物联网工程概论论文 (1)Word文件下载.doc

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1.3框架结构 4

1.4关键体系 5

2.物联网的关键技术 6

2.1EPC和RFID 6

2.2传感器技术 6

3.物联网的应用 6

3.1智能电网 6

3.2智能交通 7

4.物联网的展望 7

参考文献 7

摘要：

物联网是一种新出现的网络形式，相关的理论研究与实践应用正在探索的过程中。

本文介绍了物联网的概念，给出了基于智能物体层、数据传输层、信息关联层、应用服务层的物联网四层体系架构，本文探讨了物联网在现实过程中在各种生活、公共、科研等方面的应用与带给人类的多种多样的便捷服务与福利。

关键词：

物联网、EPC和RFID、传感器、连接。

1.物联网的概述

1．1定义

本人认为，物联网实质上是将真实世界映射到虚拟世界的过程：

真实世界中的事物，通过传感器采集一定的数据，在虚拟世界中形成与之对应的事物。

“相关物体可能在虚拟电子空间中被创造出来，源于物理物体空间，且与物理空间的物体有关联。

”传感器采集到数据的详细程度，将影响到该事物在虚拟世界中的抽象程度。

在虚拟世界中，对该事物最简单也最重要的描述是物体提供了一个ID用于识别（如使用RFID标签），最详细的描述则是真实世界中该事物的所有属性和状态均可在虚拟世界中被观察到。

进一步的，在虚拟世界中对该物体做出控制，则可通过物联网改变真实世界中该物体的状态。

对于一个真实的事物，其所需的各种应用与操作，只需在虚拟世界中对与之对应的虚拟事物进行应用和操作，即达到目的。

这样将会对世界带来巨大的改变：

实地实时监测和控制一个事物的成本是高昂的，通过物联网，所有事物都将在虚拟世界中被找到，以较低的成本被监测和控制，从而实现4A（anytime,anyplace,anyone,anything）连接。

虚拟世界提供了对所有事物的实时追踪的可能，所有的信息都不是孤立的，这将为各种海量运算和分析提供了最基础和最重要的信息源。

真实世界存在于某一时刻，而当物联网发展到能将真实世界中的所有事物都映射到虚拟世界中时，无数个某一时刻的世界汇集起来，在虚拟世界中将形成一个可以追溯的历史，如同过去以纸质保存历史事件的发生，将来将以电子数据对所有事物进行全息描述的形式存储世界的历史。

1、统一标准

物联网其实就是利用物体上的传感器和嵌入式芯片，将物质的信息传递出去或接收进来，通过传感网络实现本地处理，并联入到互联网中去。

由于涉及到不同的传感网络之间的信息解读，所以必需有一套统一的技术协议与标准，而且主要是集中在互联上，而不是传感器本身的技术协议。

现在很多所谓的物联网标准，实际上还是将物联网作为一种独立的工业网络来看待的具体技术标准，而应对互联需要的技术协议，才是真正实现物联网的关键。

2、安全、隐私

在物联网中所有“事物”都连接到全球网络，彼此间相互通信，这也带来了新的安全和隐私问题，例如可信度，认证，以及事物所感知或交换到的数据的融合。

人和事物的隐私应该得到有效保障，以防止未授权的识别和攻击。

安全与隐私这个问题，是人类社会的问题，不论是物联网还是其他技术，都是面临这两个问题。

因此，不仅要从物联网内部的技术上做出一定的控制，而且要从外部的法规环境上作出一定的司法解释和制度完善。

1．2发展状况

在物联网这个新兴产业中，我国的物联网技术研发和产业化水平已经处于世界前列，掌握了一定物联网世界话语权。

当前，以政府为主导、产学研相结合共同推动发展的良好态势正在国内形成。

我国政府高度重视物联网的研发和应用工作，《国家中长期科学与技术发展规划（2006－2020年）》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。

“射频识别（RFID）技术与应用”也于2006年作为先进制造技术领域的重大项目列入国家高技术研究发展计划（863计划）。

中国科学院早在1999年就启动了传感网研究，组成了2000多人的团队，已经投入数亿元，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链，现在物联网技术可以应用于生活、工作、科研、工业生产等各个方面，具有巨大的潜力与提升空间。

1.3框架结构

物联网的技术体系框架如图2所示，它包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术。

1.感知层：

数据采集与感知主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。

物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。

传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据的协同信息处理过程。

2.网络层：

实现更加广泛的互联功能，能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。

经过十余年的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，基本能够满足物联网数据传输的需要。

3.应用层：

应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。

其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。

应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。

4.公共技术：

公共技术不属于物联网技术的某个特定层面，而是与物联网技术架构的三层都有关系，它包括标识与解析、安全技术、网络管理和服务质量（QoS）管理。

1.4关键体系

目前,物联网还没有一个广泛认同的体系结构，最具代表性的物联网架构是欧美支持的EPCglobal和日本的UID物联网系统。

EPC系统由EPC编码体系、射频识别系统和信息网络系统3部分组成。

UID技术体系架构由泛在识别码（uCode）、泛在通信器、信息系统服务器、和ucode解析服务器等4部分构成。

EPCglobal和UID上只是RFID标准化的团体，离全面的“物联网”体系架构相去甚远。

美国的IBM公司在2008年提出“智慧的地球”这一与物联网概念相近的概念，并提出通过INSTRUMENTED，INTERCONNECTED和INTELLIGENT这三个层面来实现智慧地球。

在文献基础上，如图3所示、本文提出了物联网体系架构。

1、智能物体层：

通过传感器捕获和测量物体相关数据，实现对物理世界的感知。

同时具备局部的互动性，需要一定的存储和计算能力。

2、数据传输层：

以有线或无线的方式实现无缝、透明、安全的接入，提供并实施编码、认知、鉴权、计费等管理。

3、信息关联层：

通过云计算实施对海量数据的存储和管理、数据处理与融合，屏蔽其异质性与复杂性，形成一个与真实世界对应的虚拟世界。

4、应用服务层：

从虚拟世界中提取信息，提供丰富的面向服务的应用。

如智能交通、智能电网、智能医疗等等。

需要指出的是，数据由底部的传感器通过网络到达应用服务层面，而实际上，在服务应用层面，各个中心、用户可以反向的通过网络由执行器对物体进行控制。

在该体系结构中，感知层面的各种传感器、执行器都是具体的，随着技术的发展会不断升级，新设备不断引入物联网。

而服务应用层的各种需求也是不断提出的，并不是一层不变的。

若是每个具体的服务应用和传感设备都形成一个独立的网络，最后可能形成许多套特殊的网络，这不利于推广和不便于维护。

因此这需要物联网的网络层有一定前瞻性，物体设备层可以变化，服务应用层可以变化，但它们都是通过一个普适的网络进行连接，这个网络可以在一定的时间内保持稳定。

2.物联网的关键技术

2.1EPC和RFID

EPC统一了对世界范围内商品的标识编码的规则，并应用与RFID系统中，联合网络技术而组成了EPC系统。

EPC规定了用数字信息的形式存储与和具体的商品实物固定在一起得RFID应答器中。

其中EPC数字信息代表了该商品的生产地区、生产商、生产日期、产品属性等数据信息。

RFID直接继承了雷达的概念，并由此发展出一种生机勃勃的电磁新技术—RFID技术。

它主要是由应答器、阅读器和高层组成。

EPC／RFID技术是以网络为支撑的大系统，射频识别和无线通信。

它一方面利用现有的Internet网络资源，另一方面可在世界范围内构建出实物互联网。

2.2传感器技术

传感器技术是物联网的基础技术之一，处于物联网技术的感知层。

目的是实现互联互通。

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。

而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。

为适应这种情况，就需要物联网传感器。

因此可以说，物联网传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

3.物联网的应用

3.1智能电网

智能电网是将物联网技术与智能电网的需求相结合，实现电网智能化应用的解决方案。

智能电网通过应用层最终实现信息技术与智能电网的深度融合，对智能电网的发展具有广泛的影响。

应用层的关键在于在信息化的过程中，能满足电网系统的各个环节，进行智能交流，实现精确供电、互补供电、提高能源利用率、供电安全，节省用电成本的目标的各信息元的需求分析以及信息的内部共享。

3.2智能交通

针对目前交通信息采集手段单一，数据收集方式落后，缺乏全天候实时提供现场信息的能力的实际情况，以及道路拥堵疏通和车辆动态诱导手段不足，突发交通事件的实时处置能力有待提升的工作现状，基于物联网架构的智能交通体系综合采用线圈、微波、视频、地磁检测等固定式的多种交通信息采集手段，结合出租车、公交及其他勤务车辆的日常运营，采用搭载车载定位装置和无线通讯系统的浮动车检测技术，实现路网断面和纵剖面的交通流量、占有率、旅行时间、平均速度等交通信息要素的全面全天候实时获取。

通过路网交通信息的全面实时获取，利用无线传输、数据融合、数学建模、人工智能等技术。

4.物联网的展望

物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”。

经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见；

小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。

嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。

物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。

业内专家认为，物联网一方面可