物联网发展.docx

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物联网发展

无锡商业职业技术学院

毕业论文

（2010届）

论文题目：

物联网的应用

系科信息工程系

专业计算机网络技术

姓名张爱云

学号07472131

指导教师高敬瑜

完成日期：

2010年4月

目录

摘要…………………………………………………………………1

前言……………………………………………………………………2

第一章物联网的原理、应用与技术…………………………………………4

1.1物联网原理…………………………………………………………4

1.2物联网应用与技术…………………………………………………4

第二章物联网的应用架构…………………………………………………5

2.1基于RFID的物联网应用架构……………………………………5

2.2基于传感网络的物联网应用架构…………………………………6

2.3基于M2M的物联网应用架构………………………………………7

第三章物联网的发展与市场培育……………………………………8

结束语…………………………………………………………………11

参考文献…………………………………………………………………12

物联网的应用

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;最后,展望了无锡物联网技术作为国家首个传感网信息中心对人类生活、工业发展、科技进步的促进作用。

关键词：

物联网RFID传感网M2M

前言

本文主要介绍了物联网的研究背景，物联网的原理、应用及技术，物联网的应用架构，物联网的发展与市场培育。

物联网的概念是在1999年提出的。

1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议就提出，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。

所谓“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。

2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。

2005年11月17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》，正式提出了“物联网”的概念。

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、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将会得到更加广泛的应用。

根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。

2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，ＩＢＭ首席执行官彭明盛首次提出“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。

2009年2月24日消息，IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公布了名为“智慧地球”的最新策略。

此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家策略，并在世界范围内引起轰动。

IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网。

针对中国经济的状况，钱大群表示，中国的基础设施建设空间广阔，而且中国政府正在以巨大的控制能力、实施决心、和配套资金对必要的基础设施进行大规模建设，“智慧的地球”这一战略将会产生更大的价值。

在策略发布会上，IBM还提出，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。

钱大群表示，当今世界许多重大的问题如金融危机、能源危机和环境恶化等，实际上都能够以更加“智慧”的方式解决。

在全球经济形势低迷的同时，也孕育着未来的发展机遇，中国不仅能够借此机遇开创新乐观产业和新的市场，加速发展，摆脱经济危机的影响。

IBM希望“智慧的地球”策略能掀起了“互联网”浪潮之后的又一次科技革命。

IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔15年发生一次变革。

这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律”。

1965年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前后以个人计算机的普及为标志，而1995年前后则发生了互联网革命。

每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家竞争格局的重大动荡和变化。

而互联网革命一定程度上士由美国“信息高速公路”战略所催熟。

20世纪90年代，美国克林顿政府计划用20年时间，耗资2000亿-4000亿美元，建设美国国家信息基础结构，创造了巨大的经济和社会效益。

而今天，“智慧的地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。

该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。

“物联网前景非常广阔，它将极大地改变我们目前的生活方式。

”南京航空航天大学国家电工电子示范中心主任赵国安说。

业内专家表示，物联网把我们的生活拟人化了，万物成了人的同类。

在这个物物相联的世界中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。

物联网利用射频自动识别（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。

可以说，物联网描绘的是充满智能化的世界。

在物联网的世界里，物物相联、天罗地网。

有研究机构预计10年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿规模的高科技市场，其产业要比互联网大30倍。

据悉，物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。

EPOSS在《InternetofThingsin2020》报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，2010年前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010-2015年物体互联，2015-2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。

作为物联网发展的排头兵，RFID成为了市场最为关注的技术。

数据显示，2008年全球RFID市场规模已从2007年的49.3亿美元上升到52.9亿美元，这个数字覆盖了RFID市场的方方面面，包括标签、阅读器、其他基础设施、软件和服务等。

RFID卡和卡相关基础设施将占市场的57.3%，达30.3亿美元。

来自金融、安防行业的应用将推动RFID卡类市场的增长。

RFID市场规模将达到50亿元，年复合增长率为33%，其中电子标签超过38亿元、读写器接近7亿元、软件和服务达到5亿元的市场格局。

MEMS是微机电系统的缩写，MEMS技术是建立在微米/纳米基础之上的，市场前景广阔。

MEMS传感器的主要优势在于体积小、大规模量产后成本下降快，目前主要应用在汽车和消费电子两大领域。

根据ICInsight最新报告，预计在2007年至2012年间，全球基于MEMS的半导体传感器和制动器的销售额将达到19%的年均复合增长率（CAGR），与2007年的41亿美元相比，五年后将实现97亿美元的年销售额。

第一章物联网的原理、应用与技术

1.1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“InternetofThings”。

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。

1.2应用与技术

物联网可以以以电子标签和EPC（ElectronicProductCode,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（PhysicalMarkupLanguage，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，便于其他节点的访问。

产品命名服务器（ONS）。

产品命名服务器ONS（ObjectNameService）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个高效、快捷的网络平台。

第二章物联网的应用架构

2.1基于RFID的物联网应用架构

电子标签可能是三类技术体系中最灵活的能够把“物”改变成为智能物件的，它的主要应用是把移动和非移动资产贴上标签，实现各种跟踪和管理。

按瑞士ETHFleisch教授的划分，RFID是穿孔卡、键盘和条码等应用技术的延伸，它比条码等技术自动化程度高，但它们都属于提高“输入”效率的技术，也都应该属于物联网应用技术范畴。

Auto-ID中心的EPCGlobal体系就是针对所有可电子化的编码方式的，而不只是针对RFID。

RFID只是编码的一种载体，EPCglobal提出了Auto-ID系统的五大技术组成，分别是EPC（电子产品码）标签、RFID标签阅读器、ALE中间件实现信息的过滤和采集、EPCIS信息服务系统，以及信息发现服务（包括ONS和PML）。

ONS（即对象命名服务ObjectNameService）主要处理电子产品码与对应的EPCIS信息服务器地址的查询和映射管理，类似于互联网络中已经很成熟的域名解析服务（DNS）。

在设计ONS规范时，EPCGlobal组织要求必须结合现有互联网基础设施和相关规范进行，于是ONS基本上按DNS的原理实现，甚至采用了DNS的现有基础设施，现今全球ONS服务也是EPCglobal委由世界最大的DNS营运商VeriSign营运。

EPC产品电子码识别只是“标签”，所有关于产品有用的信息都用一种新型的标准的XML语言——实体标识语言（PhysicalMarkupLanguage）来描述，PML的作用就像互联网的基本语言HTM一样。

有了ONS和PML，以RFID为主的EPC系统才真正从NetworkofThings走向了InternetofThings（物联网）。

基于ONS和PML，企业对RFID技术的应用将由企业内部的闭环应用过渡到供应链的开环应用上，实现真正的“物联网”。

ONS和PML作为物联网框架下的关键技术，有着广泛的应用前景。

相比之下，传感网和M2M从业群体的技术架构还没有完全上升到ONS/PML这样同等的“物联网”技术体系高度。

在走向物联网的道路上，传感网和M2M群体应该借鉴和直接采用ONS/PML技术体系。

图1基于rfid技术应用图

2.2基于传感网络的物联网应用架构

当人们谈论传感网络的时候，一般主要是指无线传感网络（WSN,WirelessSensorNetworks），此外还有视觉传感网（VSN,VisualSensorNetworks）以及人体传感网（BSN，BodySensorNetworks）等其他传感网，这里我们也主要讨论WSN。

WSN由分布在自由空间里的一组“自治的”无线传感器组成，共同协作完成对特定周边环境状况，包括温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、振动、污染颗粒等的监控。

WSN中的一个节点（或叫Mote）一般由一个无线收发器、一个微控制器和一个电源组成。

WSN一般是自治重构（Ad-Hoc或Self-Configuring）网络，包括无线网状网（MeshNetworks）和移动自重构网（MANET）等。

无线传感网目前还是计算机和通信专业的学者们一个非常活跃的研究领域，目前WSN的研究主要还是在大学和国立研究机构。

WSN的研究大多还专注于网络底层（包括非IP协议的ZigBee、TinyOS和基于IP的6LoWPAN等），以及电源的持久性等问题，另外，WSN的研究者们太热衷于无线技术，忽略了感知层用有线现场总线和传输层用长距离无线通信的组合。

从实用和商业推广的角度，这个组合早已经达到稳定和大规模应用的水平。

图2基于传感网技术的应用图

2.3基于M2M的物联网应用架构

M2M理念和技术架构覆盖的范围应该是最广泛的，包含了EPCGlobal和WSN的部分内容，也覆盖了有线和无线两种通信方式，一个典型的M2M系统由图4所示的几个部分组成。

M2M也覆盖和拓展了工业信息化（两化融合）中传统的SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisITion）系统。

SCADA系统在工业，建筑，能源，设施管理等领域和现在的M2M系统一样，行使设备数据收集和远程监控监测的工作。

乍一看，M2M和SCADA似乎是一样的，但由于M2M基于互联网等新技术，有很多标准化的东西（如XML,WebServices/SOA等）做基础，它和传统的SCADA是有区别的，好多SCADA系统基本上还基于陈旧的C/S架构。

M2M有两种业务模式。

MVNO（移动虚拟网络运营商）业务模式在中国还未形成（或政策不允许），在中国，三大营运商从一开始就直接做M2M业务，一开始就没有MVNO生存的机会，同方软件专业做M2M软件已有很多年，凭借多年M2M业务积累的优势成为了中国移动公司M2M营运平台的MVNE。

图3基于m2m技术应用图

第三章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》（Internetofthings---AnactionplanforEurope）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。

然而无锡在太湖治理上已经用上了时下最先进的物联网技术，并且这项新技术正在发挥日益重要的作用。

在太湖鼋头渚水域看到太湖上的一个在线水质监测点。

别看它个子不大，却运用上了最新的传感网新技术，将太湖水的各项数据传回环保局的数据中心，科研人员就可以及时了解太湖水质的各项变化。

为了及时获得太湖水质的这第一手资料，今年无锡首度运用物联网新技术在太湖大范围布放传感器，通过无线传输方式24小时在线监测太湖水的各项变化。

截止09年年底，五里湖、梅梁湖、贡湖和宜兴沿岸等水域已相继投放设立了86个固定式、浮标式水质自动监测站，覆盖饮用水源地、主要出入湖河道、太湖湖体和重点监控水域，总投资1.8亿元。

这些监测站不仅为太湖治理提供了有力的数据支撑，而且有效搭建了一个水质监测预警平台，顺利帮助太湖安全度夏。

据了解，无锡运用物联网信息技术对太湖水进行自动监测工程得到了国家环保部的高度肯定，即将申报国家示范工程。

今后无锡还将在放射源、危险废弃物监管等环保领域推广应用物联网新技术。

物联网，正在为无锡市民支撑起一把生态保护伞。

为加快推进物联网产业发展和国家传感信息中心（国家传感网创新示范区）建设，强化示范引导作用，无锡市决定从现在起，用3年时间逐步建成感知工业、感知安保、感知交通、感知环保、感知园区、感知医疗、感知电力、感知物流、感知农业等9个领域的应用示范工程，引领我们去体验和感受“智慧生活”的无限魅力。

感知交通：

1）打的找车不再困难

“越是着急越是打不到车”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。

3）智能诱导实现高效疏导

随着私家车的增多，虽然政府投入大量的人力和物力来解决道路交通的拥堵，但是“行车难、停车难”的问题还是日益严重，无锡移动助力打造的智能交通诱导系统，能精确感知道路交通拥挤情况自动控制道口信号灯，最高效地疏导车辆，也能让消防、急救等特殊车辆一路绿灯。

同时它还能为车辆提供智慧导航，巧妙避开路堵地段，避免更大路堵，节油省时。

对中心区域停车难的问题，智慧停车服务将帮您再出行前就预约安排好最近、最方便的停车场的特定车位，并一路引导你停到指定车位。

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，借助TD手机，总能方便地“聚在一起”共享医学检验图片，实现远程移动会诊。

“婴儿标志识别系统”，通过婴儿佩戴RFID标志环，帮助妇幼医院较好地解决了初生婴儿身份识别、婴儿错领和冒领偷窃问题。

随着TD与物联网的融合，数字健康工程将为人们带来更多意想不到的惊喜，这些应用将推动着未来的医疗信息化向系统网络、信息移动化、服务远程化的方向迈进。

2）体检竟然如此便捷

健康是人生最大的资本，但是繁琐的检查程序总是让生活紧凑的现代都市人“望而却步”，但是有了物联网的支持，只要给你的手指上套一个小夹子形状的传感器，你的体温和血糖就可以马上测出，并且实现24小时持续跟踪。

更让人诧异的是类似的传感器甚至可以植入到人体内部，包括体温，营养物质、有害物质含量等信息可通过传感网传输至患者随身携带的TD手机上，并在第一时间发送至医疗中心，帮助医生提出更科学、有效地治疗方案，这样自觉自动的智能健康检查，怎么不让我们期盼。

3）家庭病房专家“常驻”

一些人由于慢性疾病常年卧病在床，于是又了家庭病房，但方便了生活却远离了医院，远离了医疗专家。

TD与传感网融合将让家庭病房与医院“天涯咫尺”。

医院专家借助家庭医疗传感设备，随时掌握病人情体征，第一时间提出救治方案，甚至远程实现各种理疗、化疗。

家属也可以通过TD手机，随时掌握家中病人的情况，减少牵挂，也可和病人视频交流，缓解病人寂寞心情。

以上两种事例是最普遍的，也给人们的生活带来便捷，提高了生活质量，使生活变得更加美好。

在科技不断发展的今天，物联网技术会越发的成熟，将会在各个领域得到实践。

据了解，江苏省、无锡市与中科院投资5亿元共建的中国物联网研究发展中心目前已全面启动，筹建中的中国物联网研究发展中心也分别与中科院上海微系统与信息技术研究所、中科院微电子研究所、中科院电子学研究所、中科院沈阳自动化研究所、中科院声学研究所签署共建无锡中科传感器研发中心、中科微电子工业技术研究院、无锡中科传感器网络信息技术中心、无锡中科泛在信息化制造研发中心、无锡中科环境监测技术研发中心和无锡中科智能信息处理研发中心等物联网产业技术链创新机构。

于此同时，江苏省、无锡市与中国电子科技集团公司签署了共建国家传感信息中心协议，无锡清华高新技术研究院智能传感网研发中心、无锡北