ISAS报告之物联网.doc

isas ii报告课题名称： 物联网技术 专 业 学生学号 (姓名) 学生学号 (姓名) 学生学号 (姓名) 指 导 教 师 指 导 单 位 日 期 目录：1、物联网的定义2、物联网的产生背景3、物联网的技术构架4、物联网之epc5、物联网的关键技术6、物联网的应用7、物联网的未来发展一、物联网的基本定义1.基本内涵 利用条码、射频识别（rfid）、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现人与人、人与物、物与物的在任何时间、任何地点的连接（anything、anytime、anywhere），从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。2. 鲜明特征和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征。首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。还有，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。3.“物”的涵义这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：1、要有数据传输通路；2、要有一定的存储功能；3、要有cpu；4、要有操作系统；5、要有专门的应用程序；6、遵循物联网的通信协议；7、在世界网络中有可被识别的唯一编号。4.物联网分类1. 私有物联网（private iot）： 一般面向单一机构内部提供服务；2. 公有物联网（public iot）：基于互联网（internet）向公众或大型用户群体提供服务；3. 社区物联网（community iot）：向一个关联的“社区”或机构群体（如一个城市政府下属的各委办局：如公安局、交通局、环保局、城管局等）提供服务；4. 混合物联网（hybrid iot）：是上述的两种或以上的物联网的组合，但后台有统一运维实体。5.中国式定义物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。物联网(internet of things)指的是将无处不在（ubiquitous）的末端设备（devices）和设施（facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等和“外在使能”(enabled)的，如贴上rfid的各种资产（assets）、携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（mote），通过各种无线/有线的长距离/短距离通讯网络实现互联互通（m2m)、应用大集成（grand integration)、以及基于云计算的saas营运等模式，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的cockpit dashboard)等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。6.欧盟定义2009年9月，在北京举办的“物联网与企业环境中欧研讨会”上，欧盟委员会信息和社会媒体司rfid部门负责人lorent ferderix博士给出了欧盟对物联网的定义：物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道，构成未来互联网。二、物联网的产生背景1变化物联网(internet of things)这个词，国内外普遍公认的是mit auto-id中心ashton教授1999年在研究rfid时最早提出来的。在2005年国际电信联盟（itu）发布的同名报告中，物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于rfid技术的物联网。 自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。 物联网的概念与其说是一个外来概念，不如说它已经是一个“中国制造”的概念，他的覆盖范围与时俱进，已经超越了1999年ashton教授和2005年itu报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。2背景 2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（wsis）上，国际电信联盟发布了itu互联网报告2005：物联网，引用了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（rfid）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。 虽然目前国内对物联网也还没有一个统一的标准定义，但从物联网本质上看，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。因为物联网技术的发展几乎涉及到了信息技术的方方面面，是一种聚合性、系统性的创新应用与发展，也因此才被称为是信息产业的第三次革命性创新。物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信（m2m）的功能；三是智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点 2009年2月24日消息，ibm大中华区首席执行官钱大群在2009ibm论坛上公布了名为“智慧的地球”的最新策略。在策略发布会上，ibm还提出，如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。 ibm希望“智慧的地球”策略能掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技产业革命。ibm前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔15年发生一次变革。这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律”。1965年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前后以个人计算机的普及为标志，而1995年前后则发生了互联网革命。每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革命一定程度上是由美国“信息高速公路”战略所催熟。20世纪90年代，美国克林顿政府计划用20年时间,耗资2000亿-4000亿美元,建设美国国家信息基础结构，创造了巨大的经济和社会效益。而今天，“智慧的地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。三、物联网的技术构架物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。 技术架构图示感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、rfid 标签和读写器、摄像头、gps等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。物联网的行业特性主要体现在其应用领域内，目前绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行业均有物联网应用的尝试，某些行业已经积累一些成功的案例。四、物联网之epc物联网概念一经提出，立即受到各国政府、企业和学术界的重视，在需求和研发的相互推动下，迅速热遍全球。目前国际上对物联网的研究逐渐明朗起来，最典型的解决方案有欧美的epc系统和日本的uid系统。这里着重介绍epc物联网。epc系统是一个先进的、综合性的和复杂的系统。它由epc编码体系、rfid系统及信息网络系统三个部分组成，主要包括六个方面：epc编码、epc标签、读写器、epc中间件、对象名称解析服务（ons）和epc信息服务（epcis）。国际上目前还没有统一的rfid编码规则。目前，日本支持的uid（universal identification，泛在识别）标准和欧美支持的epc（electronic product code，电子产品码）标准是当今影响力最大的两大标准，我国的rfid标准还未形成。 epc编码有通用标识（gid），也有基于现有全球唯一的编码体系ean/ucc的标识（sgtin、sscc、sgln、grai、giai）。这类标识又分为96位和64位两种。epcis以pml为系统的描述语言，主要包括客户端模块、数据存储模块和数据查询模块三个部分（在epc1.0中称为pml服务器；在epc2.0中，完善了功能并称为epcis服务器）。客户端模块主要实现物联网epc标签信息向指定epcis服务器传输；数据存储模块将通用数据存储于数据库中，在产品信息初始化的过程中调用通用数据生成针对每一个产品的属性信息，并将其存储于pml文档中；数据查询模块根据客户端的查询要求和权限，访问相应的pml文档，生成html文档，返回给客户端。 五、物联网的关键技术简单讲，物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制。在物联网应用中有三项关键技术。1、传感器技术，这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。2、rfid标签也是一种传感器技术，rfid技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，rfid在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。3、政府应该加大对产业的投入，这个投入可以不是资金，而是给企业更多的政策，特别是在操作系统、开发工具、ic设计等产业链中高端领域上从政策到资金都要加大投入。在管理上引入重大资金投向问责制，对长期投入资金不能市场化、产业化的项目，定期论证评估，不能达标的关停并转甚至要追究责任。4、减少盲目引进项目，在嵌入式与物联网的发展中，核心技术坚持鼓励国产化，从资金上、税收上加大力度向自主研发产品倾斜。杜绝盲目引进产业链的中高端技术，特别是不能出现像其他行业一样，重复引进同一个外国品牌多条生产线的状况。关键领域1. rfid；rfid（radio frequency identification ）即射频识别技术，俗称电子标签，通过射频信号自动识别目标对象，并对其信息进行标志、登记、储存和管理。 读写器将要发送的信息，经编码后加载到高频载波信号上再经天线向外发送。 进入读写器工作区域的电子标签接收此信号，卡内芯片的有关电路对此信号进行倍压整流、调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。 若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过片上天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至信息系统进行处理。 若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起电子标签内部电荷泵提升工作电压，提供电压擦写e2prom。若经判断其对应密码和权限不符，则返回出错信息。2.传感网； 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成 。3. m2m； m2m不是简单的数据在机器和机器之间的传输，更重要的是，它是机器和机器之间的一种智能化、交互式的通信。也就是说，即使人们没有实时发出信号，机器也会根据既定程序主动进行通信，并根据所得到的数据智能化地做出选择，对相关设备发出正确的指令。可以说，智能化、交互式成为了m2m有别于其它应用的典型特征，这一特征下的机器也被赋予了更多的“思想”和“智慧”。 m2m产品主要由三部分构成：第一，无线终端，即特殊的行业应用终端，而不是通常的手机或笔记本电脑；第二，传输通道，从无线终端到用户端的行业应用中心之间的通道；第三，行业应用中心，也就是终端上传数据的会聚点，对分散的行业终端进行监控。其特点是行业特征强，用户自行管理，而且可位于企业端或者托管。 智能化机器 “人、机器、系统的联合体”是m2m的有机结合体。可以说，机器是为人服务的，而系统则都是为了机器更好地服务于人而存在的。 m2m硬件 实现m2m的第一步就是从机器设备中获得数据，然后把它们通过网络发送出去。使机器具有“ 开口说话”能力的基本途径有两条：在制造机器设备的同时就嵌入m2m 硬件；或是对已有机器进行改装，使其具备联网和通信的能力。m2m硬件是使机器获得远程通信和联网能力的部件。一般来说，m2m 硬件产品可分为以下五类： 1、嵌入式硬件 嵌入到机器里面，使其具备网络通信能力。常见的产品是支持gsm/gprs或cdma无线移动通信网络的无线嵌入式数据模块。典型产品有诺基亚的12 gsm；索尼爱立信的 gr 48和gt 48；摩托罗拉的g18/g20 for gsm、c18 for cdma；西门子的tc45、tc35i、mc35i等。 2、可改装硬件 在m2m的工业应用中，厂商拥有大量不具备m2m 通信和联网能力的机器设备，可改装硬件就是为满足这些机器的网络通信能力而设计的。其实现形式各不相同，包括从传感器收集数据的输入/输出（i/o）部件；完成协议转换功能，将数据发送到通信网络的连接终端（connectivity terminals）设备；有些m2m 硬件还具备回控功能。典型产品有诺基亚的30/31 for gsm连接终端等。 3、调制解调器 嵌入式模块将数据传送到移动通信网络上时，起的就是调制解调器（modem）的作用。而如果要将数据通过有线电话网络或者以太网送出去，则需要相应的调制解调器。典型产品有bt-series cdma、gsm无线数据modem等。 4、传感器 经由传感器，让机器具备信息感知的能力。传感器可分为普通传感器和智能传感器两种。 智能传感器（smart sensor）是指具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器。由智能传感器组成的传感器网络（sensor network）是m2m技术的重要组成部分。一组具备通信能力的智能传感器以ad hoc方式构成无线网络，协作感知、采集和处理网络所覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给用户。也可以通过gsm网络或卫星通信网络将信息传给远方的it系统。典型产品如英特尔的基于微型传感器网络的“智能微尘(smart dust)”等。 5、识别标识 识别标识（location tags）如同每台机器设备的“身份证”，使机器之间可以相互识别和区分。常用的技术如条形码技术、射频标签rfid技术等。标识技术已经被广泛地应用于商业库存和供应链的管理。 通信网络 通信网络在整个m2m技术框架中处于核心地位，包括广域网（无线移动通信网络、卫星通信网络、internet、公众电话网）、局域网（以太网、无线局域网wlan、蓝牙bluetooth）、个域网（zigbee、传感器网络）。 中间件 中间件(middleware)在通信网络和it系统间起桥接作用。中间件包括两部分：m2m 网关和数据收集/集成部件。 网关获取来自通信网络的数据，将数据传送给信息处理系统。主要的功能是完成不同通信协议之间的转换。数据收集/集成部件是为了将数据变成有价值的信息。对原始数据进行不同加工和处理，并将结果呈现给需要这些信息的观察者和决策者。这些中间件包括：数据分析和商业智能部件、异常情况报告和工作流程部件、数据仓库和存储部件等。 m2m涉及到5个重要的技术部分：机器、m2m硬件、通信网络、中间件、应用。4. 两化融合。六、物联网的应用家电行业 物联网在家电行业的应用有着较好的用户基础，用户认识度比较高，可能成为与老百姓生活相关的最早物联网行业应用。 资料显示，海尔日前宣布，在世博会期间展示其全球首款“物联网冰箱”，该款冰箱具有网络可视电话功能、浏览资讯、播放视频等多项生活与娱乐功能，让原本属于生活电器的冰箱成为一个娱乐中心。 此前，海尔u-home与杭州电信联合推出“我的e家?智慧屋”产品，通过物联网网桥（wsn bridge），实现了用户通过手机、互联网、固话与家中灯光、窗帘、报警器、电视、空调、热水器等电器设备的沟通，将物联概念与用户的生活实际紧密联系起来，使之成为了一种像水、电、气一样的用户居家生活的基础应用服务。电力行业 按电力系统安全监控的要求，物联网可以全面应用于电力传输的整个系统，从电厂、大坝、变电站、高压输电线路直至用户终端。按照10左右的安全技术改造资金计算，可望达到1000亿左右的规模。 资料显示，中国移动已经与南方电网合作，利用机器到机器通信（m2m）技术建设智能电网，其中,电能计量自动化系统经应用在大客户负荷管理、配变监控等领域。电力行业终端通信保证平台的推广应用，将使南方电网电信通信故障评价处理时间缩短一倍以上。 根据中移动发展物联网的业务布局，除了应用于电力行业的远程抄表、配输电设备监控外，还开展了重点污染源监控、气象检测、车辆管理、水文检测、物流运输、移动pos等业务。安防保卫 重要区域和场所的围界防入侵技术应用，涉及到社会的方方面面，应用范围广阔。仅以机场为例，目前全国机场数477个，其中大型中型机场约100个，按照每个机场建设10-20公里围界计算，市场容量将在50亿元以上。保守估计，重要区域防入侵围界未来推广空间巨大，市场前景广阔，市场规模在数千亿元以上。医护行业 医护领域的物联网应用主要在人体的监护和生理参数的测量等方面，可以对人体的各种状况进行监控，将数据传送到各种通信终端上。据测算，每在疾病预防上投资一元，可以在将来节省数十元乃至上百元的医疗开支。开展基于物联网的医护应用建设，具备很好的社会效益和经济效益。按我国城市居家养老服务研究测算，中国城市居家养老、护理服务的潜在市场规模超过700亿元，2010年将增加到1300亿元，如果其中10%的市场使用传感网进行监测，市场规模在130亿元。通信行业据资料显示，中国电信已经在无锡建立了物联网技术重点实验室。中国电信集团公司总经理王晓初 曾经也表示，实验室将重点促进传感技术与中国电信3g网络的融合，在智能交通、智能校园等行业应用及下一代互联网、电子支付等领域进行市场化运作试验。而中国移动在以的技术应用方面已经探索。七、物联网的未来发展业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。中国移动总裁王建宙提及，物联网将会成为中国移动未来的发展重点。他表示将会邀请台湾生产rfid、传感器和条形码的厂商和中国移动合作。运用物联网技术，上海移动已为多个行业客户度身打造了集数据采集、传输、处理和业务管理于一体的整套无线综合应用解决方案。最新数据显示，目前已将超过10万个芯片装载在出租车、公交车上，形式多样的物联网应用在各行各业大显神通，确保城市的有序运作。在世博会期间，“车务通”全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅；面向物流企业运输管理的“e物流”，将为用户提供实时准确的货况信息、车辆跟踪定位、运输路径选择、物流网络设计与优化等服务，大大提升物流企业综合竞争能力。此外，普及以后，用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照目前对物联网的需求，在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。要真正建立一个有效的物联网，有两个重要因素。一是规模性，只有具备了规模，才能使物品的智能发挥作用。二是流动性，物品通常都不是静止的，而是处于运动的状态，必须保持物品在运动状态，甚至高速运动状态下都能随时实现对话。美国权威咨询机构forrester预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30比1，因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。对于中国，物联网虽是新概念产，大家的进门卡、北京无处不在的摄象头都是物联网。物联网在发展中还存在各种各样的问题，但还是值得我们抓住的一个机遇，物联网是互联网应用拓展重点，物联网是信息化与工业化融合的切入点，物联网应用推广种突破行业进入壁垒是难点，物联网是低碳经济的支撑点，物联网是战略性新兴产业的增长点，物联网是民生服务的新亮点，物联网是国际竞争的新热点。物联网应用市场前景一片光明。体积更小更便宜的专用的物联网芯片和技术以及自我调节的网络通信能力将要出现，各行业将通过更精细的管理和数据降低生产和运营成本，提高效率。同时，政府也将提出“绿色”的产品和服务要求。届时，由于医疗费用居高不下，就需要更新的低价手段，这将是对物联网提出的更新更高的要求，可持续发展将成为全人类的重要命题。五、总结物联网就是“物物相互连接的互联网”，它能将任何物体与互联网相连接，进行信