1、- 1 -物联网技术与综述08070434 潘东平 信管 2 班【摘要】自 09 年国务院将物联网提上议程，物联网引起了社会各界的普遍关注，也出现不少对物联网的研究和报道。本文意在对物联网的技术，起源，发展，应用前景误区及相关问题等做一些探讨和并做出个人的意见。【关键字】 物联网 物联网技术 应用前景 Abstract: Since 09 years the State Council will be on the agenda of the Internet of things, the Internet of things has aroused widespread concern in
2、 the community, but also a lot of research and reports on Internet of things. This article is intended for Internet of things technology, origin, development, application and some related problems to do some exploration and make personal observations.Key words: Content networking Content networking
3、technology Application prospect 引言从 00 年开始，对物联网的研究一直在不断的增多，到 09 年国务院将其提上议程之后，物联网的发展就引起了社会的广泛关注，物联网的研究也被注入了更多的关注和支持。但是，物联网到现在为止主要被关注的还是其巨大的经济利益，大部分人对物联网并没有一个较为清晰的认识和理性的判断。所以本文会对物联网的提出，技术，发展前景做一些探讨，而物联网其实存在着很多的问题，还有很多方面需要大家的关注和共同努力才能更好地发展。一、物联网的提出及发展（一）理念源自比尔盖茨物联网的理念最早出现于比尔盖茨 1995 年未来之路一书。1999 年，美国 Au
4、to-ID 首先提出“物联网”的概念，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。(二)物联网的定义和描述- 2 -物联网（Internet of Things）就是“物物相连的互联网” ，是将物品的信息（多种类型编码）通过射频识别(RFID)、传感器等信息采集设备，按约定的通信协议与互联网连接起来，使物品的信息实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网主要是通过传感器、RFID 等信息收集渠道收集信息，并通过网络传送，在 IT 系统等终端进行计算处理，并进行存储和根据已定的程序作出反应，来达到智能处理的效果。对于物联网其实也可以理解成互联网的扩
5、展，互联网产生后由静态终端推广到动态终端就产生了无线网，由 IT 终端推广到物体就产生了物联网。（三）物联网的发展1 主要发达国家的状况1.1 美国美国在物联网产业上的优势正在加强与扩大。国防部的“智能微尘”（SMART DUST） 、国家科学基金会的“全球网络研究环境” （GENI）等项目提升了美国的创新能力；由美国主导的 EPCglobal 标准在 RFID 领域中呼声最高；德州仪器（TI） 、英特尔、高通、IBM、微软在通信芯片及通信模块设计制造上全球领先；物联网已经开始在军事、工业、农业、环境监测、建筑、医疗、空间和海洋探索等领域投入应用。1.2 欧盟欧盟将信息通信技术（ICT）作为促
6、进欧盟从工业社会向知识型社会转型的主要工具，致力于推动 ICT 在欧盟经济、社会、生活各领域的应用，提升欧盟在全球的数字竞争力。欧盟在 RFID 和物联网方面进行了大量研究应用，通过FP6、FP7 框架下的 RFID 和物联网专项研究进行技术研发，通过竞争和创新框架项目下的 ICT 政策支持项目推动并开展应用试点。2009 年 9 月 15 日，欧盟发布欧盟物联网战略研究路线图 ，提出欧盟到 2010、2015、2020 三阶段物联网研发路线图，并提出物联网在航空航天、汽车、医药、能源等 18 个主要应用领域和识别、数据处理、物联网架构等 12 个方面需要突破的关键技术。1.3 日本日本是世界
7、上第一个提出“泛在” （源于拉丁语的 Ubiquitous，简称 U 网络，指无所不在的网络）战略的国家，2004 年日本政府在两期 E-Japan 战略目- 3 -标均提前完成的基础上，提出了“U-Japan”战略，其战略目标是实现无论何时、何地、何物、何人都可受益于 ICT 的社会。物联网包含在泛在网的概念之中，并服务于 U-Japan 及后续的信息化战略。通过这些战略，日本开始推广物联网在电网、远程监测、智能家居、汽车联网和灾难应对等方面的应用。2 中国在物联网方面的发展现状在无线传感领域的研究，中国早在上世纪 90 年代就已经开始，2004 年开始在军民两个领域展开标准化研究工作，20
8、09 年以来开始积极推进产业化。2009 年 8 月 7 日，国务院总理温家宝视察中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心，指示要迅速在无锡建立中国的“感知中国”中心，这些举措都充分说明了物联网的发展是我国近期很重要的任务。目前，物联网已被列入国家战略性新兴产业规划，无锡则被列为国家重点扶持的物联网产业研究与示范中心。同时，上海、北京、浙江、广东、福建、山东、四川、重庆、黑龙江等地区纷纷出台物联网发展规划，三大运营商、广电、国家电网乃至产业链多家企业也已制定了物联网发展规划。工信部电信研究院在今年 5 月发布的物联网白皮书中预计， “十二五”期末我国物联网相关产业规模将达到 5000 多亿的规模，
9、形成万亿级规模的时间节点预计在“十三五”后期。二、物联网的主要技术和架构（一） 、物联网的架构物联网的架构主要由三层组成：感知层、网络层、应用层。感知层是底层也是最先和物体接触的层面，用来感知物体的温度，速度等各种状态信息，测量和收集信息并做简单处理和存储。网络层是中间层，主要功能是将来自感知层的信息通过网络传送到相应的地方，中间会有协议转换等等。应用层则主要包括各类应用，如监控服务、智能电网，由应用软件等等控制，利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制。感知层通过网络层把收集到信息传送至应用层，再由应用层对信息处理，然后做出智能反应，调整机器的运行或
10、状态，达到智能管控。这就是物联网运基本模式。（二）物联网的四大领域- 4 -物联网的四大领域分别是：RFID； 传感网； M2M； 两化融合。关系如图所示：如图这四个领域是物联网的关键领域，传感网是由中科院很早便提出并研究的。RFID 和传感网一样是物联网收集信息的主要渠道。而 M2M 是在网络层的，主要是物与物之间的通信。两化融合是指物联网最终和互联网融合，达到智能地球的目标。（三）物联网的主要技术1、RFIDRFID 是射频识别技术(Radio Frequency Identification)的英文缩写, RFID 阅读器的工作原理如下: 阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号 , 当标
11、签进入磁场时产生感应电流从而获得能量, 发送出自身编码和相关信息被读取器读取并解码后送回到计算机中进行有关处理。RFID 有两个主要的元件是 RFID 阅读器和 RFID 标签，RFID 标签贴于物体上，用来被阅读器所感知。本文引用RFID 世界网的一张图来表示 RFID 应用于物联网时的架构：由图所示，标签和 RFID 读写模块以及嵌入式终端组合起来的可以归类于感知层，也称前端系统，嵌入式终端与后台数据库之间的通信归于网络层，而后台数据服务器则是应用层。在数据服务器上会进行数据的存储，计算，并使用应用软件来对数据进行分析，然后对前段感知层或者其他相关网络连接进行管- 5 -控，来实现智能管控
12、。由于物联网的数据复杂多样，数据的计算处理可能会用到云计算技术。2、传感器传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾） ，并将探知的信息传递给其他装置或器官。由传感器收集信息并和网络连接做出及时的处理就是传感网。传感网在中国早在 1999 年便被提出，并一直在做研究，也正是传感网不断演化扩展到了物联网，传感器技术也是物联网的主要技术之一。关于传感器的使用也可以参照 RFID 的应用，最初的传感器就是一些小的器件可以感知物体的各种状态信息，而传感器也正在向智能化发展。类似于 RFID 的前端系统，智能传感器就是一个前端系统，它可能是一个
13、微处理器连接着传感器，并且具有通信功能，传感器收集物体的状态信息，由嵌入式的微处理器对信息做简单的处理，然后通过通信元件发出信号，经过网络发送到 IT 系统，由后台数据库对信息做存储和处理，并提交给应用软件分析，并按照已定的程序管控物体，使物体做出状态上的改变，最终实现智能管控。3、M2MM2M 最初的意思是 Machine to Machine，是机器传送信息去另一台机器的技术。发展到现在也带有 Machine to man，man to machine 的意思，涵盖了所有实现在人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段。随着各种通信技术从平行、独立地发展，逐步走向融合，如移动通信技术与 I
14、P 网络的融合；电信网、电视网、计算机网、卫星通信网络走向融合，形成了新一代技术M2M 技术，以实现人与人(Man to Man)、人与机器(Man to Machine)、机器与机器(Machine to Machine)之间畅通无阻、随时随地的通信。 M2M 是物联网网络层的要求，由于物联网的最终目的是要通过信息传递到应用层做出判断后，实现智能管控，所以对网络通信的要求也比较高，只有廉价和实用的 M2M 技术才能为物联网的发展提供较好的条件。4、云计算由于通过物联网收集的信息量可能会相当多，所以需要运用云计算来处理信息。云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，- 6
15、-构成一个计算资源池向用户按需服务。提供资源的网络被称为“云” 。 “云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、虚拟化、负载均衡等技术的融合。许多云计算部署依赖于计算机集群，云计算也可以依赖于来自局域网的计算机群，来自专网的机群，或者来自因特网的机群。举例说明：把一百台计算机连接成一个局域网，安装特定的软件，这样一个集群就可以完成云计算，只要把需要处理的数据传送至局域网中，分配到每一台机器上进行数据运算处理，由于整个机群的处理能力很强大，所以就能产生强大的云计算能力，可以很快的完成数据处理。运用云计算强大
16、的计算能力可以及时的处理数据信息，提供给应用软件，从而做出及时的调整。三、物联网的应用前景随着物联网研究的不断深入，物联网也在不少领域有了比较多应用，主要的领域有安防系统，物流系统，车联网等等。由于对传感网的应用和 RFID 在生活中的应用已有不少的研究和著作，所以本文选择与他们有关系但是略偏一些的应用来做讨论，智能家居和车联网。（一） 车联网1、车联网概念车联网系统，是指是利用先进传感技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术，对道路和交通进行全面感知，实现多个系统间大范围、大容量数据的交互，对每一辆汽车进行交通全程控制，对每一条道路进行交通全时空控制，以提供交通效率和交通安全为主的网络与
17、应用。车联网是物联网的一个实际应用。2、车联网技术实现车联网是实现智能交通的必要条件，车联网可以通过传感器，RFID，红外检测等技术来收集信息。GPS 导航系统在汽车领域早就应用的比较多，GPS 导航也是车联网的一部分。GPS 系统在车上装有一个用户终端用来接收和发送信息，处理信息。车联网的最终成果是实现智能交通，就是车在路上行驶，汽车的状态信息被及时的分析，路况信息被及时的传送至汽车终端，每辆汽车都可以被追踪，汽车可以根据路况做出及时调整，甚至实现无人驾驶或者自动驾驶。- 7 -这些成果的实现是有条件的，首先我们拥有 GPS 系统，汽车上装有终端，可以及时收发信息。然后汽车上需要装有传感器设
18、备，RFID 标签,红外检测工具等，传感器用来感知汽车的各部分的状态信息，确保汽车状态正常，如果汽车有问题就及时将信息通过网络传送至汽车终端，并给出修理等建议。RFID 标签用来使汽车经过某些路口或者收费站时可以被检测并将汽车的信息传给阅读器保存，处理。当汽车行驶在路面上的时候，GPS 会自动跟踪汽车，确定汽车的位置，并把路面信息传送至汽车终端，让驾驶员可以做出选择。路面上也装有传感器和控制器，所以信息可以及时通过网络传送至汽车。比如停车场的每个车位都有红外检测装置，可以检测是否有车停在车位上，把没有车的车位信息等整理起来，当一辆车需要寻找停车位时，周围附近的停车场就会主动将信息发送至车上的终
19、端显示给驾驶员。如果要实现无人驾驶的话，车上的终端就必须研发成为智能终端，目前为止汽车上的终端还是用来收发信息，信息提供给驾驶员，由驾驶员来判断汽车的行驶。而智能终端就是可以根据收到的信息自动做出反应，刹车或者减速，转弯或者后退等等，实现对车的全局控制。而自动驾驶要求的路面信息也变的非常严格，所有的路面必须都覆盖网络，装有传感器能将路面上的所有可能导致驾驶状态需要改变的信息都收集并发送到车上的智能终端，而车上也可能要安装类似于红外检测的装置，用来检测车周围的状况信息，比如和其他车的车距。然后智能终端才能根据汽车上收集到的信息以及路面上传来的信息自动做出选择和控制。（二）智能家居1、智能家居的含
20、义智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。 智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成。通俗地说，它是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。2、智能家居的主要技术- 8 -自动化控制技术是智能家居的主要技术，家电中都内嵌了控制模块，通信模块。可以接收信息，并且控制家电的运作。智能家居会有一个主机，主控系统，所有的家电和可控单元都会与其相连，而这个主机根据要求也可以和外部网络相连并收发信息，这样通过手机等工具就可以
21、发出命令使家电按要求运作起来。还有网络通讯技术也是必不可少的主要技术，信息要通过网络传递到电器。智能家居也有用到传感器和无线感应探头等工具收集信息，并传送至系统，然后作出反应。比如探测到走道有人就会自动开灯，无人就会熄灭灯。当然这些只是智能家居的一部分，还有安防系统等等参见其他资料。四、对物联网理解的几个误区误区之一把传感网或 RFID 网等同于物联网。事实上传感技术也好、RFID 技术也好，都仅仅是信息采集技术之一。这些技术都是来自感知层的需求，除传感技术和RFID 技术外，GPS、视频识别、红外、激光、扫描等所有能够实现自动识别与物物通信的技术都可以成为物联网的信息采集技术。传感网或者 R
22、FID 网只是物联网的一种应用，但绝不是物联网的全部。误区之二把物联网当成互联网的无边无际的无限延伸，把物联网当成所有物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台。事实上物联网也可以类似于互联网有广域网和局域网之分。物联网既可以是我们平常意义上的互联网向物的延伸；也可以根据现实需要及产业应用组成局域网、专业网。现实中没必要也不可能使全部物品联网；也没必要使专业网、局域网都必须连接到全球互联网共享平台。有时候物联网只在一个局域网也有它的好处，比如数据不容易泄露。今后的物联网与互联网会有很大不同，类似智慧物流、智能交通、智能电网等专业网；智能小区等局域网才是最大的应用空间。误区之三很多人不了解物联
23、网，认为物联网就是所有物与物都相连，连成一个巨大的网络，很虚幻不易实现，其实之前已经解释过了，物联网只把需要相连的物联网控制，物联网在生活中有很多应用，比如物流系统中使用 RFID 标签标识物品，来记录物品的流向和位置。仓储系统中叶使用 RFID 标签标识物品，管- 9 -理物品，这些都是物联网的应用，只是他们还没有达到把信息传递到应用层并且实现智能管控的程度。五、物联网发展的几个问题（一） 、物联网对网速的要求物联网的最终目的是要将收集到的信息传送至后台，由后台处理之后再管控物体，达到智能管控。而物联网收集的信息也非常的纷杂和众多，这就需要一个能快速的传送很大信息量的网络，而中国在网络的应用
24、方面可能还有一点欠缺。（二） 、物联网的商业模式物联网的商业模式还是一个问题，商业模式简单点说就是谁来为它买单。如果是一个组织内部自用的话可能还比较好判别，但是涉及到其他组织或人员时就会有冲突。比如，一个环保组织建设一个环境控制方面的物联网实时监测环境的信息，就是由这个组织自己来承担。另一种情况是在某个物体上添加RFID 标签，这个物体在市场上流通的时候，贴了标签之后好管理对整个市场流通链条的每个人都是有好处的，但是却只有生产商一人增加了成本，这显然存在问题。（三） 、物联网应用的成本物联网到现在为止可能成本还是比较高的，所以也无法完全普及。物联网如果要想全面建设必须要有好的技术，而且要拥有比
25、较廉价的成本。六、总结语物联网是国家十二五规划的一个重点对象，物联网的发展也有着巨大空间和商业利益。物联网的发展对人类实现智能化也有着重大的意义，所以物联网的研究是很有必要的，本文对物联网做了一个简要的概括，对物联网审计进行了初步的探讨，旨在帮助读者理解互联网的各个方面。物联网的审计在接下来的几年里应该会随着物联网的普及而有一定的发展，物联网的安全也不容忽视，我们应该权衡利弊做出对自己和公众有利的选择。参考文献：1 宁焕生，王炳辉 著；RFID 重大工程与国家物联网；机械工业出版社，2009 - 10 -2 利丰研究中心 编著；供应链管理：香港利丰集团的实践（第二版） ；中国人民大学出版社，2009 年 3 李虹 著；物联网 生产力的变革；人民邮电出版社，2010 4 吴功宜 编著；智慧的物联网感知中国和世界的技术 ；机械工业出版社，2010 年
