《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論》第1章物聯(lián)網(wǎng)概述

第1章物聯(lián)網(wǎng)概述內(nèi)容簡介物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個重要特征。本書從物聯(lián)網(wǎng)的感知識別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層這3層分別進行闡述，深入淺出地為讀者撥開縈繞于物聯(lián)網(wǎng)這個概念的重重迷霧，引領(lǐng)求職者漸漸步入物聯(lián)網(wǎng)世界，幫助探索者把握第三次IT科技浪潮的方向。前言在進入人類世界短短的20年里，互聯(lián)網(wǎng)已漸漸成為人們?nèi)粘Ｉ畹男畔⑤d體和平臺，廣泛參與到社會的運行和人們的各種活動中。在學(xué)術(shù)圈與工業(yè)圈孜孜不倦地探求互聯(lián)網(wǎng)走向的時候，其實還有一條不太顯眼的探索主線從沒有放棄過，這就是馬克.維塞爾（MarkWeiser）在互聯(lián)網(wǎng)剛剛興起的時候提出的普適計算（PervasiveComputing）。一般認(rèn)為互聯(lián)網(wǎng)代表著主流的網(wǎng)絡(luò)計算模式，把人們的使用吸引在信息空間（CyberSpace）中，主要依賴桌面型計算獲取服務(wù)與支持；而普適計算則倡導(dǎo)發(fā)展可以廣泛部署的微小計算設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)透明和智能的計算服務(wù)，又稱為不可見計算（InvisibleComputing）。如果說互聯(lián)網(wǎng)計算此前一直崇尚人圍繞著網(wǎng)絡(luò)進行，那么普適計算則主張讓微小系統(tǒng)形成的網(wǎng)絡(luò)圍繞著人運轉(zhuǎn)。普適計算的提出也是考慮到小型化或微型化成為計算機的發(fā)展趨勢，各種小型計算設(shè)備如掌上電腦、智能手機、傳感器、射頻標(biāo)簽等嶄露頭角。同時，無線技術(shù)的運用也使移動計算變得日益成熟和普及。在這種趨勢下，人們開始嘗試突破桌面計算的模式，將計算和互聯(lián)技術(shù)普及到日常生活中。普適計算的目的是在日常生活的各種環(huán)境和場景中廣泛部署微型化且具備一定計算能力的普適設(shè)備，并與已有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)移動、無縫、透明和泛在的計算支持和服務(wù)。普適計算是人們擺脫計算設(shè)備對人類活動的束縛，將互聯(lián)網(wǎng)推廣到物理世界的初步嘗試。但是執(zhí)著于普適計算的人們很快就遲到了苦頭，由于普適計算設(shè)備大多是互聯(lián)網(wǎng)上已有的各種計算系統(tǒng)的延伸和拓展，扮演探測和感知的角色，智能化程度相對較低；而服務(wù)對象主要是個體，如移動互聯(lián)、家居、醫(yī)療、導(dǎo)游等，找不到真正穿透國民經(jīng)濟發(fā)展的突破點，很快淪落到一個尷尬的地位：每個人看了演示都覺得不錯，但哪一個應(yīng)用也沒能大規(guī)模推廣，普通民眾更多時候的感覺就是一個詞——麻煩。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（簡稱傳感網(wǎng)）作為普適計算的一個實際延伸，數(shù)年前被美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的戴維.卡勒（DavidCuller）掀起一陣熱潮之后，大鴨島、斑馬網(wǎng)、金門大橋監(jiān)控、火山與泥石流、青島海洋、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、煤礦救援以及林業(yè)生態(tài)監(jiān)控，一系列概念系統(tǒng)紛紛走進人們的視野。作為人們對物理世界進行有效感知和探測的手段，傳感器早已開發(fā)、研究和使用了超過100年，但是把傳感器組成網(wǎng)絡(luò)，形成智能化的自我協(xié)同、自我定位則是一個巨大的進步。在一個傳感網(wǎng)中，大量的傳感器等微型化計算設(shè)備自組織地連接在一起，將計算和服務(wù)從滿足個人需要進一步延伸到制造、運輸、能源、環(huán)境和建筑等國民經(jīng)濟生產(chǎn)領(lǐng)域，適應(yīng)人們對探索、利用和管理物理世界的需求。另一方面，現(xiàn)實中，國民經(jīng)濟的發(fā)展對信息系統(tǒng)早已提出了更高的要求。在過往國民經(jīng)濟的各主要領(lǐng)域，物理基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)往往是分開進行的。一方面人們不斷地建設(shè)和完善周圍的物理世界，如機場、公路、建筑物、交通工具等；另一方面，人們也在不遺余力地發(fā)展包含數(shù)據(jù)中心、個人計算機、寬帶網(wǎng)絡(luò)等的信息世界。兩者是如此地割裂為兩個次元。但現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展顯然開始要求將計算技術(shù)拓展到整個人類生存和活動的空間，將人類的物理世界網(wǎng)絡(luò)化、信息化，實現(xiàn)物理世界與信息系統(tǒng)整合統(tǒng)一。最先意識到這一點的還是要算美國國家科學(xué)基金會（NationalScienceFoundation），在近幾年推出了Cyber-PhysicalSystems(CPS)研究計劃。CPS追求有效地連接諸如自動駕駛汽車、機器人、嵌入式醫(yī)療器械等物理設(shè)備，在物理設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過開發(fā)智能計算、通信，控制及新型傳感技術(shù)，提供智能化的、快速響應(yīng)的、因應(yīng)用戶需求的高質(zhì)量服務(wù)，如結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動通信技術(shù)的緊急救險與自動導(dǎo)航、建立車輛間網(wǎng)絡(luò)輔助安全與自動化駕駛。CPS企圖超越已有傳感網(wǎng)系統(tǒng)自成一體、計算設(shè)備單一、缺乏開放性等缺點，更注重多個系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，并開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)協(xié)議和解決方案，同時強調(diào)與互聯(lián)網(wǎng)進行聯(lián)通，真正實現(xiàn)開放的、動態(tài)的、可控的、閉環(huán)的計算和服務(wù)支持。2009年1月28日，美國總統(tǒng)奧巴馬在與美國工商業(yè)領(lǐng)袖舉行的“圓桌會議”上，打破這個僵局，他對IBM提出的“智慧地球”概念給予了非常積極的回應(yīng)：“經(jīng)濟刺激資金將會投入到寬帶網(wǎng)絡(luò)等新興技術(shù)中去，毫無疑問，這就是美國在21世紀(jì)保持和奪回競爭優(yōu)勢的方式?！薄爸腔鄣厍颉敝鲝埜笍氐母兄?，更全面的互聯(lián)互通和更深入的智能化。奧巴馬的經(jīng)濟振興計劃的核心就包括興建高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施，對互聯(lián)網(wǎng)寬帶進行升級、對公共建筑物進行節(jié)能改造等內(nèi)容。這個舉措也使得物聯(lián)網(wǎng)概念一舉登上了網(wǎng)絡(luò)大舞臺。什么是物聯(lián)網(wǎng)，至今并沒有一個精準(zhǔn)而公認(rèn)的定義。關(guān)于這一點，在本書的正文中還要更加正規(guī)和詳細(xì)地討論到。很多學(xué)者為了找英文的對應(yīng)，使用了InternetofThings(IoT)作為物聯(lián)網(wǎng)的英文回應(yīng)，關(guān)于這一點是值得商榷的?，F(xiàn)在討論的物聯(lián)網(wǎng)概念，實際上是中國人的一個發(fā)明，整合了美國的CPS、歐盟的IoT和日本的i-Japan等概念，但又不完全和哪一個相同。物聯(lián)網(wǎng)理念的出現(xiàn)應(yīng)該說是歸功于物流系統(tǒng)的現(xiàn)代化需要。現(xiàn)代物流系統(tǒng)希望利用信息生成設(shè)備，如無線射頻識別（RadioFrequencyIdentification，RFID）、傳感器，以及全球定位系統(tǒng)等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成一個巨大的網(wǎng)絡(luò)。類似于條形碼這種自動識別技術(shù)（Auto-ID），就是物聯(lián)網(wǎng)的最初應(yīng)用。除了物流領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)還可以廣泛應(yīng)用在道路、交通、醫(yī)療、能源、家用電器監(jiān)控等各個領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求將新一代信息化技術(shù)充分運用在各行各業(yè)之中，具體地說，就是把諸如感應(yīng)器、RFID標(biāo)簽等信息化設(shè)備嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道、商品、貨物等各種物理物體和基礎(chǔ)設(shè)施中，甚至人體里，將它們普遍互聯(lián)，并與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，形成“物聯(lián)”。在這種意義上來說，下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展遠(yuǎn)景立刻明晰起來。人們可以大膽假設(shè)下一代互聯(lián)網(wǎng)將是物聯(lián)化的互聯(lián)網(wǎng)，或者稱之為“大物聯(lián)網(wǎng)”。大物聯(lián)網(wǎng)不僅局限于目前互聯(lián)網(wǎng)中信息系統(tǒng)和設(shè)備的連接與組合，還將繼承和極大地拓展大型計算、桌面計算、普適計算、CPS、物聯(lián)網(wǎng)、云等計算模式的應(yīng)用翻唱，徹底地整合物理世界與信息系統(tǒng)，為未來人類建設(shè)統(tǒng)一的賴以生存的智能化環(huán)境。1998年，作為臨時翻譯被派到紐約，坐到IBM總裁郭士納一尺遠(yuǎn)的地方聽他說理想中的E-service概念。那時我還不知道后來異常有名的“智慧塵?！保⊿martDust）概念已經(jīng)公之于眾了，郭士納先生也未必知道自己后來將因為所謂的15年周期定律被人們頻頻說起，大家抽空用中文悄悄交換著剛聽到的傳奇般的雅虎和免費的E-mail空間。真正在聽郭士納滔滔不絕的，其實只有我這個翻譯。沒有人意識到此后一年多Internet要經(jīng)歷一次泡沫崩裂，而桌上半數(shù)的精英即將加入失業(yè)大軍。人們熱烈地規(guī)劃著今后幾年的爆發(fā)路；津津樂道的是貧困的大媽因為住在網(wǎng)絡(luò)中心樓上就發(fā)財3千萬的故事，還有王菲的相約九八。1999年我參加原信息產(chǎn)業(yè)部一個代表團到日內(nèi)瓦參觀電信展，正值郵政綜合計算機網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)期間，因為其中有郵政指揮這一部分，大家都很關(guān)注相關(guān)的內(nèi)容。展覽會上有人極力宣傳IoT/IoM等一系列概念，有點鬧笑話的是，那時候我還以為IoM就是InternetofMoney，這么想也有一定的合理性，因為那時候都把金融流和物流掛在嘴邊，幾年之后看一篇文章才意識到IoM是InternetofMedia的簡寫。2001~2004年跟隨倪明選老師做科研，第一個題目就是利用RFID做位置的感知，基于系統(tǒng)實驗發(fā)表了“LANDMARC:IndoorLocationSensingUsingActiveRFID”這篇論文。LANDMARC作為最早使用主動式RFID的定位系統(tǒng)之一，迄今為止被國際國內(nèi)研究者引用超過600次。2004~2007年，我們以煤礦安全生產(chǎn)和緊急救援為應(yīng)用目標(biāo)，提出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)。通過自動監(jiān)控煤礦工作空間的氧氣含量、瓦斯?jié)舛龋瑢崟r檢測滲水和礦道地質(zhì)結(jié)構(gòu)變形等事件，為煤礦以外事故的發(fā)生提供預(yù)警，并為發(fā)生事故后的緊急救援提供關(guān)鍵導(dǎo)航功能。2007~2008年，我們和中國海洋大學(xué)一起把傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中，研制了OceanSense系統(tǒng)，在黃海海域最多部署了上百個節(jié)點收集溫度、光照、海深等環(huán)境數(shù)據(jù)。2008年至今，為了探求傳感網(wǎng)大規(guī)模部署的技術(shù)壁壘，我們展開了綠野千傳傳感網(wǎng)林業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)。當(dāng)時提出了“3個1”的決心，即在一個野外的真實環(huán)境，部署超過1000個節(jié)點的無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)，連續(xù)運轉(zhuǎn)一年以上。在2009年5月我們成功部署了一個120個節(jié)點的原型系統(tǒng)，到10月份原型系統(tǒng)擴充至330個點，至今已經(jīng)運轉(zhuǎn)超過13個月（/）。2009年8月我們在浙江省天目山自然保護區(qū)實現(xiàn)了一個超過200個節(jié)點的實用系統(tǒng)，該系統(tǒng)至今已經(jīng)連續(xù)運轉(zhuǎn)超過10個月。物聯(lián)網(wǎng)形式多樣、技術(shù)復(fù)雜、牽涉面廣。根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用的原則，可以把物聯(lián)網(wǎng)分為4層：感知識別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層。物聯(lián)網(wǎng)各層之間既是相對獨立又聯(lián)系緊密。在綜合應(yīng)用層以下，同一層次上的不同技術(shù)互為補充，適用于不同環(huán)境，構(gòu)成該層次技術(shù)的全套應(yīng)對策略。而不同層次提供各種技術(shù)的配置和組合，根據(jù)應(yīng)用需求，構(gòu)成完整解決方案。本書按照上述四層模型由淺入深展開討論，力爭為讀者系統(tǒng)全面地展示物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)。在每一層中，把內(nèi)容上相對獨立的技術(shù)和系統(tǒng)編排成獨立的章節(jié)，從RFID、傳感網(wǎng)，到互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)絡(luò)，再到云計算和數(shù)據(jù)安全，基本囊括了物聯(lián)網(wǎng)的主要內(nèi)容。最后，通過討論物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用，如智能物流和環(huán)境監(jiān)測等，綜合闡述并總結(jié)全書內(nèi)容。希望這本書首先能作為一本入門的教材供大學(xué)和相關(guān)研究機構(gòu)使用；其次也盡量使其成為一個通俗的讀物能引起普通讀者的一些共鳴。本書的特點在于討論物聯(lián)網(wǎng)言之有物，從基本概念入手，強調(diào)應(yīng)用，將內(nèi)容落實到具體技術(shù)和解決方案，避免了炒作概念如建“空中樓閣”或者只談技術(shù)卻“見木不見林”。目錄第1章物聯(lián)網(wǎng)概述第2章自動識別技術(shù)與RFID第3章傳感器技術(shù)第4章定位系統(tǒng)第5章智能信息設(shè)備第6章互聯(lián)網(wǎng)第7章無線寬帶網(wǎng)絡(luò)第8章無線低速網(wǎng)絡(luò)第9章移動通信網(wǎng)絡(luò)第10章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第11章海量信息存儲第12章搜索引擎第13章物聯(lián)網(wǎng)中的智能決策第14章物聯(lián)網(wǎng)中的信息安全與隱私保護第15章智能電網(wǎng)第16章智能交通第17章智能物流第18章智能綠色建筑第19章環(huán)境監(jiān)測第一篇概述第二篇感知識別第三篇網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建第四篇管理服務(wù)第五篇綜合應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)深刻地改變著人們的生產(chǎn)和生活方式。從早期的電子郵件溝通地球兩端的用戶，到超文本標(biāo)記語言（HTML）和萬維網(wǎng)（WWW）技術(shù)引發(fā)的信息爆炸，再到如今多媒體數(shù)據(jù)的豐富展現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)已不僅僅是一項通信技術(shù)，更成就了人類歷史上最龐大的信息世界。這個信息世界有多大？在2005年，谷歌CEO估算5X10^9GB數(shù)據(jù)。2007年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為281X10^9GB；到2008年底，全球數(shù)據(jù)內(nèi)容的總量激增為487X10^9GB。作為對比，美國國會圖書館的存書大致相當(dāng)于2X10^4GB；而《四本章各小節(jié)目錄1.4庫全書》，包含79337卷，36000余冊，漢子約8億字，全文本大約1.6GB。在可以預(yù)見的未來，互聯(lián)網(wǎng)上的各種應(yīng)用，或者說以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計算模式，將持續(xù)地把人們吸引在浩瀚的信息空間中。進入21世紀(jì)以來，隨著感知識別技術(shù)的快速發(fā)展，信息從傳統(tǒng)的人工生成的單通道模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ど珊妥詣由傻碾p通道模式。以傳感器和智能識別終端為代表的信息自動生成設(shè)備可以實時準(zhǔn)確地開展對物理世界的感知、測量和監(jiān)控。2008年全球RFID(RadioFrequencyIdentification,無線射頻識別)技術(shù)市場規(guī)模達(dá)到52.5億美元，該年全球共售出19.7億個RFID標(biāo)簽。目前世界上大約有50億個具有通信能力的微處理器和微控制器。英特爾公司預(yù)測這個數(shù)目將在2015年擴大到150億個；愛立信公司預(yù)測到2020年，這個數(shù)目將擴大到500億個。盡管數(shù)據(jù)不同，但是觀點一致：低成本芯片制造使得可聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)目激增，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得綜合利用來自物理世界的信息變?yōu)榭赡堋Ｅc此同時，互聯(lián)網(wǎng)的觸角（網(wǎng)絡(luò)終端和接入技術(shù)）不斷延伸，深入到人們生產(chǎn)、生活的各個方面。除了傳統(tǒng)的個人計算機，各類聯(lián)網(wǎng)終端層出不窮。智能手機、個人數(shù)字助理（PDA）、多媒體播放器（MP4）、上網(wǎng)本、筆記本電腦等迅速普及。據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)信息中心統(tǒng)計，截止至2009年12月底，手機網(wǎng)民規(guī)模一方面是物理世界的聯(lián)網(wǎng)需求，另一方面是信息世界的擴展需求。來自上述兩方面的需求催生出了一類新型網(wǎng)絡(luò)——物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）。物聯(lián)網(wǎng)最初被描述為物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。其核心在于物與物之間廣泛而普遍的互聯(lián)。上述特點已超越了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范疇，呈現(xiàn)了設(shè)備多樣、多網(wǎng)融合、感控結(jié)合等特征，具備了物聯(lián)網(wǎng)的初步形態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過對物理世界信息化、網(wǎng)絡(luò)化，對傳統(tǒng)上分離的物理世界和信息世界實現(xiàn)互聯(lián)和整合。目前，物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個精確且公認(rèn)的定義。這主要歸因于：第一，物聯(lián)網(wǎng)的理論體系沒有完全建立，對其認(rèn)識還不夠深入，還不能透過現(xiàn)象看出本質(zhì)；第二，由于物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、傳感網(wǎng)等都有密切關(guān)系，不同領(lǐng)域的研究者對物聯(lián)網(wǎng)思考所基于的出發(fā)點各異，短期內(nèi)還沒達(dá)成共識。通過與傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的比較分析，我們認(rèn)為：物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個重要特征。在物聯(lián)網(wǎng)時代，每一件物體均可尋址，每一件物體均可通信，每一件物體均可控制。一個物物互聯(lián)的世界如圖1.1所示。國際電信聯(lián)盟2005年一份報告曾描繪物聯(lián)網(wǎng)時代的圖景：當(dāng)司機出現(xiàn)操作失誤時汽車會自動報警；公文包會提醒主人忘帶了什么東西；衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水濕的要求等。毫無疑問，物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨將會使人們的日常生活發(fā)生翻天覆地的變化。繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后，業(yè)界普遍認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)將引領(lǐng)信息產(chǎn)業(yè)革命的新一次浪潮，成為未來社會經(jīng)濟發(fā)展、社會進步和科技創(chuàng)新的最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也關(guān)系到未來國家物理基礎(chǔ)設(shè)施的安全利用。由于物聯(lián)網(wǎng)融合了半導(dǎo)體、傳感器、計算機、通信網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)，它即將成為電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新制高點。美國權(quán)威咨詢機構(gòu)FORRESTER預(yù)測，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30:1。因此“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個萬億級的產(chǎn)業(yè)，其市場前景將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計算機、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信等。1.1起源與發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)概念最高出現(xiàn)于比爾蓋茨1995年《未來之路》一書。1998年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）創(chuàng)造性地提出了當(dāng)時被稱作EPC系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想。1999年，建立在物品編碼、RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，美國Auto-ID中心首先提出物聯(lián)網(wǎng)概念。物聯(lián)網(wǎng)的基本思想出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，但近年來才真正引起人們的關(guān)注。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。歐洲智能系統(tǒng)集成技術(shù)平臺（EPoSS）于2008年在《物聯(lián)網(wǎng)2020》（《InternetofThingsin2020》）報告中分析預(yù)測了未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展階段。2009年，歐盟執(zhí)委會發(fā)表題為《InternetofThings–AnactionplanforEurope》的物聯(lián)網(wǎng)行動方案，描繪了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的前景，并提出要加強對物聯(lián)網(wǎng)的管理、完善隱私和個人數(shù)據(jù)保護、提高物聯(lián)網(wǎng)的可信度、推廣標(biāo)準(zhǔn)化、建立開放式的創(chuàng)新環(huán)境、推廣物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等行動建議。韓國通信委員會于2009年出臺了《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃》，該規(guī)劃是在韓國政府之前的一系列RFID/USN(傳感器網(wǎng))相關(guān)計劃的基礎(chǔ)上提出的，目標(biāo)是要在已有的……2009年，日本政府IT戰(zhàn)略本部制定了日本新一代的信息化戰(zhàn)略《i-Japan戰(zhàn)略2015》，該戰(zhàn)略旨在到2015年讓數(shù)字信息技術(shù)如同空氣和水一般融入每一個角落，聚焦電子政務(wù)、醫(yī)療保健和教育人才三大核心領(lǐng)域，激活產(chǎn)業(yè)和地域的活性并培育新產(chǎn)業(yè)，以及整頓數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施。我國政府也高度重視物聯(lián)網(wǎng)的研究和發(fā)展。2009年8月7日，國務(wù)院總理溫家寶在無錫視察時發(fā)表重要講話，提出“感知中國”的戰(zhàn)略構(gòu)想，表示中國要抓住機遇，大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。2009年11月3日，溫家寶總理向首都科技界發(fā)表了題為《讓科技引領(lǐng)中國可持續(xù)發(fā)展》的講話，再次強調(diào)科學(xué)選擇新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)非常重要，并指示要著力突破傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。2010年1月19日，全國人大常委會委員長吳邦國參觀無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院，表示要培育發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)，確保我國在新一輪國際經(jīng)濟競爭中立于不敗之地。1.2核心技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是一種非常復(fù)雜、形式多樣的系統(tǒng)技術(shù)。根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用的原則，可以把物聯(lián)網(wǎng)分為4層：感知識別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層。圖1.2展示了物聯(lián)網(wǎng)四層模型以及相關(guān)技術(shù)。1）感知識別層。感知識別是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，是聯(lián)系物理世界和信息世界的紐帶。感知識別層既包括射頻識別（RFID）、無線傳感器等信息自動生成設(shè)備，也包括各種智能電子產(chǎn)品用來人工生成信息。RFID是能夠讓物品“開口說話”的技術(shù)：RFID標(biāo)簽中存儲著規(guī)范而具有互用性的信息，通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)把它們自動采集到中央信息系統(tǒng)，實現(xiàn)物品的識別和管理。另外，作為一種新興技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要通過各種類型的傳感器對物質(zhì)性質(zhì)、環(huán)境狀態(tài)、行為模式等信息開展大規(guī)模、長期、實時的獲取。近些年來，各類可聯(lián)網(wǎng)電子產(chǎn)品層出不窮，智能手機、個人數(shù)字助理（PDA）、多媒體播放器（MP4）、上網(wǎng)本、筆記本電腦等迅速普及，人們可以隨時隨地連入互聯(lián)網(wǎng)，分享信息。信息生成方式多樣化是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)的重要特征。2）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層。這層的主要作用是把下層（感知識別層）數(shù)據(jù)接入互聯(lián)網(wǎng)，供上層服務(wù)使用?；ヂ?lián)網(wǎng)以及下一代互聯(lián)網(wǎng)（包含IPv6等技術(shù)）是物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)，處在邊緣的各種無線網(wǎng)絡(luò)則提供隨時隨地的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。無線廣域網(wǎng)包括現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)及其演進技術(shù)（包括3G、4G通信技術(shù)），提供廣闊范圍內(nèi)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。無線城域網(wǎng)包括現(xiàn)有的WiMAX技術(shù)（802.16系列標(biāo)準(zhǔn)），提供城域范圍（約100千米）高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。無線局域網(wǎng)包括現(xiàn)在廣為流行的WiFi(802.11系列標(biāo)準(zhǔn))，為一定區(qū)域內(nèi)（家庭、校園、餐廳、機場等）的用戶提供網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)。無線個域網(wǎng)絡(luò)包括藍(lán)牙（802.15.1標(biāo)準(zhǔn)）、ZigBee（802.15.4標(biāo)準(zhǔn)）等通信協(xié)議。這類網(wǎng)絡(luò)的特點是低功耗、低傳輸速率、短距離，一般用作個人電子產(chǎn)品互聯(lián)、工業(yè)設(shè)備控制等領(lǐng)域。各種不同類型的無線網(wǎng)絡(luò)適用于不同的環(huán)境，合力提供便捷的網(wǎng)絡(luò)接入，是實現(xiàn)物物互聯(lián)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。3）管理服務(wù)層。在高性能計算和海量存儲技術(shù)的支撐下，管理服務(wù)層將大規(guī)模數(shù)據(jù)高效、可靠地組織起來，為上層行業(yè)應(yīng)用提供智能的支撐平臺。存儲是信息處理的第一步。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及其后發(fā)展起來的各種海量存儲技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)化存儲（如數(shù)據(jù)中心），已廣泛應(yīng)用于IT、金融、電信、商務(wù)等行業(yè)。面對海量信息，如何有效地組織和查詢數(shù)據(jù)是核心問題。20世紀(jì)90年代末，以Web搜索引擎為代表的新一代網(wǎng)絡(luò)信息查詢技術(shù)異軍突起，如今已成為互聯(lián)網(wǎng)信息世界的重要入口。管理服務(wù)層的主要特點是“智慧”。有了豐富翔實的數(shù)據(jù)，運籌學(xué)理論、機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、專家系統(tǒng)等“智慧迸發(fā)”手段有了更廣闊的施展舞臺。除此之外，信息安全和隱私保護變得越來越重要。在物聯(lián)網(wǎng)時代，每個人穿戴多種類型的傳感器，連接入多個網(wǎng)絡(luò)，一舉一動都被監(jiān)測。如何保證數(shù)據(jù)不被破壞、不被泄露、不被濫用成為物聯(lián)網(wǎng)面臨的重大挑戰(zhàn)。4）綜合應(yīng)用層?；ヂ?lián)網(wǎng)最初用來實現(xiàn)計算機之間通信，進而發(fā)展到連接以人為主體的用戶，現(xiàn)在正朝物物互聯(lián)這一目標(biāo)前進。伴隨著這一進程，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也發(fā)生了翻天覆地的變化。如圖1.3所示，從早期的以數(shù)據(jù)服務(wù)為主要特征的文件傳輸、電子郵件，到以用戶為中心的應(yīng)用，如萬維網(wǎng)、電子商務(wù)、視頻點播、在線游戲、社交網(wǎng)絡(luò)等，再發(fā)展到物品追蹤、環(huán)境感知、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)等。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用數(shù)量激增，呈現(xiàn)多樣化、規(guī)模化、行業(yè)化等特點。物聯(lián)網(wǎng)各層之間既相對獨立又聯(lián)系緊密。在綜合應(yīng)用層以下，同一層次上的不同技術(shù)互為補充，適用于不同環(huán)境，構(gòu)成該層次技術(shù)的全套應(yīng)對策略。而不同層次提供各種技術(shù)的配置和組合，根據(jù)應(yīng)用需求，構(gòu)成完整的解決方案?？偠灾夹g(shù)的選擇應(yīng)以應(yīng)用為導(dǎo)向，根據(jù)具體的需求和環(huán)境，選擇合適的感知技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息處理技術(shù)。1.3主要特點相對于已有的各種通信和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)和應(yīng)用層面具有以下幾個特點。1）感知識