科技创新论文 物联网.doc

物联网概述一、物联网概念和它的提出物联网的英文名称为The Internet of Things”。由该名称可见，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、 全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的概念是在1999年提出的。过去在中国，物联网被称之为传感网。中科院早在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。“物联网”概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。 二、研究背景物联网直观上是一类连接物品的互联网， 是下一代网络和互联网发展的必然产物。由于目前国内外对物联网研究尚未深入，学术界和工业界都没有完全认识物联网的内在本质，对物联网的复杂性缺乏认识。由于目前已经研究和开发了一些物品或物理装置的联网技术，使得一些研究人员仅仅从专用的物品或物理装置联网的角度片面理解物联网，在一定程度上形成了物联网认识的误区,使得人们对物联网技术产生了两个极端的认识:认为所有网络与信息化技术都是物联网技术, 物联网是信息化发展的一次新机遇；或者认为根本不存在物联网技术，物联网技术仅仅是现有网络与信息技术的一种集成。三 物联网的核心技术3.1 RFID技术RFID技术是一种非接触式的自动识别技术， 通过射频信号自动识别目标对象，并获取相关数据，识别无须人工干预， 可工作于任何恶劣环境。 RFID系统由阅读器、 应答器（标签）和应用系统三部分组成， 通过电波在响应媒介和询问媒介间传递信息。 阅读器，一般是一台内含天线和芯片解码器的阅读(有时还可以写入)设备，可设计为手持式或固定式； 阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别体的目的。通常阅读器与电脑相连， 所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。 每个标签具有唯一的产品电子码EPC,EPC码可存入硅芯片做成的电子标签内，并附在被标识产品上， 以被高层的信息处理软件识别、 传递和查询，进而在互联网的基础上形成专为供应链企业服务的各种信息服务。应用系统，一般是由计算机支撑的有线或无线管理系统，视不同应用要求，对于实时型的智能型控制器，不一定必须要有后台应用系统。3.2 传感技术传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。传感技术主要研究关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术。传感技术的核心即传感器，它是负责实现物联网中物与物、物与人信息交互的必要组成部分。目前无线传感器网络的大部分应用集中在简单、低复杂度的信息获取上，只能获取和处理物理世界的标量信息，然而这些标量信息无法刻画丰富多彩的物理世界，难以实现真正意义上的人与物理世界的沟通。为了克服这一缺陷，既能获取标量信息，又能获取视频、音频和图像等矢量信息的无线多媒体传感器网络应运而生。作为一种全新的信息获取和处理技术，无线多媒体传感器网络更多地关注于信息的采集和处理，利用压缩、识别、融合和重建等多种方法来处理信息，以满足无线多媒体传感器网络多样化应用的需求。3.3 无线网络物联网中物品与人的无障碍交流显然离不开高速、大批量数据传输的无线网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络， 也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术。3.4 人工智能人工智能是研究使计算机模拟人的某些思维过程和智能行为 （如学习、 推理、 思考、规划等）的学科，主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机， 使计算机能实现更高层次的应用。在物联网中人工智能技术主要负责将物品 “讲话” 的内容进行分析,从而实现计算机自动处理。四. 物联网的体系结构物联网的结构可分为射频识别系统和信息网络系统两部分。射频识别系统主要由标签和读写器组成，两者通过RFID空中接口通信。读写器获取产品标识后，通过internet或其他通讯方式将产品标识上传至信息网络系统的中间件，然后通过ONS解析获取产品的对象名称， 继而通过EPC信息服务的各种接口获得产品信息的各种相关服务。4.1 网络结构网络体系结构主要研究网络的组成部件以及这些部件之间的相互关系。按照研究者关心的网络系统的角度不同,可以划分不同类型的网络体系结构。例如从网络的功能角度看, 可以得到网络的功能分层体系结构;从网络管理角度看,可以得到网络管理体系结构。以下主要从物联网系统功能角度研究体系结构。图一物联网体系结构与传统网络体系结构不同, 不能简单采用分层网络体系结构描述。物联网系统本身是由三个维度构成的一个系统(见图 1), 这三个维度是信息物品、 自主网络、智能应用。自主网络表示这类网络具有自配置、自愈合、自优化、自保护能力智能应用表示这类应用具有智能控制和处理能力,信息物品表示这些物品是可以标识或感知其自身信息。这三个物联网的功能维度是传统网络系统不具备的维度(包括自主网络的维度) , 却是连接物品的网络必须具有的维度,否则,物联网就无法满足应用的需求。信息物品、自主网络与智能应用三个功能部件的重叠部分就是具有全部物联网特征的物联网系统,可以称为物联网基础设施。现实世界中没有物联网系统,物联网系统仅仅是一组连接物品的网络系统总称,例如智能交通系统、 智能电网、 智慧城市可以统称为物联网系统。这里的物联网基础设施表示服务于具体物联网系统的支撑系统,可以提供包括不同应用领域的物品标识、 物品空间位置识别、 物品数据特征验证和隐私保护等服务, 这个部分组成了公共物联网的核心。4 . 2 三类功能部件的关系物联网的三个功能维度就是物联网系统的三类组成部件,这些组成部件通过具体的物联网系统相互关联,例如通过智能交通系统或者智能电网可以关联这三类组成部件,这样,整个物联网的体系结构实际上构成了一个立体的结构(见图 2)。三类物联网组成部件采用三个立柱表示,三个立柱的每个水平层面代表了一个具体的物联网系统, 三个立柱重叠的公共部分就是贯通各个具体物联网系统的物联网基础设施。图 2表示了智能交通系统的层面和智能电网的层面,这两个系统都是具体的物联网系统各自具有信息物品、自主网络与智能应用三个维度的组成部件。例如智能交通系统的信息物品功能部件包括机动车、非机动车和行人的标识以及这些物品的信息采集;自主网络功能部件包括机动车、非机动车和行人的自主接入网络、 自主优化网络;智能应用功能部件包括车辆、行人智能导航,交通信号灯的自动控制。这些功能组成部件是智能交通系统中特有的, 不同于智能电网中同类型的功能部件。图二图 2 物联网与具体物联网系统物联网不同于互联网,不存在通用的物联网系统,在实际应用中可以看到智能交通系统、 智能电网、 智能仓储等系统, 这些系统可以抽象地称为物联网系统。所以,物联网必定是与应用领域相关的,在特定的应用领域,可以具体定义、设计和实现信息物品、自主网络和智能应用类的功能部件。物联网体系结构中三类功能部件之间都存在相互的关系,这三类功能部件之间的相互关系不同于互联网分层体系结构定义的功能部件之间的相互关系, 这三类功能部件之间以及不再是一个分层的服务调用和服务提供的关系。图三如图3所示,信息物品需要依赖自主网络提供的接入网络服务,使得信息物品成为物联网系统可以识别、可以访问的物品;智能网络需要依赖于自主网络提供的数据传递、远地服务访问功能,实现网络环境下的数据传递和服务调用;自主网络需要依赖信息物品的标识,自动选择相关的网络接入协议和配置协议, 提供接入信息物品的服务;自主网络需要依赖智能应用的需求,确定相应的服务质量以及可能的定制服务;智能应用需要依赖于信息物品的数据语义, 进行相关的处理和决策,确定对于信息物品的操作; 信息物品依赖于智能应用的需求,确定提供信息的类型以及可以执行的相关操作。从以上对物联网体系结构组成的三类功能部件的相互之间关系可以看出, 物联网体系结构具有如下特征:物品可标识、应用智能化、网络自主化。五物联网的应用及其发展状况5.1 物联网的应用目前国内外物联网的一些应用领域主要包含如下方面。（1） 生态环境的监测和保护。具体的内容有：生物环境适应性跟踪； 河流沿线分区域水位监测及相关水资源被污染的信息监控；山区泥石流、 滑坡等自然灾害容易发生地方的提前预警； 重点保护林区监控内部火险情况和火势大小等。（2） 安全检测与监控。 在一些危险的工业环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过传感网络实施安全监测。此外，在桥梁、高速铁路等重要基础设施中引入传感网络感知振动频率、湿度等信息可以提前对不安全因素进行预警。（3） 物流管理和配送。 随着现代社会的发展，物流和配送业的重要性被提高到了一个新的水平。 通过在物流商品中引入传感节点，可以从采购、生产制造、包装/装卸、仓库、运输、配送/分销、销售到服务的供应链上的每一个环节做到精确地了解和掌握。5.2 物联网的发展状况目前，加拿大、英国、德国、芬兰、意大利、日本、韩国等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国的无线通信网络已经覆盖了城乡，从繁华的城市到偏僻的农村，从海岛到珠穆朗玛峰，到处都有无线网络的覆盖。无线网络是实现“物联网”必不可少的基础设施，安置在动物、植物、机器和物品上的电子介质产生的数字信号可随时随地通过无处不在的无线网络传送出去。“云计算”技术的运用，使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可能。而在“物联网”这个全新产业中，我国的技术研发水平处于世界前列，具有重大的影响力。中科院早在年就启动了传感网研究，与其它国家相比具有同发优势。该院组成了多人的团队，先后投入数亿元，在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机、移动基站等方面取得重大进展，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界传感网领域，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的主导国之一。中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心（以下简称无锡传感网中心），是国内目前研究物联网的核心单位。六建设物联网所面临的挑战虽然物联网应用前景不错，但要想全面投入物联网社会的建设，还必须解决以下几个方面的问题。（1） 标准问题。世界各国存在不同的标准，互不兼容。统一技术标准才能够使物联网在行业内、行业间实现从点到面的，从分散到集中的互联互通。（2） 安全问题。当大量的数据用于物-物通信，以及大量的数据用于进行物品以及人的行为模式的数据存储、分析与判断，能否保障数据安全性变得极为重要。（3） 协议问题。 物联网是互联网的延伸， 在物联网核心层面是基于TCP/IP协议，但在接入层面上协议种类繁多，GPRS/CDMA短信传感器有线等多种通道， 物联网需要统一的协议。（4） IP地址问题。每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址， 因此物联网需要更多的IP地址，IPV4资源即将耗尽，这就需要IPV6来支撑， 还需要解决与IPV4的兼容问题。七、参考文献1 南京邮电大学学报 ( 自 然 科 学 版 ) Vo. 30 No. 4第30卷第4期Journal of Nan jing University of Posts and Telecomm uni cations( Natura l Sc i ence) Aug . 20102