简述物联网及其应用.doc

题目：简述物联网及其用途 学院：经济学院 姓名：冉波 学号：1041025032 指导老师：樊老师 日期：2011年4月29日星期五 摘要随着近几年来物联网技术受到社会的广泛关注。本文介绍了物联网技术的概念、历史与发展现状;阐述了物联网的三层结构:感知层、网络层、应用层和物联网的三大应用架构:基于RFID的物联网应用架构、基于传感网络的物联网应用架构、基于M2M的物联网应用架构;分析了物联网在应用中存在的问题;最后,展望了物联网技术在农业上的应用以及物联网技术对人类生产生活、科技进步、工业发展的促进作用。 物联网的概念12最早出现在二十世纪九十年代,比尔盖茨在未来之路这本书中提及过物联网的概念。1998年,美国麻省理工学院提出了EPC(Electronic Product Code)系统的“物联网”设想。第二年,美国1Auto-ID提出了建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上“物联网关键词：物联网、应用、技术 目录1、 引言2、 物联网的定义3、 物联网发展的三个阶段4、 物联网的四大关键技术和领域5、 物联网产业链DCM三架马车6、 物联网的应用7、 总结8、 参考文献9、 致谢1、引言 在当前国际国内社会普遍关注低碳经济、节能排减、气候变迁以及后危机时代经济发展的大背景下，物联网在2010年“两会”期间被写入政府工作报告，确立为五大新兴国家战略产业之一。2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。 2009年2月24日2009IBM论坛上，IBM大中华区首席执行官钱大群.公布了名为“智慧的地球”的最新策略。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网。 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，“智慧地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有 物联网示意图许多相似之处，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。 2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物联网应用也提出了一些看法和要求。自温总理提出“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物联网的定义 物联网，英文百科wikipedia对物联网的定义很简单，the Internet of things refers to a network of objects ,such as household appliances.翻译为中文即：像电器一样的互联网网。物联网是新一代工厂技术的重要组成成分，物联网是物物相连的互联网，有两层意思;第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网上的延伸和扩展的网络。第二，起用户端延伸和扩展到任何物体和物体之间，进行信息交换和通信。“中国式”物联网定义：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等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线和/或有线的长距离和/或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，在内网（Intranet）、专网（Extranet）、和/或互联网（Internet）环境下，采用适当的信息安全保障机制，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。 摘自物联网技术、应用、标准和商业模式周洪波著前言。3、物联网发展的三个阶段 1.初级阶段：已存在的一些各行业基于各种行业数据交换和传输标准的连网监测监控，两化融合引等MAI应用系统; 2.中级阶段：在物联网理念推动下，基于局部统一的数据交换标准实现的跨行业、跨业务综合管理大集成系统，包括一些基于SaaS模式和“私有云”的M2M营运系统; 3.高级阶段：基于物联网统一数据标准，SOA,Web Service,云计算虚拟服务的on Demand系统， 最终实现基于“公有云”TaaS: “Thing as a Service”。4、物联网的四大关键技术和领域 1. RFID: 电子标签属于智能卡的一类，RFID技术在物联网中重要起“使能”（Enable)作用，RFID技术已经走向实用化； 物联网4大关键技术与领域2.传感网：借助于各种传感器，探测和集成包括温度、湿度、压力、速度等物质现象的网络，也是温总理“感知中国”提法的主要依据之一，基于传感网的系统处于研究阶段的较多； 3. M2M：这个词国外（特别是美国）用得较多，侧重于末端设备的互联和集控管理，X-Internet，中国三大通讯营运商在推M2M这个理念，都建立了自己的M2M营运平台； 4. 两化融合：工业信息化也是物联网产业主要推动力之一，自动化和控制行业是主力，目前已部署的物联网系统这个领域可能占多数，但目前来自这个行业的声音相对较少。 5、物联网产业链DCM三架马车 1. DCM: 物联网产业链全景缩影正如上一期“千面物联网”所述，每个人对物联网的理解不完全一样，在这个产业链上每个环节的企业一般都从自己的立场去诠释物联网。不过，对于一个完整的物联网系统的构成或产业链的划分，目前业界确有比较统一的观点，基本都认为应该包括三个层面：末端设备或子系统，通讯连接系统，以及管理和应用系统。笔者把它归结为DCM（左下图），即Device设备，Connect连接，和Manage管理（DCM于2005年提出，也是同方股份的物联网/M2M产业发展战略理念）。中国移动也把物联网概括为三层：感知层，网络层，和应用层。用大众化的术语来说，第一个层面就是全面感知，就是让“物”会“说话”，成为“智能物件”，将其进行识别或数据采集。第二个是可靠传递，就是通过现有的五花八门的有线和无线通信网络将信息进行可靠传输。第三个是智能处理，对采集上来的数据进行处理和展示。 此外业界也有多于三层（有下图）的描述，但实际内容和三层划分并无本质区别。虽然在DCM三层划分方面业界意见基本统一，但对每一个层面所包含内容的解读还是存在很大的差异，这又回到了“三大人群”出发点的不同。例如，在网络层面，中国移动就主要只关注2G、3G、或4G的GSM/CDMA无线网络。 而中国电信以往的M2M业务则主要关注固定网络，电信重组后他们有了3G无线网络后则开始关注固定网络和无线网络组合的方式。 传感网和RFID人群则主要关注无线网状网（Wireless Mesh Network）,包括Zigbee, Insteon， z-Wave等10多种基于短距离RF技术的无线网络技术。两化融合企业主要关注现场总线（Field Bus）技术，包括CanBus、ModBus、ProfiBus、LonWorks、BacNet等。这种现象对物联网产业的长久发展是不利的，网络之间的兼容性和标准化至关重要，需要各行业通力合作，标准化组织需要站到一个全局的高度，统筹协调和规范。尤其是当物联网发展到从运行于“内网”和“公网”的“物连网”走向真正运行于互联网上的“物联网”（如下图）的时候，兼容性和标准化成为关键。 相对于西方发达国家的相对自由竞争，往往以掌握“事实标准”和话语权的产业龙头说话的状况，这方面中国政府产业监管部门有独特优势，可以整合力量占据制高点，WAPI和闪联就是例子。2. 物联网之Devices（设备或资产）用非技术的术语来说，物联网要连接和服务的对象是末端设备（Devices）和各种资产（Assets）。 这包括静止或移动的资产，各种基于微处理器做成的应用系统、各种智能卡和RFID卡等等，数量在万亿以上（如下图）。DCM之“D”（末端设备），也就是三层划分中的感知层的传感节点，在传感网络术语中有一个新词，称为Mote（微尘或智能尘埃，如下图）。每个Mote含有一个微型处理器(通常是低功耗MCU)、无线通讯芯片、各种传感器、足够的内存和硬件能力，能够以较低的功耗执行监视与控制任务。由于监控物理环境的重要性从来没有像今天这么突出，物联网才受到极大的关注，有人提出M2M这个概念还不够广泛， 因为M2M中的Machine还不能代表所有的“物”（Things）,应该用T2T这个词（如上图）。 其实，没有MCU的“物体”是不能连网的，只有MCU-enable的物才能成为“智能物件”成为物联网的一部分。例如一个水质监测传感器需要被装上GPRS通讯模块， 才能使之“开口说话”。但让也有的“Devices”本身就具有“开口说话”功能，如智能卡，RFID卡，和手机等等。 3. 物联网之Connect（连接与通讯）物联网通信层是连接智能设备和控制系统的桥梁，用通俗的话说无外乎两大类：“天上飞的”无线（Wireless）通讯和“地上走的”有线（Wireline）通讯。3.1有线通信有线通信技术可分为相对短距离的现场总线（Field Bus）和中长距离的可支持IP的网络（包括PSTN, ADSL和HFC数字电视Cable等）。 当然按宽带网和窄带网划分是更常用的分类方法。基于IP的中长距离网络大家都比较熟悉，这里不再赘述。现场总线（一般属于窄带网）作为有线通信技术的重要技术类别，主流的标准有10多种，是为满足节能、减排、工业信息化、市政、楼宇等领域的需要而产生的，已经在这些领域（体现在RTU、DTU、PLC、DCS等控制器，传动装置（Actuator），或通讯模块中）得到广泛应用，是“两化融合”物联网应用的主要通讯手段之一。笔者认为，在目前已经存在而且应用比较成熟的“物物相连”的世界里， 基于现场总线技术的系统的总体规模可能是最大的，然而它却是目前业界在谈论物联网话题时最少提到的领域。3.2无线通信和有线通讯技术类似，无线通讯技术主要也可分为短距离（包括近距离（NFC），一般是窄带）接入技术的无线网状网、RFID、和WIFI/WiMAX等和中长距离的GSM和CMDA（2G/3G/4G）、和卫星通讯技术等两大类。如上所述，近距离无线网状网是传感网业务的主要基础，许多发展潜力巨大的技术（如前期专栏提到的盲人隐形眼镜）还处在研究阶段，产业化还有待发展。目前移动营运商是扛M2M（物联网）大旗的主力，在欧美市场，提供M2M网络连接服务的基于GPRS/CDMA的移动营运商主要可以划分为以下三类：传统的移动网络运营商MNO (Mobile Network Operators），移动虚拟网络运营商MVNO（Mobile Virtual Network Operators），和主要针对M2M市场的M2M移动运营商MMO（M2M Mobile Operators）。相对于传统的移动网络运营商来说，MVNO和MMO是比较新的角色。他们聚集了众多跨越不同的技术领域和国家的传统移动网络运营商合作伙伴的网络连接。在欧美，由于M2M（物联网）产业的兴起，出现了AerisNet，JapserWireless，ViaNet等一批MMO。在亚洲，移动营运市场相对垄断，M2M业务由MNO直接做（如中国三大营运商、NTT DoCoMo、和SK电信公司都依靠其子公司或指定合作伙伴来做）。 3.3All-IP融合在物联网应用中，用无线网状网和现场总线网络做最后一公里接入，用GPRS/CDMA网络和IP网等广域网络做长距离主干传输的组合方式是一种常用的组合。多年前业界就常说一个词“三网合一”，在物联网时代，“合”变得益发重要，而且不是要求简单的“组合”，而是“融合”（Convergence），不但网路层要融合，应用层也要融合（两化融合）。全IP融合不但要求有线和无线通讯的融合（如小灵通、大灵通），长距离和短距离接入的融合等物理对接上（通过路由器，网关等）的融合，还要求网络协议本身的融合，让无线网状网、现场总线、GPRS/CMDA等网络都直接支持IP传输协议，实现无缝连接。笔者认为，如果网络传输层实现了全IP融合，网络间的不兼容问题就迎刃而解了，可能也就不需要花大力气去研究物联网通讯层的标准化问题，重新再去建立一大批“物联网标准”。另外，IPv6标准的提出，使世界上每一粒沙子理论上都可以分到一个IP地址，在很大程度上已经预测到了“物联网”的发展，并为其做好了准备。4. 物联网之Manage（管理和应用软件）管理和应用软件是物联网产业链条中的关键因素，是其核心和灵魂。物联网软件可包含：M2M中间件和（嵌入式）Edgeware(也可以统称软件网关)，实时数据库，运行环境和集成框架，通用的基础构件库，以及行业化的应用套件等。通用基础功能包括：远程监测、自动报警、控制、诊断和维护、系统联动、数据挖掘、报表与决策支持、节能分析、资产跟踪与维护、与ERP/CRM/OA/MES/SCM系统的总体大集成等等。下图（引自BITX）展示了M2M 物联网系统生态链。从“两化融合”产业ERP/MES/PCS软件分层的角度来看（右上图），物联网软件大约处于与MES类似的中间位置，在PCS/DCS/SCADA之上和ERP/MRP/OA/SCM/CRM之下。这只是一个粗略的定位，广义来说，物联网软件是没有界限的，它甚至可以是一个基于互联网的SaaS或搜索系统，目前已经有企业开始定义一些新的物联网软件范畴，如DRM（DeviceRelationManagement）系统（类似CRM的定义），IDM（IntelligentDeviceManagement）等。从上图（中）所示的市场优势坐标图中，我们不难发现，包括IBM，BEA（Oracle）在内的软件和中间件公司，都早已参与了物联网业务，并取得了一些优势地位。国内的包括同方软件在内的企业，也看准了物联网软件这个领域，几年前就开始产品的开发并取得了一定市场。然而，和中国市场所有业务领域长期“重硬轻软”的状况一样，在物联网浪潮到来的今天，往往人们一谈物联网，就是传感器，电子标签，通讯模组等。各级领导视察的时候，企业如果拿不出几个“硬东西”摆在展厅，就好像没实力。这种现象也需要引起各界人士高度关注，在物联网产业发展政策制定上平衡布局。摘自物联网技术、应用、标准和商业模式第3章，周洪波著。6、 物联网的应用 国响应温总理号召，大力推进“感知中国”许许多多的物联网产业基地和产业联盟都应运而生。美国START-IT杂志和M2M杂志总监Peggy Smedley曾认为可以将物联网/M2M市场分为六大支柱应用来发展和延伸，分别为：遥感监测、远程通信和信息处理、智能服务、传感器网络、RFID和远程控制。物联网的应用其实不仅仅是一个概念而已，它已经在很多领域有运用，只是并没有形成大规模运用。常见的运用案例有： 一：物联网传感器产品已率先在上海浦东国际机场防入侵系统中得到应用。机场防入侵系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。而就在不久之前，上海世博会也与吴锡传感网中心签下订单，购买防入侵微纳传感网1500万元产品。 二：ZigBee路灯控制系统点亮济南园博园。ZigBee无线路灯照明节能环保技术的应用是此次园博园中的一大亮点。园区所有的功能性照明都采用了ZigBee无线技术达成的无线路灯控制。 三：智能交通系统(ITS)是利用现代信息技术为核心，利用先进的通讯、计算机、自动控制、传感器技术，实现对交通的实时控制与指挥管理。交通信息采集被认为是ITS的关键子系统，是发展ITS的基础，成为交通智能化的前提。无论是交通控制还是交通违章管理系统，都涉及交通动态信息的采集，交通动态信息采集也就成为交通智能化的首要任务。国内比较成功的比较大的应用：1.铁道部列车车厢管理，就是通过在每一节车厢（不管是客车、货车）均装置一个RFID芯片，在铁路两侧，相互间隔一段距离放置一个读写器。这样，就可以随时掌握全国所有的列车在铁路线路上所处的位置，便于列车的跟踪、调度和安全控制。国内提供系统集成的主要是远望谷科技，为此该公司以此为依托，成功进行了IPO，而且在股市表现不俗！2. 中国的第二代身份证，第二代身份证最显著的进步不是说在卡表面的照片换为彩色的了，而是在卡的内部更富科技含量的RFID芯片。芯片可以存储个人的基本信息，需要时在读写器上一扫，即可显示出你身份的基本信息。而且可以做到有效防伪，因为芯片的信息编写格式内容等只有特定厂家提供，伪造起来技术门槛比较高。3.中国大部分高校的学生证，由于中国的高校生数量众多，学生假期返乡出行享受火车半价优惠。为此，相关部门采用了可读写的RFID芯片。里面存贮了该用户列