物联网工程专业教育资料

1、年 月日学号：专业教育题目学院专业班级姓名指导教师专业教育任务书学生姓名指导老师专业班级工作单位题目：物联网专业教育论文、内容：通过五个专题的讲座，以及一周的专业教育学习，了解本学科内相关知识及前沿技术，扩展知识面，增强学习本学科知识和技术的兴趣，并查阅相 关文献资料，撰写一份心得体会或学习报告。、要求：1认真聆听五个专题的专业知识讲座。2、广泛查阅相关文献资料。3、撰写一份心得体会或学习报告三、进度安排:序号内容所用时间1聆听五个专题的专业知识讲座1.5天2查阅相关文献资料2.5天3撰写一份心得体会或学习报告1天合计5天主讲人：夏又新老师四、报告主题1、物联网专业规划及移动编程2、英国计算机

2、专业本科教育介绍3、计算机网络技术4、软件系统结构介绍5、物联网与云计算 TOC o 1-5 h z 指导教师签名：年月日系主任（责任教师）签名：年月日 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 物联网专业教育论文 1专业认识4 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 物联网是什么 4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 物联网的特点 5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 物联网当前发展所

3、面对的问题 7 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 物联网体系结构 10 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 物联网的关键技术 12专业应用12 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 物联网的产业链 12 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 物联网产业划分 14 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 物联网技术发展的瓶颈 15学习规划 16物联网专业教育论文、专

4、业认识物联网是什么物联网，英文名字是 The In ternet of thin gs，简称 IOT. 最通俗的讲，物 联网就是物物相连物物入网。具体地说，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，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)、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，以实现对物品的智能 化识别、定 位、跟踪、监控和管理的一种网络。他无需人工干预，各个物体、网 络、设备之间就 可以实现协同、互动。物联

5、网，狭义的讲，是一个无线传感器网 络，广义来说，是可 以实现人在任何时间，任何地点，使用任何网络与人与物的 信息交换，以及物与物信 息交换的网络。贴近我们生活的来说，比如冰箱联网，联网冰箱可以监视冰箱里的食物，当 你的 牛奶短缺时它就会通知你。它还可以跟踪最好的美食网站，为你收集食谱并 在你的购 物单里添加配料。这种冰箱知道你喜欢吃什么东西，根据是你给每顿饭 做出的评分。 他可以照顾你的身体，因为它知道什么食物对你有好处。 这样就大 大方便了我们的生 活，而且也提高了我们的生活质量。物联网的特点首先，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，

6、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。 具有全面感知性，而且还会用到 RFID技术，以及二维码等等。射频识别技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电 讯号识别特定目标并读写 相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或 光学接触。常用的有低频 (125k134.2K )、高频(13.56Mhz )、超高频，无源 等技术。RFID读写器也分移动式 的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。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

7、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。在这其中，可靠传送也是一个鲜明的特点，安全和加密也就变成了一个核心 的问 题。对称加密算法是应用较早的加密算法，技术成熟。在对称加密算法中，数据发信方将明文 ( 原始数据 ) 和加密密钥一起经过特殊加密算法处理后，使其 变成复杂的加密 密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用 加密用过的密钥及相 同算法的逆算法对密文进行解

8、密，才能使其恢复成可读明 文。在对称加密算法中，使 用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数 据进行加密和解密，这就要求解 密方事先必须知道加密密钥。对称加密算法的 特点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。不足之处是，交易双方都使用同样钥匙，安全性得不到保证。此外，每对用户每次使用对称加密算法时,需要使用其他人不知道的惟一钥匙，这会使得发收信双方所拥有的钥匙数量成几何级数增长，密钥管理成为用户的负担。对称加密算法在分布式网络系统上使用较为困难， 主要是因为密钥管理困难，使用成本较高。而与公开密钥加密算法比起来，对称加密算法能够提供加密和认证却缺乏了签名功能，使得使用范围有所缩小

9、。还有一种加密是非对称加密。非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥和私有密钥。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。非对称加密算法实现机密信息交换的基本过程是：甲方生成一对密钥并将其中的一把作为公用密钥向其它方公开；得到该公用密钥的 乙方使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给甲方；甲方再用自己保存的另一 把专用 密钥对加密后的信息进行解密。另一方面，甲方可以使用乙方的公钥对 机密信息进行加密后再发送给乙方；乙 方再用

10、自己的私匙对加密后的信息进行解密。甲方只能用其专用密钥解密由其公用密钥加密后的任何信息。非对称加密算法的保密性比较好，它消除了最终用户交换密钥的需要。非对称密码体制的特点：算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂，而使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快。对称密码体制中只有一种密钥，并且是非公开的，如果要解密就得让对方知道密钥。所以保证其安全性就是保证密钥的 安全，而非对称密钥体制有两种密钥，其中一个是公开的，这样就可以不需要像对称密码那样其本传输对方的密钥了。这样安全性就大了很多物联网的第三个显著特点是智能控制，物联网不仅仅提供了传感器的连接,能处理相身也具有智能处理的能力，

11、能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智 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。物联网当前发展所面对的问题物联网当期那发展所面临的问题概括来讲可以分为三个：基础物联网多系统 集成 问题、技术标准问题和地址问题。首先，从多系统集成问题上来讲，要解决系统及系统集成管理软件真正 “通 用 化”问题，首先要解决用一种统一方法对不同协议设备收发数据信息进行采集、 识别 和调用，使不同协议设备的收发数据具有相同的属性；其次是采用统一的事 件处理方 法对硬件设备的感知信

12、息、控制信息和其它内部信息处理，来实现每个 系统及系统集 成个性化的功能。显然采用现有的用设备协议解析数据信息的技术是无法实现软件通用化的 问题。 我们发明多种专利技术，采用全新的技术方法有效解决软件通用化的两个 主要问题。1、不同协议设备数据信息采集、识别和调用技术解决方案软件主要通过电脑的COM端口和IP网络接口来接收和发送数据，每条收 发数据 的长度从数个字节到数兆字节，每种协议产生的指令数据量从几十个到无 穷尽。在实 际项目应用中，硬件设备是有感知设备和执行设备， 绝大部分设备收 发的物理数据占 用字节很少低于1K字节，协议使用的指令数据量是有限的。的数现今的计算机运算速度和数据存储能

13、力非常高，我们可以将不同协议设备的每条收发数据及数据携带的信息存储到设备数据库中，当软件接到感知设备发送从而可使所有感据，将接收的数据与数据库数据比对找出对应数据的信息，知信息具有相同属性，对不同协议设备发送的感知数据信息统一采集识别；当要对设备是控制数据时，可按条件在设备数据库中找出对应的设备控制数据，将数据发送给控制设备，从而使所有控制数据具有相同的属性，可调用任何控制数据。 对 于向楼控 Bacnet 标准协议、一些常用可产生无穷尽在数据指令的协议等，采 用现有协 议解析数据技术，从而可以实现对所有不同协议设备的收发数据采用统 一的方法进行 采集、识别和调用。2、统一的事件处理方法解决方

14、案 任何一个系统软件要实现控制和管理功能无外乎要使用三种方法， 一是对接 收 的感知数据信息的处理，二是向设备发出控制数据的数据处理， 三人工或自动 的内部 信息处理。建立设备数据库解决了不同协议设备收发数据的统一采集、 识别和调用，使 设备每条收发数据具有相同的属性，每条数据的信息具有相同的属性，既每条感 知数 据可定义成人和信息，使不同协议设备的感知数据与软件的功能处理相互独 立；建立 一个基本功能库，功能库含有针对系统及系统集成基本功能的多种功能 处理模块，对 设备收发数据的处理的基本功能， 内部信息处理基本功能，可实现 系统及系统集成的 基本功能。通用化软件建立不同协议设备数据库文件要

15、比现有技术开发协议模块、用OPC协议或SDK开发包二次软件开发，要更加简单、经济、通用性强。第二个问题主要是技术标准问题，也可以归结为网络应用层。网络层是 OSI 参考模型中的第三层，介于运输层和数据链路层之间，它在数据链路层提供的两 个相 邻端点之间的数据帧的传送功能上， 进一步管理网络中的数据通信，将数据 设法从源 端经过若直干个中间节点传送到目的端， 从而向运输层提供最基本的端 到端的数据传送服务。网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使运输 层不 需要了解网络中的数据传输和交换技术。 网络层的产生也是网络发展的结

16、 果. 在联机系统和线路交换的环境中，网络层的功能没有太大意义?当数据终端增多时. 它们之间有中继设备相连 . 此时会出现一台终端要求不只是与唯一的一台而是能和多台终端通信的情况 ， 这就是产生了把任意两台数据终端设备的数据链接 起来的问 题，也就是路由或者叫寻径 ?网络层在数据链路层提供的两个相邻端点之 间的数据帧的 传送功能上，进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端经 过若干个中间节点 传送到目的端，从而向传输层提供最基本的端到端的数据传送 服务。网络层的目的是 实现两个端系统之间的数据透明传送， 具体功能包括路由 选择、拥塞控制和网际互连等。物联网要求大量的实物接入网络， 并且彼此

17、可以 交换 信息，这就使其实现增加了难度。物联网还面临的问题是地址问题。大量的人和物接入网络，每一个实物都应 该对 应有一个唯一的地址，如何编址就成了一个需要解决的问题。如果编址不当， 不仅当 物体愈加多的时候无法收拾， 新旧的更替无定法实现，而且，电路也会变 得非常的复 杂，对内存的要求也无法实现。物联网体系结构在通信业界，物联网通常被公认为有 3 个层次，从下到上依次是感知层、 传送层和应用层，如果拿人来比喻的话，感知层就像皮肤和五官，用来识别 物体，采集信息；传送层则是神经系统，将信息传递到大脑进行处理；应用 层类似人 们从事的各种复杂的事情，完成各种不同的应用。（1） 感知层物联网的感

18、知层主要完成信息的采集、转换和收集。感知层包含两个部 分：传感器、短距离传输网络。传感器用来进行数据采集及实现控制，短距离传输网络将传感器收集的 数据发送到网关或将应用平台控制指令发送到控制器。感知层的关键技术主要为传感器技术和短距离传输网络技术，例如射频 标识标签与用来识别 RFID 信息的扫描仪、视频采集的摄像头和各种传感器中 的传感与 控制技术、短距离无线通信技术（包括由短距离传输技术组成的无 线传感网技术）。 在实现这些技术的过程中，又涉及到芯片研发、通信协议研 究、 RFID 材料研究、智能 节点供电等细分领域。（ 2） 传送层物联网的传送层主要完成信息传递和处理，传送层包括两个部分

19、：接入 单元、接入网络。接入单元是连接感知层的网桥，它汇聚从感知层获得的数据，并将数据 发送到接入网络。接入网络即现有的通信网络，包括移动通讯网、有线电话 网、有线宽带网等。通过接入网络，人们将数据最终传入互联网传送层是基于现有通信网和互联网建立起来的层。传送层的关键技术既 包含了现 有的通信技术，如移动通信技术、有线宽带技术、公共交换电话网（PSTN技术、Wi-Fi通信技术等，也包含了终端技术，如实现传感网与通信网结合的网桥设备、为各种行业终端提供通信能力的通信模块等。3 ）应用层物联网的应用层主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各 行业应用 的结合。应用层包括两部分：物联网中间件

20、、物联网应用。物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序。中间件将许多可以公 用的能力 进行统一封装， 提供给丰富多样的物联网应用。 统一封装的能力包 括通信的管理能力、 设备的控制能力、定位能力等。物联网应用是用户直接使用的各种应用，种类非常多。物联网应用包括 家庭物联 网应用，如家电智能控制、家庭安防等，也包括很多企业和行业应 用，如石油监控应 用、电力抄表、车载应用、远程医疗等。应用层主要基于软件技术和计算机技术实现。应用层的关键技术主要是 基于软件 的各种数据处理技术，此外云计算技术作为海量数据的存储、分析 平台，也将是物联 网应用层的重要组成部分。应用是物联网发展的目的。各 种行业和

21、家庭应用的开发是 物联网普及的源动力，将给整个物联网产业链带 来巨大利润。物联网的关键技术我觉得，首先要讲的就是上面已经讲过的体系结构问题，物联网若是可 以真正的大范围实现，首先面对的是便是数量极其巨大的各类物体，要想真 的可以物物联网，体系结构是非常重要的。换句话说，只有有了一个合理可 靠的体系结构，才有可能真正实现 machine,man 和 mobile 之间的任意信息 交换，否则，就算是可以实现小范围的物联网，当范围逐步增大的时候也就 是面临破产。其次，我觉得物联网技术还需要突破的一个技术关键是能量的自给自足问题。既然要实现物物联网，我们可以举个例子，一个热带雨林，要想实现这个热带雨林

22、也可以接入网络，我们不可能说是定期的来给他更换电池什么 的，不光说是热带雨林，各种物体都应该有他的能量供应来源，所以我觉得， 太阳能的发展在一定程度上也限制着物联网的发展。第三，设备的小型化。这个我觉得就像现在的芯片越做越小一样，小型 化不仅方便，而且美观，便于操作。第四，是资源的自我治理。物联网技术的一个鲜明的特点就是智能管理， 就像是冰箱可以感知到里面的水果快吃光了之后提醒你去买水果，窗帘会感 知明亮程度适时的自己关合等等，这些都要求他们可以“自我管理” 。二、专业应用2.1 物联网的产业链物联网的产业链简短的来讲可以概括为：标识、感知、处理以及信息传 送。在标识这一阶段，运用的主要技术就

23、是 RFID,电子标签可能是三类技术体 系中 最灵活的能够把“物”改变成为智能物件的，它的主要应用是把移动和非移 动资产贴 上标签，实现各种跟踪和管理。它是实现感知这一阶段对应的主要就是传感器了， 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，按一定规律变换成为电信号或其他所 需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求自动检测和自动控制的首要环节物联网的处理工作主要由智能芯片来完成。 智能芯片的分类有很多，按照用 途 的不同，分类也会不同。智能芯片一般与感应系统以及动力传动系统一起作用， 相互 弥补。发挥各自的优势。一般智能芯片就相当于一个

24、单片机，负责处理收集 到的感应 型号，再通过电器开关驱动电力马达，将指令传递给传动系统来完成初始要达到的效果。物联网是要实现智能管理的，所以对智能芯片的要求自然不会 低。最后一个阶段是信息传送，这里主要要讲一下无线传输网络。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。通常用于无线网络 的设备包括便 携式计算机、台式计算机、手持计算机、个人数字助理 (PDA) 、 移动电话、笔式计算机和寻呼机。无线技术用于多种实际用途。例如，手机用户 可以 使用移动电话查看电子邮件。使用便携式计算机的旅客可以通过

25、安装在机 场、火车站和其他公共场所的基站连接到 In ternet 。在家中，用户可以连接桌 面设备来同步数据和发送文件。无线网络传输机制无线网络技术的信息传输机 制。当 人们谈论传感网络的时候，一般主要是指无线传感网络 (WSN, Wireless Sensor Networks ) ，此外还有视觉传感网 (VSN, Visual Sensor Networks ) 以及人体传感网 (BSN Body Sensor Networks )等其他传感网。WSI由分 布在自由空间里的一组“自 治的”无线传感器组成，共同协作完成对特定周边环 境状况，包括温度、湿度、化学 成分、压力、声音、位移、振动

26、、污染颗粒等的 监控。WSF中的一个节点(或叫Mote ) 般由一个无线收发器、一个微控制 器和一个电源组成。WSNH般是自治重构(Ad-Hoc或Self-Configuring )网 络，包括无线网状网 ( MeshNetworks )和移动自重构网 (MANET) 等。无线 传感网目前还是计算机和通信专业的学者们一个非常活跃的研究领域。综合来讲就是，物联网行业，传感是前提，计算是核心，安全是保障，网络 是基 础，应用服务是牵引。物联网产业划分物联网的应用，从时间维度看， RFID 和传感器厂商将在物联网产业运用的 过程中 率先受益，系统集成商、物联网运营商也会从中受益。从空间维度看，增 长

27、空间最大 的是物联网运营商，其次是系统集成商，第三是RFID 和传感器供应商。随着平安城市建设、 城市智能交通体系建设和“新医改”医疗信息化建设的 加快， 安防、交通和医疗三大领域有望在物联网发展中率先受益， 成为物联网产 业市场容量最大、增长最为显著的领域。 比如车联网，船联网，智能交通，智 能尘 世，智能家居以及材料、封装等基础学科研究所谓车联网，其实就是物联网这一产业所延伸出来的重要分支。 试想在不远 的将来，人们可以在汽车自动驾驶的模式下， 获得实时的交通信息，自动选择路 况最 佳的行驶路线。即使在面对危险的交通路况时， 也可以提前进行防范。 于是 车辆事故、 交通拥堵、停车难等问题大

28、大缓解，而这一切正是通过“车联网”的 应用得以实现。所谓车联网就是指装载在车辆上的电子标签通过无线识别技 术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息进行提取和有效利用， 并根据 不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效地监管，同时也提供综合服务， 让车 与车以及车与城市网络能互相联结，从而实现更智能、更安全的驾驶。车联网，进一步的扩展，我们自然就会想到智能交通，或者，我们可以说，ITS, 是未来车联网，船联网就是包含在智能交通当中的。智能交通系统，简称交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技 术、 控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建

29、立的 一种在大 范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系 统。 ITS 可以 有效地利用现有交通设施、 减少交通负荷和环境污染、 保证交通安 全、提高运输效率， 因而，日益受到重视。智能交通系统目前世界上应用最为广 泛的地区是日本，如日本 的 VICS 系统相当完毕和成熟，其次美国、欧洲等地区也普遍应用。在中国，北京、上海、广东等地也已广泛使用。智能家居，据说在武汉汉口的部分地区已经小范围实现， 当然，这里所说的 实现只是很小的程度上，比如可以用手机操控窗帘等。物联网技术发展的瓶颈RFID常用的还只是局限于低频(125k134.2K )，我国对高频(13.56Mhz )、超高 频，无源等这方面的技术还很低端， 而频率越高，物联网技术越受益发展越 好无意识 肯定的，不仅仅是RFID,我国的高端芯片也还有很大的发展空间，这些都局限着物联网的更好发展，除此之外，物联网技术肯定要求各式各样的传感 器，传感器也会成为 物联网的瓶颈之一。再者，由于物联网“物物入网”的要求，数据的挖掘与融合始终还是一个根 本。 从物联网的感知层到应用层，各种信息的种类和数量都成倍增加， 需要分析 的数据量