物联网技术.docx

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物联网技术

物联网（InternetofThings）指的是将无处不在（Ubiquitous）的末端设备（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、数控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”（Enabled）的，如贴上RFID的各种资产（Assets）、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通（M2M）、应用大集成（GrandIntegration）、以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网（Intranet）、专网（Extranet）、和/或互联网（Internet）环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的CockpitDashboard）等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

编辑本段诞生发展

　　1999年诞生，2005年普及，2009年大发展。

　　物联网（InternetofThings）这个词，国内外普遍公认的是MITAuto-ID中心Ashton教授1999年在研究RFID时最早提出来的。

在2005年国际电信联盟（ITU）发布的同名报告中，物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网。

　　自2009年8月温家宝总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。

　　物联网的概念与其说是一个外来概念，不如说它已经是一个“中国制造”的概念，他的覆盖范围与时俱进，已经超越了1999年Ashton教授和2005年ITU报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。

编辑本段英译别称

　　“TheInternetofthings”是物联网的英文名称。

在中国把物联网称之为“传感网”。

中科院早在1999年，就启动了传感网的研究，并已建立了一些实用的传感网。

与其它国家相比，我国技术研发水平处于世界前列，具有同发优势和重大的影响力。

在世界传感网领域，中国、德国、美国、韩国等国成为国际标准制定的主导国之一。

　　2005年，11月27日，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》的报告，正式提出了物联网的概念。

　　IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公布了名为“智能的地球”的最新策略。

IBM希望“智能的地球”策略能掀起互联网浪潮之后的又一次科技革命。

　　“智慧地球”的概念是美国IBM2008年提出的。

2008年11月初，在纽约召开的外国关系理事会上，IBM董事长兼CEO彭明盛发表了《智慧的地球：

下一代领导人议程》。

2005年在中国诞生了智慧的钥匙（Withey）和2007年诞生了“互联网虚拟大脑”的概念。

编辑本段相关术语

　　M2M,传感网络，智慧地球（SmartPlanet），两化融合（DigitalConvergence），PervasiveComputing（普适计算）,AmbientIntelligence，Haptic和UbiquitousComputing、X-internet（可执行的互联网），Building2.0，SmartGrid（智能电网）。

。

。

　　“InternetofThings”这个组合词不符合英文缩写习惯，在美国或国外并未成为一个像中国的“物联网”一样“家喻户晓”的“buzzword”，美国更关注一些具体行业应用，如M2M，SmartGrid，Telematics,Telehealth等等。

编辑本段技术概述

　　把网络技术运用于万物，组成“物联网”

　　如把感应器嵌入装备到油网、电网、路网、水网、建筑、大坝、等物体中

　　然后将“物联网”与“互联网”整合起来，实现人类社会与物理系统的整合

　　超级计算机群对“整合网”的人员、机器设备、基础设施实施实时管理控制

　　以精细动态方式管理生产生活,提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然关系

编辑本段关键技术

　　简单讲，物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制。

在物联网应用中有三项关键技术。

　　1、传感器技术，这也是计算机应用中的关键技术。

大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。

自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。

　　2、RFID标签也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。

　　3、政府应该加大对产业的投入，这个投入可以不是资金，而是给企业更多的政策，特别是在操作系统、开发工具、IC设计等产业链中高端领域上从政策到资金都要加大投入。

在管理上引入重大资金投向问责制，对长期投入资金不能市场化、产业化的项目，定期论证评估，不能达标的关停并转甚至要追究责任。

　　4、减少盲目引进项目，在嵌入式与物联网的发展中，核心技术坚持鼓励国产化，从资金上、税收上加大力度向自主研发产品倾斜。

杜绝盲目引进产业链的中高端技术，特别是不能出现像其他行业一样，重复引进同一个外国品牌多条生产线的状况。

[1]

编辑本段支撑技术

　　1.RFID:

电子标签属于智能卡的一类，物联网概念是1998年MITAuto-ID中心主任Ashton教授提出来的，RFID技术在物联网中重要起“使能”（Enable）作用；

物联网4大支撑技术与业务群

2.传感网：

借助于各种传感器，探测和集成包括温度、湿度、压力、速度等物质现象的网络，也是温总理“感知中国”提法的主要依据之一；

　　3.M2M：

这个词国外用得较多，侧重于末端设备的互联和集控管理，X-Internet，中国三大通讯营运商在推M2M这个理念；

　　4.两化融合：

工业信息化也是物联网产业主要推动力之一，自动化和控制行业是主力，但目前来自这个行业的声音相对较少。

编辑本段技术原理

　　在互联网基础上，利用RFID、数据通信技术

　　组成一个覆盖世界万事万物的整合网络

　　网中万物自动识别，信息共享，按照人们预先制定的规范彼此“交流”。

编辑本段技术意义

　　突破传统思维---过去是将物理设施和IT设施分开

　　一路是机场、公路、建筑物等等现实的世间万物

　　另一路是数据电脑、宽带等等虚拟的“互联网”

　　而在“物联”时代，“现实的世间万物”将与“虚拟的互联网”

　　整合为统一的“整合网络”，全球全世界的运转以此为基础---

　　经济管理生产运行社会管理乃至个人生活---全球世界---互联物联---整合大同

编辑本段技术发展

　　2005.11.17,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

　　世上万物从轮胎到牙刷都可通过因特网主动交换

　　RFID、传感器、纳米、智能嵌入技术更加广泛的应用

编辑本段三个阶段

初级阶段

　　已存在的一些各行业基于各种行业数据交换和传输标准的连网监测监控，两化融合[1]引等MAI应用系统;

中级阶段

　　在物联网理念推动下，基于局部统一的数据交换标准实现的跨行业、跨业务综合管理大集成系统，包括一些基于SaaS模式和“私有云”的M2M营运系统;

高级阶段

　　基于物联网统一数据标准，SOA,WebService,云计算虚拟服务的onDemand系统，最终实现基于“共有云”TaaS:

“ThingasaService”

编辑本段信息安全

　　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（DenialofServices）（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安全信息（如PKICredentials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，甚至合并到一起统筹考虑，其重要性不言而喻。

编辑本段中国发展

　　中国在‘物联网’领域享有国际话语权

　　中国的无线通信网络已覆盖了广大城乡

　　无线网络是实现“物联网”必不可少的基础设施

　　安置在动植物、机器产品上的电子介质产生的数字信号

　　可随时随地通过无处不在的无线网络传送交流

　　云计算---使世间万物的实时动态管理变得可能

编辑本段专业课程

　　年初教育部下达了高校设置物联网专业申报通知，众多高校争相申报。

由于物联网涉及的领域非常广泛，从技术角度，主要涉及的现有高校院系与专业有：

计算机科学与工程，电子与电气工程，电子信息与通讯，自动控制，遥感与遥测，精密仪器，电子商务等等。

物联网专业可能会在上述这些院系中开设。

与物联网应用相关的专业，如建筑与智能化，土木工程，交通运输与物流，节能与环保等等，可能会考虑开设选修课或在研究生、博士生阶段设置相关交叉学科的学位。

　　物联网可以是一个“专业”，但不一定是一个“学科”。

国内有些专家反对设置“物联网专业”，因为定位不清，一个学校往往有好几个院系争夺“物联网专业“的申报，又不是一个明确的学科，难以培养出真正的专业人才，培养出来的人可能是“万精油”，懂得多但是不精，尤其是本科阶段，建议只作为研究生专业，像MBA一样的模式。

和目前许多高校设置的“电子商务”专业一样，“电子商务”也有同样的定位不清问题，只要高校设置的物联网专业能够培养出社会需要的专业人才，尤其是跨专业复合型人才，就应该可以设置，不必拘泥于它究竟属于哪个现有的“学科”。

下表列出了一个高校物联网专业课程设置的初步建议，算是抛砖引玉。

　　课程1、物联网产业与技术导论使用电子工业出版社《物联网：

技术、应用、标准和商业模式》等等教材。

在学完高等数学，物理，化学，通信原理，数字电路，计算机原理，程序设计原理等课程后开设本课程，全面了解物联网之RFID、M2M、传感网、两化融合等技术与应用。

　　课程2、C语言程序设计使用清华大学出版社《C语言程序设计》等教材。

物联网涉及底层编程，C语言为必修课，同时需要了解OSGi，OPC，Silverlight等技术标准。

　　课程3、Java程序设计，使用机械工业出版社《Java语言程序设计教程》等教材。

物联网应用层，服务器端集成技术，开放Java技术也是必修课，同时需要了解Eclipse,SWT,Flash,HTML5,SaaS等技术。

　　课程4、无线传感网络概论，使用无线龙通讯科技出版社《现代无线传感器网络概论》、北京航空航天大学出版社《短距离无线通讯入门与实战》等教材。

学习各种无线RF通讯技术与标准，Zigbee,蓝牙，WiFi，GPRS,CDMA，3G,4G,5G等等。

　　课程5、TCP/IP网络与协议，《TCP/IP网络与协议》，清华大学出版社，等教材。

TCP/IP以及OSI网络分层协议标准是所有有线和无线网络协议的基础，Socket编程技术也是基础技能，为必修课。

　　课程6、嵌入式系统技术，《嵌入式系统技术教程》，人民邮电出版社等教材。

嵌入式系统（包括TinyOS等IoT系统）,是物联网感知层和通讯层重要技术，为必修课。

　　课程7、传感器技术概论，《传感器技术》，中国计量出版社，等教材。

物联网专业学生需要对传感器技术与发展，尤其是在应用中如何选用有所了解，但不一定需要了解传感器的设计与生产，对相关的材料科学，生物技术等有深入了解。

　　课程8、RFID技术概论，《射频识别（RFID）技术原理与应用》，机械工业出版社，等教材。

RFID作为物联网主要技术之一，需要了解，它本身（与智能卡技术融合）可以是一个细分专业或行业，也可以是研究生专业选题方向。

　　课程9、工业信息化及现场总线技术，《现场总线技术及应用教程》，机械工业出版社，等教材。

工业信息化也是物联网主要应用领域，需要了解，它本身也可以是一个细分专业或行业，也可作为研究生专业选题方向。

　　课程10、M2M技术概论，《M2M:

TheWirelessRevolution》，TSTCPublishing，等教材。

本书是美国“TexasStateTechinicalCollege”推出的M2M专业教材，在美国首次提出了M2M专业教学大纲，M2M也是物联网主要领域，需要了解，建议直接用英文授课。

　　课程11、物联网软件、标准、与中间件技术，《中间件技术原理与应用》，清华大学出版社，《物联网：

技术、应用、标准和商业模式》，电子工业出版社，等教材。

物联网产业发展的关键在于应用，软件是灵魂，中间件是产业化的基石，需要学习和了解，尤其是对毕业后有志于物联网技术发展的学生。

编辑本段中国技术

　　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

编辑本段技术产业

　　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

编辑本段研发核心

　　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（GrandIntegration）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。

编辑本段技术运用

　　日前，无锡传感网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1500万元的传感安全防护设备销售成功，设备由10万个微小传感器组成，散布在墙头墙角及路面传感器能根据声音、图像、震动频率等信息分析判断，爬上墙的究竟是人还是猫狗等动物多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵由于效率高于美国和以色列的“防入侵产品”

　　国家民航总局正式发文要求，全国民用机场都要采用国产传感网防入侵系统

　　目前，浦东机场直接采购传感网产品金额为4000多万元，加上配件共5000万元

　　若全国近200家民用机场都加装防入侵系统，将产生上百亿的市场规模

编辑本段同名图书

图书信息

《物联网技术》

[2]

书名:

物联网技术

　　作　者：

刘化君

　　出版社：

电子工业出版社

　　出版时间：

2010年9月1日

　　ISBN:

9787121117893

　　开本：

16开

　　定价:

32.00元

内容简介

　　《物联网技术》比较全面地介绍了物联网的概念、实现技术和典型应用。

首先讨论物联网的基本概念、体系结构、软硬件平台系统组成、关键技术以及应用领域；其次介绍节点感知识别技术，包括射频识别工作原理、RFID系统的基本组成及其典型应用、传感器及检测技术等；然后讲述与物联网相关的通信与网络技术、传感网及其关键支撑技术等内容；最后介绍物联网中的数据融合、云计算技术、物联网应用系统的规划设计与典型应用，使课程理论与实践紧密地结合起来。

　　《物联网技术》可作为高等院校电气信息类专业物联网技术导论课程的教材参考书，也可作为物联网技术培训教材或者IT科研人员和管理人员的参考读物。

图书目录

　　第1章绪论1

　　第2章射频识别技术29

　　第3章传感器及检测技术68

　　第4章物联网通信与网络技术115

　　第5章无线传感网155

　　第6章物联网数据融合及管理213

　　第7章云计算238

　　第8章物联网规划设计与构建269

　　主要参考文献296[3][4]

编辑本段同名期刊

　　《物联网技术》杂志是目前国内第一本经国家新闻出版总署批准的物联网专业科技期刊,国内刊号CN61-1483/TP,国际刊号ISSN2095-1302。

更多还原

　　刊名：

物联网技术

　　InternetofThingsTechnologies

主办：

陕西省电子技术研究所;陕西电子杂志社

　　周期：

月刊

　　出版地：

陕西省西安市

　　语种：

中文;

　　开本：

16开

　　ISSN：

2095-1302

　　CN：

61-1483/TP

　　邮发代号：

52-253

　　定价：

￥15

　　主要栏目：

特别