淺談物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

1、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及應(yīng)用摘要：信息科學(xué)技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生了三次浪潮，第一次浪潮是1980年P(guān)C機(jī)的出現(xiàn)，第二次浪潮是1995年互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，而第三次浪潮就是物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生。物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，是現(xiàn)代技術(shù)的殊途同歸與聚合效應(yīng)，是信息技術(shù)系統(tǒng)性的創(chuàng)新與革命。本文敘述了物聯(lián)網(wǎng)的歷史溯源與發(fā)展、定義、現(xiàn)狀以及物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，并舉例介紹了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。這篇文章將帶領(lǐng)大家走進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的世界，感受物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行方式，體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)世界的優(yōu)質(zhì)生活。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，發(fā)展，應(yīng)用Development and application of Internet of things Abstract Info

2、rmation science and technology has produced three waves, is the emergence of the 1980 PCS for the first time, the second wave was the emergence of the Internet in 1995 and the third wave is the generation of the Internet of things. The Internet of things is the modern information technology developm

3、ent to a certain stage inevitable product, should is all roads lead to Rome and aggregation of modern technology, systematic innovation and revolution of information technology. This article describes the history and development of the Internet of things, definition, status and the architecture and

4、key technology of Internet of things, and introduces the application of Internet of things. This article will guide you into the world of the Internet of things, feel the Internet of things run way, experience the world of the Internet of things of high quality life.Keywords The Internet of things,D

5、evelopment ，Application 目 錄1引言11.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念11.2 發(fā)展歷程11.3 現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生背景21.4 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)22物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)32.1 RFID技術(shù)32.2 傳感器技術(shù)42.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢42.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN53物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用與案列分析53.1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示意圖53.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例分析5 3.2.1 物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)5 3.2.2 物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)6 3.2.3 物聯(lián)網(wǎng)與物流6 3.2.4 物聯(lián)網(wǎng)與家具6 3.2.5 物聯(lián)網(wǎng)與城市和社區(qū)6 4物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)現(xiàn)狀與前景74.1行業(yè)現(xiàn)狀74.2發(fā)展趨勢7參考文獻(xiàn)9物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及應(yīng)用1前言1

6、.1系統(tǒng)應(yīng)用背景物聯(lián)網(wǎng)是指將各種信息傳感設(shè)備，如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN，Wireless Sensor Network）節(jié)點(diǎn)、射頻識(shí)別（RFID，Radio Frequency Identification）裝置、紅外感應(yīng)器、移動(dòng)手機(jī)、PDA、全球定位系統(tǒng)（GPS，Global Positioning System）、激光掃描器等各種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。1其實(shí)質(zhì)就是將傳感器等裝置嵌入物體并進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)以最終接入互聯(lián)網(wǎng)，通過使物體具有“智慧”，從而延伸人類感知、控制外部世界的能力。 1.2 發(fā)展歷程 物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)踐最早可以追溯到1990年施樂公司的網(wǎng)絡(luò)可樂販?zhǔn)蹤C(jī)，早在1991年，

7、美國麻省理工學(xué)院在建立“自動(dòng)識(shí)別中心”時(shí)就前瞻性地提出了“萬物均可通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)”的觀點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)（IOT，The Internet of Things）的概念由此產(chǎn)生。2 2005年11月17日，國際電信聯(lián)盟（ITU，International Telecommunication Union）在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS，World Summit on the Information Society）上，發(fā)布了ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)（ITU Internet Report 2005: The Internet of Things）。在這份報(bào)告中，ITU指出無所不在的物聯(lián)網(wǎng)通

8、信時(shí)代即將來臨，泛在通信（Ubiquitous Communication）的形式已經(jīng)從短距離的移動(dòng)收發(fā)設(shè)備擴(kuò)展到長距離的設(shè)備和日常用品，從而促成了人和人、物和物之間的新的通信形式的誕生。2008年11月，IBM董事長兼CEO彭明盛（Palmisano）在紐約召開的外國關(guān)系理事會(huì)上，正式提出“智慧地球”（Smart Planet）。IBM指出，世界的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)正在朝著“智慧”的方向發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)對(duì)象即構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的車輛、設(shè)備、攝像頭、車道、管道等的數(shù)量正在邁向一萬億大關(guān)。2009年01月28日，奧巴馬總統(tǒng)在和工商領(lǐng)袖舉行的圓桌會(huì)議上，對(duì)IBM提出的“智慧地球”概念給予積極回應(yīng)。 2009年08月07日

9、，溫家寶總理在無錫新區(qū)調(diào)研時(shí)，深入闡述了感知中國、智慧中國的新理念，對(duì)無錫市微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研究中心給予高度關(guān)注，并提出了“把傳感網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)在無錫、輻射全國”的想法。溫家寶總理指出“在傳感網(wǎng)發(fā)展中，要早一點(diǎn)謀劃未來，早一點(diǎn)攻破核心技術(shù)”，“在國家重大科技專項(xiàng)中，加快推進(jìn)傳感網(wǎng)發(fā)展”，“盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫感知中國中心”。11月03日上午，溫家寶總理又在人民大會(huì)堂向首都科技界發(fā)表了題為讓科技引領(lǐng)中國可持續(xù)發(fā)展的講話，講話中指出，未來要著力突破傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，及早部署后IP時(shí)代相關(guān)技術(shù)研發(fā)，使信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、邁向信息社會(huì)的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。16科技論文寫作這清晰地指

10、明物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，其相關(guān)技術(shù)將得到大力發(fā)展。1.3現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生背景 現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生主要有三大因素：一是經(jīng)濟(jì)危機(jī)下的推手，經(jīng)濟(jì)長波理論：每一次的經(jīng)濟(jì)低谷必定會(huì)催生出某些新的技術(shù)，而這種技術(shù)一定是可以為絕大多數(shù)工業(yè)產(chǎn)業(yè)提供一種全新的使用價(jià)值，從而帶動(dòng)新一輪的消費(fèi)增長和高額的產(chǎn)業(yè)投資，以觸動(dòng)新經(jīng)濟(jì)周期的形成。3過去的10年間，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)取得巨大成功。目前的經(jīng)濟(jì)危機(jī)讓人們又不得不面臨緊迫的選擇，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為推動(dòng)下一個(gè)經(jīng)濟(jì)增長的特別重要推手。二是傳感技術(shù)的成熟，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，涉及人類生活、生產(chǎn)、管理等方方面面的各種傳感器已經(jīng)比較成熟。例如常見的無線傳感器（WSN）、RFID、電子標(biāo)

11、簽等。三是網(wǎng)絡(luò)接入和信息處理能力大幅提高，目前，隨著網(wǎng)絡(luò)接入多樣化、IP寬帶化和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的飛躍發(fā)展，基于海量信息收集合分類處理的能力大大提高。1.4 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 感知層實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的智能感知識(shí)別、信息采集處理和自動(dòng)控制，并通過通信模塊將物理實(shí)體連接到網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。 物聯(lián)接入層的主要任務(wù)是將信息感知層采集到的信息，通過各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行匯總，將大范圍內(nèi)的信息整合到一塊，以供處理。網(wǎng)絡(luò)傳輸層的基本功能是利用互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)及其融合技術(shù)等，將感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳輸(遠(yuǎn)距離傳輸)。技術(shù)支撐層的主要任務(wù)是開展物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)信息運(yùn)營與管理，是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與

12、架構(gòu)的主體。本層完成信息的表達(dá)與處理，對(duì)下層網(wǎng)絡(luò)傳輸層的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行認(rèn)知，進(jìn)而達(dá)到自適應(yīng)傳輸，并對(duì)上層的應(yīng)用層提供統(tǒng)一的接口與虛擬化支撐。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶(包括人、組織和其他系統(tǒng))的接口，主要完成服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)呈現(xiàn)的工作。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及應(yīng)用2物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 2.1 RFID技術(shù) RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。41. RFID的基本組成部分如下：（1）標(biāo)簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在

13、物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象；（2）閱讀器（Reader）：讀?。ㄓ袝r(shí)也可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為移動(dòng)式或固定式；（3）天線（Antenna）：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。 2. RFID的關(guān)鍵技術(shù)如下： （1）標(biāo)簽的能量供應(yīng) 有源標(biāo)簽自帶電池，用于給數(shù)據(jù)載體供電。而無源標(biāo)簽工作所需能量則從射頻電磁波束中獲取，和有源射頻識(shí)別系統(tǒng)相比，無源系統(tǒng)需要較大的發(fā)射功率，射頻電磁波在標(biāo)簽上經(jīng)射頻檢波、倍壓、穩(wěn)壓、存儲(chǔ)電路處理，轉(zhuǎn)化為標(biāo)簽工作所需的工作電壓。 （2）標(biāo)簽到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)簽回送到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方式可歸結(jié)為三類： （a）利用負(fù)載調(diào)制的反射或反向散射方式（反射波的頻率與閱讀器的發(fā)送頻率一致

14、）； （b）利用閱讀器發(fā)送頻率的次諧波傳送標(biāo)簽信息（標(biāo)簽反射波與閱讀器的發(fā)送頻率不同，為其高次諧波（n倍）或分諧波（1/n倍）； （c）其它形式。 （3）數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾耘c安全性 （4）由于數(shù)字信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中會(huì)受到干擾，故其傳輸至接收端可能發(fā)生誤判，為保證數(shù)據(jù)的完整性，可以使用校驗(yàn)法和法來識(shí)別傳輸錯(cuò)誤并進(jìn)行校正，最常用的是奇偶校驗(yàn)法以及冗余校驗(yàn)法。在與安全相關(guān)的領(lǐng)域，例如出入系統(tǒng)、售票系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用射頻識(shí)別系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中難免不受到攻擊，因此必須采取一定的防范措施保證數(shù)據(jù)安全，例如可以通過在閱讀器與標(biāo)簽之間建立密鑰來對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，以達(dá)到安全的目的。 （5）多目標(biāo)識(shí)別技

15、術(shù)（反碰撞算法） 當(dāng)閱讀器信號(hào)作用范圍內(nèi)存在多個(gè)標(biāo)簽，同一時(shí)刻有兩個(gè)或兩個(gè)以上的標(biāo)簽向閱讀器返回信息時(shí)，將產(chǎn)生沖突。解決沖突的算法稱為反碰撞算法。傳統(tǒng)無線科技論文寫作電技術(shù)（如通信衛(wèi)星、移動(dòng)電話網(wǎng)）已有空分多路法、頻分多路法、時(shí)分多路法以及碼分多路法來解決類似問題。但在射頻識(shí)別系統(tǒng)中，由閱讀器和標(biāo)簽構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)有以下特征： （a）規(guī)模：每個(gè)閱讀器工作區(qū)域內(nèi)可能存在大量標(biāo)簽； （b）體積：標(biāo)簽附著在各種商品上，體積不能太大； （c）成本：粘貼標(biāo)簽的商品本身價(jià)值可能很低，所以標(biāo)簽的成本不能太高； （d）通信量：標(biāo)簽內(nèi)包含的信息量很少，閱讀器與標(biāo)簽間的通信時(shí)間很短。 所以解決射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)簽沖突的

16、反碰撞算法存在與傳統(tǒng)無線電技術(shù)不同之處?，F(xiàn)有的反碰撞算法主要是ALOHA算法、分隙ALOHA算法、二進(jìn)制搜索算法等。5 2.2 傳感器技術(shù) 傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其它裝置或器官。國家標(biāo)準(zhǔn)GB766587對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。根據(jù)傳感器工作原理，可將其分為三大類： （1）物理傳感器 物理傳感器應(yīng)用某些物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)，將被測信號(hào)量的物理量轉(zhuǎn)換成便

17、于處理的電信號(hào)。 （2）化學(xué)傳感器 化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 （3）其它幾種常見的傳感器如下： 電阻式傳感器、電阻應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器、熱電阻傳感器、溫度傳感器、光敏傳感器等。62.3傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢 （1）開發(fā)新材料、新工藝和開發(fā)新型傳感器 隨著光纖材料、納米材料、超導(dǎo)材料、人工智能材料的不斷發(fā)展，制造傳感器的材料逐漸具備能夠感知環(huán)境條件變化的功能，識(shí)別和判斷功能，發(fā)出指令和自采取行動(dòng)功能。利用這些材料能夠研制無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器。 （2）傳感器的多功能和集成化

18、，多功能是指一個(gè)傳感器能夠檢測兩個(gè)或兩個(gè)以上的參數(shù)；集成化能夠?qū)崿F(xiàn)軟件和硬件的集成，數(shù)據(jù)的集成與融合，傳感器陣列的集成和多功能、多參數(shù)的復(fù)合傳感器。 （3）傳感硬件系統(tǒng)與元器件的微小型化參考集成電路微小型化的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)傳感技術(shù)硬件系統(tǒng)的微小型化可以提高其可靠性，加快處理速度，降低成本，節(jié)約資源與能源，減少對(duì)環(huán)境的污染。7物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及應(yīng)用 2.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN 無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作感知，采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象信息，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集的量化，處理融合和傳輸應(yīng)用。3物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用與案列分析3.1 物

19、聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示意圖3.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例分析 1.物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè) 工業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域。利用物聯(lián)網(wǎng)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測和控制，原材料管理、倉儲(chǔ)和物流管理等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)精密和自動(dòng)化處理。通過智能感知、精確測量和計(jì)算，量化生產(chǎn)過程中的能源消耗和污染物排放。2.物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)科技論文寫作智能農(nóng)業(yè)（或稱工廠化農(nóng)業(yè)）是指在相對(duì)可控的環(huán)境條件下，采用工業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)集約高效可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代超前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，就是農(nóng)業(yè)先進(jìn)設(shè)施與露地相配套、具有高度的技術(shù)規(guī)范和高效益的集約化規(guī)模經(jīng)營的生產(chǎn)方式。3. 物聯(lián)網(wǎng)與物流 據(jù)世界銀行的估計(jì)，目前我國社會(huì)物流成本相當(dāng)于GDP的18，而美國上世紀(jì)就已低于10。該比例每降低1個(gè)百分

20、點(diǎn)，我國每年就可降低物流成本1000億元以上。這從另外一個(gè)側(cè)面反映了推進(jìn)我國物流產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要性和緊迫性。4. 物聯(lián)網(wǎng)與家居 海爾于2010年7月推出了“海爾物聯(lián)之家”U-home 2.0美好住居解決方案，整合電網(wǎng)、通訊網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)人與家、人與家電、家電與環(huán)境之間的智慧對(duì)話。通過物聯(lián)網(wǎng)不論您走到哪里，都可以隨時(shí)隨地通過手機(jī)、上網(wǎng)等方式與家人和家電對(duì)話。在家里，您不但可以瀏覽網(wǎng)絡(luò)上的海量資訊，還可以隨時(shí)享受來自社區(qū)中網(wǎng)的全方位服務(wù)。安全防護(hù)也有考慮，如果家中進(jìn)入盜賊，安防系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)錄下視頻資料并自動(dòng)報(bào)警。這項(xiàng)安防系統(tǒng)已經(jīng)嵌入到海爾的物聯(lián)網(wǎng)空調(diào)中。 5.物聯(lián)網(wǎng)與城市和

21、社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及應(yīng)用4物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)現(xiàn)狀與前景4.1行業(yè)現(xiàn)狀 就像互聯(lián)網(wǎng)是解決最后1公里的問題，物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)需要解決的是最后100米的問題，在最后100米可連接設(shè)備的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最后1公里，特別是在家庭，家庭物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(即我們常說的智能家居)已經(jīng)成為各國物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)全力搶占的制高點(diǎn)，作為目前全球公認(rèn)的最后100米主要技術(shù)解決方案ZigBee 得到了全球主要國家前所未有的關(guān)注，這種技術(shù)由于相比于現(xiàn)有的WiFi、藍(lán)牙、433M/315M等無線技術(shù)更加安全、可靠，同時(shí)由于其組網(wǎng)能力強(qiáng)、具備 網(wǎng)絡(luò)自愈能力并且功耗更低，ZigBee的這些特點(diǎn)與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求非常貼近，目前已經(jīng)成為全球公認(rèn)的最后100米的最佳技術(shù)解決方案。 在我國企業(yè)南京物聯(lián)和深圳華為的長期持續(xù)的推動(dòng)下，ZigBee技術(shù)不僅在中國得到快速的發(fā)展，在全球也具備了一定的影響力，特別是在智能家居 領(lǐng)域，很多世界500強(qiáng)企業(yè)紛紛將兼容南京物聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)作