物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)淺析

目錄引言 I第一章：物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程 11.1何為物聯(lián)網(wǎng) 11.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程 11.3：物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景 2第二章：物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù) 32.1：RFID技術(shù) 32.2：條碼技術(shù) 42.3：傳感器技術(shù) 5第三章：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用 63.1：智能家居 63.2：智慧商業(yè) 63.3：智能交通 6第四章：物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的問題 74.1：使用成本 74.2：安全問題 74.3：缺乏統(tǒng)一完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 8結(jié)論 9物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)淺析第一章：物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程1.1何為物聯(lián)網(wǎng)定義最初在1999年提出：即通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）(RFID+互聯(lián)網(wǎng)）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、氣體感應(yīng)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)。簡(jiǎn)而言之，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟將物聯(lián)網(wǎng)的定義為當(dāng)下幾乎所有技術(shù)與計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物體與物體之間：環(huán)境以及狀態(tài)信息實(shí)時(shí)的實(shí)時(shí)共享以及智能化的收集、傳遞、處理、執(zhí)行。廣義上說(shuō)，當(dāng)下涉及到信息技術(shù)的應(yīng)用，都可以納入物聯(lián)網(wǎng)的范疇。1.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程1990年物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)踐最早可以追溯到1990年施樂公司的網(wǎng)絡(luò)可樂販?zhǔn)蹤C(jī)——NetworkedCokeMachine。1991年美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的KevinAsh-ton教授首次提出物聯(lián)網(wǎng)的概念。1999年美國(guó)麻省理工學(xué)院建立了“自動(dòng)識(shí)別中心（Auto-ID）”，提出“萬(wàn)物皆可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)”，闡明了物聯(lián)網(wǎng)的基本含義。早期的物聯(lián)網(wǎng)是依托射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的物流網(wǎng)絡(luò)，隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已經(jīng)發(fā)生了較大變化。2003年美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來(lái)改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首。2008年后，為了促進(jìn)科技發(fā)展，尋找經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，各國(guó)政府開始重視下一代的技術(shù)規(guī)劃，將目光放在了物聯(lián)網(wǎng)上。在中國(guó)，同年11月在北京大學(xué)舉行的第二屆中國(guó)移動(dòng)政務(wù)研討會(huì)“知識(shí)社會(huì)與創(chuàng)新2.0”提出移動(dòng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展代表著新一代信息技術(shù)的形成，并帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)形態(tài)、創(chuàng)新形態(tài)的變革，推動(dòng)了面向知識(shí)社會(huì)的以用戶體驗(yàn)為核心的下一代創(chuàng)新（創(chuàng)新2.0）形態(tài)的形成，創(chuàng)新與發(fā)展更加關(guān)注用戶、注重以人為本。而創(chuàng)新2.0形態(tài)的形成又進(jìn)一步推動(dòng)新一代信息技術(shù)的健康發(fā)展。2009年歐盟執(zhí)委會(huì)發(fā)表了歐洲物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃，描繪了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用前景，提出歐盟政府要加強(qiáng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的管理，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。2009年1月28日，奧巴馬就任美國(guó)總統(tǒng)后，與美國(guó)工商業(yè)領(lǐng)袖舉行了一次“圓桌會(huì)議”，作為僅有的兩名代表之一，IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念，建議新政府投資新一代的智慧型基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)年，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)。2009年2月24日，2009IBM論壇上，IBM大中華區(qū)首席執(zhí)行官錢大群.公布了名為“智慧的地球”的最新策略。此概念一經(jīng)提出，即得到美國(guó)各界的高度關(guān)注，甚至有分析認(rèn)為IBM公司的這一構(gòu)想極有可能上升至美國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略，并在世界范圍內(nèi)引起轟動(dòng)。物聯(lián)網(wǎng)示意圖2009年8月，溫家寶“感知中國(guó)”的講話把我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用開發(fā)推向了高潮，無(wú)錫市率先建立了“感知中國(guó)”研究中心，中國(guó)科學(xué)院、運(yùn)營(yíng)商、多所大學(xué)在無(wú)錫建立了物聯(lián)網(wǎng)研究院，無(wú)錫市江南大學(xué)還建立了全國(guó)首家實(shí)體物聯(lián)網(wǎng)工廠學(xué)院。自溫總理提出“感知中國(guó)”以來(lái),物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫入“政府工作報(bào)告”，物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)受到了全社會(huì)極大的關(guān)注，其受關(guān)注程度是在美國(guó)、歐盟、以及其他各國(guó)不可比擬。[2]

物聯(lián)網(wǎng)的概念已經(jīng)是一個(gè)“中國(guó)制造”的概念，它的覆蓋范圍與時(shí)俱進(jìn)，已經(jīng)超越了1999年Ashton教授和2005年ITU報(bào)告所指的范圍，物聯(lián)網(wǎng)已被貼上“中國(guó)式”標(biāo)簽。1.3：物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景物聯(lián)網(wǎng)也是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，必將帶來(lái)一場(chǎng)革命，根據(jù)美國(guó)研究機(jī)構(gòu)Forrester預(yù)測(cè)，物聯(lián)網(wǎng)所帶來(lái)的產(chǎn)業(yè)價(jià)值將比互聯(lián)網(wǎng)大30倍，物聯(lián)網(wǎng)將成為下一個(gè)萬(wàn)億元級(jí)別的信息產(chǎn)業(yè)業(yè)務(wù)。第二章：物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)2.1：RFID技術(shù)RFID技術(shù)即射頻識(shí)別技術(shù)(英文：RadioFrequencyIDentification，縮寫：RFID)，俗稱電子標(biāo)簽，是一種無(wú)線通信技術(shù)，可以通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(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)械或者光學(xué)接觸。標(biāo)簽包含了電子存儲(chǔ)的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識(shí)別。與條形碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識(shí)別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。早在上世紀(jì)四五十年代，由于軍方的運(yùn)用，雷達(dá)技術(shù)的不斷改進(jìn)和應(yīng)用，就催生了射頻識(shí)別技術(shù)，1948年奠定了射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。進(jìn)入新世紀(jì)之后，出現(xiàn)了一系列標(biāo)準(zhǔn)，射頻技術(shù)種類日益豐富，電子標(biāo)簽成本大大降低，是規(guī)模化應(yīng)用成為了可能。2010年后，由于物聯(lián)網(wǎng)收到追捧，作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心技術(shù)，RFID也得到了極度重視， RFID技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，得到了空前發(fā)展。一般標(biāo)準(zhǔn)的RFID系統(tǒng)由標(biāo)簽、讀寫器、天線及上位機(jī)控制系統(tǒng)組成。RFID標(biāo)簽：由芯片、天線、耦合元器件組成，是數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的核心，每個(gè)標(biāo)簽都具有唯一的ID。讀寫器：是RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它主要接收上機(jī)位的處理命令，根據(jù)命令的不同產(chǎn)生射頻信號(hào)提供給天線，同時(shí)接收天線反饋的射頻信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息發(fā)給上機(jī)位系統(tǒng)。天線：是RFID系統(tǒng)的射頻信號(hào)發(fā)射和接收端。上機(jī)位系統(tǒng)：主要向讀寫器發(fā)送讀寫命令，接收并處理讀寫器反饋的信息，以應(yīng)用軟件存在。RFID是一項(xiàng)易于操控，簡(jiǎn)單實(shí)用且特別適合用于自動(dòng)化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)。主要有以下幾點(diǎn)特征：非接觸式識(shí)別可穿透性尺寸小識(shí)別速度快數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)更安全RFID標(biāo)簽可以封裝成各種不同的樣式，以運(yùn)用于不同的場(chǎng)景。運(yùn)用實(shí)例：食品溯源、射頻門禁、圖書標(biāo)簽等等。2.2：條碼技術(shù)條形碼一般泛指一維條碼，是寬度不等的多個(gè)黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，可以表達(dá)一組信息的圖形識(shí)別符，條碼技術(shù)最早產(chǎn)生在二十年代，誕生于Westinghouse的實(shí)驗(yàn)室里。那時(shí)候?qū)﹄娮蛹夹g(shù)應(yīng)用方面的每一個(gè)設(shè)想都使人感到非常新奇。他的想法是在信封上做條碼標(biāo)記，條碼中的信息是收信人的地址，就象今天的郵政編碼。常用的一維碼的碼制包括：EAN碼、39碼、交叉25碼、UPC碼、128碼、93碼，ISBN碼，及Codabar（庫(kù)德巴碼）等。不同的碼制有它們各自的應(yīng)用領(lǐng)域：EAN碼：是國(guó)際通用的符號(hào)體系，是一種長(zhǎng)度固定、無(wú)含意的條碼，所表達(dá)的信息全部為數(shù)字，主要應(yīng)用于商品標(biāo)識(shí)。UPC碼UniversalProductCode;是最早大規(guī)模應(yīng)用的條碼，其特性是一種長(zhǎng)度固定、連續(xù)性的條碼，目前主要在美國(guó)和加拿大使用，由於其應(yīng)用范圍廣泛，故又被稱萬(wàn)用條碼。UPC碼僅可用來(lái)表示數(shù)字，故其字碼集為數(shù)字0~9。UPC碼共有A、B、C、D、E等五種版本.二維條碼/二維碼（2-dimensionalbarcode）是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息的；在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何形體來(lái)表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過(guò)圖象輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理。QR碼是目前國(guó)內(nèi)最常見的二維碼碼制，它是在1994年由日本人發(fā)明的，QR碼最大的特點(diǎn)是可以被免費(fèi)使用，并且識(shí)別效率較高，比普通條碼儲(chǔ)存更多的資料。條碼技術(shù)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可靠準(zhǔn)確

數(shù)據(jù)輸入速度快

經(jīng)濟(jì)便宜

靈活、實(shí)用

自由度大

設(shè)備簡(jiǎn)單

易于制作2.3：傳感器技術(shù)傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，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，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。

而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成，敏感元件直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào)；轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；變換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制；轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。傳感器種類非常多，在實(shí)際使用中，常見的有：溫濕度、光照、震動(dòng)、有害氣體、土壤濕度、水分等等。如今，傳感器單獨(dú)使用得已經(jīng)很少了，一般都是很多個(gè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合起來(lái)，組成傳感器網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetworks,WSN)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過(guò)無(wú)線方式通信，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)置靈活，設(shè)備位置可以隨時(shí)更改，還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線或無(wú)線方式的連接。通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。WSN廣泛應(yīng)用于軍事、智能交通、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生等多個(gè)領(lǐng)域。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：自組織多跳大規(guī)模動(dòng)態(tài)性可靠性以數(shù)據(jù)為中心第三章：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用3.1：智能家居智能家居（英文：smarthome,homeautomation）是最典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之一，智能家居又稱智能住宅，是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能家居系統(tǒng)的核心是智能中控器，在室內(nèi)，它與各種感應(yīng)設(shè)備相連接，能夠及時(shí)獲取各種安防警報(bào)，又與各種電源開關(guān)相接，自動(dòng)控制各種電器開關(guān)。對(duì)外還可以連接互聯(lián)網(wǎng)，這樣我們就可以遠(yuǎn)程控制。3.2：智慧商業(yè)在現(xiàn)階段智慧商業(yè)還沒有準(zhǔn)確的定義，個(gè)人認(rèn)為是：在傳統(tǒng)商業(yè)環(huán)境下，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的現(xiàn)代化、信息化、自動(dòng)化的，簡(jiǎn)便、快捷的商業(yè)為智慧商業(yè)。目前，我們?cè)谥腔凵虡I(yè)中常用的技術(shù)有：條碼技術(shù)：主要打印或印刷在商品上，用于商品的溯源、標(biāo)價(jià)等等。RFID技術(shù)：在商品入庫(kù)時(shí)，利用RFID讀寫設(shè)備讀取商品上的電子標(biāo)簽ID，并存入系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的商品下。在購(gòu)物者推著購(gòu)物車進(jìn)入某個(gè)區(qū)域時(shí)，購(gòu)物者可通過(guò)車上的顯示屏看到商品的信息。傳感器技術(shù)：主要運(yùn)用于人流檢測(cè)3.3：智能交通智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransportationSystem，簡(jiǎn)稱ITS)是未來(lái)交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。第四章：物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的問題在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展產(chǎn)品化的過(guò)程中，我國(guó)一直缺乏一些關(guān)鍵技術(shù)的掌握，所以產(chǎn)品檔次上不去，價(jià)格下不來(lái)。缺乏RFID等關(guān)鍵技術(shù)的獨(dú)立自主產(chǎn)權(quán)這是限制中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。4.1：使用成本物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是需要將物與物連接起來(lái)并且進(jìn)行更好的控制管理。這一特點(diǎn)決定了其發(fā)展必將會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)需求而催生出更多的應(yīng)用。所以，在物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)推廣的初期，功能單一，價(jià)位高是很難避免的問題。因?yàn)?，電子?biāo)簽貴，讀寫設(shè)備貴，所以，很難形成大規(guī)模的應(yīng)用。而由于沒有大規(guī)模的應(yīng)用，電子標(biāo)簽和讀寫器的成本問題便始終沒有達(dá)到人們的預(yù)期。成本高，就沒有大規(guī)模的應(yīng)用，而沒有大規(guī)模的應(yīng)用，成本高的問題就更難以解決。如何突破初期的用戶在成本方面的壁壘成了打開這一片市場(chǎng)的首要問題。所以在成本尚未降至能普及的前提下，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將受到限制。4.2：安全問題在物聯(lián)網(wǎng)中，傳感網(wǎng)的建設(shè)要求RFID標(biāo)簽預(yù)先被嵌入任何與人息息相關(guān)的物品中。可是人們?cè)谟^念上似乎還不是很能接受自己周圍的生活物品甚至包括自己時(shí)刻都處于一種被監(jiān)控的狀態(tài)，這直接導(dǎo)致嵌入標(biāo)簽勢(shì)必會(huì)使個(gè)人的隱私權(quán)問題受到侵犯。在物聯(lián)網(wǎng)中，射頻識(shí)別技術(shù)是一個(gè)很重要的技術(shù)。在射頻識(shí)別系統(tǒng)中，標(biāo)簽有可能預(yù)先被嵌入任何物品中，比如人們的日常生活物品中，但由于該物品（比如衣物）的擁有者，不一定能夠覺察該物品預(yù)先已嵌入有電子標(biāo)簽以及自身可能不受控制地被掃描、定位和追蹤，這勢(shì)必會(huì)使個(gè)人的隱私問題受到侵犯。因此，如何確保標(biāo)簽物的擁有者個(gè)人隱私不受侵犯便成為射頻識(shí)別技術(shù)以至物聯(lián)網(wǎng)推廣的關(guān)鍵問題。而且，這不僅僅是一個(gè)技術(shù)問題，還涉及到政治和法律問題。4.3：缺乏統(tǒng)一完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)雖然走了不少?gòu)澛?，但互?lián)網(wǎng)最終很好地解決了標(biāo)準(zhǔn)化的問題，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的互連，令整個(gè)地球變成了一個(gè)地球村。物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展過(guò)程中，大量出現(xiàn)的傳感、傳輸、應(yīng)用各個(gè)層面的新技術(shù)，不同國(guó)家以及不同的研發(fā)機(jī)構(gòu)可能會(huì)采用不同的技術(shù)方案，按照自己的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造，將導(dǎo)致產(chǎn)品之間很難兼容，從而影響產(chǎn)品間的相互識(shí)別和感應(yīng)，相互無(wú)法連通，不能進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，不能形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，不能形成整合的商業(yè)模式，也不能降低研發(fā)成本。因此，有必要統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定統(tǒng)一的