物联网相关技术及其应用案例.docx
《物联网相关技术及其应用案例.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物联网相关技术及其应用案例.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
物联网相关技术及其应用案例
物联网相关技术及其应用案例
物联网是新一代信息技术的重要组成部分。
其英文名称是“TheInternetofthings”。
由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。
这有两层意思：
第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。
因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网被称为继计算机和互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，代表着当前和今后相当一段时间内信息网络的发展方向。
从一般的计算机网到互联网，从互联网到物联网，信息网络已经从人与人之间的沟通发展到人与物、物与物之间的沟通，功能和作用日益强大，对社会的影响也越发深远。
物联网不但是我国争夺国际经济科技制高点，实现“建设创新型国家”战略性目标的重要抓手，也对国家转变经济发展方式、促进社会转型和产业升级具有重大意义。
尤其在温家宝总理2009年做出加快物联网产业发展的重要指示后，物联网更是普遍受到了社会各界的高度重视。
物联网的发展将帮助我们实现社会生产生活中信息感知能力、信息互通性和智能决策能力的全面提升，具有广阔的行业应用需求，但整体来看，中国物联网产业发展仍处于起步阶段，技术、标准、产品等诸要素有待成熟，尤其重要的是，由于不同行业在物联网应用方面的实际需求、技术架构和应用条件都有较大差别，物联网的各个细分市场并不明晰，存在着双向的信息不对称，即一方面，潜在客户对物联网技术的功能和作用认识不足，而另一方面，物联网企业又普遍对客户的实际需求缺乏了解。
这使领域中出现了概念炒作多、应用推进少，新瓶装旧酒多、技术突破少的现状，与国家推进物联网产业发展的战略思路是不相符的，而寻找到符合各行业需求的物联网应用，既是推进物联网市场发展的关键，也是中国物联网产业目前必须解决的问题。
目前物联网已成为IT业界的新兴领域，引发了相当热烈的研究和探讨。
不同的视角对物联网概念的看法不同，所涉及的关键技术也不相同。
可以确定的是，物联网技术涵盖了从信息获取、传输、存储、处理直至应用的全过程，这需要在材料、器件、软件、网络、系统等各个方面都有所创新才能促进其发展。
国际电信联盟报告提出[1]，物联网主要需要四项关键性应用技术：
①标签物品的RFID技术；②感知事物的传感网络技术（Sensortechnologies）；③思考事物的智能技术（Smarttechnologies）；④微缩事物的纳米技术（Nanotechnology）。
显然这是侧重了物联网的末梢网络技术。
欧盟《物联网研究路线图》将物联网研究划分为了十个层面：
①感知，ID发布机制与识别；②物联网宏观架构；③通信（OSI物理与数据链路层）；④组网（OSI网层）；⑤软件平台、中间件（OSI网络层以上）；⑥硬件；⑦情报提炼；⑧搜索引擎；⑨能源管理；⑩安全。
当然这些都是物联网研究的内容，而对于实现物联网而言略显重点不够突出。
本文针对物联网的内涵，分析研究实现物联网所涉及的关键技术，譬如感知技术、网络通信技术、数据融合与智能技术，以及云计算等。
1感知技术感知技术也可以称为信息采集技术，它是实现物联网的基础。
目前，信息采集主要采用电子标签和传感器等方式完成。
1.1电子标签
在感知技术中，电子标签用于对采集的信息进行标准化标识，数据采集和设备控制通过射频识别读写器、二维码识读器等实现。
射频识别（RFID）是一种非接触式的自动识别技术，属于近程通信，与之相关的技术还有蓝牙技术等。
RFID通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别过程无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
RFID技术与互联网、通信等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。
RFID电子标签是近几年发展起来的新型产品，也是替代条形码走进物联网时代的关键技术之一。
所谓RFID电子标签
就是一种把天线和IC封装到塑料基片上的新型无源电子卡片，具有数据存储量大、无线无源、小巧轻便、使用寿命长、防水、防磁和安全防伪等特点。
RFID读写器（即PCE机）和电子标签（即
PICC卡）之间通过电磁场感应进行能量、时序和数据的无线传输。
在RFID读写器天线的可识别范围内，可能会同时出现多张PICC卡。
如何准确识别每张卡，是A型PICC卡的防碰撞（也
叫防冲突）技术要解决的关键问题。
传感器
传感器是机器感知物质世界的“感觉器官”，用来感知信息采集点的环境参数；它可以感知热、力、光、电、声、位移等信号，为物联网系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。
随着电子技术的不断进步，传统的传感器正逐步实现微型化、智能化、信息化、网络化；同时，我们也正经历着一个从传统传感器到智能传感器再到嵌入式Web传感器不断发展的过程。
目前，市场上已经有大量门类齐全且技术成熟的传感器产物联网关键技术研究*刘化君（南京工程学院，江苏南京211167）摘要：
针对近年来人们广泛关注的物联网，分析讨论了制约物联网发展应用的关键技术，包括感知技术、网络通信技术、数据融合与智能技术，以及云计算等。
这些技术将对物联网的发展和应用乃至人类生活、工业发展、科技进步起到至关重要的促进作用。
关键词：
物联网；传感网；
数据融合。
基金项目：
先进数控技术江苏省高校重点建设实验室开放基金项目（KXJ07117）··4计算机时代2010年第7期品可供选择。
2网络通信技术在物联网的机器到机器、人到机器和机器到人的信息传输中，有多种通信技术可供选择，他们主要分为有线（如DSL、PON等）和无线（如CDMA、GPRS、IEEE802.11a/b/gWLAN
等）两大类技术，这些技术均已相对成熟。
在物联网的实现中，格外重要的是无线传感网技术。
无线传感网主要技术
无线传感网（WSN）是集分布式信息采集、传输和处理技术于一体的网络信息系统，以其低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点受到广泛重视。
物联网正是通过遍布在各个角落和物体上的形形色色的传感器以及由它们组成的无线传感网络，来感知整个物质世界的。
目前，面向物联网的传感网，主要涉及以下几项技术。
⑴测试及网络化测控技术。
综合传感器技术、嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术等，协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理、传输。
只有依靠先进的分布式测试技术与测量算法，才能满足日益提高的测试和测量需求。
⑵智能化传感网节点技术。
所谓传感网节点是指一个微型化的嵌入式系统。
在感知物质世界及其变化的过程中，需要检测的对象很多，譬如温度、压力、湿度、应变等，因此需要微型化、低功耗的传感网节点来构成无线传感网的基础层支持平台。
这不但需要采用MEMS加工技术，设计符合物联网要求的微型传感器，使之可识别和配接多种敏感元件，并适用于主被动各种检测方法；另外，传感网节点还应具有强抗干扰能力，以适应恶劣工作环境的需求。
这里重要的是，利用传感网节点具有的局域信号处理功能，在传感网节点附近局部完成一定的信号处理，使原来由中央处理器实现的串行处理、集中决策的系统，成为一种并行的分布式信息处理系统。
⑶传感网组织结构及底层协议。
网络体系结构是网络的协议分层以及网络协议的集合，是对网络及其部件所应完成功能的定义和描述。
对传感网而言，其网络体系结构不同于传统的计算机网络和通信网络。
对于物联网的体系结构，已经提出了多种参考模型[2]。
就传感网体系结构而言，也可以由分层的网络通信协议、传感网管理以及应用支撑技术三个部分组成。
其中，分层的网络通信协议结构类似于TCP/IP协议体系结构；传感网管理技术主要是对传感器节点自身的管理以及用户对传感网的管理；分层协议和网络管理技术是传感网应用支撑技术的基础。
⑷对传感网自身的检测与自组织。
传感网是整个物联网的底层和信息来源，网络自身的完整性、完好性和效率等性能至关重要，因此，需要对传感网的运行状态及信号传输通畅性进行良好监测，才能实现对网络的有效控制。
在实际应用当中，传感网中存在大量传感器节点，密度较高，当某一传感网节点发生故障时，网络拓扑结构有可能会发生变化，因此，设计传感网时应考虑传感网的自组织能力、自动配置能力及可扩展能力。
⑸传感网安全。
传感网除了具有一般无线网络所面临的信息泄露、信息篡改、重放攻击、拒绝服务等多种威胁之外，还面临传感网节点容易被攻击者物理操纵，获取存储在传感网节点中的信息，从而控制部分网络的安全威胁。
这显然需要通过其他的网络安全技术来提高传感网的安全性能。
如在通信前进行节点与节点的身份认证；设计新的密钥协商算法，使得即使有一小部分节点被恶意控制，攻击者也不能或很难从获取的节点信息推导出其他节点的密钥信息；对传输信息加密解决窃听问题；保证网络中的传感信息只有可信实体才可以访问；采用一些跳频和扩频技术减轻网络堵塞等问题。
物联网的部分网络通信技术
根据目前物联网所涵盖的概念，其工作范围可以分成两大块：
一块是体积小、能量低、存储容量小、运算能力弱的智能小物体的互联，即传感网；另一块是没有上述约束的智能终端的互联，如智能家电、视频监控等。
对于智能小物体网络层的网络通信技术目前有两项：
一是基于ZigBee联盟开发的ZigBee协议进行传感器节点或者其他智能物体的互联；另一技术是IPSO联盟所倡导的通过IP实现传感网节点或者其他智能物体的互联。
⑴ZigBee技术。
ZigBee技术是基于底层IEEE802.15.4标准，用于短距离范围、低传输数据速率的各种电子设备之间的无线通信技术，它定义了网络/安全层和应用层。
ZigBee技术经过多年的发展，技术体系已相对成熟，并已形成了一定的产业规模。
在标准方面，已发布ZigBee技术的第3个版本V1.2；对于芯片，已能够规模生产基于IEEE802.15.4的网络射频芯片和新一代的ZigBee射频芯片（将单片机和射频芯片整合在一起）；在应用方面，ZigBee技术已广泛应用于工业、精确农业、家庭和楼宇自动化、医学、消费和家用自动化、道路指示/安全行路等众多领域。
⑵与IPv6相关联的技术。
若将物联网建立在数据分组交换技术基础之上，则将采用数据分组网即IP网作为承载网。
IPv6作为下一代IP网络协议，具有丰富的地址资源，能够支持动态路由机制，可以满足物联网对网络通信在地址、网络自组织以及扩展性方面的要求。
但是，由于IPv6协议栈过于庞大复杂，不能直接应用到传感器设备中，需要对IPv6协议栈和路由机制作相应的精简，才能满足低功耗、低存储容量和低传送速率的要求。
目前有多个标准组织进行相关研究，IPSO联盟于2008年10月，已发布了一种最小的IPv6协议栈μIPv6。
3数据融合与智能技术物联网是由大量传感网节点构成的，在信息感知的过程中，采用各个节点单独传输数据到汇聚节点的方法是不可行的。
因为网络存在大量冗余信息，会浪费大量的通信带宽和宝贵的能量资源。
此外，还会降低信息的收集效率，影响信息采集的及时性，所以需要采用数据融合与智能技术进行处理。
分布式数据融合
所谓数据融合是指将多种数据或信息进行处理，组合出高效且符合用户需求的数据的过程。
在传感网应用中，多数情况只关心监测结果，并不需要收集大量原始数据，数据融合是处理该类问题的有效手段。
例如，借助数据稀疏性理论在图像处·5ComputerEraNo.72010理中的应用，可将其引入传感网用于数据压缩，以改善数据融合效果。
分布式数据融合技术需要人工智能理论的支撑，包括智能信息获取的形式化方法、海量信息处理的理论和方法、网络环境下信息的开发与利用方法，以及计算机基础理论。
同时，还需掌握智能信号处理技术，如信息特征识别和数据融合、物理信号处理与识别等。
3.2海量信息智能分析与控制
海量信息智能分析与控制是指依托先进的软件工程技术，对物联网的各种信息进行海量存储与快速处理，并将处理结果实时反馈给物联网的各种“控制”部件。
智能技术是为了有效地达到某种预期的目的，利用知分析后所采用的各种方法和手段。
通过在物体中植入智能系统，可以使得物体具备一定的智能性，能够主动或被动的实现与用户的沟通，这也是物联网的关键技术之一。
智能分析与控制技术主要包括人工智能理论、先进的人-机交互技术、智能控制技术与系统等。
物联网的实质是给物体赋予智能，以实现人与物体的交互对话，甚至实现物体与物体之间的交互或对话。
为了实现这样的智能性，例如，控制智能服务机器人完成既定任务包括运动轨迹控制、确的定位及目标跟踪等，需要智控制技术与系统。
4云计算随着互联网时代信息与数据的快速增长，有大规模、海量的数据需要处理。
当数据计算量超出自身IT架构的计算能力时，一般是通过加大系统硬件投入来实现系统的可扩展性。
另外，由于传统并行编程模型应用的局限性，客观上还需要一种易学习、使用、部署的并行编程框架来处理海量数据。
为了节省成本和实现系统的可扩放性，云计算的概念因此应运而生[3]。
云计算最基本的概念是通过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统处理。
通过云计算技术，网络服务提供者可以在数秒之内，处理数以千万计甚至亿计的信息，提供与超级计算机同样强大效能的网络服务。
云计算作为一种能够满足海量数据处理需求的计算模型，将成为物联网发展的基石。
之所以说云计算是物联网发展的基石，一是因为云计算具有超强的数据处理和存储能力，二是因物联网无处不在的信息采集活动，需要大范围的支撑平台以满足其大规模的需求。
实现云计算的关键技术是虚拟化技术。
通过虚拟化技术，单个服务器可以支持多个虚拟机运行多个操作系统，从而提高服务器的利用率。
虚拟机技术的核心是Hypervisor（虚拟机监控程序）。
Hypervisor在虚拟机和底层硬件之间建立一个抽象层，它可以拦截操作系统对硬件的调用，为驻留在其上的操作系统提供虚拟的CPU和内存。
实现云计算系统目前还面临着诸多挑战，现有云计算系统的部署相对分散，各自内部能够实现VM的自动分配、管理和容错等，云计算系统之间的交互还没有统一的标准。
关于云计算系统的标准化工作还存在一系列亟待解决的问题，需要更进一步的深入研究。
然而，云计算一经提出便受到了产业界和学术界的广泛关注。
目前，国外已经有多个云计算的科学研究项目，比较有名的是ScientificCloud和OpenNebula项目。
产业界也在投入巨资部署各自的云计算系统，参与者主要有Google、IBM、Microsoft、Amazon等。
国内关于云计算的研究也已起步，并在计算机系统虚拟化基础理论与方法研究方面取得了阶段性成果。
5结束语根据物联网的内涵可知，要真正实现物联网需要感知、传输、控制及智能等多项技术。
物联网的研究将带动整个产业链或者说推动产业链的共同发展。
信息感知技术、网络通信技术、数据融合与智能技术、云计算等技术的研究与应用，将直接影响物联网的发展与应用，只有综合研究解决了这些关键技术问题，物联网才能得到快速推广，造福于人类社会，实现智慧地球的美好愿望。
同时，也能明显提高该模型的准确率和覆盖率。
然而用户在Web空间的浏览过程是一个动态变化的过程，如何有效地把握用户的兴趣迁移，更准确地预测其浏览过程仍将是今后研究的重点。
物联网的行业特性主要体现在其应用领域内，目前绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行业均有物联网应用的尝试，某些行业已经积累一些成功的案例。
物联网应用案例之研华科技节能及电力监控系统助力大学实现智能电力管理
台湾的一所大学正在经历戏剧性的用电量增加，主要是因为校园里越来越多的校舍和学生人数。
旨在分析其功率消耗，提高他们52个建筑物的能源效率，这个大学要建立一个采用基于网络硬件和软件的能源管理系统。
考虑到这些目标，他们采用了研华科技提供节省能源的方案。
可谓一则非常好的物联网应用案例。
他们要创建一个纵横52座校园建筑物的能源管理系统，以监察和改善功耗管理，保证高效的能源使用。
这种能力可以监测每一栋建筑内的实时能耗，还可以预测电力需求，调整电力消耗，并改善电源管理。
利用其网络的功能优势，创建一个能耗调查系统和一个实时显示系统，用以显示在每个建筑内的用电情况，以在整个校园内推动和倡导节能。
电源监控计算机工作站使用webaccess中人机界面收集数据并显示状态，这个系统用于分析和比较数据，然后采取适当措施，以减少电力消耗和节约能源。
为了确保没有网络连接时数据不会丢失，bemg-4110数据采集器被连接到数字万用表，这样，数据就可以临时存储在本地计算机上，并在网络恢复时上传，以确保数据的完整性。
这所大学使用webaccess和bemg-4110数据采集器来创建基于web的电力监控管理系统。
它不仅有助于大学的工作人员和学生节约能源，而且还促进了节能和高效用能概念的推广。
物联网应用案例之朝阳物联网示范园试点无人驾公交
朝阳区物联网应用案例朝阳区将修建一座占地4平方公里的物联网应用服务产业园。
无人驾驶节能公交车、手机刷卡付费等生活方式将在园区内实现。
朝阳区信息办相关负责人表示，作为国内首个物联网示范园区，一期工程将在未来3年内建成。
据市场调查资料显示，朝阳区一座占地4平方公里的物联网产业示范园已经进入规划阶段。
这座物联网产业园区位于东五环外，朝阳区已初步为其选定建设用地，将采取“政企共建”的模式，将能够嵌入物联网的所有高科技产品在园内投入使用，初步划分为商业区域、企业区域、生活区域以及公共区域。
朝阳区的物联网应用案例使我们对物联网的含义有了一个基本的认识，“所谓物联网，通俗地说是将生活中的每个物件安装芯片，再通过无线系统综合联系起来，通过一个终端就能控制包括家中和户外所有设备。
”该负责人表示，目前物联网技术中包括芯片嵌入、远程指令等很多内容已能够应用，关键是将这些内容在一个有限的空间内进行整合，实现综合应用，朝阳区物联网示范园的兴建，正是为这种综合应用提供实验场所。
据介绍，朝阳区物联网示范园最大的看点应该是无人驾驶的公交系统，市民在园区乘坐无人驾驶的节能环保公交车，经过十字路口的时候，红绿灯也能够自动感应到公交车驶近，从而迅速变灯。
物联网应用案例之东莞实现空余车位预约服务
在交通领域，除了人们熟知的视频监控、gps定位外，物联网与手机技术的结合还将带来更多方便。
“你看这个车位上装了无线传感器，车辆只要停在这里，系统就能感知，并把信息通过专门的客服电话或手机客户端，传递给用户”，中国电信人士一边现场演示一边介绍，在东莞等地已经实现了这种应用，人们出门前可提前了解哪里有空余车位，甚至获得预约服务。
实现这种功能的小小一个传感器由于是无线的，安装起来并不麻烦，而且除了车位信息，也能告诉用户究竟停了多长时间车，以精确收费。
物联网应用案例之手机移动支付空调、窗帘和电视机开关
中国电信手机移动支付，也是论坛上一项引人注目的应用。
目前在南京等市刷天翼手机可以坐公交、地铁，今后还会引发新型的消费和应用模式，通过手机可控制家电这种智能家居也开始进入人们生活。
在现场看到了根据广东已投入应用的智能化住宅制作的模型，手机上就可以打开空调、窗帘和电视机开关，没人时就可以设置离家模式，开启安防状态，手机里同时能看到家里情况的实时视频。
通过以上物联网应用案例，我们总结物联网（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;是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。
2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布了《itu互联网报告2005：
物联网》，正式提出了“物联网”的概念。
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信息交换。
升级会员 