优秀物联网报告华侨大学

物联网分析报告华侨大学嵌入式技术开放实验室目录物联网定义物联网发展历史物联网应用领域物联网核心技术关注中国物联网总结现状和不足物联网定义基本定义：“物联网”（InternetofThings）指的是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。物联网定义欧盟定义：将现有的互联的计算机网络扩展到互联的物品网络。ITU定义：fromanytime,anyplaceconnectivityforanyone,wewillnowhaveconnectivityforanything.物联网发展历史1999年MITAuto-IDCenter提出物联网概念，即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。2004年日本总务省提出u-Japan构想中，希望在2010年将日本建设成一个“Anytime，Anywhere，Anything，Anyone”都可以上网的环境。同年，韩国政府制定了u-Korea战略，韩国信通部发布的《数字时代的人本主义：IT839战略》以具体呼应u-Korea。

物联网发展历史2005年11月在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。2008年11月IBM提出“智慧的地球”概念，即“互联网+物联网=智慧地球”，以此做为经济振兴战略。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。物联网发展历史2009年6月欧盟委员会提出针对物联网行动方案，方案明确表示在技术层面将给予大量资金支持，在政府管理层面将提出与现有法规相适应的网络监管方案2009年8月温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时明确指示要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，并且明确要求尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。目前：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，标准工作组现聚集了中国科学院、中国移动通信集团公司等国内传感网主要的技术研究和应用单位。物联网应用领域-电力电网减少停电现象通过在智慧的电力中安装先进分析和优化引擎，电力提供商可以突破“传统”网络的瓶颈，而直接转向能够主动管理电力故障的“智能”电网。对电力故障的管理计划不仅考虑到了电网中复杂的拓扑结构和资源限制，还能够识别同类型发电设备，这样，电力提供商就可以有效地安排停电检测维修任务的优先顺序。如此一来，停电时间和频率可减少约30%，停电导致的收入损失也相应减少，而电网的可靠性以及客户的满意度都得到了提升。减少停电现象物联网应用领域-电力电网智能电表在智慧的电力设施的支持下，智能电表可以重新定义电力提供商和客户的关系。通过安装内容丰富且读取方便的设备，用户可了解在任何时刻的电力费用，并且用户还可以随时获取一天中任意时刻的用电价格(查看前后的记录)，这样电力提供商就为用户提供了很大的灵活性，用户可以根据了解到的信息改变其用电模式。智能电表不仅可以测量用电量，它还是电网上的传感器，可以协助检测波动和停电。它还能储存和关联信息，支持电力提供商完成远程开启或关闭服务，也能远程支持使用后支付或提前支付等付费方式的转换。总而言之，智能电表可大幅度减小系统的峰值负荷，转换电力操作模式，也能重新定义客户体验。智能能电电表表物联联网网应应用用领领域域-医医疗疗系系统统整合合的的医医疗疗平平台台整合合的的医医疗疗保保健健平平台台根根据据需需要要通通过过医医院院的的各各系系统统收收集集并并存存储储患患者者信信息息，，并并将将相相关关信信息息添添加加到到患患者者的的电电子子医医疗疗档档案案，，所所有有授授权权和和整整合合的的医医院院都都可可以以访访问问。。这这样样资资源源和和患患者者能能够够有有效效地地在在各各个个医医院院之之间间流流动动，，通通过过各各医医院院之之间间适适当当的的管管理理系系统统，，政政策策，，转转诊诊系系统统等等。。这这个个平平台台满满足足一一个个有有效效的的多多层层次次医医疗疗网网络络对对信信息息分分享享的的需需要要。。整合合的的医医疗疗平平台台物联联网网应应用用领领域域-医医疗疗系系统统电子子健健康康档档案案系系统统电子子健健康康档档案案系系统统通通过过可可靠靠的的门门户户网网站站集集中中进进行行病病历历整整合合和和共共享享，，这这样样各各种种治治疗疗活活动动就就可可以以不不受受医医院院行行政政界界限限而而形形成成一一种种整整合合的的视视角角。。有有了了电电子子健健康康档档案案系系统统，，医医院院可可以以准准确确顺顺畅畅地地将将患患者者转转到到其其他他门门诊诊或或其其他他医医院院，，患患者者可可随随时时了了解解自自己己的的病病情情，，医医生生可可以以通通过过参参考考患患者者完完整整的的病病史史为为其其做做出出准准确确的的诊诊断断和和治治疗疗。。电子子健健康康档档案案系系统统物联联网网应应用用领领域域-城城市市设设施施实时时城城市市管管理理实时时城城市市管管理理设设立立一一个个城城市市监监控控报报告告中中心心，，将将城城市市划划分分为为多多个个网网格格，，这这样样系系统统能能够够快快速速收收集集每每个个网网格格中中所所有有类类型型的的信信息息，，城城市市监监控控中中心心依依据据事事件件的的紧紧急急程程度度上上报报或或指指派派相相关关职职能能部部门门(如如火火警警，，警警察察局局，，医医院院)采采取取适适当当的的行行动动，，这这样样政政府府就就可可实实时时监监督督并并及及时时响响应应城城市市事事件件。。整合合的的公公共共服服务务新的的公公共共服服务务系系统统将将不不同同职职能能部部门门(如如民民政政、、社社保保、、警警察察局局、、税税务务等等)中中原原本本孤孤立立的的数数据据和和流流程程整整合合到到一一个个集集成成平平台台，，并并创创建建一一个个统统一一流流程程来来集集中中管管理理系系统统和和数数据据，，为为居居民民提提供供更更加加便便利利和和高高效效的的一一站站式式服服务务实时时城城市市管管理理与与整整合合的的公公共共服服务务物联联网网应应用用领领域域-交交通通管管理理实时时交交通通信信息息智智慧慧的的道道路路是是减减少少交交通通拥拥堵堵的的关关键键，，但但我我们们仍仍不不了了解解行行人人、、车车辆辆、、货货物物和和商商品品在在市市内内的的具具体体移移动动状状况况。。因因此此，，获获取取数数据据是是重重要要的的第第一一步步。。通通过过随随处处都都安安置置的的传传感感器器，，我我们们可可以以实实时时获获取取路路况况信信息息，，帮帮助助监监控控和和控控制制交交通通流流量量。。人人们们可可以以获获取取实实时时的的交交通通信信息息，，并并据据此此调调整整路路线线，，从从而而避避免免拥拥堵堵。。未未来来，，我我们们将将能能建建成成自自动动化化的的高高速速公公路路，，实实现现车车辆辆与与网网络络相相连连，，从从而而指指引引车车辆辆更更改改路路线线或或优优化化行行程程。。道路路收收费费通通过过RFID技技术术以以及及利利用用激激光光、、照照相相机机和和系系统统技技术术等等的的先先进进自自由由车车流流路路边边系系统统来来无无缝缝地地检检测测、、标标识识车车辆辆并并收收取取费费用用。。实时时交交通通信信息息物联联网网应应用用领领域域-物物流流供供应应链链供应应链链网网络络优优化化智慧慧的的供供应应链链通通过过使使用用强强大大的的分分析析和和模模拟拟引引擎擎来来优优化化从从原原材材料料至至成成品品的的供供应应链链网网络络。。这这可可以以帮帮助助企企业业确确定定生生产产设设备备的的位位置置，，优优化化采采购购地地点点，，亦亦能能帮帮助助制制定定库库存存分分配配战战略略。。使使用用后后，，公公司司可可以以通通过过优优化化的的网网络络设设计计来来实实现现真真正正无无缝缝的的端端到到端端供供应应链链，，这这样样就就能能提提高高控控制制力力，，同同时时还还能能减减少少资资产产、、降降低低成成本本(交交通通运运输输、、存存储储和和库库存存成成本本)、、减减少少碳碳排排放放，，也也能能改改善善客客户户服服务务(备备货货时时间间、、按按时时交交付付、、加加速速上上市市)物联联网网应应用用领领域域-物物流流供供应应链链提供供供供应应链链可可视视性性供应应链链的的每每个个成成员员都都应应当当能能够够追追溯溯产产品品生生产产者者以以及及产产品品成成分分、、包包装装、、来来源源等等特特征征，，也也应应当当能能够够向向前前追追踪踪产产品品成成分分、、包包装装和和产产品品的的的的每每一一项项活活动动，，这这变变得得越越来来越越重重要要。。要要设设计计一一个个具具有有对对整整个个价价值值链链可可追追溯溯性性的的供供应应链链，，公公司司必必须须创创建建流流程程和和基基础础架架构构来来收收集集、、集集成成、、分分析析和和传传递递关关于于产产品品来来源源和和特特征征的的可可靠靠信信息息，，这这应应当当贯贯穿穿于于供供应应链链的的各各个个阶阶段段(从从农农场场到到餐餐桌桌)。。它它将将不不同同的的技技术术解解决决方方案案整整合合起起来来，，使使物物理理供供应应链链(商商品品的的运运动动轨轨迹迹)和和信信息息供供应应链链(数数据据的的收收集集、、存存储储、、组组织织、、分分析析和和访访问问控控制制)能能够够相相互互集集成成。。有有了了这这样样的的供供应应链链可可视视性性，，公公司司就就能能保保护护和和推推广广品品牌牌、、主主动动地地吸吸引引其其他他股股东东并并降降低低安安全全事事故故的的影影响响。。物联联网网应应用用领领域域-通通信信行行业业在““2009年年中中国国国国际际信信息息通通信信展展览览会会””上上，，中中国国移移动动展展出出了了手手机机支支付付，，这这就就是是典典型型的的物物联联网网概概念念应应用用。。手手机机支支付付实实际际上上主主要要是是手手机机SIM卡卡的的更更换换，，由由普普通通SIM卡卡更更换换为为RFID-SIM卡卡，，而而不不需需要要对对手手机机进进行行更更换换。。用用户户在在消消费费时时，，只只需需要要将将手手机机从从接接收收器器上上轻轻轻轻一一扫扫，，就就可可以以方方便便进进行行各各种种购购物物，，以以及及获获得得详详细细的的费费用用清清单单。。中中国国电电信信一一直直在在推推介介自自己己的的全全球球眼眼技技术术，，其其实实就就是是远远程程监监控控的的物物联联网网应应用用。。比比如如上上海海海海关关都都采采用用中中国国电电信信的的远远程程监监控控系系统统，，通通过过画画面面可可以以对对货货物物进进行行通通关关检检查查，，也也减减少少人人力力。。中中国国联联通通日日前前在在上上海海推推出出了了公公交交卡卡手手机机，，通通过过刷刷手手机机可可以以实实现现公公交交车车票票支支付付，，这这些些都都是是典典型型的的应应用用。。公交交卡卡手手机机物联联网网核核心心技技术术物联联网网核核心心技技术术包包括括射射频频识识别别(RFID)装装置置、、WSN网网络络、、红红外外感感应应器器、、全全球球定定位位系系统统、、Internet与与移移动动网网络络，，网网络络服服务务，，行行业业应应用用软软件件。。在在这这些些技技术术当当中中，，又又以以底底层层嵌嵌入入式式设设备备芯芯片片开开发发最最为为关关键键，，引引领领整整个个行行业业的的上上游游发发展展，，以以下下我我们们着着重重介介绍绍RFID技技术术和和WSN技技术术。。RFID技技术术-RFID意意义RFID作作为为物联联网中中最为为重要要核心心技术术，对对物联联网的的发展展起着着至为为重要要作用用。RFID目目前前仍然然面临临着诸诸多问问题有有待解解决。。RFID的的存在在诸多多国际际标准准，如如影响响力最最大的的EPCGlobal标标准,支持持各频频段的的ISO/IEC标标准,以及及日本本本土土制造造商SONY,NEC等等支持持的UID标标准准。各各国际际标准准间互互不兼兼容，，导致致RFID应应用用难以以大范范围内内推广广。目目前，，欧盟盟下的的GRIFS项项目致致力于于各RFID标标准准开发发机构构间相相互合合作。。RFID的的标签签成本本仍然然过高高和中中国自自主制制定的的RFID标标准准推广广问题题都成成为制制约物物联网网问题题的瓶瓶颈之之一。。除此此之外外，目目前RFID应应用大大中集集中为为闭环环市场场，集集中于于医疗疗，军军工等等，到到普及及的开开环市市场还还有一一段时时日RFID技技术术-标标准概概况RFID系系统统主要要由数数据采采集和和后台台数据据库网网络应应用系系统两两大部部分组组成。。目前前已经经发布布或者者正在在制定定中的的标准准主要要与数数据采采集相相关，，其中中包括括电子子标签签与读读写器器之间间的接接口、、读写写器与与计算算机之之间的的数据据交换换协议议、RFID标标签签与读读写器器的性性能和和一致致性测测试规规范以以及RFID标标签的的数据据内容容编码码标准准等。。在RFID标标签的的数据据内容容编码码领域域，各各路标标准竞竞争最最为激激烈。。目前前全球球共有有五大大标准准组织织，分分别代代表了了国际际上不不同团团体或或者国国家的的利益益。其其中EPCGlobal是是由由北美美UCC产产品统统一编编码组组织和和欧洲洲EAN产产品标标准组组织联联合成成立，，在全全球拥拥有上上百家家成员员，并并且得得到了了零售售巨头头沃尔尔玛、、制造造业巨巨头强强生、、宝洁洁等大大型企企业的的强力力支持持。而而AIM、ISO、UID则则代表表一部部分欧欧美国国家以以及日日本对对RFID标标准准的争争夺；；IP-X的的成员员则以以非洲洲、大大洋洲洲、亚亚洲等等国家家为主主，比比较而而言，，EPCGlobal得得到到更多多厂商商的认认可和和支持持。WSN技技术-WSN前前景景无线传传感器器网络络就是是由部部署在在监测测区域域内大大量的的廉价价微型型传感感器节节点组组成，，通过过无线线通信信方式式形成成的一一个多多跳自自组织织网络络。传传感器器网络络将能能扩展展人们们与现现实世世界进进行远远程交交互的的能力力。无无线传传感器器网络络是一一种全全新的的信息息获取取平台台，能能够实实时监监测和和采集集网络络分布布区域域内的的各种种检测测对象象的信信息，，并将将这些些信息息发送送到网网关节节点，，以实实现复复杂的的指定定范围围内目目标检检测与与跟踪踪，具具有快快速展展开、、抗毁毁性强强等特特点，，有着着广阔阔的应应用前前景。。美国国商业业周刊刊和MIT技技术术评论论在预预测未未来技技术发发展的的报告告中，，分别别将无无线传传感器器网络络列为为21世世纪纪最有有影响响的21项项技术术和改改变世世界的的10大大技技术之之一。。WSN网网络结结构WSN网网络通通常分分为物物理层层、MAC层层、网网络层层、传传输层层，应应用层层。物物理层层定义义WSN中中的Sink,Node间间的通通信物物理参参数，，使用用哪个个频段段，使使用何何种信信号调调制解解调方方式等等。MAC层层定义义各节节点的的初始始化，，通过过收发发beacon,request,associate等等消消息完完成自自身网网络定定义，，同时时定义义的MAC帧帧的调调试策策略，，避免免多个个收发发节点点间的的通信信冲突突。在在网络络层，，完成成逻辑辑路由由信息息采集集，使使收发发网络络包裹裹能够够按照照不同同策略略到使使用最最优化化路径径到达达目标标节点点。传传输层层提供供包裹裹传输输的可可靠性性，为为应用用层提提供入入口。。应用用层最最终将将收集集后的的节点点信息息整合合处理理，满满足不不同应应用程程序计计算需需要WSN相相关标标准组组织IEEE802.15该该组织织致力力于无无线个个人网网(WPAN)网络络底层层协议议标准准制定定，其其分表详详细定定义了了PHY和和MAC层层实现现的各各种机机制，，在最最近的中中添加加了对对中国国WPAN频频段段支持持(314–316MHz,430––434MHz,and779–787MHzbands)以以及O-QPSK调调制的的支持持。ZigBeeAllianceZigbee是是基标标准准建立立的针针对WPAN的的整套套协议议栈。标标准准与ZigBeeAlliance的的关关系相相当于于IEEE802.11标标准与与WIFIAlliance的关关系。。基于于ZigBee的的RF芯芯片在在数千千个微微小的的传感感器之之间相相互协协调实实现通通信，，这些些传感感器只只需要要很少少的能能量，，以接接力的的方式式通过过无线线电波波将数数据从从一个个传感感器传传到另另一个个传感感器，，所以以的通通信效效率非非常高高，广广泛应应用于于工业业场景景。WSN相相关标标准IETF6LoWPAN该该工工作组组的任任务是是定义义在如如何利链链路路支持持基于于IPv6的的通信信的同同时，，遵守守开放放标准准以及及保证证与其其他IP设设备的的互操操作性性。该该协议议中使使用了了IP报报头头压缩缩技术术，将将庞大大的128位位IPv6源源或目目的地地址压压缩或或删除除，同同时在在MAC与与IP层层之之间使使用适适配层层，使使得1280比比特的的IPv6的的MTU能能够够在127字字节节的MACframe上上传传输。。IPSOAlliance该该联盟盟为各各大IT厂厂商结结合产产物，，致力力于推推动IP协协议在在智能能物体体上的的普及及。ZigBee标标准准ZigBee协协议议栈底底层是是基于的的PHY层层和和MAC层层机制制构成成，而而上层层包括括应用用层，，网络络层和和安全全服务务层。。4G技技术术---3G背背景景2008年年5月月，，由国国资委委牵头头的电电信业业务重重组方方案正正式公公布，，中国国联通通的CDMA网网与GSM网网被拆拆分，，前者者并入入中国国电信信，组组建为为新电电信，，后者者吸纳纳中国国网通通成立立新联联通，，铁通通则并并入中中国移移动成成为其其全资资子公公司，，中国国卫通通的基基础电电信业业务将将并入入中国国电信信。根根据电电信业业重组组方案案，3G牌牌照照的发发放方方式是是：新新中国国移动动获得得TD－－SCDMA牌牌照照，新新中国国电信信获得得CDMA2000牌牌照照，中中国联联通获获得WCDMA牌牌照照。2009年年1月月7日日14:30，，工业业和信信息化化部为为中国国移动动、中中国电电信和和中国国联通通发放放3张张第三三代移移动通通信(3G)牌牌照，，此举举标志志着我我国正正式进进入3G时时代4G技技术术---4G前前景景3G与与2G的主主要区区别是是在传传输声声音和和数据据的速速度上上的提提升，，它能能够在在全球球范围围内更更好地地实现现无线线漫游游，并并处理理图像像、音音乐、、视频频流等等多种种媒体体形式式，提提供包包括网网页浏浏览、、电话话会议议、电电子商商务等等多种种信息息服务务，同同时也也要考考虑与与已有有第二二代系系统的的良好好兼容容性。。而4G通信信技术术将继继续大大幅提提高通通话质质量及及数据据通信信速度度。目目前，，4G通信信技术术相关关的科科研和和应用用探索索已经经在全全球各各大高高校和和企业业研究究中心心内悄悄然进进行。。4G最大大的优优势在在于更更高的的数据据传输输速率率，预预计数数据传传输速速率会会超过过100Mbit/s，这这个速速率是是目前前移动动电话话数据据传输输速率率的1万万倍倍，也也是3G移动动电话话速率率的50倍倍。随随之而而来的的高清清晰电电视电电影节节目将将推动动手机机新的的应用用模式式。此此外，，4G通信信技术术有望望集成成不同同模式式的无无线通通信协协议，，从无无线局局域网网和蓝蓝牙等等室内内无线线网络络，到到室外外的蜂蜂窝信信号、、广播播电视视到卫卫星通通信，，移动动用户户可以以自由由地从从一个个标准准漫游游到另另一个个标准准。4G关关键键技术术接入方方案：：第一一代无无线通通信标标准使使用普普通的的TDMA或或FDMA。TDMA在在高高速率率信道道上，，为了了避免免多径径效应应，需需要加加大保保护周周期，，这使使TDMA变变得得低效效。2G的的无无线通通信标标准GSM使使用用TDMA和和FDMA的的结结合形形式做做为接接入方方案，，而CDMA标标准使使用另另外一一种接接入技技术：：CDMA。而而在3G中中，IS-2000,UMTS,HSXPA,1xEV-DO,TD-SCDMA接接入方方案都都为CDMA。在在4G中中，，新的的接入入方案案将得得到布布署，，这包包括OFDMA和和SC-FDMA,MC-CDMA等等。。IPv6支支持持：在在3G标标准准的基基础架架构中中，同同时使使用并并行的的电路路交换换和数数据包包交换换网络络，在在4G中中，，将只只支持持数据据包交交换网网络，，有利利于数数据传传输的的低延延迟。。IPv6拥拥有着着用之之不尽尽的IP地址址，足足以满满足全全球所所有手手机终终端的的编号号支持持。4G关关键键技术术高级天天线系系统：：在4G中中，将将会使使用多多天线线技术术，这这将意意味着着高速速率，，高稳稳定，，远距距离通通信的的实现现。多多天线线意味味着空空间利利用(spatialmultiplexing)，，对功功耗限限制和和带宽宽保留留的实实现起起着重重要作作用。。MIMO是是多天天线系系统中中的代代表技技术，，在下下一代代无线线局域域网802.11n中中，，已得得到广广泛布布署，，未来来的手手机和和移动动基础础也将将会大大量布布署MIMO技技术。。4G标标准目前，ITU对对4G标标准的征征集从2009年年开始，，到2009年底底征集标标准结束束，正式式标准在在2011年年确定。。现在主主推的4G标标准包包括由3GPP主主推的LTE(LongTermEvolution)，IEEE主主推的的WiMax以及及UWB标标准。在在完成TD-SCDMA商商业应应用后，，中国政政府正在在制定自自主的4G标标准。。中国移移动计划划将其下下一代移移动网络络升级为为TD-LTE。关注中国国物联网网比特网(ChinaByte)9月月21日日消息，，在20日日09通信信展最后后一天，，工信部部副部长长奚国华华表示，，传感网网和物联