第16章 物联网.doc

第十六章 物联网16.1什么是物联网16.1.1.物联网概念1999年麻省理工大学的Auto-ID中心Kevin Ashton教授提出了以标示为特征的物联网概念，把技术与传感器技术应用于日常物品中，实现在任何地点、任何时间，对任何物品进行标识和管理，增加了供应链的可视、可控性，形成了一个“物联网”。2003年SUN article中提出了toward a global “internet of things”。 2005年11月17日，在威尼斯举行的信息社会世界峰会（world summit of information society, WISS）上，国际电信联盟（ITU）发布的ITU互联网报告2005：物联网对物联网概念进行了扩展，指出了物联网是通过射频识别（RFID）和智能计算等技术实现全世界设备互连的网络，提出了任何时刻、任何地点、任意物体之间互联，无所不在的网络（Ubiquitous networks）和无所不在的计算（Ubiquitous computing）的发展愿景。此后物联网的定义和范围发生了变化，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。2008年ITU在Ubiquitous Sensor Networks中进一步提出泛在传感器网络概念，并阐述为通过传感器、执行器、RFID等对物理世界进行感知和标识，然后依靠网络将信息进行传输和互联，再进行信息处理和信息存储，最后实现具体应用。根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。物联网概念的兴起，很大程度上得益于ITU 2005年以物联网为标题的年度互联网报告。然而，ITU的报告对物联网缺乏一个清晰的定义。物联网（The Internet of things，IOT）原始含义是“物物相连的互联网”，它是未来互联网的组成部分，可以被定义为有着自我配置能力的动态全球网络基础设施，这种自我配置能力是建立在标准和互操作性的通信协议基础上的，在这种动态全球网络基础设施中，物质的和虚拟的“物”都有自己的身份、物质属性、虚拟特性和可使用的智能接口，并无缝集成到信息网络。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网是通过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。在物联网中，预计“物”将成为商业、信息、社会过程的积极参与者，在社会过程中，物之间、物与交换数据之间、物与其对环境的信息“感觉”之间能够相互作用和沟通，同时，对“现实（物质）世界”事件进行自动反映，在不管是否有人为干预的情况下都能激发行动和提供服务。图16-1物联网这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：1、要有相应信息的接收器；2、要有数据传输通路；3、要有一定的存储功能；4、要有CPU；5、要有操作系统；6、要有专门的应用程序；7、要有数据发送器；8、遵循物联网的通信协议；9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。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。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。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。对于物联网中的网，可以是有线网、无线网、专用网、公用网、局域网、互联网等等。物体联网的实质是将物体的信息连接到网上，因此物联网中网络的作用在于使物体信息能够流通。信息的流通可以是单向的，比如我们可以监测一个区域的污染情况，污染信息流向信息终端。也可以是双向的，比如智能交通控制，既能够监测交通情况，又可以实现智能交通疏导。尽管世界各国对物联网的发展前景和对社会经济的整体提升拥有一致的憧憬和极大的热情，应该看到物联网的发展还刚刚开始。如何让物联网真正从实验室走出来，从一个概念变为一种产业，形成真正的市场，需要大规模的物联网应用引导物联网产业的健康发展。目前关于物联网的认识还有很多误区，我们在这里辨误：传感网或RFID网不等同于物联网。事实上传感技术也好、RFID技术也好，都仅仅是信息采集技术之一。除传感技术和RFID技术外，GPS、视频识别、红外、激光、扫描等所有能够实现自动识别与物物通信的技术都可以成为物联网的信息采集技术。传感网或者RFID网只是物联网的一种应用，但绝不是物联网的全部。物联网不是互联网的无边无际的无限延伸，物联网也不是所有物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台。实际上物联网绝不是简单的全球共享互联网的无限延伸。即使互联网也不仅仅指我们通常认为的国际共享的计算机网络，互联网也有广域网和局域网之分。物联网既可以是我们平常意义上的互联网向物的延伸；也可以根据现实需要及产业应用组成局域网、专业网。现实中没必要也不可能使全部物品联网；也没必要使专业网、局域网都必须连接到全球互联网共享平台。今后的物联网与互联网会有很大不同，类似智慧物流、智能交通、智能电网等专业网；智能小区等局域网才是最大的应用空间。认为物联网就是物物互联的无所不在的网络，不能因此认为物联网是空中楼阁，是目前很难实现的技术。事实上物联网是实实在在的，很多初级的物联网应用早就在为我们服务着。物联网理念就是在很多现实应用基础上推出的聚合型集成的创新，是对早就存在的具有物物互联的网络化、智能化、自动化系统的概括与提升，它从更高的角度升级了我们的认识。不能把物联网当成个筐，什么都往里装；不能基于自身认识，把仅仅能够互动、通信的产品都当成物联网应用。如，仅仅嵌入了一些传感器，就成为了所谓的物联网家电；把产品贴上了RFID标签，就成了物联网应用等等。16.1.2.各国的物联网发展情况目前，国外对物联网的研发、应用主要集中在美、欧、日、韩等少数国家。2009年初，美国总统奥巴马就职后，将“新能源”和“物联网”列为振兴经济的两大武器，从而引起全球的广泛关注。2009年6月，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了欧盟物联网行动计划（Internet of Things-An action plan for Europe），以确保欧洲在建构物联网的过程中起主导作用。行动计划共包括14项内容，主要有管理、隐私及数据保护、“芯片沉默”的权利、潜在危险、关键资源、标准化、研究、公私合作、创新、管理机制、国际对话、环境问题、统计数据和进展监督等一系列工作。2009年10月，欧盟委员会以政策文件的形式对外发布了物联网战略，提出要让欧洲在基于互联网的智能基础设施发展上领先全球，除了通过ICT研发计划投资4亿欧元，启动90多个研发项目提高网络智能化水平外，欧盟委员会还将于2011年2013年间每年新增2亿欧元进一步加强研发力度，同时拿出3亿欧元专款，支持物联网相关公私合作短期项目建设。欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）在Internet of Things in 2020报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010-2015年物体互联，2015-2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。就目前而言，许多物联网相关技术仍在开发测试阶段，离不同系统之间融合、物与物之间的普遍链接的远期目标还存在一定差距。日本政府自上世纪90年代中期以来相继制定了e-Japan、u-Japan、i-Japan等多项国家信息技术发展战略，从大规模开展信息基础设施建设入手，稳步推进，不断拓展和深化信息技术应用，以此带动本国社会、经济发展。其中，日本的u-Japan、i-Japan战略与“物联网”概念有许多共通之处。2008年，日本总务省提出“u-Japan xICT”政策。“X”代表不同领域乘以ICT的含义，一共涉及三个领域“产业xICT”、“地区xICT”、“生活（人）xICT”。将以u-Japan政策的重心从之前的单纯关注居民生活品质提升拓展到带动产业及地区发展，即通过各行业、地区与ICT的深化融合，进而实现经济增长的目的。2009年7月，日本IT战略本部颁布了日本新一代的信息化战略“i-Japan”战略，为了让数字信息技术融入每一个角落，首先将政策目标聚焦在三大公共事业：电子化政府治理、医疗健康信息服务、教育与人才培育，提出到2015年，透过数位技术达到“新的行政改革”，使行政流程简化、效率化、标准化、透明化，同时推动电子病历、远程医疗、远程教育等应用的发展。韩国政府自1997年起出台了一系列推动国家信息化建设的产业政策，包括IFRD先导计划、IFRD前面推动计划、USN领域测试计划等。实现建设U化社会的愿景，韩国政府持续推动各项相关基础建设、核心产业技术发展，RFID/USN（传感器网）就是其中之一。继日本提出u-Japan战略后，韩国也在2006年确立了u-Korea战略。u-Korea战略旨在建立无所不在的社会（ubiquitous society），也就是在民众的生活环境里布建智能型网络（如IPv6、BcN、USN）、最新的技术应用（如DMB、Telematics、RFID等先进的信息基础建设，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。其最终目的，除运用IT科技为民众创造衣食住行育乐各方面无所不在的便利生活服务，亦希望扶植IT产业发展新兴应用技术，强化产业优势与国家竞争力。2009年10月，韩国通信委员会出台了物联网基础设施构建基本规划，将物联网市场确定为新增长动力。该规划提出，到2012年实现“通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流信息通信技术强国”的目标，并确定了构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境等4大领域、12项详细课题。2009年8月7日，温家宝总理视察无锡微纳传感网工程技术研发中心并发表重要讲话之后，“物联网”概念在国内迅速升温。与国外相比，我国物联网发展在最近几年取得了重大进展。国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020年）和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。目前，我国的技术研发技术水平已处于世界前列，中科院早在10年前就启动了传感网研究，先后投入数亿元。我国传感网标准体系已形成初步框架，向国际标准化组织提交的多项标准提案被采纳，传感网标准化工作已经取得积极进展，中国与德国、美国、英国、韩国等国一起，成为国际标准制定的主要国家之一。2009年9月11日，经国家标准化管理委员会批准，全国信息技术标准化技术委员会组建了传感器网络标准工作组。16.2物联网应用16.2.1.智能交通2008年全球因交通事故死亡130万人，20005000万人受伤,直接经济损失5180亿美元。美国因交通堵塞造成的年度经济损失高达872亿美元，占美国GDP的1.54，汽车产生的二氧化碳的排放量占总量的22。传统交通基础设施效费比为1.68:2.7，而智能交通的效费比为9:1。智能交通在中国的运用能降低交通事故致死率，减少堵塞率,加强交通的监管，减少尾气排放。北京全市各主要街道均埋设有感应线圈,通过无线传感技术优化交通管理,城市道路效率提高15。上海延安高架路交通监控系统应用以来，在保持流量不变的情况下，全天的平均车速提高了15。斯德哥尔摩在18个控制点用各种传感技术，探测车辆并按时段以不同费率收费，将流量、等待时间和尾气排放分别降低20，25和12。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。交通管理的科学化、现代化一直是人们为综合治理解决交通问题而追寻的目标，早期的交通信号管理采用电子、传感等技术进行控制，随着科学技术的发展，尤其是计算机技术和GPS、信息通信的普及应用，加快了智能交通系统的发展。智能交通系统已是把先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成应用于整个交通管理控制系统而建成的一种在大范围内、全方位发挥作用的、实时、准确、高效的综合交通管理系统。智能交通系统作为一个新概念的提出始于20世纪80年代中期美国加州的PATH（Program on Advanced Technology for the Highway）及欧洲的PROMETHEUS（Program for European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented Safety）项目。在此之后，不仅欧美日等发达国家将其作为大型国家项目在推动，也得到世界其他许多国家的重视。智能交通系统可以定义为：利用现代计算机、信息、通信、控制技术把车辆、道路和使用者紧密结合起来、以解决汽车交通事故、堵塞环境污染及能源消耗等问题为目的的基于智能化、信息化的汽车交通系统。全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）、无线网络系统（WNS）等是智能交通系统的基础技术平台。管理平台主要由道路法规、道路规划、道路建设等组成。智能交通系统是一个涉及众多领域的复杂工程应用系统，正处于发展阶段，因而对其构成的描述也不尽相同，一般认为主要由以下应用系统组成：先进的交通管理系统ATMS（Advanced Traffic Management Systems）通过旅行时间测定、突发事件检测等实时处理来把握交通状况，进行先进的交通管理。该系统有一部分与ATIS共用信息采集 、处理和传输系统，但是ATMS主要是给交通管理者使用，它将对道路系统中的交通状况、交通事故、气象状况和交通环境进行实时的监测，根据收集到的信息，对交通进行控制，如：信号灯、发布诱导信息、道路管制、事故处理与救援等。在进行交通的管理时，通过车载机及信息提供装置实施对驾驶员的路线引导。为防止由交通事故引发的二次损失，在尽早发现交通事故、实施相应的交通管制的同时，通过车载机或其他信息提供装置将交通管制信息提供给驾驶员。ATMS的代表系统是：交通信号控制、电子收费系统（ETC）等。先进的交通信息服务系统ATIS（Advanced Traveller Information Systems）先进的交通信息服务系统是建立在完善的信息网络基础上的。交通参与者通过装备在道路上、车上、换乘站上、停车场上以及气象中心的传感器和传输设备，可以向交通信息中心提供各处的交通信息；该系统得到这些信息并通过处理后，实时地向交通参与者提供道路交通信息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行相关的其他信息；出行者根据这些信息确定自己的出行方式、选择路线。更进一步，当车上装备了自动定位和导航系统时，该系统可以帮助驾驶员自动选择行驶路线。随着信息网络技术的发展，科学家们已经提出将ATIS建立在因特网上，并采用多媒体技术。这将使ATIS的服务功能大大加强，汽车将成为移动的信息中心和办公室。ATIS的代表系统是：行驶线路诱导系统、自动导航系统。先进的车辆控制与安全系统AVCSS（Advanced Vehicle Control and Safety Systems）AVCSS是ITS在车辆工程中的具体应用平台，该系统是用于帮助驾驶员正确驾车，防止碰撞系统是其核心。AVCSS可以分为两个层次：第一层次可称为车辆安全辅助驾驶系统，该系统有以下几个部分：车载传感器（微波雷达、激光雷达、摄象机、其他形式的传感器等）、车载计算机和控制执行机构等，行使中的车辆通过车载的传感器测定出与前车、周围车辆以及与道路设施的距离和其他情况，车载计算机进行处理，对驾驶员提出警告，在紧急情况下，强制车辆制动。第二层次是车辆自动驾驶系统，装备了这种系统的汽车也称为智能汽车，它在行使中可以做到自动导向、自动检测和回避障碍物，在智能公路上，能够在较高的速度下自动保持与前车的距离。智能汽车只有在智能公路上使用才能发挥出全部功能，如果在普通公路上使用，它仅仅是一辆装备了辅助安全驾驶系统的汽车。商用车运行管理系统（CVO: Commercial Vehicle Operations）它主要是提高载货车运行效率的系统，主要功能包括掌握现在位置、货物信息的传递管理以及车辆重量的自动测定等。先进公共交通系统（APTS: Advanced Public Transportation Systems）它将公共汽车、火车、HOV（高效运载车辆）等公共交通运输工具相互联系起来，以提高整个运输体系的效率。先进地方交通系统（ARTS: Advanced Rural Transportation Systems）它具有郊区的突发事件检测、肇事车辆位置检测、SOS系统等功能。从上述各子系统的功能与组成可以发现，智能交通系统是由通讯系统将运输系统中的人、车、路三要素紧密地结合地一起，最大限度地发挥整个交通运输系统的运输和管理效率。智能交通系统推进交通运输进入信息时代，将成为21世纪现代化交通运输体系的发展方向。智能交通系统的发展趋势正从单一的运输模式的智能化向综合交通的多种运输模式的协调配合的智能化方向发展。目前，铁路、航空、水运业都在考虑利用智能运输系统的先进技术改造传统的运输方式。铁路运输正在吸收智能交通系统的高速信息共享和快速处理方式发展铁路运输的智能化技术如列车运行图的自动编制、建立铁路信息服务系统和先进的列车控制系统、实现日常调度的自动优化。铁路和民航已成功地应用旅客信息系统，实现全国联网售票。目前我国ITS非常重视，在交通运输管理中应用通信、电子技术的现象也已经十分普遍。全国大部分城市都建立了信号控制系统和交通指挥中心，对本地的交通状况进行管理和控制，为监视和快速处理城市交通拥堵和突发事件发挥了重要作用。高速公路沿线也建立了通信和监控系统、电子收费系统和IC卡收费系统，部分高速公路甚至实现了不停车自动收费。这些都是我国在ITS系统研究方面取得进步的表现。16.2.2.智能电网图16-2智能电网美国每年因电网扰动与断电损失高达790亿美元,因发电与用电量不匹配，电网利用率仅有55。智能电网将物联网运用在发电、输电、变电、配电和用电环节，使用稳健的双向通信、高级传感器和分布式计算机来改善电力交换和使用的效率，提高可靠性。以前因发电量不平稳难以接入电网的风电、太阳能等分布式能源可以用于补助主网发电。智能电网实时监控用户的电力负荷,赋予消费者选择电价和能源类型的权力，智能电网结构如图16-2所示。我国的国家电网公司提出了智能电网2020发展战略，有3个发展阶段：从现在到2012年为前期准备阶段，开展规划工作、制订技术和管理标准，开展关键技术和设备研制，开展试点，全国一亿户电表实现智能化；20132015年为试点应用阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设,在5-10个城市建智能电网,初步形成智能电网运控和互动服务体系，产业规模2000亿元；20162020年为推广建设阶段，总投资累计达到4万亿元，清洁能源装机比例达到35。分布式电源即插即用，智能电表普及，单位GDP的二氧化碳排放降低4045。2009年济南园博园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，节能环保的ZigBee无线路灯照明技术的应用成为此次园博园中的一大亮点。16.2.3.智能物流在物流业中物联网主要应用在基于RFID的产品可追溯系统、基于全球定位系统（global positioning system，GPS）的智能配送可视化管理网络、全自动的物流配送中心以及基于智能配货的物流网络化公共信息平台。使用分析和模拟软件可以优化从原材料至成品的供应链网络。帮助企业确定生产设备的位置，优化采购地点,亦能帮助制定库存分配战略，降低成本、减少碳排放，改善服务。中国2009年全社会物流总费用与GDP的比例为l8.3，相当于每年因物流与供应链管理不畅损失高达2.5万亿元。中远物流公司采用信息化管理成功地将分销中心的数量从100减少至40，分销成本降低了23，燃料使用量降低了25，也将碳排放量减少了1015。16.2.4.生态监视物联网在生态监视中主要应用于饮用水源地、城市大气、危废品转移及流域管理与生态补偿。通过视频感知或RFID技术，或生物、声学、光学、化学、红外及卫星等等传感器进行全面感知，通过可靠传输，到达信息处理中心，利用虚拟现实、生态分析、决策支持系统（decision suppo systems，DSS）、云计算等智能处理实现智能监视。日本NTTDoCoMo（一家电信公司）于2009年底将环境传感器大规模地安装在移动基站，覆盖日本东京附近关东地区300个区域，来测量碳排放和其他大气条件。思科公司与美国国家航空和宇宙航行局（national aeronautics and space administration，NASA）2009年提出“星球皮肤”（planetary skin）合作项目，该项目针对全球气候变化的挑战，通过开发遍布全球的空中、海洋和陆地传感器网络来获取、分析和报告环境变化情况，建立全球范围的实时环境检测平台，同时，“星球皮肤”项目被美国“时代”杂志评为2009年度50佳创新技术之一。中国移动利用M2M技术在广州市部署近4000个监控点，重点监控污染源生化数据移动采集，包括餐馆排气、工厂排污、工地噪音等，在厦门利用嵌入传感器的TD-SCDMA终端实现对噪声的检测。16.2.5.电子保健美国总统奧巴马提出：“我们的经济恢复计划将投资到减少医疗差错、降低成本、保证隐私和延长寿命的电子健康记录及新技术。”采用电子病历（eleetronic health record，EHR)可减少25的错误，采用医学图像存档和通信系统（picture archiving and communication systems，PACS）可减少15的错误、采用计算机医嘱录入系统（computerized physician order entry，CPOE）可减少错误30、采用计算机临床决策支持系统（clinical decision support system，CDSS）可减少20错误。基于上述的几大系统，建立临床信息系统（clinic information system，CIS），加上门诊管理系统、住院管理系统、药品管理系统、物资管理系统、人事管理系统、财务管理系统、OA管理系统等构成医院信息系统（hospital infomration system，HIS）医疗信息化则还包括区域卫生信息系统与远程医疗如图13-3所示。 图13-3电子保健系统图电子病历是指由医疗机构以电子化方式创建、保存和使用的，重点针对门诊、住院（或保健对象）临床诊疗和指导干预信息的数据集成系统，是居民个人在医疗机构历次就诊过程中产生和被记录的、完整的、详细的临床信息资源。电子病历的描述和存储包括半结构化和全结构化两部分。将信息搜索和提取单位建立在段落文字的基础上；将医疗文书中的内容以标准化词或句子的形式存储于数据库中，既能够完成病历书写，又便于随时查询、统计、分析,还可以最大限度规避隐私问题。中国2008年健康医疗市场规模超过1万亿元。2008年厦门健康信息系统为患者建立个人正式健康档案93万份，一年来仅诊疗结果共享一项就节约重复检查、拍片等费用2100万元。2010年10月14号中国卫生部公布电子病历试点工作方案，选取22个省市的29家医院和3个区域试点一年。e-Health还应用于病房管理、产房管理、药品跟踪和医疗设备管理。根据国外资料显示，药物不良事件为所有非手术医疗疏失之首位，高达19.3，且大部份来自于用药疏失。全球假药比例达10，年销售额320亿美元。将药品名称、品种、产地、批次及生产、加工、运输、存储、销售等环节的信息都存于RFID标签中，当出现问题时，可以追溯其全过程。16.2.6.物联网的其他应用图13-4机场防入侵利用物联网可实现智能家居，对家庭进行安保和监视，可利用光纤光栅形成周界防入侵传感网系统对机场等重点区域进行反恐监视。如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。该系统铺设了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。视频监控摄像头已广泛应用于国内多个城市的主要道路、热点地区、地铁和居民小区的安全监视。2009年上海世博会也购买了防入侵微纳传感网1500万元产品。这套设备由万个微小的传感器组成，散布在墙头墙角墙面和周围道路上。传感器能根据声音、图像、震动频率等信息分析判断，爬上墙的究竟是人还是猫狗等动物。嵌入学生证的RFID可检测学生进入和离开学校的时间，及时通知家长。生产与运营安全监控，推动生产性服务业发展。基于物联网的服务业可分为物联网应用服务业、物联网软件开发与集成服务业、物联网应用基础设施服务业、物联网信息处理与分析服务业以及物联网通信网络服务业。16.3物联网关联技术物联网是在现有技术基础上发展起来的，与RFID、无线传感器网络、CPS（Cyber-physical Systems）、普适计算、M2M（Machine-to-Machine）等有密切关系。随着IoT的发展这些技术相互交叠，彼此之间的界线也越来越模糊。16.3.1.RFIDRFID是物联网的重要支撑技术。目前RFID技术得到很快发展，在物流和供应链管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件快递包裹处理、文档追踪/图书管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制/电子门票及道路自动收费等各个领域都有所应用。基于RFID标签对物体的唯一标识性，使它成为物联网的热点技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。试想一下，通过给所有物品贴上RFID标签，在现有互联网上构建所有参与流通的物品信息网络，通过相关技术使得该系统的各部分之间能有机协调地工作，这对整个社会的信息化建设具有十分重要的意义。物联网的建立使人们生活中随时随地得到信息访问和计算服务，将对生产制造、销售、运输、使用、回收等物品流通的各个环节，以及政府、企业和个人行为带来深远的影响。以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的，比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。现在物联网的含义已经远远超出了当初系统所涉及的范围。单纯的RFID网络化信息系统不等同于现在的物联网。尽管RFID标签也可以被看作是一种简单的传感器，但现有RFID标签及读写设备并不具备感知环境变化并自动做出响应的能力。16.3.2.无线传感器网络传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。从仿生学的观点看,传感器相当于人的“感觉器官”。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。因此传感器具有非常突出的地位。在传感网中，传感器具有两方面的功能：数据的采集和处理；数据的融合和路由，对本节点采集的数据和其他节点发送来的数据进行综合，然后转发路由到网关节点。网关节点在整个传感网中数量有限，能用多种方式与外界通信，并能及时补充能量。但传感网中的普通传感器节点由于其数量庞大，很难进行能量的补充，当能量耗尽，该传感器节点就不能使用，从而影响整个传感网。因此传感器的能量补充成为传感网要解决的首要问题。无线传感网是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地检测、感知和采集节点部署区中研究者感兴趣的感知对象和各种信息，并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给研究者。无线传感器网络源于美国军方对战场的监控与预警系统的研究，后来逐步迁移到民用研究，它主要侧重于对目标、环境和物体状态的监测与控制。物联网的“物物”互联需要新技术来满足小型化、成本低、低功耗、任意布设及可移动等需要，无线传感网能在满足上述需要的前提下，提供具有自动组网和自我修复功能的网状网络，使得无线网络具有初步的智慧功能。与传统传感器网络不同，无线传感器网络没有固定的网络基础设施，没有中央控制节点。无线传感器网络侧重传感功能，一般不存在物体标识问题，它感知的是外部环境中的未知因素。不少研究人员认为传感器网络与物联网的区别在于：传感器网络只具有感知、互联功能，不具备控制功能。物联网是对已知、可识别物体的感知、互联和管理，并且具备控制功能，能对外提供信息服务。16.3.3.M2MM2M是一种实现设备间通讯的技术。M2M通过实现人与人(mantoman)、人与机器(man to machine)、机器与机器(machine to machine)的通信，让机器、设备、应用处理过程与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息。M2M最早来自于诺基亚，其侧重点在于无线数据通信和信息技术的无缝连接，即提供了设备实时地在系统之间、远程设备之间、或和个人之间建立无线连接、传输数据的手段。从而实现在其基础上的无线业务流程的自动化、集成化，并最终为用户创造增值服务。M2M产品主要由以下三部分构成：无线终端：都是特殊的行业应用终端，而不是通常的手机或笔记本电脑；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；行业应用中心：是终端上传数据的会聚点，对分散的行业终端进行监控。在传感器参与下，M2M可以感知外部事件，并向上层应用提供信息。M2M可以用在物联网中，为物物通信及感知提供支持。M2M技术的应用几乎涵盖了各行各业，通过“让机器开口说话”，使机器设备不再是信息孤岛，实现对设备和资产有效地监控与管理，通过优化成本配置、改善服务推动社会向更加高效、安全、节能、环保的方向发展。目前，M2M产业链各个环节均发展迅猛。M2M的连接对象末端设备正不断增加，这些设备的数量将远远超过人和计算机的数量。实现M2M连接的通讯技术日趋成熟，Internet正向IPv6过渡，移动通信网络向3G甚至4G过渡，无线连接的选择正越来越多。此外，M2M的硬件和软件平台亦得到丰富与完善。在硬件制造方面，M2M硬件是使机器具有通信或联网能力的部件，可以进行信息的提取，从各种机器/设备那里获取数据，并传送到通信网络硬件厂商，目前推出的无线M2M硬件产品可以满足不同环境、不同应用的移动信息处理。在软件管理平台方面，M2M管理软件是对末端设备和资产进行管理、控制的关键，M2M软件可包含：M2M中间件（Middleware）和（嵌入式）M2M Edgeware（也可以统称软件通讯网关）、实时数据库、M2M集成平台或框架(Framework)、通用的基础M2M应用构件库以及行业化的应用套件等。另外，美国国家自然科学基金委员会近几年提出信息物理系统 (Cyber Physical Systems，CPS)研究计划，该计划通过3C技术即计算(Computation)、通信(Communication)和控制(Control)的有机融合与深度协作，实现各种应用系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS是一种集成了计算机系统、感知系统、控制系统与通讯系统的复杂系统，它将物理世界与信息世界统一起来。有些研究人员认为物联网与CPS是相同的；有的则不赞同这一观点，认为CPS具有更强的反馈控制能力。从侧重点来看，CPS着重于物理世界与信息世界的融合，主要用在传感器系统和自动化系统中；物联网侧重全球范围内物物互联之后的新型服务，应用范围更广。普适计算关注小型、微型设备（如：手机、传感器、笔记本电脑等）的计算能力，强调无论何时、何地、何物均可实现计算。在普适计算中这些小型、微型设备也可以与互联网相连。但是，物联网所涉及的范围、面向的用户群要比现在的普适计算更广，规模也更大。图13-5物联网支撑技术不论是FRID网络、M2M、传感网，还是CPS，随着它们的进一步发展，其共有的普适计算（Pervasive Computing）和泛在网络（Ubiquitous Networks）的特性，使这些技术具有融合的趋势。随之而热的物联网概念可以看作是从普适计算和泛在网络的应用角度将这些技术进行了融合和扩展。物联网作为泛在网络的一种具体应用，强调将物体（可以是对应的实际物体，也可以是抽象化了的智能物体）通过传感器、RFID等进行感知，感知信息通过网络（无线网络、有线网络等）相互联结，实现信息与人或物自动交互，最终使我们的环境变为不需要人类进行干预，并能为人类服务的智能化世界。16.3.4.物联网的层次物联网从技术层面讲主要涉及三个部分，即对外感知、感知信息传输（可能需要节点利用无线组网实现信息传输）、信息处理与反馈控制。也就是对应着目前公认的物联网的三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，其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，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。这三个层次可以进一步细化为以下结构：传感器、RFID阅读器、移动终端、智能手机等Internet、3G、IEEE 802.11、IEEE802.15等电源管理、服务管理、设备管理等名字解析、跟踪与追溯、位置服务、检索服务物流管理、智能电网、智能交通、智能大厦等安全与隐私保护基础设备层网络层中间件层公共服务层应用层图13-6物联网层次结构基础设备层：包含了物联网所涉及的各种物理设备，如传感器、响应器、RFID标签、RFID读写器、移动终端、智能手机、摄像头、GPS等感知终端。这些设备主要实现信息采集预处理、事件响应及用作用户终端或控制设备。网络层：负责物体与物体之间的网络互连，为物联网提供路由、数据传输支持。主要支撑包括广域网及局域网个域网技术。广域网如Internet、3G通讯网络等，局域网个域网如IEEE 802.3网络、IEEE 802.11网络、IEEE 802.15网络、无线自组织网络等。中间件层：负责数据存储管理、设备管理、服务管理、电源管理、QoS管理等。公共服务层：为物联网应用提供公共服务，包括安全与隐私保护、位置服务、名字解析、跟踪与追溯、检索服务、信息服务等。应用层：该层包括了物联网在各个领域的应用，如：物流管理、智能家庭、远程医疗、工业自动化、环境监测、军事应用、灾害应急、智能电网、智能大厦等。16.4物联网发展和未来物联网概念的提出，实际上起到了整合各种相关要素、统领各个相关研究领域，朝着智能化、信息化的社会更加迈进一步。物联网可以看作是社会信息化的深层次发展，如果说计算机和互联网带来的是信息化的“温饱”阶段，未来物联网的应用实现可看作是信息化“小康”阶段，将来信息化可能会向智慧化的泛在网的“发达”阶段迈进。物联网不是科技狂想，而是又一场科技革命。物联网使物品和服务功能都发生了质的飞跃，这些新的功能将给使用者带来进一步的效率、便利和安全，由此形成基于这些功能的新兴产业。物联网需要信息高速公路的建立，移动互联网的高速发展以及固话宽带的普及是物联网海量信息传输交互的基础。依靠网络技术，物联网将生产要素和供应链进行深度重组，成为信息化带动工业化的现实载体。物联网的感知、网络、应用三个层次中的每一个层面上，都将有多种选择去开拓市场。这样，在未来生态环境的建设过程中，商业模式变得异常关键。对于任何一次信息产业的革命来说，出现一种新型而能成熟发展的商业盈利模式是必然的结果，可是这一点至今还没有在物联网的发展中体现出来，也没有任何产业可以在这一点上统一引领物联网的发展浪潮。“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。据业内人士估计，中国物联网产业链今年就能创造1000亿元左右的产值，它已经成为后3G时代最大的市场兴奋点。有研究机构预计10年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产业要比互联网大30倍。作为物联网的积极推动者的欧盟则梦想建立“未来物联网”。欧盟信息社会和媒体司2009年5月20日公布的未来互联网2020：一个业界专家组的愿景报告指出，欧洲正面临经济衰退、全球竞争、气候变化、人口老龄化等诸多方面的挑战，未来互联网不会是万能灵药，但我们坚信，未来互联网将会是这些方面以及其他方面解决方案的一部分甚至是主要部分。报告谈及的未来物联网的四个特征：未来互联网基础设施将需要不同的架构，依靠物联网的新Web服务经济将会融合数字和物理世界从而带来产生价值的新途径，未来互联网将会包括物品，技术空间和监管空间将会分离。涉及物联网的就有两项。作者认为，当务之急是：摆脱现有技术的束缚，价值化频谱，信任和安全至关重要，用户驱动创新带来社会变化，鼓励新的商业模式。此外，在“物联网”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。物联网注定要催化中国乃至世界生产力的变革。在信息产业的发展过程中，物联网是中国真正的战略新兴产业，是一个机遇，它能使我国信息产业有可能超越国外。前信息产业主要应用在媒体、游戏、娱乐、电子商务领域等第三产业中，而物联网作为最新的网络技术，将会进一步对农业、工业这样的第一产业、第二产业发展发挥重大的推动作用。即互联网时代带动更多的是第三产业的发展，而物联网的兴起将联动第一、第二产业。16.5物联网的问题和几个研究方向尽管物联网具有巨大的发展潜力和市场，同样它也引起了很大的争议。除了物联网大规模的应用还未到来，众多的标准没有统一和制定，就连物联网的定义至今仍存在争议。物联网争议在于它既有新的东西，也含有旧的东西，是一个正在发展的事物。作为一个新兴产业，物联网目前还处在起步阶段。发展物联网突出的障碍，包括技术标准还在制定之中、商业模式不够成熟、产业链尚未形成、配套的法律法规及政策亟待出台。物联网技术层面的问题涉及物联网的方方面面。从总体应用和长远发展讲，比较突出的可能是物联网的标准化问题、可靠性问题、成本问题、安全问题、智能信息处理等等。例如，物联网的价值在什么地方？在于网，而不在于物。传感是容易的，但是感知的信息，如果没有一个庞大的网络体系，不能进行管理和整合，那这个网络就没有意义。因此，建立一个全国性的，庞大的，综合的业务管理平台，把各种传感信息进行收集，进行分门别类的管理，进行有指向性的传输，这就是一个大问题。从具体物联网的各层来看，感知层的传感器主要存