物联网调研报告

物联网物联网的定义“物联网”的内涵是来源于由射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，RFID）对客观物体进行标记并运用网络进行数据交换这一概念，并不停扩充、延展、完善而逐步形成的。物联网（theInternetofThings）的概念最早出现于比尔盖茨1995年《将来之路》一书，在《将来之路》中，比尔盖茨已经提及物联网概念，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引发世人的重视。1998年，美国麻省理工学院(MIT)发明性地提出了当时被称作EPC（ElectronicProductCode）电子产品码系统的“物联网”的构想。MIT Auto—ID研究中心的定义1999年，美国麻省理工学院Auto—ID研究中心首先提出“物联网”的概念，重要是建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上。具体定义是：把全部物品通过射频识别(RFID)和条码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。[16]1999年时，Auto-ID研究中心但愿能发明一种能让电脑与多个物件连结的网络，但是到了时，该中心研究人员发现真正的目的是要发明一种让任何物件能够彼此互相连结的网络，也就是物联网。Auto-ID研究中心设计的物联网涵盖了几类技术，涉及增援的硬件、网络软件和通讯合同、以及一套多个电脑通用的物体描述语言。通过这些技术，Auto-ID研究中心但愿现有的网际网络能够增加物品追踪和物品分享资讯的能力。时，最可能实现物联网计划的技术是RFID标记技术。ITU互联网报告的定义[14]当司机出现操作失误时汽车会自动报警；上午出门时，公文包会提示主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的规定……这是国际电信联盟2005年1份报告中描绘的“物联网”时代的图景。，国际电信联盟（ITU）公布了《ITU互联网报告：物联网》，正式提出了“物联网”的概念，涉及了全部物品的联网和应用。ITU在报告中对物联网概念进行扩展，提出任何时刻、任何地点、任意物体之间的互联，无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景，除RFID技术外，传感器技术、纳米技术、智能终端等技术将得到更加广泛的应用。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s11ITU报告中对物联网的诠释ITU提出了一套更大规模的物联网打造办法，整合结合感测元件和智慧型管理技术，涉及识别用的标记物件、侦测感觉巡航的感测器和无线感测网络卡、负责思考的嵌入式系统，以及缩小装置体积的纳米技术。ITU这份物联网报告也成为各国发展物联网的重要参考范本。EPoSS报告的定义[18]欧洲智能系统集成技术平台(EPoSS)在5月27日公布了《InternetofThingsin》报告。该报告分析预测了将来物联网的发展，认为RFID和有关的识别技术是将来物联网的基石，因此更加侧重于RFID的应用及物体的智能化。报告中给出的物联网定义是：由含有标记，虚拟个性的物体/对象所构成的网络，这些标记和个性等信息在智能空间使用智慧的接口与顾客、社会和环境进行通信。报告中指出，将来物联网的重要应用涉及：零售，RFID将取代条形码对商品进行标记，电子行业的进步将会使RFID标签价格更便宜，对零售商更具吸引力。物流，仓库出入货品将实现全自动化管理，订单会自动提供应供应商，货品能够不需人为干预就从生产者运输到消费者那里。生产和运输可动态调节，从而节省时间和精力。制药，除了生产、零售和物流可实现自动化，电子标签的还能够使用药者更容易熟悉药品的不利影响和最佳剂量。食品，消费者可追踪每种食物的来源，关注动植物生长过程中的每一种阶段，确保食品安全。将来的泛在物联网将使我们身边的一切物品交换信息和协同工作，大大提高我们的生活质量。欧盟RFID和物联网研究项目组报告9月15日，欧盟第七框架下RFID和物联网研究项目组(ClusterofEuropeanResearchProjectsonTheInternetOfThings：CERP-IoT)公布了《物联网战略研究路线图》研究报告。报告中其中提出了新的物联网概念：物联网是将来互联网的一种构成部分，能够被定义为基于原则的和可互操作的通信合同。且含有自配备能力的，动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都含有标记、物理属性和实质上的个性。使用智能接口实现与信息网络的无缝整合。该项目组的重要研究目的是便于欧洲内部不同RFID和物联网项目之间的组网；协调涉及RFID的物联网研究活动；对专业技术平衡，以使得研究效果最大化；在项目之间建立协同机制。欧盟《物联网研究路线图》将物联网研究分为10个层面：①感知：ID公布机制与识别②物联网宏观架构③通讯（OSI物理与链路层）④组网（OSI网络层）⑤软件平台、中间件（OSI网络层以上）⑥硬件⑦情报提炼⑧搜索引擎⑨能源管理⑩安全现在较为公认的物联网的定义是：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，按商定的合同，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。[7]物联网的发展动态IBM的“智慧地球”[9][17]提到物联网，不得不提一下IBM的智慧地球，IBM能够说是物联网概念的忠诚的推动者。1月28日．奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举办了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛初次提出“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。“智慧地球”被美国人认为是振兴经济、确立全球竞争优势的核心战略。智慧地球的核心是以一种更智慧的办法通过运用新一代信息技术来变化政府、公司和人们互相交互的方式，方便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。其核心是3I:更透彻的感知(Instrumented)这里的“更透彻的感知”是超越传统传感器、数码相机和RFID的更为广泛的一种概念。具体来说，它是指运用任何能够随时随处感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程。通过使用这些新设备，从人的血压到公司财务数据或都市交通状况等任何信息都能够被快速获取并进行分析，便于立刻采用应对方法和进行长久规划。背后的技术：到，世界上每个人将拥有10亿晶体管，平均每个晶体管成本只有十万分之一美分。该技术已被嵌入到数十亿的设备中，如车、器具、道路等。两年内全球共生产了300亿个RFI(无线射频识别)标记。预计将来几年手机顾客将会达成50亿。传感器已被运用到整个生态系统—供应链、医疗保健网络、都市，甚至河流等自然系统。更全方面的互联互通(Interconnected)互联互通是指通过多个形式的高速的高带宽的通信网络工具，将个人电子设备、组织和政府信息系统中收集和储存的分散的信息及数据连接起来，进行交互和多方共享。从而更加好地对环境和业务状况进行实时监控，从全局的角度分析形势并实时解决问题，使得工作和任务能够通过多方协作来得以远程完毕，从而彻底地变化了整个世界的运作方式。背后的技术：预计到网络顾客将达成20亿，HSPA(高速分组接入)技术将促成“三种屏幕”(电视、电脑和移动手机)的融合，并有可能实现不中断的网络连接。数以万亿计的事物紧密相连—汽车、家用电器、相机、道路、管道，甚至医药品和家畜。更进一步的智能化(Intelligent)智能化是指通过进一步分析收集到的数据，获取更加新颖、系统且全方面的洞察来解决特定问题。这规定使用先进技术(如数据挖掘和分析工具、科学模型和功效强大的运算系统)来解决复杂的数据分析、汇总和计算，方便整合和分析海量的跨地区、跨行业和职能部门的数据和信息，并将特定的知识应用到特定行业，特定的场景，特定的解决方案中以更加好地支持决策和行动。背后的技术：IBM的Roadrunner超级计算机突破了“petaflop”限制—每秒钟能够进行一千兆次运算，而exaflop计算机将实现下一种含有里程碑意义的计算速度，即每秒钟将进行一百万兆次运算，计算速度比Roadrunner快1000倍。超级计算机和云计算可被应用于解决、建模、预测和分析流程将产生的全部数据。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s12IBM的“智慧地球”IBM在《智慧地球赢在中国》报告中对下列六大领域改革前景作出的预测：智慧的电力赋予消费者管理其电力使用并选择污染最小的能源的权力，这样能够提高能源使用效率并保护环境。同时，它还能确保电力供应商有稳定可靠的电力供应，亦能减少电网内部的浪费。这些确保了经济持续快速发展所需的可持续能源供应。智慧的医疗解决医疗系统中的重要问题，如医疗费用过于昂贵难以负担(特别是农村地区)、医疗机构职能效率低下以及缺少高质量的病患看护。解决这些问题能够推动构建和谐社会，由于只有市民健康才干劳动发明价值。智慧的都市中国的商用和民用都市基础设施不完善、都市治理和管理系统效率低下，以及紧急事件响应不到位等问题亟需解决。都市是经济活动的核心，智慧的都市能够带来更高的生活质量、更具竞争力的商务环境和更大的投资吸引力。智慧的交通采用方法缓和超负荷运转的交通运输基础设施面临的压力。减少拥堵意味着产品运输时间缩短、工人交通时间缩短生产力提高，同时更能减少污染排放，更加好的保护环境。智慧的供应链智慧的供应链致力于解决由于交通运输、存储和分销系统效率低下造成的物流成本高和备货时间长等系统问题。成功地解决这些问题将刺激国内贸易，提高公司竞争力，并将助力经济的可持续发展。智慧的银行业提高中国的银行在国内和国际市场的竞争力，减轻风险，提高市场稳定性，进而更加好的支持小公司、大公司和个体经营的发展。欧盟行动计划[3]6月18日，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以《物联网——欧洲行动计划》为题的公示。公示列举了行动计划所包含的14项行动：行动1：管理讨论和决定下列议题：物联网管理原则；分散管理层次的“体系构造”行动2：监测隐私和私人数据保护问题欧盟委员会近来通过了一项建议，该建议提供了依从隐私和数据保护原则的RFID应用指南。，该委员会还将公布泛在信息社会隐私与信任的指导意见。行动3：“芯片沉默”应有个人能够在任何时候都能断开的网络环境。行动4：对新出现的风险的识别采用监管和非监管方法，以提供一种满足“信任、接受和安全”的政策框架。行动5：物联网作为重要的经济和社会资源亲密跟踪物联网基础设施的发展。行动6：原则的任务欧盟委员会将会对现有的以及将来与物联网有关的原则进行评定，必要时将推出附加原则。亲密跟踪欧洲原则化组织(ETSI、CEN、CENELEC)以及国际原则化组织(ISO，ITU)和其它原则化组织与机构(IETF，EPCglobal等)的原则制订。行动7：研究与发展欧盟委员会将会持续资助欧盟第七框架计划中有关物联网方面的研究项目，特别是在微电子学、非硅组件、能源获取技术、泛在定位、无线通信智能系统网络、语义学、隐私与安全、软件模拟人的推理以及新的应用等重要的技术领域。行动8：公私合作欧盟委员会正筹办建立4个物联网能够发挥重要作用的公共——私人伙伴关系，其中“绿色轿车”、“节能建筑”和“将来工厂”已经被欧盟委员会建议作为经济恢复一揽子计划的一部分，而“将来互联网”旨在进一步整合与将来互联网有关的ICT研究工作。行动9：创新与实验项目启动实验性项目，以推广物联网应用程序的布署，如：电子健康、电子无障碍、气候变化等。行动10：通报制度欧盟委员会将会定时向欧洲议会，欧洲理事会，欧洲经济和社会委员会，地区委员会，欧盟第29条数据保护工作组(欧洲出名的隐私监督机构——编者注)以及其它有关机构通报物联网的进展。行动11：国际对话欧盟委员会将在物联网全部方面加强与国际合作伙伴现有的对话力度，目的是在联合行动、共享最佳实践和推动各项工作实施上获得共识。行动12：RFID再循环作为废物管理行业定时检测的一部分，欧盟委员会将开展一项研究，来评定推行再循环标签的难度以及将现有标签作为再循环物的利弊。行动13：检查欧盟统计局将于12月公布有关RFID技术使用的统计数据。对采用物联网有关技术的检测将会提高其信息的透明度，并能够评定这些技术对经济和社会的影响以及欧盟政策的有效性。行动14：评定进展程度欧盟委员会将使用第七框架计划来指导这项工作，具体而言就是召集欧洲利益攸关者并且确保与世界其它地区定时对话和分享最佳实践。日本其实日本早在就提出了e-Japan（electronic-Japan）战略去推动高度信息化社会的建设，在宽带化，信息基础设施建设及信息技术的应用普及等方面均获得了超乎预期的进展。3月，日本政府召开了“实现泛在网络社会政策”座谈会。同年5月，“u-Japan”（ubiquitous-Japan）战略正式诞生，u-Japan由日本信息通信产业的主管机关总务省提出，即物联网（泛在网）战略。目的是到把日本建成一种充满朝气的国家，使全部的日本人，涉及小朋友和残疾人，都能主动地参加日本社会的活动。通过无所不在的物联网，创立一种新的信息社会。韩国韩国RFID技术已与被采用为国际原则，国内上下已经开始了射频设备的布署。10月13日，韩国通过了《物联网基础设施构建基本规划》，将物联网市场拟定为新增加的动力，计划在之前发明50万亿韩元的物联网产业规模。同时，韩国通信委员会也树立了到“通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造将来广播通信融合领域超一流ICT(InformationandCommunicationsTechnology)强国”的目的，并为实现这一目的，拟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四大领域、12项具体课题。“感知中国”[8][9]8月，温家宝总理在考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时强调了三项任务：一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加紧推动传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。“感知中国”的提出是物联网上升到我国战略层面的标志性事件。11月3日，温家宝总剪发表了题为“让科技引领中国可持续发展”的讲话，强调了“科学选择新兴战略性产业非常重要。选对了就能跨越发展，选错了将会贻误时机”。其中指出：要着力突破传感网、物联网核心技术，及早布署后IP时代有关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。11月26日，《人民日报》刊发了题为《物联网，让生活更美妙》的长篇访谈，以问答的形式专访了中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心主任刘海涛。刘海涛认为，物联网和传感网是同一种东西，从技术角度叫传感网，从顾客和产业角度又叫物联网。传感网是学名，物联网是俗名。物物互联的精髓是感知。感知涉及传感器的信号采集、协同解决、智能组网、甚至信息服务，以达成控制、指挥的目的，否则就没故意义。所谓“泛在网”，也就是无所不在的网络社会，涉及现在和将来的全部的网络的互联、互通和共融。“智慧地球”的核心，就是“更透彻的感知、更全方面的互联互通和更进一步的智能化”。“泛在网”也罢，“智慧地球”也好，其核心内容是物联网。在“物联网”这个全新产业中，我国的技术研发水平处在世界前列，含有重大的影响力。中科院早在１９９９年就启动了传感网研究，与其它国家相比含有同发优势。该院构成了２０００多人的团体，先后投入数亿元，在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机、移动基站等方面获得重大进展，现在已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界传感网领域，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际原则制订的主导国之一。年，中科院无锡高新微纳传感网工程中心的传感器产品在上海浦东国际机场和上海世博会被成功应用，首批价值１５００万元的传感安全防护设备销售成功，这套设备由１０万个微小的传感器构成，散布在墙头墙角墙面和周边道路上。传感器能根据声音、图像、震动频率等信息分析判断，爬上墙的终究是人还是猫狗等动物。多个传感手段构成一种协同系统后，能够避免人员的翻越、偷渡、恐怖攻击等攻击性入侵。年10月24日，在第四届中国民营科技公司博览会上，西安优势微电子公司宣布：中国的第一颗物联网的中国芯——“唐芯一号”芯片研制成功，中国已经攻克了物联网的核心技术。唐芯一号芯片是一颗2.4G超低功耗射频可编程片上系统PSoC，能够满足多个条件下无线传感网、无线个域网、有源RFID等物联网应用的特殊需要，为我国的物联网产业的发展奠定了基础。业内专家表达，掌握“物联网”的世界话语权，不仅仅体现在技术领先，更在于我国是世界上少数能实现产业化的国家之一。这使我国在信息技术领域迎头赶上甚至占领产业价值链的高端成为可能。“与计算机、互联网产业不同，中国在‘物联网’领域享有国际话语权！”中科院上海微系统与信息技术研究所副所长、中科院无锡高新微纳传感网工程中心主任刘海涛自豪地说。物联网的构造[25]物联网本身的构造复杂，重要涉及三大部分：首先是感知层，承当信息的采集，能够应用的技术涉及智能卡、RFID电子标签、识别码、传感器等：另首先是网络层，承当信息的传输，借用现有的无线网、移动网、固网、互联网、广电网等即可实现；第三是应用层，实现物与物之间，人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s13物联网的技术体系框架物联网的应用(1)智能家居智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体，将多个家庭设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等)通过智能家庭网络联网实现自动化，通过宽带、固话和3G无线网络，能够实现对家庭设备的远程操控。与普通家居相比，智能家居不仅提供舒适宜人且高端的家庭生活空间，实现更智能的家庭安防系统;还将家居环境由原来的被动静止构造转变为含有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功效。(2)智能医疗智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备，对家中病人或老人的生理指标进行自测，并将生成的生理指标数据通过固定网络或3G无线网络传送到护理人或有关医疗单位。(3)智能都市智能都市产品涉及对都市的数字化管理和都市安全的统一监控。前者运用"数字都市"理论，基于3S(地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、遥感系统RS)等核心技术，进一步开发和应用空间信息资源，建设服务于都市规划、都市建设和管理，服务于政府、公司、公众，服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和信息系统。(4)智能环保智能环保产品通过对实施地表水水质的自动监测，能够实现水质的实时持续监测和远程监控，及时掌握重要流域重点断面水体的水质状况，预警预报重大或流域性水质污染事故，解决跨行政区域的水污染事故纠纷，监督总量控制制度贯彻状况。太湖环境监控项目，通过安装在环太湖地区的各个监控的环保和监控传感器，将太湖的水文、水质等环境状态提供应环保部门，实时监控太湖流域水质等状况，并通过互联网将监测点的数据报送至有关管理部门。(5)智能交通智能交通系统涉及公交行业无线视频监控平台、智能公交站台、电子票务、车管专家和公交手机一卡通五种业务。公交行业无线视频监控平台运用车载设备的无线视频监控和GPS定位功效，对公交运行状态进行实时监控。智能公交站台通过媒体公布中心与电子站牌的数据交互，实现公交调度信息数据的公布和多媒体数据的公布功效，还能够运用电子站牌实现广告公布等功效。电子门票是二维码应用于手机凭证业务的典型应用，从技术实现的角度，手机凭证业务就是手机凭证，是以手机为平台、以手机身后的移动网络为媒介，通过特定的技术实现完毕凭证功效。车管专家运用全球卫星定位技术(GPS)、无线通信技术(CDMA)、地理信息系统技术(GIS)、中国电信3G等高新技术，将车辆的位置与速度，车内外的图像、视频等各类媒体信息及其它车辆参数等进行实时管理，有效满足顾客对车辆管理的各类需求。公交手机一卡通将手机终端作为都市公交翼卡通的介质，除完毕公交刷卡功效外，还能够实现小额支付、空中充值等功效。测速E通通过将车辆测速系统、高清电子警察系统的车辆信息实时接入车辆管控平台，同时结合交警业务需求，基于GIS地理信息系统通过3G无线通信模块实现报警信息的智能、无线公布，从而快速处置违法、违规车辆。(6)智能司法智能司法是一种集监控、管理、定位、矫正于一身的管理系统。能够协助各地各级司法机构减少刑罚成本、提高刑罚效率。(7)智能农业智能农业产品通过实时采集温室内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、CO₂浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数，自动启动或者关闭指定设备。能够根据顾客需求，随时进行解决，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学根据。通过模块采集温度传感器等信号，经由无线信号收发模块传输数据，实现对大棚温湿度的远程控制。智能农业产品还涉及智能粮库系统，该系统通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察，统计现场状况以确保量粮库内的温湿度平衡。(8)智能物流智能物流打造了集信息呈现、电子商务、物流配载、仓储管理、金融质押、园区安保、海关保税等功效为一体的物流园区综合信息服务平台。信息服务平台以功效集成、效能综合为重要开发理念，以电子商务、网上交易为重要交易形式，建设了高原则、高端的综合信息服务平台，并为金融质押、园区安保、海关保税等功效预留了接口，可觉得园区客户及管理人员提供一站式综合信息服务。(9)智能校园校园手机一卡通和金色校园业务，增进了校园的信息化和智能化。校园手机一卡通重要实现功效涉及：电子钱包、身份识别和银行圈存。电子钱包即通过手机刷卡实现重要校内消费;身份识别涉及门禁、考勤、图书借阅、会议签到等，银行圈存即实现银行卡到手机的转账充值、余额查询。现在校园手机一卡通的建设，除了满足普通一卡通功效外，还实现了借助手机终端实现空中圈存、短信互动等应用。无线传感器网络无线传感器网络的定义定义1此概念最早由美国军方提出，来源于1978年美国国防部高级研究计划局资助卡耐基——梅隆大学进行分布式传感器网络的研究项目。具体定义是：无线传感器网络由若干含有无线通信能力的传感器节点自组织构成的网络。在当时缺少互联网技术、多个接入网络以及智能计算技术的条件下，此概念局限于由节点构成的自组织网络。定义22月，ITU-T发表了《泛在传感器网络(UbiquitousSensorNetworks)》研究报告。在报告中，ITU-T指出传感器网络已经向泛在传感器网络的方向发展，它是由智能传感器节点构成的网络，能够以“任何地点、任何时间、任何人、任何物”的形式被布署。该技术能够在广泛的领域中推动新的应用和服务，从安全保卫和环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。从以上定义可见，传感器网络已被视为物联网的重要构成部分。如果将智能传感器的范畴扩展到RFID等其它数据采集技术，从技术构成和应用领域来看，泛在传感器网络等同于现在我们提到的物联网。ITU—T将泛在传感器网络自下而上分为底层传感器网络、泛在传感器网络接入网络、泛在传感器网络基础骨干网络、泛在传感器网络中间件、泛在传感器网络应用平台等5个层次。底层传感器网络由传感器、执行器、RFID等多个信息设备构成，负责对物理世界的感知与反馈。泛在传感器网络接入网络实现底层传感器网络与上层基础骨干网络的连接，由网关、sink节点等构成。泛在传感器网络基础骨干网络基于互联网、NGN构建。泛在传感器网络中间件解决、存储传感数据并以服务的形式提供对各类传感数据的访问。泛在传感器网络应用半台实现各类传感器网络应用的技术支撑平台。定义3我国信息技术原则化技术委员会所属传感器网络原则工作组9月的工作文献对无线传感器网络的定义是：传感器网络以对物理世界的数据采集和信息解决为重要任务，以网络为信息传递载体，实现物与物、物与人之间的信息交互。提供信息服务的智能网络信息系统。定义4我国工业和信息化部和江苏省联合向国务院上报的《有关支持无锡建设同家传感网创新示范区(国家传感信息中心)状况的报告》中给出的定义是：传感网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全方面互联的网络。其突出特性是通过传感器等方式获取物理世界的多个信息。结合互联网、移动通信网等进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析解决，从而提高对物质世界的感知能力．实现智能化的决策和控制。“传感网”这一名词最早是出自于业界专家对于无线传感器网络的简称，即定义1的中文简称。随着物物互联有关概念的关注度不停提高，而逐步演进为定义4所描述的内容。无线传感器网络的构造传感器网络普通涉及传感器节点（SensorNode）、汇聚节点（SinkNode）和管理节点。大量传感器节点随机布署在监测区域内部或附近，它们之间通过自组织方式构成网络。无线传感器网络体系构造如图2-1和图2-2所示。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s11无线传感器网络同构型构造[20]图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s12无线传感器网络异构型构造[20]传感器节点的硬件构成普通包含四个部分：传感器单元（感知模块）、嵌入式解决器（解决模块）、通信单元（收发模块）和能量供应单元（供电模块），其功效模块如图2-3所示。感知模块负责对监测区域内信息的采集和数据转换；解决模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和解决本身采集的数据以及其它节点发来的数据；收发模块负责与其它传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s13传感器节点的构成构造无线传感器网络的技术体系原理功效角度分类传感器技术无线通信与组网技术无线通信及组网技术是现在无线传感网网络的一种重点研究领域，重要核心技术涉及无线传感器网络组网构造、低速率和低功耗物理层通信技术、节能高效的MAC合同、节能高效的路由合同、网络拓扑控制技术等。分布式数据融合技术数据聚合时现在无线传感器网络的一种研究热点，重要核心技术设计数据聚合解决、数据聚合构造、数据聚合时机选择等方面的有关技术问题。数据管理技术现在，国外典型的无线传感器网络数据管理系统实例涉及美国加州大学伯克利分校（UCBerkeley）的TinyDB系统和康奈尔大学的Cougar系统。节点定位技术现在的算法大都在能耗、成本和精度上做了折中考虑。由于应用环境间的巨大差别，没有普遍适合于多个应用的定位算法，因此需要综合考虑实际应用环境因素（如节点规模、成本及定位精度规定）来设计最适宜的定位算法。时间同时技术工程实现角度分类无线传感器网络节点硬件制造技术微机电系统（MEMS）技术代表了传感器节点硬件制造技术的发展方向。嵌入式软件开发技术节点供电技术节点及网络的能量有效性设计技术网络运行与应用角度分类网络布设与休眠调度技术无线传感器网络广域互联技术实现无线传感器网络与IP网络的互联与融合是现在研究的一种重点。结合具体行业的无线传感器网络应用技术无线传感器网络的发展及研究现状发展概况无线传感器刚络的发展最初能够追溯到1978年由DAR以在宾西法尼亚州匹兹堡的卡内基——梅隆大学(Carnegie-MelIonUniversityinPittsburgh，Pennsylvania)主办的分布式传感器网络工作组(DistributedSensorNetsworkshop)。由于军事防御系统的需求开始对传感器网络的通信与计算间的权衡进行研究，涉及传感器网络在普适计算(UbiquitousComputing)环境下的应用。美国军方对这些需求也高度重视，从20世纪90年代开始了一系列的项目研究，如由DARPA资助的开始于1995年的低功耗无线基础微传感器项目(Low-powerWirelessIntegratedMicrosen-sors，LWIM)。1993年开始的无线集成网络传感器(WirelessIntegratedNetworkSensors，WINS)项目，由美国加州大学洛杉矶分校(UniversityofCaliforniaatLoSAngeles，UCLA)和罗克维尔自动化中心共同开发，并于1998年与Sensoria公司一起合作商业化。该项目涵盖了几乎无线传感器网络设计的各个方面，涉及MEMS传感器、通信芯片的电路级设计、信号解决体系，组网通信合同设计和传感检测的基础理论研究。1996年开始的由MIT(MassachusettsInstituteofTechnology)承当的uAMPS(micro-AdaptiveMulti-domainPowerawareSensors)项目致力于开发一种完整的面对低功耗需求的无线传感器网络系统。uAMPS的研究，产生了无线传感器网络中一种重要的合同，叫低能耗自适应集群分层合同(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy，LEACH)。1998年由UCBerkeley（美国加州大学伯克利分校）、UCLA（美国加州大学洛杉矶分校）、MIT、哈佛在内的25个研究机构共同承当开展的致力于研究大规模分布式军事传感系统的无线专用网络的SensIT(SensorInformationTechnology)项目，涉及29个子项目。SensIT将建立物理世界与电脑空间的连接。现今的信息系统是基于人类的输入或计算机产生的数据的，而将来的系统将建立在现实世界的物理数据。SensIT项目建立在包含多个传感器、嵌入式解决器、含有定位和无线通信能力的价廉、普遍的平台基础上，首要任务是为网络化微传感器开发全部需要的软件。UCBerkeley的JanM．Rabaey于1999年开始了PicoRadio项目，研究自约束的中档规模的含有低成本、低功耗节点的无线专用网络。PicoRadio的物理层采用直接序列扩频技术，MAC结合采用扩频技术和CSMA机制。UCBerkeley负责的SmartDust项目于完毕，研制出体积不超出一立方毫米、使用太阳能电池供电、含有光通信能力、可悬浮在空中的自治传感器节点。SmartDust目的是在战场上抛撒数千个微小的无线传感器，用于监控敌人的活动状况，而不让敌方察觉，通过自组织成无线传感器网络，“智能尘埃”将对有关原始数据进行过滤，把重要的信息发送给中央司令部。“智能尘埃”含有网络化的微型传感器体积小、功耗低、自组织、无线通讯的特性。Seaweb项目旨在建立用于海洋学的水声网(UnderwaterAcousticNetworks)。水声网的低功耗、低数据吞吐量、大覆盖范畴、高数据时延容忍等特性都与无线传感器网络相似。纵观无线传感器网络发展的历程，我们认为能够把它分为三个阶段。第一阶段重要致力于小型化、低功耗、低成本的传感器节点以及对应操作系统的开发和研制,出现了众多的传感器节点和研究平台。代表性的节点有UCLA和Rockwell自动化中心研制的WINS节点，MIT研制的uAMPS节点，UCBerkeley的SmartDust节点和UCBerkeley的Motes节点等。在这些平台中，Motes硬件平台及其配套的TinyOS操作系统应用最为广泛，为全球400多家研究机构所采用。第二阶段重要致力于对无线传感器网络作为通信网络的特性进行研究，特别是通信合同的设计和实现。即使在第一阶段也有与网络通信合同有关的研究和设计，但在第一阶段中的研究重要是将原有Adhoc网络中的有关合同(如802.n等)进行改善，增加对能耗有效性的支持。而在第二阶段中，研究学者们设计提出了许多适应无线传感器网络特点的网络通信合同，特别是数据链路层的MAC合同和网络层的路由合同。在这一阶段出现了一批满足无线传感器网络应用的，以数据为中心的(Data-centric)路由合同、分层(Hierarchical)路由合同、基于位置的(Location-based)路由合同、基于网络流的(Networkflowbased)的路由合同等第三阶段侧重于对无线传感器网络的群体智能行为的研究，能够分为传感器网络的支撑技术和应用技术。无线传感器网络的支撑技术涉及节点布署、节点本身定位、网络节点同时、网络覆盖、数据聚合、数据压缩和数据查询等。无线传感器网络的应用技术涉及环境监测、目的分类、目的定位和目的跟踪。含有群体智能的自主自治系统的行为实现和控制是自动控制和人工智能领域的前沿研究内容。现在这方面的研究刚刚起步，还没有相对较为系统的描述和方案设计。普通认为，现在无线传感器网络方面的研究处在第二和第三阶段。[20]相对来说，国内传感器网络系统方面的研究起步较晚，近两年才受到广泛关注．“传感器网络系统”的基础软件及数据管理核心技术的研究已被列为国家自然科学基金委员会、信息科学部与微软亚洲研究院正式订立的第二期联合资助项目之一，国家“十五”科技攻关项目把传感器网络列为重大研究项目．中科院计算技术研究所、中科院自动化所、中科院软件所、清华大学，北京交通大学等研究单位及高校在无线传感器网络方面也进行了大量的工作，重要从事通信合同的分层和网络节点的设计、无线通信合同栈、同时和定位中间件、数据融合、低功耗与高安全性设计、网络管理、质量确保技术以及特定行业的应用研究。国内也有越来越多的企事业开始关注传感器网络技术的发展，宁波中科、北京鑫诺金传感与控制技术有限公司、成都无线龙科技等公司也开始推出针对无线传感器网络及ZIGBEE的解决方案，以及面对一定产业应用的系统方案。[23]国内传感器网络硬件节点研究现状[24]南京邮电大学无线传感器网络系列节点UbiCellUbiCell系列节点集成了传感器，微解决器，无线收发器等多个嵌入式芯片，拥有信息采集，信号解决，数据传输和实时监控等多个功效。UbiCell无线医疗传感器节点UbiCell医疗节点，可实现高精度的脉搏、血氧、体温等人体生理指标的监测。无线多媒体传感器网络节点UbiCell-MUbiCell-MUbiCell-MUbiCell-M节点拥有30万像素和60FPS的图像采集与解决能力，足以满足网络监测与识别的应用需求。中国科学院计算技术研究所的GAINS系列节点中国科学院计算技术研究所深联科技研发的GAINSJ、GAINZ等系列传感器节点，其基于ZigBee无线通信合同栈，实现多个网络拓扑：星型、成簇、网状网等，顾客能够根据合同栈提供的API设计自己的应用，构成更复杂的网络。香港科技大学的无线传感器网络节点香港科技大学基于Telos-B的平台建了一种低功耗的无线传感器网络节点。节点基于IEEE802.15.4无线收发器芯片的下一代超低功耗、高传输率、无线传感网络应用程序的Telos平台，含有完善的板上内置天线，传输距离较长。该节点现在重要用于智能车的研究中。国内无线传感器网络软件研究现状[24]除了在无线传感器硬件设备方面的进展，国内现在在无线传感器网络的软件方面也获得了对应的突破，在基于国外的操作系统之上，开发自己的中间件软件。如南京邮电大学无线传感器网络研究中心开发的基于移动代理的无线传感器网络中间件平台，它实现了对MantisOS，TinyOS和SOS多操作系统的支持，屏蔽了不同操作系统的差别性，同时扩大了硬件节点的选择范畴。对外提供便捷的接口，使顾客无需理解底层细节，极大的减少了无线传感器网络应用开发的难度。深联科技开发的无线传感器网络开发套件，提供了功效齐全的硬件开发平台，和自主开发的无线通信合同栈。国内研究机构在理论研究方面，如对无线传感器网络网络合同、算法、体系构造等方面，提出了许多含有创新性的想法与理论。在这方面，国内的南京邮电大学、哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学、北京邮电大学等都获得了某些有关的理论研究成果。现在国内比较成功的无线传感器网络软件产品涉及：南京邮电大学的无线传感器网络中间件软件DisWareDisWare是基于移动代理的无线传感器网络中间件平台，它实现了对MantisOS和TinyOS多操作系统的支持，同时扩大了硬件节点的选择范畴。南京邮电大学的无线传感器网络集成开发平台MeshIDEMeshIDEMeshIDEMeshIDE是一种可视化编程、应用程序融合于一体的无线传感器网络集成开发平台。作为顾客的可视化开发工具，实现可视化烧制、管理和控制。中国科学院宁波计算所的无线传感器网络分析与管理平台该平台针对无线传感器网络的合同、功耗、数据解决和分布式计算等诸多方面，开展定量的分析和管理，并提供图形化界面。现阶段研究热点[26]通信合同方面涉及物理层合同，研究传感器网络采用的传输媒体、频段选择及调制方式；数据链路层合同；网络层合同（重要指路由合同；平面路由合同等）。传感器网络管理在传感器网络管理方面，重要的研究热点是能量管理，数据传送所带来的能耗最大，研究休眠、唤醒，以及采用发送功率低的RF等。控制节点对能量的使用，在各层上都可使用，如操作系统、物理层、链路层、路由合同等内容。安全管理涉及传统的无线电电磁干扰方式和对路由机制进行攻击。侵入节点发送误警数据，侵入节点致使网络的某些节点和某些网段互发大量的无用数据，使能量很快耗尽，传感器网络分立，形成监测黑洞，无法完毕正常监测工作。在研究中，能够探索采用扩频通信、传感器节点接入认证、鉴权、数据水印和数据加密等技术提高网络的安全性。数据查询管理COUGAR系统能测试感知数据查询技术性能，提出了在传感器网络上计算聚集函数的容错和可扩展算法，并探索了把传感器网络表达为数据库的思想，探讨了如何把分布式查询解决技术应用于感知数据查询的解决。在加州大学伯克利分校，研究人员研究了传感器网络的数据查询技术，提出了实现可动态调节的持续查询的解决办法和管理传感器网络上多查询的办法，应用数据库技术实现了传感器网络上的数据聚集函数，提出了在低能源、分布式无线传感器网络环境下实现聚集函数的办法，并研制了一种感知数据库系统TinyDB。南加州大学研究了传感器网络上的聚集函数的计算办法，提出了节省能源的计算聚集的树构造算法，并通过实验证明了无线通信机制对聚集计算的性能有很大的影响。应用支撑技术应用支撑技术研究涉及节点定位、时间同时技术及顾客应用接口。节点定位节点定位技术在无线传感器网络体系中占有重要地位。拟定事件发生的位置或获取消息的节点位置是传感器网络最基本的功效之一，对传感器网络应用的有效性起着核心的作用。时间同时传感器网络的通信合同和应用规定各节点的时钟必须保持同时。传感器网络时钟同时的目的是在满足一定精度的状况下如何减少算法复杂性，从而减少电能的消耗，需要在精确性和能量高效之间进行权衡和折衷。顾客应用接口顾客应用接口涉及分布式网络服务接口和分布式网络管理接口。为适应不同环境，人们对分布式网络服务接口提出了多个应用层合同，如TAIYFP和SQDDP合同等。分布式网络管理接口重要是传感器管理合同SMP，把数据传输到应用层。[21]无线传感器网络的特点传感器网络的重要特点有[4]：(1)大规模网络为了获取精确信息，在监测区域普通布署大量传感器节点，传感器节点数量可能达成成千上万，甚至更多。传感器网络的大规模性涉及两方面的含义：首先是传感器节点分布在很大的地理区域内，如在无人的野外采用传感器网络进行环境监测，需要布署大量的传感器节点；另首先，传感器节点布署很密集，在一种面积不是很大的空间内，密集布署了大量的传感器节点。传感器网络的大规模性含有以下优点：通过不同空间视角获得的信息含有更大的信噪比；通过分布式解决大量的采集信息能够提高监测的精确度，减少对单个节点传感器的精度规定；大量冗余节点的存在，使得系统含有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。(2)自组织网络在传感器网络应用中，普通状况下传感器节点被放置在没有基础设施的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的互相邻居关系预先也不懂得，如通过飞机播撒大量传感器节点到面积广阔的野外，或随意放置到人不可达成或危险的区域。这样就规定传感器节点含有自组织的能力，能够自动进行配备和管理，通过拓扑控制机制和网络合同自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。(3)动态性网络传感器网络的拓扑构造可能由于下列因素而变化：①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效；②为了弥补失效节点或者增加监测精度而补充的新节点；③环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；④传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能含有移动性。这就规定传感器网络系统能够适应这种网络拓扑构造的动态变化。无线传感器网络的应用传感器网络研究最早来源于军事领域，实验系统有海洋声纳监测的大规模传感器网络，也有监测地面物体的小型传感器网络。当代传感器网络应用中，通过飞机撒播、特种炮弹发射等手段，能够将大量便宜的传感器密集地撒布于人员不便于达成的观察区域，如敌方阵地内，收集到有用的微观数据；在一部分传感器由于遭破坏等因素失效时，传感器网络作为整体仍能完毕观察任务。无线传感器网络能够包含大量的由震动、(地)磁、热量、视觉、红外、声音和雷达等多个不同类型传感器构成的网络节点，能够用于监控温度、湿度、压力、土壤类别、噪声、机械应力等多个环境条件。传感器节点能够完毕持续的监测、目的发现、位置识别和执行器的本地控制等任务。无线传感器网络是一种“无处不在”的传感技术，它使顾客能够更加进一步地理解和把握周边世界。无线传感器网络的随机布设、自组织、环境适应等特点使其在军事、环境、医疗、家庭和其它的商用领域有广阔的应用前景和很高的应用价值。固然，在空间探索和灾难拯救等特殊领域，传感器网络也有其得天独厚的技术优势。1)军事应用在军事领域，由于传感器网络含有快速布设、自组织和容错等特性，它将会成为C4ISRT系统不可或缺的一部分。C4ISRT系统是含有指挥command、控制control、通信communications、电脑computing、情报intelligence、监视surveillance、侦察reconnaissance、目的任务targeting（C4ISRT）综合功效的侦察机。C4ISRT的目的是运用先进的高科技技术，为将来的当代化战争设计一种集命令、控制、通信、计算、情报、监视、侦查和定位于一体的战场指挥系统。由于无线传感器网络是由密集型、低成本、随机分布的节点构成的，自组织性和容错能力使其不会由于某些节点在恶意攻击中的损坏而造成整个系统的崩溃。这一点是传统的传感器技术所无法比拟的，也正是这一点，使无线传感器网络非常合用于恶劣的战场环境中，涉及监控我军兵力、装备和物资，监视冲突区，侦查敌方地形和布防，定位攻击目的，评定损失，侦查和探测核、生物和化学攻击。2)环境应用现在，传感器网络的应用已由军事领域扩展到其它许多领域，由于它能够完毕传统系统无法完毕的任务，环境监测就是其中之一。传感器网络的环境应用涉及：对鸟类、昆虫等小动物的跟踪，对影响农作物、牲畜的环境条件的监测，为大范畴的地球探测提供生化监测手段。其它的环境应用涉及精细农业、海洋、陆地、大气环境中的生物探测，森林火灾监测，环境的生物复杂性勘测，洪水监测等。3)医疗应用传感器网络为将来的远程医疗提供了更加方便、快捷的技术实现手段。其医疗应用涉及：患者的综合监测、诊疗，医院的药品管理，对人类生理数据的无线监测，在医院中对医护人员和患者进行追踪和监控。传感器网络在医疗领域也有某些成功实例，例如SSIM(smartsensorsandinte—gratedmicrosystems)以及芬兰技术人员设计的可穿戴式无线传感器系统等，但是推广这种想法前，还需要突破许多技术瓶颈。4)空间探索探索外部星球始终是人类梦寐以求的抱负，借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面长时间的监测，应当是一种经济可行的方案。NASA(美国国家航空与航天局)的JPL(JetPropulsionLaboratory)实验室研制的SensorsWebs就是为将来的火星探测进行技术准备的，已在佛罗里达宇航中心周边的环境监测项目中进行测试和进一步完善。5)商务应用自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点，这些特点决定了传感器网络在商业领域也会有不少的机会。传感器网络的某些商务应用涉及：在构造监测应用中监测物质疲劳程度、构建虚拟键盘、清单管理、产品质量检测、构建智能办公室、自动化制造环境中的机器人控制与引导、互动玩具、互动博物馆、工厂的过程控制与自动化、灾区监测、智能楼宇、设备诊疗、执行器的本地控制、车辆防盗系统、车辆的追踪与监控等。[13]物联网与传感器网络的区别和联系按照国际电信联盟(ITU)的定义[15]，物联网重要解决物品到物品(ThingtoThing，T2T)，人到物品(HumantoThing，H2T)，人到人(HumantoHuman，H2H)之间的互连。这里与传统互联网不同的是，H2T是指人运用通用装置与物品之间的连接，H2H是指人之间不依赖于个人电脑而进行的互连。物联网解决的是传统意义上的互联网没有考虑的、对于任何物品连接的问题。按照国内权威学术期刊在时的定义[5]，无线传感器网络是一种“随机分布的集成有传感器、数据解决单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络”，它能够“借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号”，并且“传感器网络有着与传统网络明显不同的技术规定，前者以数据为中心，后者以传输数据为目的”。因此，无线传感器网络并没有赋予T2T(ThingtoThing，T2T)的连接能力，更不含有与物理系统连接并且控制物理系统的能力。能够认为，无线传感器网络仅仅是采集和传递数据，并没有涉及到物联网中的核心控制技术。因此，当时定义的无线传感器网络并不是物联网，但是无线传感器网络的有关技术在一定程度上可能支撑物联网的开发。[12]但是，国防工业出版社出版的《无线传感器网络理论、技术与实现》一书[22]中提到，“许多无线传感器网络节点除集成有传感器外，还可能集成有执行器（Actuator）。控制功效的存在拓展了无线传感器网络的概念，某些研究者将同时兼具这两种功效的网络称为无线传感器和执行器网络（WSAN）。本书仍将侧类网络称为无线传感器网络，即使它们也可能包含有控制功效。”物联网的核心是RFID。RFID和传感器含有不同的技