由閱讀器、應(yīng)答器(標(biāo)簽)和應(yīng)用系統(tǒng)三部分組成，通過(guò)電波在響應(yīng)媒介和詢問(wèn)媒介間傳遞信息。閱讀器，一般是一臺(tái)含天線和芯片解碼器的閱讀(有時(shí)還可以寫入)設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式；閱讀器可無(wú)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(wú)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)別的目標(biāo)是

60、為每一物理實(shí)體提供唯一標(biāo)識(shí)。它與傳統(tǒng)條碼技術(shù)相比有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：= 1 * GB3唯一標(biāo)識(shí)。條碼只能識(shí)別一類產(chǎn)品, 而無(wú)法識(shí)別單品, 因此條碼容易偽造。RFID卻可以為單品提供唯一標(biāo)識(shí)。= 2 * GB3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。相反, 無(wú)線電識(shí)別并不需要可視傳輸技術(shù), 射頻標(biāo)簽只要在識(shí)讀器的讀取圍就可以了, 甚至可以穿過(guò)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 * GB3長(zhǎng)壽耐用。紙型條碼容易破損和受到污染。而RFID HYPERLINK :/ /dianzijixie/ 電子標(biāo)簽可