物联网概论课程教学研讨

1、DAMA China 国际数据管理学会中国分会 模型与架构学组 主任江苏省智慧城市促进会 副会长江苏省智能建筑学组 委员江苏省信息中心 研究员南京师范大学泰州学院教授（客座）田景熙物联网基本概念物网教学面临的矛盾与需求物联网概论（简称概论）的教学设计概论的教学内容概论教学的难点交流2010年温家宝总理在第十一届人大第三次会议上所作的政府工作报告中对物联网的定义： 物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，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。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。感知层感知层 主要功能是实现物体的感知、识别、监测、数

2、据或数据变化采集，以及反应与控制等。主要由遍布各种建筑、楼宇、街道、公路桥梁、车辆、地表和管网中的各类传感器、二维条形码、RFID标签和RFID识读器、摄像头、GPS、M2M（Machine to Machine）设备及各种嵌入式终端等组成的传感器网络。它是物联网的基础。接入层接入层 由各类有线与无线节点、固定与移动网关组成各种通信网络与互联网的融合体。可用网络包括互联网、广电网络、通信网络等。但由感知层采集的大量数据接入，并实现M2M应用的大规模数据传输时，仍需解决新业务模式对系统容量、服务质量的特别要求。处理层（中间件层）处理层（中间件层） 对应图中中间件层，由目录服务、管理U-Web服务

3、、建模与管理层、内容管理、空间信息管理等组成，实现对应用层的支持。该层的发展是物联网管理中心、资源中心、云计算平台、专家系统等对海量信息的智能处理。应用层应用层 将物联网技术与各类行业应用相结合，实现无所不在的智能化应用，如物流、安全监测、农业、灾害、危机管理、军事、医疗护理等。 物联网属信息化信息化领域 信息化： “信息、信息技术、与信息相关的基础设施”-信息改变了美国驱动国家转型的力量钱德勒 概论内容应涵盖这三领域感知密集、交互密集、集成密集与控制密集的应用领域-如智慧城市建设领域 概论应从应用出发，反映其技术特征、应用行业各领域知识点。集中在底层：集中在底层：物联网的涉及的五个关键技术物

4、联网的涉及的五个关键技术射射 频频 识识 别别 技技 术术无无 线线 传传 感感 网网 技技 术术嵌嵌 入入 式式 技技 术术纳纳 米米 与与 微微 机机 电电 技技 术术分分 布布 式式 管管 理理 技技 术术一、一、RFID技术技术-利用射频信号及其空间耦合和传输特性进行的非接触双向通信，实现对静止或移动物体的自动识别，并进行数据交换的一种识别技术。 射频识别系统包括射频标签和识读器两部分。射频标签悬挂或安装在产品或物体上，由射频识读器读取存储于标签中的数据。具有识读距离远（相对于条形码）、识读速度快、不受环境限制、可读写性好、可同时识读多个物品等优点。 二、无线传感网二、无线传感网（Wi

5、reless Sensor Network, WSN) 通过传感器和无线网络的结合，可自动感知、采集和处理其覆盖区域中被感知对象的各种变化的数据，让远端的观察者通过这些数据判断对象的运行状况或相关环境发生的变化，以决定是否采取相应行动，或由系统按相关模型的设定自动进行调整或响应等。随着传感器价格下降，以及产品附加值的提升，各种新兴应用不断被创造出来，其中又以消费性产品市场最被看好。三、嵌入式技术（三、嵌入式技术（Embedded Intelligence） 将硬件和软件结合、组成嵌入式系统的技术。嵌入系统是将微系统嵌入到受控器件内部，为实现特定应用的专用计算机系统。 嵌入式技术广泛应用于工业控

6、制、交通管理、智能建筑、信息家电等诸多领域。四、纳米与微机电技术（四、纳米与微机电技术（Nanotechnology and Micro Electro Mechanical Systems）为让各种对象都具备联网及数据处理能力，芯片微型化和精准度的重要性与日俱增。在微型化上，利用纳米技术开发出更细微的机器组件，或创造出新结构与材料，以应对各种恶劣的应用环境；在精准度方面，微电技术已有突破性进展，在接收自然界的声、光、震动、温度等模拟信号后转换为数字信号，再传递给控制器响应的一连串处理的精准度上提升了许多。 五、分布式信息管理技术五、分布式信息管理技术 在物物相联的环境中，每个传感节点都是数据

7、源和处理点，都有数据库存取、识别、处理、通讯和响应等作业，需要用分布式信息管理技术来操纵这些节点。分布式管理系统需要解决的问题分布式管理系统需要解决的问题组织上分散而数据需要相互联系组织上分散而数据需要相互联系系统单元的自动扩充系统单元的自动扩充均衡负载的需求均衡负载的需求系统中数据库的自动结合系统中数据库的自动结合系统高可靠性与可用性的保证系统高可靠性与可用性的保证 从分布式信息管理系统的发展上看，总体需求应满足物联网的：智能空间的有效运用（effective use of smart spaces）、不可见性（invisibility）、本地化可伸缩性（localized scalabil

8、ity）和屏蔽非均衡条件（masking uneven conditioning）。通过将计算基础结构嵌入到各种固定与移动物体对象中，一个智能空间（Smart Space）将两个世界（指移动和固定空间）中的信息联系在一起。舆论炒作和应用迟滞的矛盾局部供给规模化与社会需求碎片化的矛盾技术供给分散化与需求一体化的矛盾法治、技术、安全与管理等的不配套性与不确定性的矛盾人-机对话与物-物对话间的矛盾标准化建设滞后的矛盾高效率与安全性的矛盾舆论炒作过热化和应用普及迟滞化的矛盾物联网与互联网兴起的时代差异领跑国家状态的差异领跑企业群体的差异建设内容的差异核心应用的差异，等等局部供给规模化（如RFID、WS

9、N等）与社会需求碎片化的矛盾对比互联网：应用已深入国计民生的各个层面国计-缺少如电子政务“十三金工程”一类宏观应用的驱动；（金卡、金桥、金关、金盾、金质、金水、金宏、金智、金税、金农、金土）民生-缺少如B2B、B2C、C2C、G2B等电子商务全局性的市场需求与拉动。物联网：各领域都在寻求拉动全局、覆盖国计民生各领域的应用。这给课程设置带来了方向性的难度。技术供给分散化与需求一体化的矛盾生产-缺乏能整合上下游供应厂商的产品总成应用-缺乏能整合某个领域的整体集成解决方案生态-未建立起生产、营销、服务一体化的产业生态链如：产业生态 典型如 iPhone：从最上游的产品设计、生产、包装、营销造势，下流

10、大批中小型软件开发商，以及最末端数以亿计的“果粉”，形成一条完整的产业生态链，全面创造并引领公众需求，循环往复 这也给概论的内容设计带来困难。4. 法治、技术、标准、安全管理等的不配套性与不确定性的矛盾如芯片“沉默权”与“启用权”等，就是法治、技术、标准与安全的融合体。（欧洲 行动3：“芯片沉默” 欧盟委员会曾开展有关“芯片沉默权利”技术和法律层面的辩论，涉及不同用户在使用不同名字表达个人想法时，可随时断开其网络。- 2009年6月，欧盟在比利时首都布鲁塞尔向欧洲议会、欧洲理事会、欧洲经济与社会委员会和地区委员会提交了物联网欧洲行动计划）。灭活权-许多芯片应用时均需按规定预设“灭活编码” 如某

11、公司按欧洲标准生产的传感器芯片：ALN-9640 (Higgs3) / ALN-9740 (Higgs4) Squiggle Inlay支持协议：EPC Class 1 Gen 2, ISO18000-6C-芯片：Higgs-3全球操作频率为 840 到 960 MHz EPC码:96 Bits, 可扩展到480 Bits用户内存: 512 Bits唯一标识编码: 64-bit访问编码: 32-bit灭活编码灭活编码: 32-bit 沉默权、启用权、灭活权等目前仍在探讨中，管理亦有难处。物-物对话构成新问题：在传感层中，如M2M为机器间直接对话，交互与操控，使用的不是ASCII码，如EPC代码

12、等机读标识与指令，其结果也非向人们呈现的。 这对物联网信息资源体系提出挑战。传感网层中的信息变化，也传导到上三层传信息资源体系中。信息资源“金字塔”模型中：三层资源间存在着相对性与转换性；相对性与转换性加剧了物联网系统资源建设、加工与维护的困难与复杂性；底层传感网的资源，与顶层应用中的形态与功能有极大区别。物联网的理想资源环境：三层资源规范、有序，不同行业与领域间横向融合；三层资源纵向整合，形成统一的资源“金字塔”；各层资源标准化建设的大课题。标准- 涉及信息技术、信息基础设施、信息内容领域；1、技术领域RFID-标签信息，“感知”记录，由无线数据网发至后台，实现对象识别。如EPC体系，现GS

13、1在力推全球标准。传感器-“感知”前端：获取并处理和变换信息。标准涉及传感器、信息处理和识别的设计、开发、制造、测试、应用等对象和领域。无线网无线网-物品间与人和物间的交流。“感知”的扩散，数据传输网络。包括各种远近距离无线连接的语音和数据网络技术。人工智能人工智能-系统模拟人的思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的技术。对“感知”内容分析，自动处理。云计算云计算-实现对海量“感知”数据的存储、计算。 国内技术标准进展各国目前都在制定该领域的标准。09年，我国信息标准化委员会传感器网络标准工作组成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG

14、4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。 但：硬件、软件、资源与管理等方面的标准仍处理落后状态。在国际、国家和企业等层面上，新的和传统的信息标准均不能满足物联网的发展需求。实例：大量传统信息内容标准落后，仍是“手工+主机”计划经济时代的产物，无法满足物联网“感知中国”的应用。典型如：GB 2260 中华人民共和国行政区划代码-给物联网在城市应用带来困难； （省/市） （市） （县/区） 感知规模问题感知规模问题：如：智慧城市建设-大型、特大型城市不断出现并持续扩张，区/县规模早已超出一座中小型城市

15、。传统标准能满足城市精准管理？ 感知层级问题感知层级问题：街道、社区、居民楼、住户？ 感知物件感知物件/对象问题对象问题：现代城市地下/地表/空间物件大量出现。如何区别每种对象？分析：信息资源标准2009年2月，IBM提出“智慧地球”概念，其应用涉及电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等的自动监测与管理。2010年4月，工信部前部长李毅中指出：要警惕IBM陷阱。他指出：通过传感网和互联网的应用，“智慧地球”虽可极大地提高效率，但美国试图利用其信息网络技术，控制各国的经济。所以，我国发展战略性新兴产业时，必须提高警惕，不能受制于人。智慧城市的任何应用，均涉及国民经济与社会

16、发展各领域的基础，国家战略设施，与国家安全休戚相关。上述问题与矛盾，是物联网发展迟滞的部分原因，市场的切入与突破，是又一根本原因。Mark Weiser（1952-1999）的伟大构想）的伟大构想 计算机将最终“消失”，演变为在我们没有意识到其存在时，就已透明地融入人们的生活中的境地。 “这些最具深奥含义的技术将隐形消失，变成宁静技术，潜移默化地无缝融合到人们的生活中，直到无法分辨为止”。-计算机等智能设备的“普物化”，是信息化发展的大方向。强调把计算嵌入到环境或日常工具中，让其从人们的视线中消失，让人们注意的中心回归到要完成的任务本身Weiser的思想在90年代后期开始在国际上得到广泛关注和

17、接受，目前已成一个极具活力和影响力的研究领域。35yearlog (people per computer)streaming informationto/from physical worldNumber CrunchingData Storage productivityinteractiveMainframeMinicomputerWorkstationPCLaptopPDA按其设备的主导形态分为四个阶段按其设备的主导形态分为四个阶段主机、大型机的联网，其体积庞大，运行条件苛刻，主机、大型机的联网，其体积庞大，运行条件苛刻，专业人员操作且人机界面友好性差专业人员操作且人机界面友好性差台式

18、机、笔记本的联网，普通人经过培训即可操作台式机、笔记本的联网，普通人经过培训即可操作嵌入式智能物件等与日常生活密切相关设备的互感、嵌入式智能物件等与日常生活密切相关设备的互感、互联、互通。互联、互通。以手机为代表的各类移动设备的互联，无需培训即可以手机为代表的各类移动设备的互联，无需培训即可操作，界面简单友好。操作，界面简单友好。根据中国物联网发展十二五规划，突出如下特点：1）迅速发展的产业： RFID 产业市场规模超过100亿元。 全国1600多家单位从事传感器研制、生产和应用，年产量达24亿只，市场规模超过900亿，其中, 微机电系统（MEMS）的市场规模超过150亿元；通信设备制造业具有

19、较强的国际竞争力。M2M终端数量接近1000万，为全球最大的M2M市场之一。 据不完全统计，我国2010年物联网市场规模接近2000亿元。物联网在安防、电力、交通、物流、医疗、环保等领域已得到应用，模式正日趋成熟。安防领域，视频监控、周界防入侵等应用已取得良好效果；电力行业，远程抄表、输变电监测等应用正在逐步拓展；交通领域，路网监测、车辆管理和调度等应用正在发挥积极作用；物流领域，物品仓储、运输、监测应用广泛推广；医疗领域，个人健康监护、远程医疗等应用日趋成熟。物联网在环境监测、市政设施监控、楼宇节能、食品药品溯源等方面也开展了广泛的应用。美国将其上升为国家创新战略的重点之一；欧盟制定了促进其

20、发展的14点行动计划；日本 U-Japan计划将其作为四项重点战略领域之一；韩国的 IT839战略将其作为三大基础建设重点之一。发达国家一方面加大力度发展传感器节点核心芯片、嵌入式操作系统、智能计算等核心技术，另一方面加快标准制定和产业化进程，谋求在未来物联网的大规模发展及国际竞争中占据有利位置。创新驱动日益明显。物联网是我国新一代信息技术自主创新突破的重点方向，蕴含着巨大的创新空间，在芯片、传感器、近距离传输、海量数据处理以及综合集成、应用等领域，创新活动日趋活跃，创新要素不断积聚。物联网在各行各业的应用不断深化，将催生大量的新技术、新产品、新应用、新模式。 2015年，我国要在核心技术研发

21、与产业化、关键标准研究与制定、产业链条建立与完善、重大应用示范与推广等方面取得显著成效，形成创新驱动、应用牵引、协同发展、安全可控的物联网发展格局。技术创新能力显著增强。攻克一批物联网核心关键技术，在感知、传输、处理、应用等技术领域取得500项以上重要研究成果；研究制定200项以上国家和行业标准；推动建设一批示范企业、重点实验室、工程中心等创新载体，为形成持续创新能力奠定基础。完成产业体系构建。形成较为完善的物联网产业链，培育和发展10个产业聚集区，100家以上骨干企业，一批“专、精、特、新”的中小企业，建设一批覆盖面广、支撑力强的公共服务平台，初步形成门类齐全、布局合理、结构优化的物联网产业

22、体系。应用规模与水平显著提升。在经济和社会发展领域广泛应用，在重点行业和重点领域应用水平明显提高，形成较为成熟的、可持续发展的运营模式，在9个重点领域完成一批应用示范工程，力争实现规模化应用。 1. 感知。传感器/节点/网关、RFID、二维条码等领域，以及相关仪器仪表、嵌入式系统等，微纳器件、数据表示（标识、记录、转换）等。2. 通信。近中距离无线通信技术，M2M，高带宽、大容量、高速有线/无线通信网络设备与标准等。3. 应用。结合感知技术与海量数据存储、处理与决策等环境构建应用，融合各应用领域中操作系统、数据存储、中间件、应用软件、嵌入式软件、系统集成等开发与集成。公共技术平台：针对上述应用

23、，介绍相关公共应用领域的技术平台，整合相关技术资源，以及面向软件、硬件、系统集成等方面的内容架构。应用领域平台：针对前述应用的技术、解决方案、最新成果等内容。信息服务平台：物联网领域的对象编码、EPC体系、记录与表达格式等信息资源组织格式。 智能工业：生产过程控制、生产环境监测、制造供应链跟踪、产品全生命周期监测，促进安全生产和节能减排。智能农业：农业资源利用、农业生产精细化管理、生产养殖环境监控、农产品质量安全管理与产品溯源。智能物流：建设库存监控、配送管理、安全追溯等现代流通应用系统，建设跨区域、行业、部门的物流公共服务平台，实现电子商务与物流配送一体化管理。智能交通：交通状态感知与交换、

24、交通诱导与智能化管控、车辆定位与调度、车辆远程监测与服务、车路协同控制，建设开放的综合智能交通平台。智能电网：电力设施监测、智能变电站、配网自动化、智能用电、智能调度、远程抄表，建设安全、稳定、可靠的智能电力网络。 智能环保：污染源监控、水质监测、空气监测、生态监测，建立智能环保信息采集网络和信息平台。智能安防：社会治安监控、危化品运输监控、食品安全监控，重要桥梁、建筑、轨道交通、水利设施、市政管网等基础设施安全监测、预警和应急联动。智能医疗：药品流通和医院管理，以人体生理和医学参数采集及分析为切入点面向家庭和社区开展远程医疗服务。智能家居：家庭网络、家庭安防、家电智能控制、能源智能计量、节能

25、低碳、远程教育等。值得关注的集成性应用-智慧城市建设 功能体系功能体系 系统体系系统体系 技术体系技术体系 信息体系信息体系 标准体系标准体系 指标体系指标体系 物联网交叉学科，涉及电子、计算机、测控、通信、信息系统等多领域专业知识 。 相关专业培养的人才，要掌握传感器、微处理器、嵌入式技术和相应的软件技术，无线通讯、高频设计、低功耗、无线传感网络以及3G无线网络设计等技术。概论从通识角度给予介绍。各类基本概念、基本标准与基本协议：各类基本概念、基本标准与基本协议：物联网应该强调全面感知及其能力，应该是对物联网应该强调全面感知及其能力，应该是对物的物的动态、连续、实时、在线的自动化的、智动态、

26、连续、实时、在线的自动化的、智能化的全面感知，能化的全面感知，而不仅仅如而不仅仅如RFID和二维码等和二维码等静态、离线、非实时的局部感知。静态、离线、非实时的局部感知。 感知与控制感知与控制(反馈反馈)是一个闭环，感知是因，是一个闭环，感知是因，控制是果。感知与控制控制是果。感知与控制(反馈反馈)是物联网区别于是物联网区别于互联网的重要特征。互联网的重要特征。 更透彻的感知更透彻的感知（传感与感知）（传感与感知） 更广泛的互联互通更广泛的互联互通（互联网与物联网）（互联网与物联网） 更深入的智能化更深入的智能化（控制与反馈）（控制与反馈）强化基础知识、基本模式（特别是商业模式）、启发思考与探

27、索求解 -技术创新、模式创新、架构创新、商业模式创新途径 -面向公众性、普适性、基础性、整合性的服务聚合点-面向国计民生，“感知中国”是物联网应用突破的途径，也是物联网教学突破的途径。物联网信息资源架构-重点：EPC标识体系了解了解EPC标准和全球统一标识系统标准和全球统一标识系统掌握掌握EPC标准体系标准体系 了解了解EPC编码策略和设计思想编码策略和设计思想 掌握掌握EPC编码转换方法编码转换方法 EPCEPC的产生环境的产生环境物品的海量数据体系物品的海量数据体系物品流通的需求物品流通的需求物品的有效识别和管理物品的有效识别和管理EPCEPC应运而生！应运而生！2.1.2 EPC2.1.

28、2 EPC的定义与特性的定义与特性EPCEPC的主要特性的主要特性 与传统条形码相比，与传统条形码相比，EPCEPC特有的优点特有的优点EPCEPC可以实现商品的可以实现商品的“一物一码一物一码”EPCEPC比通常商品条形码及一般条形码信息量大比通常商品条形码及一般条形码信息量大EPCEPC既可读又可写既可读又可写EPCEPC可以实现非接触式读写可以实现非接触式读写EPCEPC可以识别高速运动的物体并同时识别多个物体可以识别高速运动的物体并同时识别多个物体EPCEPC抗污染、抗干扰能力强、保密性能好抗污染、抗干扰能力强、保密性能好EPCEPC体系体系EPC EPC 物理对象交换物理对象交换EP

29、C EPC 基础设施基础设施EPC EPC 数据交换数据交换EPCEPC编码类型编码类型 EPC是新一代的与EAN/UPC码兼容的编码标准通用标识符GID（General Identifier，GID）全球贸易货物代码GTIN（Global Trade Item Number，GTIN）序列全球贸易货物代码SGTIN（Serialized Global Trade Item Number，SGTIN）序列海运集装箱编码SSCC（Serial Shipping Container code，SSCC）统一资源标识符URI（Uniform Resource Identifier，URI）全球位置码

30、GLN（Global Location Number，GLN）序列全球位置码SGLN（Serialized Global Location Number，SGLN）全球可回收资产标识符GRAI（Global Returnable Asset Identifier，GRAI）全球个体资产标识符GIAI（Global Individual Asset Identifier，GIAI）为不同场合下的实体提供标识2.2.2 EPC2.2.2 EPC编码体系编码体系EPC编码信息的识读编码信息的识读 EPC标签用于代码记录，经识读后使用。这需要解决记录内容、资源定位和信息描述三个问题。EPCEPC编码与

31、编码与RFIDRFID载体载体（1 1）EPCEPC容量、容量、URIURI、ONSONS与与PMLPML 互联网中信息参考就是统一资源标识符（URI），这些标识符能被域名服务（DNS）翻译成相应的IP地址，就是网络信息的地址。因此，通过AUTO-ID中心提供的对象名称解析服务（ONS），可直接将识读的EPC代码翻译成IP地址。IP地址标识的后台就储存了相关的产品信息，然后由IP地址标识的主机就可向前端应用发送其存储的产品相关信息。EPC-RFID系统的特点：系统的特点：非接触识别非接触识别可以识别快速移动的物体可以识别快速移动的物体可以同时识别多个物体可以同时识别多个物体 EPC射频识别系统

32、为数据采集最大限度的降低了人工干预，实现了完全自动化，是“物联网”形成的重要环节。 RFIDRFID标签标签RFIDRFID识读器识读器EPCEPC中间件中间件EPCEPC代码代码射频识别射频识别无线感应无线感应EPCEPC射频识别系统射频识别系统EPCEPC射频识别系统是实现射频识别系统是实现EPCEPC代码自动采集的功能模块代码自动采集的功能模块 EPCEPC标签标签 EPCEPC标签是产品电子代码的信息载体，主要由天线和芯标签是产品电子代码的信息载体，主要由天线和芯片组成。标签中存储信息代码，目前以片组成。标签中存储信息代码，目前以9696位为主。为降低位为主。为降低成本，成本，EPCE

33、PC标签通常是被动式射频标签。标签通常是被动式射频标签。识读器识读器 用来识别用来识别EPCEPC标签的装置，与信息系统相连实现数据的标签的装置，与信息系统相连实现数据的交换。近距离读取被动标签最常用的方法是电感耦合方式。交换。近距离读取被动标签最常用的方法是电感耦合方式。当靠近时，识读器天线与标签天线之间形成磁场，标签就当靠近时，识读器天线与标签天线之间形成磁场，标签就利用该磁场发送电磁波给识读器，返回的电磁波被转换为利用该磁场发送电磁波给识读器，返回的电磁波被转换为数据信息，即标签中的数据信息，即标签中的EPCEPC代码。代码。 EPCEPC信息网络系统信息网络系统(EPCIS)(EPCI

34、S)的组成的组成EPCEPC中间件中间件 对象名称解析服务（对象名称解析服务（ONSONS） 可扩展标记语言可扩展标记语言(XML) (XML) EPCEPC信息服务（信息服务（EPCISEPCIS）EPCEPC中间件中间件 EPC中间件是加工和处理来自识读器的所有信息和事件流的软件，是连接识读器和企业所用程序的纽带，主要任务是在将数据送往应用程序前进行标签数据校对、识读器协调、数据传送、数据存储和任务管理等。 对象名称解析服务（对象名称解析服务（ONSONS） ONS是一个自动网络服务系统，类于域名解析服务(DNS)，ONS给EPC中间件指明了存储产品信息的服务器。 可扩展标记语言可扩展标记

35、语言(XML)(XML) XML（Extensible Markup Language）即可扩展标记语言是跨平台的一种简单的数据存储语言，使用一系列简单的标记描述数据，已成为数据交换的公共语言。EPC系统使用XML的目标是为物理实体的远程监控和环境监控提供一种简单、通用的描述语言。在EPC系统中，XML用于描述产品、过程和环境信息，供工业和商业中的软件开发、数据存储和分析之用。它提供一种动态环境，使与物体相关的静态的、暂时的、动态的和统计加工的数据均可互相交换。 EPCEPC信息服务（信息服务（EPCISEPCIS） EPCIS是EPC系统的重要部分，利用标准的采集和共享信息方式，为EPC数据

36、提供标准接口，供各行业和组织灵活应用。EPCIS构架在互联网基础上，支持商业多种应用。EPCIS针对中间件传递的数据进行EPCIS标准转换，通过认证或授权等安全方式与企业内的其他系统或外部系统进行数据交换，符合权限的请求方也可通过ONS定位向目标EPCIS进行查询。所以，能否构建真正开放的EPC网络，实现各厂商的EPC系统的互联互通， EPCIS起决定性作用。EPCEPC系统的组成系统的组成 一个完整的EPC系统是由EPC标签、识读器、EPC中间件、互联网、ONS服务器、EPCIS服务器以及众多数据库组成的。 EPC系统工作流程示意图商品物联网系统的重要特点商品物联网系统的重要特点一切均通过自

37、动传感识别实现网络运行一切均通过自动传感识别实现网络运行 各应用间可无缝链接各应用间可无缝链接 可以在静态与移动环境下运行可以在静态与移动环境下运行 精简了前端精简了前端EPCEPC数据量，总成本较低数据量，总成本较低 采纳众多管理实体的标准采纳众多管理实体的标准（一）唯一性（一）唯一性 EPC提供一个实体对象的以一个全球唯一标识，为确保唯一标识的实现，EPCglobal采取了以下措施：足够的编码容量足够的编码容量组织保证组织保证 使用周期永久使用周期永久（二）简单性（二）简单性 EPC的编码既简单又能同时提供实体对象的唯一标识。以往的编码方案，很少能被全球各国各行业广泛采用，原因之一是编码复

38、杂导致不适用。（三）可扩展性（三）可扩展性 EPC编码留有备用空间，具有可扩展性。EPC地址空间是可发展的，具有足够的冗余，确保了EPC系统的升级和可持续发展。（四）保密性与安全性（四）保密性与安全性 EPC编码与安全和加密技术相结合，具有高度的保密性和安全性。 目前，EPC代码有64位（bit）、96位（bit）等结构。为了保证所有物品都有一个EPC代码并使其标签载体的成本尽可能降低，建议采用96位，如此容量可以为2.68亿个公司提供唯一标识，每个生产厂商可以有1600万个对象种类，并且每个对象种类可以有680亿个序列号，这对未来世界所有产品已经够用了。 EPC 通过计算机网络来标识和访问单

39、个物体，就如同在互联网中使用IP地址来标识、组织和通信一样。其设计策略主要从以下几方面考虑：唯一标识唯一标识 生产商和产品生产商和产品 集装箱集装箱分类分类组合装置组合装置嵌入信息嵌入信息媒介媒介可扩展性可扩展性人机交互人机交互简单性简单性标头标头参考信息参考信息数据传输机制数据传输机制（1 1）唯一标识（）唯一标识（Unique IdentificationUnique Identification） EPC提供对物理对象的唯一标识。首先，必须有足够的EPC编码容量来满足过去、现在和将来对物品标识的需要；其次，必须保证EPC编码分配的唯一性并解决编码冲突的方法。这就产生了由多个管理者（各国的

40、编码组织）分别管理EPC空间的一部分。 （2 2）生产商和产品（）生产商和产品（Manufactures and ProductsManufactures and Products） UCC拥有约100万个会员，目前世界上的公司估计超过2500万家。接下来的10年该数目有望达3900万家。这显然需要建立一套标准的与这些预见一致的编码系统。（3 3）集装箱（）集装箱（ContainersContainers） 物流管理中，货品、集装箱和托盘都要按不同的编码结构进行编码，例如SSCC。在EPC结构中，企业可以沿袭原有的SSCC，将其转换为相应格式的 EPC编码-SSCC-96。容器内的货品记录和货

41、运数据存储在计算机网络中并自动与容器建立联系。 进一步，运输集装箱的卡车、货车车厢、船舶或仓库等也可使用相应的EPC编码。 （4 4）组合装置（）组合装置（AssemblesAssembles，Aggregates and CollectionsAggregates and Collections） EPC除标识单个对象，还可以标识组合装置等AUTO-ID中心建议用EPC标识装配件和组合装置及单个货品。这样，就可以采用描述货运数据的方式来描述组合装置。传统上，组合装置是复杂的，连接着很多元器件的对象。实际上，集装箱和组合装置两者之间没有实质差别。无论哪种情况，集装箱和组合装置的结构都有如上图所

42、描绘的层级。 （5 5）嵌入信息（）嵌入信息（Embedded InformationEmbedded Information） 通用商品条形码中并无商品特性数据，而长码，如UCC/EAN-128应用标识符(AI)的结构中就可包含产品特征数据，如重量、尺寸、有效期、批次等。 AUTO-ID中心建议消除或者最小化EPC中嵌入的信息量，尽量使用计算机网络和应用信息资源库来存放数据。（6 6）分类）分类( Categorization) ( Categorization) 对相同特征的对象进行分类或分组是智能系统的基本功能之一，也是减少数据复杂性的主要方法。但是有效的分类往往存在许多困难，因为它与具

43、体应用密切相关。 例如：一罐颜料对于制造商是库存资产；对运输商可能是“可堆叠的容器”；而对于回收商是有毒废品。 （7 7）参考信息）参考信息(Information Reference)(Information Reference) EPC的首要作用是作为网络信息索引，即其应是网上相关信息的“指针”。AUTO-ID中心提供的对象名称解析服务（ONS）直接将EPC代码翻译成IP地址，其标识的后台就储存相关产品信息，再IP地址主机向具体应用发送相关的产品信息。ONS本质上相当于EPC编码和网络信息间的“胶水”，故编码结构应能促进主机地址查询。GTIN向向EPC的转换的转换 SGTIN-96编码步骤

44、编码步骤 SGTN-96编码实例编码实例 其他的其他的EPC编码编码 GTIN体系的条码成历史上最成功的标准之一。因此，全球用户都希望将EAN/UCC识别体系整合到新的EPC体系中，从而推进物联网技术更快应用到使用统条码的各行各业中来。 GTIN体系结构中制造商编码与产品编码部分将以EPC管理者编码和EPC对象分类编码的形式保留在EPC产品电子代码里。但条码扫描必需的校验值属性将从数据结构中删除。物联网基础技术3.1 传感器技术传感器技术 3.2 MEMS技术技术 3.3 无线传感器网络无线传感器网络 3.4 无线网络技术无线网络技术 3.5 自动识别技术自动识别技术 3.6 条形码技术条形码

45、技术 3.7 定位技术定位技术 传感器的定义 传感器的分类 传感器的应用 传感器 -能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置。 它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。 物理类物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类，化学类，基于化学反应的原理。生物类生物类，基于酶、抗体和激素等分子识别功能。 根据传感器工作原理根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 。物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化

46、学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 按照用途按照用途，传感器可分为：压敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、辐射传感器、热敏传感器等。 按照原理按照原理，传感器可分为：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。 按输出信号可将传感器分为以下按输出信号可将传感器分为以下4类类：模拟传感器将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器将被测量的非电学量转换成数字输出信号（包括直接和间接转换）。膺数字传感器将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出（包括

47、直接或间接转换）。开关传感器当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。 MEMSMEMS的基本概念的基本概念 MEMSMEMS技术的特点技术的特点 MEMSMEMS的分类的分类 MEMSMEMS的发展前景的发展前景 MEMS（Micro Electromechanical System，微机电系统）是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。这种微电子机械系统不仅能采集、处理与发送信息或指令，还能按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动 。微型化以硅为主要材料能耗低、灵敏度和工作效率高可批量生产集成

48、化学科上的交叉综合；应用上的高度广泛MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。无线传感器网络概述 无线传感器网络的应用领域 智能传感器将计算能力嵌入到传感器中，使得传感器节点不仅具有数据采集能力，而且具有信息处理能力。无线智能传感器在智能传感器的基础上增加了无线通信能力，延长了传感器的感知触角，降低了传感器的工程实施成本。无线传感器网络将网络技术引入到无线智能传感器中，使得传感器不再是单个

49、的感知单元，而是能够交换信息、协调控制的有机体，实现物与物的互联，把感知触角深入世界各个角落，成为下一代互联网及物联网的重要组成部分。 无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点。无线网络技术涵盖的范围很广，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等。 无线广域网 无线城域网无线局域网 无线个人网 无线广域网（WWAN）技术可使用户通过远程公用网络或专用网络建立无线网络连接。通过无线服

50、务提供商负责维护的若干天线基站或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地理区域，例如若干城市或者国家和地区。 从2G、2.5G到3G，以及4G的过渡。 无线局域网（WLAN）技术可以使用户在本地创建无线连接（例如，在公司或校园的大楼里，或在某个公共场所，如机场、宾馆、酒店、候车室等）。 无线个人网（WPAN）技术使用户能够为个人操作空间（POS）设备（如 PDA、移动电话和笔记本电脑等）创建临时无线通讯。POS 指的是以个人为中心，最大距离为 10 米的一个空间范围。 国际电信联盟在2000年5月确定W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA以及WiMAX四大主流无线接口标准，写入3G技术指导

51、性文件2000年国际移动通讯计划。 W-CDMA CDMA2000 TD-SCDMA WiMAX 全称为Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access（时分同步CDMA），该标准由中国大陆制定的3G标准，1999年6月29日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出。 Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，也是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。 站点(Station) 基本服务单元(Basic Service S

52、et, BSS) 分配系统（Distribution System，DS） 接入点(Acess Point, AP) 扩展服务单元（Extended Service Set, ESS） 关口(Portal) NFC是Near Field Communication的缩写，即近距离或近域无线通讯技术。NFC是飞利浦和索尼共同开发的一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。NFC 将非接触读卡器、非接触卡和点对点（Peer-to-Peer）功能整合进一块单芯片，为消费者的生活方式提供了众多全新应用的开放接口平台。 NFC是一种便捷、安全、

53、迅速的无线连接技术，其传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。 NFC比红外传输更快、更可靠且简单；与蓝牙相比，NFC更适于交换个人信息或敏感数据，且NFC和蓝牙可互为补充。事实上，快捷轻型的NFC协议可用于引导两台设备之间的蓝牙配对，促进了蓝牙的使用。 蓝牙（Bluetooth）是一种支持设备间短距离无线通信技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。 全球可用全球可用 设备多样设备多样 易于使用易于使用 规格通用规格通用

54、 是一种全球通用的短距离无线连接技术，使用2.4GHz附近免付费、免申请的无线电频段。传输速率在432Kbps到721Kbps。带宽约1Mbps2Mbps。NFCNFC蓝牙蓝牙红外红外网络类型网络类型点对点点对点单点对多点单点对多点点对点点对点使用距离使用距离0.1m0.1m10m10m1m1m通信速率通信速率106106、212212、424 kbps424 kbps2.1 Mbps2.1 Mbps1.0 Mbps1.0 Mbps建立时间建立时间 0.1s 0.1s6s6s0.5s 0.5s 安全性安全性具备，具备， 硬件实现硬件实现具备，软件具备，软件实现实现不具备，使用不具备，使用IRF

55、M IRFM 时除外时除外通信模式通信模式主动主动- -主动主动/ /被动被动主动主动主动主动主动主动主动主动成本成本低低中中低低Zigbee是一种近距离、低功耗的无线通信技术。也被称为“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”无线电技术，目前统称为Zigbee。 特点：近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。适于自动和远程控制，可嵌入各种设备。ZigBee中物理层、介质访问层和数据链路层基于IEEE 802.15.4无线个人局域网(WPAN)标准协议；ZigBee在IEEE 802.15.4标准基础之上建立网络层和应用支持层，包括巨大数量节点的处理最大

56、节点数可以达到（65000个）、ZigBee设备对象、用户定义的应用架构等。应用层由用户根据需要进行开发。 116ZigBee读写设备ZigBee读写器是短距离、多点、多跳无线通信产品，能够简单、快速地为串口终端设备增加无线通信的能力。产品有效识别距离可达1500m，最高识别速度可达200kmh，可同时识别200张标签，具有性能稳定、工作可靠、信号传输能力强、使用寿命长等优势。广泛应用于门禁、考勤、签到以及高速公路、加油站、停车场、公交车等收费系统等。主要优势是防水、防雷、防冲击，满足工业环境要求。117Zigbee架构由可多达65000个无线数据传输模块组成的一个无线数据传输网络平台，类似现

57、有的移动通信的CDMA网或GSM网。每个ZigBee网络数据传输模块类似移动网络的一个基站，它们间可通信。节点距离可从标准的75米，扩展后为几百米，甚至几公里。ZigBee网络可与现有的其它的各种网络连接。如，可通过互联网在北京监控云南的ZigBee的应用网络。118Zigbee架构与CDMA或GSM网不同，ZigBee网主要是为自动控制数据传输建立，而移动通信网主要是为语音通信而建。移动通信基站一般都在百万元人民币以上，而ZigBee“基站”却不到1000元人民币。每个ZigBee网络节点（FFD）不仅本身可与监控对象，如传感器连接直接进行数据采集和监控，还可自动中转别的网络节点传过来的数据

58、资料。每个ZigBee网络节点（FFD）还可在信号范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立子节点（RFD）无线连接。每个ZigBee网络节点（FFD和RFD）可支持31个传感器和受控设备，每个传感器和受控设备可有8种不同的接口方式。可采集和传输数字量和模拟量。119ZigBee自组织网络通信方式如：当一队伞兵空降时，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落地面后，只要他们彼此在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，随着人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新并保持该网的

59、通信，这就是自组织网络。120ZigBee自组织网络通信方式的优点网状网通信实际上是多通道通信。在工业现场，由于各种原因，往往并不能保证每一个无线通道都能够始终畅通，如城市街道，可能因为车祸，道路维修等，使得某条道路的交通出现暂时中断，此时由于有多个通道，车辆（相当于工业现场的控制数据）仍然可以通过其他道路到达目的地。这对工业现场控制而言则非常重要。121自组织网络的动态路由方式动态路由是指网络中数据传输路径不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，分析它们的位置关系以及远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。网管理软件，路径选择使用“梯度法”，即先选择路径最近

60、的一条通道进行传输，如传不通，再使用另外一条稍远一点的通路传输，以此类推，直到数据送达目的地。在工业现场，预先确定的传输路径随时变化，或因各种原因中断，或过于繁忙不能传送。动态路由结合网状拓扑结构，可很好地解决这个问题，保证数据的可靠传输。122Zigbee协议栈架构 ZigBee ZigBee协议栈体系结构协议栈体系结构123（1）物理层物理层主要完成如下任务：1无线收发机的激活与关闭。2当前信道能量检测（Energy Detect，ED）。3接受数据包的链路质量标识（LQI）。4为载波侦听多路访问冲突防止（CSMS- CA）提供空闲信道评估（CCA）。5工作信道选择。 6数据发送和接收。1