物联网应用论文

1、物联网论文 姓名：汪千飞班级：国贸111班 学号：2403110018 摘要:近几年来物联网技术受到了人们的广泛关注。本文介绍了物联网技术的研究背景，传感网的原理、应用、技术，无锡是首个国家传感网信息中心。以最具代表性的基于RFID的物联网应用架构、基于传感网络的物联网应用架构、基于M2M的物联网应用架构为例,对物联网的网络体系与服务体系进行了阐述;分析了物联网研究中的关键技术,包括RFID技术、传感器网络与检测技术、智能技术和纳米技术;关键词：物联网 RFID 传感网 M2M 物联网的原理物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Inte

2、rnet of Things”。在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。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，进而通过开放新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。“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，而令一方面是数据

3、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。应用与技术物联网可以以以电子标签和EPC（Electronic Product Code,产品电子代码）码为基础，建立在计算机互联网基础上形成实物互联网络，其宗旨是实现全球物品信息的实时共享和互通。物联网的系统结构由信息采集系统、PML信息服务器、产品命名服务器(ONS)和应用管理系统四部分组成。它们的功能如下：信息采集系统。信息采集系统包括产品电子标签、读写器、驻留有信息采集软件

4、的上位机组成，主要完成产品的识别和产品EPC码的采集和处理。存储有EPC码的电子标签在经过读写器的感应区域时，产品EPC码会自动被读写器捕获，从而实现自动化EPC信息采集，采集的数据将交由上位机信息采集软件进行进一步的处理，如数据校对、数据过滤、数据完整性检查等，这些经过整理的数据可以为上层应用管理系统使用。PML信息服务器。PML(Physical Markup Language，实体描述语言)信息服务器由产品生产商建立并维护，他们根据事先 规定的原则对产品进行编码，并利用标准的XML对产品的详细信息进行描述。PML服务器在物联网中的作用在于以通用的格式提供对产品原始信息的描述，便于其他节点

5、的访问。产品命名服务器(ONS)。产品命名服务器ONS (Object Name Service)在各信息采集节点与PML信息服务器之间建立联系，实现从产品EPC码到产品PML描述信息之间的映射。应用管理系统。应用管理系统通过和信息采集软件(如 Savant)之间的接口获取产品EPC信息，并通过ONS找到产品的PML信息服务器，从而获取产品详细信息 以实现诸如入库管理、产品路径跟踪等应用功能。物联网通过Internet信息世界 的互联实现物理世界任何产品的互联，实现在任何地方、任何时间可识别任何产品，使产品成为附有动态信息的“智能产品”，并使产品信息流和物流完全同步，从而为产品信息共享提供了一

6、个高效、快捷的网络平台。信息安全物联网的安全和互联网的安全问题一样，永远都会是一个被广泛关注的话题。由于物联网连接和处理的对象主要是机器或物以及相关的数据，其“所有权”特性导致物联网信息安全要求比以处理“文本”为主的互联网要高，对“隐私权”(Privacy)保护的要求也更高（如ITU物联网报告中指出的），此外还有可信度(Trust)问题，包括“防伪”和DoS（Denial of Services）（即用伪造的末端冒充替换（eavesdropping等手段）侵入系统，造成真正的末端无法使用等），由此有很多人呼吁要特别关注物联网的安全问题。 物联网系统的安全和一般IT系统的安全基本一样，主要有8个

7、尺度： 读取控制，隐私保护，用户认证，不可抵赖性，数据保密性，通讯层安全，数据完整性，随时可用性。 前4项主要处在物联网DCM三层架构的应用层，后4项主要位于传输层和感知层。其中“隐私权”和“可信度”（数据完整性和保密性）问题在物联网体系中尤其受关注。如果我们从物联网系统体系架构的各个层面仔细分析，我们会发现现有的安全体系基本上可以满足物联网应用的需求，尤其在其初级和中级发展阶段。 物联网应用的特有（比一般IT系统更易受侵扰）的安全问题有如下几种： 1. Skimming：在末端设备或RFID持卡人不知情的情况下，信息被读取 2. Eavesdropping: 在一个通讯通道的中间，信息被中途

8、截取 3. Spoofing：伪造复制设备数据，冒名输入到系统中 4. Cloning: 克隆末端设备，冒名顶替 5. Killing:损坏或盗走末端设备 6. Jamming: 伪造数据造成设备阻塞不可用 7. Shielding: 用机械手段屏蔽电信号让末端无法连接 主要针对上述问题，物联网发展的中、高级阶段面临如下五大特有（在一般IT安全问题之上）的信息安全挑战： 1. 4大类（有线长、短距离和无线长、短距离）网路相互连接组成的异构（heterogeneous）、多级(multi-hop)、分布式网络导致统一的安全体系难以实现“桥接”和过度 2. 设备大小不一，存储和处理能力的不一致导致

9、安全信息（如PKI Credentials等）的传递和处理难以统一 3. 设备可能无人值守，丢失，处于运动状态，连接可能时断时续，可信度差，种种这些因素增加了信息安全系统设计和实施的复杂度 4. 在保证一个智能物件要被数量庞大，甚至未知的其他设备识别和接受的同时，又要同时保证其信息传递的安全性和隐私权 5. 多租户单一Instance服务器SaaS模式对安全框架的设计提出了更高的要求 对于上述问题的研究和产品开发，目前国内外都还处于起步阶段，在WSN和RFID领域有一些针对性的研发工作，统一标准的物联网安全体系的问题目前还没提上议事日程，比物联网统一数据标准的问题更滞后。这两个标准密切相关，甚

10、至合并到一起统筹考虑，其重要性不言而喻。 中国技术中国的 技术研发水平 处于 世界前列，具有 重大的 影响力 中科院 1999年 就启动了 传感网研究，与 其它国家 相比 具有 同发优势 该院 组成了 2000多人 的 团队，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 取得 重大进展 目前 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 国际标准 制定的 主导国 之一 技术产业掌握“物联网”的世界话语权，不仅 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

11、 研发核心中科院 无锡微纳传感网 工程技术 研发中心 (无锡传感网中心) 是 国内 研究 物联网 的 核心单位 09.8.7 温总理 调研无锡时，对该中心 高度关注，提出 把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法 温家宝指出：在 传感网发展中 早一点 谋划未来 - 早一点攻破核心技术 在国家 重大科技专项中，加快推进传感网发展，尽快建立 中国的传感信息中心-感知中国中心 江苏省委省政府 落实 温总理指示，热情拥抱“物联网”，突出抓好 平台建设 和应用示范工作 迅速 形成 “研发 安全感” 与 “产业 突破” 的 “先发优势” 无锡作出部署：举全市之力抢占新1轮科技革命制高点-把无锡建成-传感技术

12、创新高地-人才高地-产业高地 如果软件是物联网的核心和灵魂，中间件（Middleware）就是这个灵魂的核心。中间件与操作系统和数据库并列作为三足鼎立的“基础软件”的理念经过多年的探讨已经被国内业界和政府主管部门认可，但在国内长期“重硬轻软”的大环境下，中间件产业并未受到足够的重视，或更确切地说可能是不知道如何抓。 除OS，数据库，和直接面向用户的客户端软件以外，凡是能批量生产，高度可复用的软件都可以算是中间件。中间件有很多种类，如通用中间件，嵌入式中间件，数字电视中间件，RFID中间件，和M2M物联网中间件等等，中间件无处不在。IBM, Oracle, 微软等软件巨头都是引领潮流的中间件生产

13、商。 SAP等大型（ERP）应用软件厂商的产品也是基于中间件架构。国内的用友，金蝶等软件厂商也都有中间件部门或分公司。在OS和数据库市场格局早已确定的情况下，中间件，尤其是面向行业的业务基础中间件，也许是各国软件产业发展唯一的机会。可以毫不夸张地说，能否做大做强中间件，是整个中国IT产业能否做大做强的关键。 物联网中间件处于物联网的集成服务器端和感知层、传输层的嵌入式设备中。 服务器端中间件称为物联网业务基础中间件，一般都是基于传统的中间件（应用服务器，ESB/MQ等）构建，加入设备连接和图形化组态展示等模块(如同方的ezM2M物联网业务中间件）。嵌入式中间件是一些支持不同通讯协议的模块和运行

14、环境。中间件的特点是它固化了很多通用功能，但在具体应用中多半需要“二次开发”来实现个性化的行业业务需求，因此所有物联网中间件都要提供快速开发（RAD）工具。 在物联网概念被大众理解和接受以后，大家早已发现，物联网并不是什么全新的东西，上万亿的末端“智能物件”和各种应用子系统早已经存在于工业和日常生活中。物联网产业发展的关键在于把现有的智能物件和子系统链接起来，实现应用的大集成（Grand Integration）和“管控营一体化”，为实现“高效、节能、安全、环保”的和谐社会服务，要做到这一点，软件（包括嵌入式软件）和中间件将作为核心和灵魂起至关重要的作用。这并不是说发展传感器等末端不重要，在大

15、集成工程中，系统变得更加智能化和网络化，反过来会对末端设备和传感器提出更高的要求，如此循环螺旋上升推动整个产业链的发展。 因此，要占领物联网制高点，软件和中间件的作用至关重要，应该得到国家层面决策和扶持政策的高度重视。 在包括物联网软件在内的软件领域，美国长期引领潮流，基本上垄断了世界市场，欧盟（世界级的软件厂商只有SAP一家在欧洲）早已看到了软件和中间件在物联网产业链中的重要性，从2005年开始资助了HYDRA项目，这是一个研发物联网中间件和“网络化嵌入式系统软件”的组织，已取得不少成果。目前在中国有很多传感器，传感网，RFID研究中心及产业（生产）基地，也有很多人呼吁建立物联网标准，唯独没

16、有物联网软件和中间件研发基地和组织，这种本末倒置的现象很让人担心。 如果我们的软件不够强，制定物联网标准也一定是纸上谈兵，物联网产业基地一定是低层次重复建设造成生产过剩，我们在物联网产业永远不会有话语权，更谈不上占领什么制高点。物联网的发展与市场培育从国际上看，欧盟、美国、日本等国都十分重视物联网的工作，并且已作了大量研究开发和应用工作。它的核心是利用信息通信技术(ICT)来改变未来产业发展模式和结构(金融、制造、消费和服务等)，改变政府、企业和人们的交互方式以提高效率、灵活性和响应速度。把ICT技术充分用到各行各业，把感应器嵌入到全球每个角落，例如电网、交通(铁路、公路、市内交通)等相关的物

17、体上。并利用网络和设备收集的大量数据通过云计算、数据仓库和人工智能技术作出分析给出解决方案。把人类智慧赋予万物，赋予地球。他们提出“智慧地球、物联网和云计算”就是美国要作为新一轮IT技术革命的领头羊的证明。在北京2009年11月全球物联网会议上，他们介绍了欧盟物联网行动计划(Internet of things -An action plan for Europe)其目的也是企图在“物联网”的发展上引领世界。在欧盟较为活跃的是各大运营商和设备制造商，他们推动了M2M(机器与机器)的技术和服务的发展。我国在“物联网”的启动和发展上与国际相比并不落后，我国中长期规划新一代宽带移动无线通信网中有重点

18、专项研究开发“传感器及其网络”，国内不少城市和省份已大量采用传感网解决电力、交通、公安、农渔业中的“M2M”等信息通信技术的服务。作为国家层面成立了传感器的网络标准工作组。而中国通信标准化协会也启动了基于互联网的物联网和基于电信网的物联网的相关标准和研究课题的申报工作。中国的几大电信运营商积极投入“物联网”的技术开发和应用的工作：物流信息化、公交视频化、校讯通、农村信息化、渔牧业监控、水文水质等。在温总理关于“感知中国”的讲话后我国“物联网”的研究、开发和应用工作进入了高潮，江苏省无锡市一马当先率先提出建立“感知中国”研究中心，中国科学院、运营商、知名大学云集无锡共同协力发展我国的物联网。感知

19、矿山：煤矿安全生产关系到人民群众的生命和财产安全，各级政府一贯重视煤矿安全生产问题，并采取一系列措施不断加强安全生产工作。由于煤炭生产系统复杂，工作场所黑暗狭窄，人员集中，采掘工作面随时移动，地质条件的变化会使移动的采掘工作面不断出现新情况和新问题，如不及时采取相应的有效措施，可能会导致重大灾害事故，这就给安全工作带来了困难。如何加强煤矿安全生产管理模式，实现管理的现代化、信息化成为煤矿企业关心的问题。基于矿区信息化和智能化的“感知矿山”就是物联网技术成功应用在煤炭行业很好的例证。“感知矿山”通过全面感知，对矿区的人(人员定位、无线通信)、设备(综合自动化)、环境(安全监控、矿压监控等)全面感

20、知，并通过高速网络实现全面覆盖，同时还具有直观形象的应用，通过3D GIS矿区全息展示，来全面感知矿山。“感知矿山”可用于煤矿(地面、井下)安全生产、煤炭行业综合信息化、税务局、煤炭局、县区煤炭产量监控，也可用于林业系统监控、电力系统高压开关监视和控制等多个场景，目前在全国有很多成功案例。“感知矿山”实施的重点是，所有与矿区安全、生产相关的感知层网络的接入。因为在矿区建设过程中，不同传感器的生产厂商不同，协议接口不统一，有些是早期建设项目，没有智能接口。全面接入传感网络，是全面“感知”矿山的基础。“感知矿山”不仅提高矿山的安全管理水平，更多的是涉及到生产，如利用信息技术、网络技术以及传感网络对

21、矿区煤运皮带、煤仓、洗煤厂、水仓、变电站等各个生产相关设备系统的感知和控制，在很大程度上提升了矿区的自动化生产能力，是“两化”融合的典范煤矿矿区综合信息化系统是将先进的自动控制、通信、计算机、信息和现代管理等技术相结合，将企业生产过程的控制、运行与管理作为一个整体，提供整体解决方案，以实现企业的优化运行、控制与管理，从而提高企业核心竞争力。综合自动化是煤矿实现高产高效的有效手段，对提高煤矿的生产运行状况、安全水平、事故灾害预测预报以及生产业务管理具有重要的作用。本方案就是针对目前煤矿的实际需求，推出高效、可靠、安全的自动化网络系统。本系统以矿井综合自动化信息平台为主体，采用矿用光纤工业以太环网

22、和工业现场总线等技术共同构建综合数字化信息传输平台。感知层设备由大量感知环境、机电、人员等的传感器构成，例如，风速、风量、温度、转速、振动、电压、电流、功率等传感器，甲烷、CO、CO2 、O2、锚杆压力、钻孔应力、顶板离层环境等传感器，跑偏、堆煤、烟雾、皮带打滑等传感器，煤仓料位计、水位计等传感器以及摄像机、RFID人员定位等。这些传感器在矿区地面、井下构建了一个庞大的传感网络层。网络层设备主要有铺设在地面、井下的吉比特光环网及网络交换机设备、光电转换设备、路由器、防火墙、服务器等，以及用来实现无线覆盖的PHS网络或Wi-Fi网络，共同构建了覆盖整个矿区的数据网络。应用层是矿区综合信息化系统，

23、包含矿区3D GIS系统、综合自动化系统、人员管理系统、视频监控系统、短信管理平台、矿区应急指挥系统、调度系统等。应用层软件提供各种通用的数据接口，在此之上，可以方便地将提升机监控系统、安全监控系统、矿井通信系统、应急救援通信系统、视频监控系统、井下调度无线通信系统、大巷运输系统、选煤厂计算机控制系统、主通风机监控系统、压风机监控系统、中央泵房监控系统、工业电视系统等进行无缝链接，最后经过工业以太网平台统一传输到应用层上进行统一的管理，如图1所示。真正实现矿井“采、掘、运、风、水、电、安全”等生产环节的信息化和自动化，从而优化生产和管理。感知交通：1）打的找车不再困难“越是着急越是打不到车”

24、是每个打车人都会遇到的难题，但是如今，无锡移动帮全市90%以上的出租车装上了智能定位管理系统，每辆车的位置都清晰地现实在中央平台上。市民只需一个电话就能叫来车。系统还有同事防盗报警、定位查车、轨迹回放、发布广告信息等多项功能。不仅保障了司机的安全，更大大方便了乘客。如果哪天你不小心把随身物品忘在了出租车上，而又不记得具体车牌号码了，别急，该平台的“查询历史车辆”功能将能帮你立刻查出相关的出租车车牌号。2)智能公交助力市民优先等公交车从不会像地铁般悠然自得，往往是我们“望眼欲穿”后，“拥挤不堪”的公交车才“姗姗来迟”，但是无锡移动助力打造的“智能公交”平台将能“感知”车辆位置、运行状况，并实现智能调度。它让车辆调度员足不出户就可以知道车辆行驶到什么位置了，车内是否出现过度拥挤，哪条线路需要增派车辆了。同时车辆行驶的信息也将及时显示在候车厅上，让等候的乘客不再焦急，甚至可通过手机查看车辆位置信息，踩准到站时间，将公交车变成您带司机的私家车，真正体现市民优先。感知健康：1)预约挂号远程会诊医疗行业是与人民生活密切相关的行业，无锡移动与我市各大医院积极打造的医患通系统，搭建起医患沟通的感知平台，实现论文手机预约挂号，较好地促进了“看病难、看病贵”等问题的改善和解决。“手机远程会诊”更极大地拉近了医患距离，无论医生专家出差、度假或远隔一方，