物联网技术

物联网技术及其应用

其英文名称是“The Internet of things”。顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。 物联网概念 其英文名称是“The Internet of things”。顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。 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；相关知识——云计算 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。 相关知识——传感器 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。 实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制 ！

“物”的涵义 　　这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入 “物联网”的范围： 　　1、要有数据传输通路； 　　2、要有一定的存储功能； 　　3、要有CPU； 　　4、要有操作系统； 　　5、要有专门的应用程序； 　　6、遵循物联网的通信协议； 　　7、在世界网络中有可被识别的唯一编号。

中国工信部：物联网是个新概念，到现在为止还没有一个约定俗成的，大家公认的概念。 总的来说： Internet of Things 概念 中国工信部：物联网是个新概念，到现在为止还没有一个约定俗成的，大家公认的概念。 总的来说： “物联网”是指各类传感器和现有的“互联网”相互衔接的一种新技术。是在现有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信息系统。

无线数据通信 无线数据通信：通过无线电波传送数据信息的一种通信方式。 它是在有线数据通信的基础上发展起来的，能实现移动状态下的数据通信。 主要是用来实现人与计算机以及计算机与计算机之间的通信。 无线数据通信系统：是地面有线数据通讯网的延伸和补充。该系统以蜂窝小区组网方式为主。由基站和无线终端组成，无线终端可以是便携电脑或是设计成便携或专为移动操作的设备。通常使用的频率在800MHz频段。 　　无线移动数据通信网通过与有线数据通信网的互连，使数据通信网的应用进行扩展。

RFID 射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。 又被叫做智能标签或标签。RFID电子电梯合格证的阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块（发送器和接收器）、控制单元以及阅读器天线。　RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，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。

物联网（IOT）的定义 早在1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中就已经提及物联网概念。但是，“物联网”概念的真正提出是在1999年，由EPCglobal的Auto-ID中心提出，被定义为：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。 2005年，国际电信联盟（ITU）正式称“物联网”为“The Internet of things”，并发表了年终报告《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；并描绘出“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。 现在较为普遍的理解是，物联网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。通过装置在各类物体上的电子标签（RFID）、传感器、二维码等经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予智能，可以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体互相间的沟通和对话。

“中国式”物联网定义 　　最简洁明了的定义：物联网(Internet of Things)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络 . 　物联网这个概念，在中国早在1999年就提出来了。不过，当时不叫“物联网”而叫传感网罢了。中科院早在1999年就启动了传感网的研究和开发。与其它国家相比，我国的技术研发水平处于世界前列，具有同发优势和重大影响力。

物联网（IOT）的起源 1998年，美国麻省理工大学（MIT）的Sarma、Brock、Siu创造性地提出将信息互联网络技术与RFID技术有机地结合，即利用全球统一的物品编码（EPC ，Electronic Product Code）作为物品标识，利用RFID 实现自动化的“物品”与Internet的联接，无需借助特定系统，即可在任何时间、任何地点、实现对任何物品的识别与管理。 1999年，由美国统一代码委员会（UCC）吉列和宝洁等组织和企业共同出资，在美国麻省理工大学成立Auto-ID Center，在随后的几年中，英国、澳大利亚、日本、瑞士、中国、韩国等国的6所著名大学相继加入Auto-ID Center，对“物联网”相关研究实行分工合作，开展系统化研究，提出最初物联网系统构架： 射频标签 识读器 Savant软件 对象名称解析服务（ONS） 实体标记语言服务器（PML-Server） 2003年11月1日，国际物品编码组织（GS1）出资正式接管EPC系统，并组成EPC Global进行全球推广与维护。与此同时，原6所大学的AUTO-ID实验室转到EPC Global下的技术组，作为EPC实验室，继续对EPC系统的应用提供技术支持，提出物联网系统架构： EPC编码 EPC标签 读写器 中间件 EPC信息服务（EPCIS）

广义的物联网涵义 利用条码、射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现人与人、人与物、物与物的在任何时间、任何地点的连接（anything、anytime、anywhere），从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。 普适计算 泛在网络 物联网 RFID 传感器网络

2008年-美国 智慧地球 2009年-欧盟 物联网行动 2009年-日本 i-Japan战略 2009年-韩国 u-Korea战略 各国物联网战略或计划 2008年-美国 智慧地球 IBM提出的“智慧地球”概念（建议政府投资新一代的智慧型基础设施）已上升至美国的国家战略。该战略认为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”。 2009年-欧盟 物联网行动 物联网行动计划。具体而务实，强调RFID的广泛应用，注重信息安全。2009年6月，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》（Internet of Things-An action plan for Europe），以确保欧洲在建构物联网的过程中起主导作用。行动计划共包括14项内容，主要有管理、隐私及数据保护、“芯片沉默”的权利、潜在危险、关键资源、标准化、研究、公私合作、创新、管理机制、国际对话、环境问题、统计数据和进展监督等一系列工作。 2009年-日本 i-Japan战略 i-Japan战略。在u-Japan的基础上，强调电子政务和社会信息服务应用。2004年，日本信息通信产业的主管机关总务省（MIC）提出2006～2010年间IT发展任务——u-Japan战略。该战略的理念是以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接，即所谓4U=ForYou（Ubiquitous,Universal, User-oriented, Unique），希望在2010年将日本建设成一个“实现随时、随地、任何物体、任何人（anytime, anywhere, anything, anyone）均可连接的泛在网络社会”。 2009年-韩国 u-Korea战略 继日本提出u-Japan战略后，韩国也在2006年确立了u-Korea战略。u-Korea旨在建立无所不在的社会（ubiquitous society），也就是在民众的生活环境里，布建智能型网络（如IPv6、BcN、USN）、最新的技术应用（如DMB、Telematics、RFID）等先进的信息基础建设，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。其最终目的，除运用IT科技为民众创造食衣住行育乐各方面无所不在的便利生活服务，亦希望扶植IT产业发展新兴应用技术，强化产业优势与国家竞争力。 2009年-中国 感知中国 感知中国。2009年8月7日家宝总理在无锡考察时提出要尽快建立中国的传感信息中心或者叫“感知中国”中心。

IBM前首席执行官郭士纳提出一个重要的观点：计算模式每隔15年发生一次变革。 十五年周期定律 IBM前首席执行官郭士纳提出一个重要的观点：计算模式每隔15年发生一次变革。 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， 1995年前后则发生了互联网革命。 2010年前后？物联网？ 每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革命一定程度上是由美国“信息高速公路”战略所催熟。

感知 传输 智能 全面感知 可靠传输 智能处理 物联网（IOT）的特征 利用RFID、传感器、二维码等 能够随时随地采集物体的动态 信息。 通过网络将感知的各种 信息进行实时传送。 利用计算机技术，及时地对海量的 数据进行信息控制，真正达到了 人与物的沟通、物与物的沟通。

感知 传输 智能 全面感知 可靠传输 智能处理 物联网（IOT）的特征 利用RFID、传感器、二维码等 能够随时随地采集物体的动态 信息。 通过网络将感知的各种 信息进行实时传送。 利用计算机技术，及时地对海量的 数据进行信息控制，真正达到了 人与物的沟通、物与物的沟通。

物联网（IOT）结构示意图

智慧星球

感知中国 中国物联网发展 1999年 2009 年8月7日 2009年8月24日 2009年9月11日 2009年9月14日 中国开始传感网研究。 2009 年8月7日 温家宝在无锡视察中科院“物联网”技术研发中心时指出，要尽快突破核心技术，把传感技术和TD的发展结合起来。 2009年8月24日 王建宙访台期间解释了“物联网”概念。 2009年9月11日 “传感器网络标准工作组成立大会暨”感知中国’高峰论坛”在北京举行，会议提出传感网发展相关政策。 2009年9月14日 在中国通信业发展高层论坛上，中国移动总裁王建宙高调表示：“物联网”商机无限，中国移动将以开放的姿态，与各方竭诚合作。 2009年10月11日 工业和信息化部部长李毅中部长在科技日报上发表题为《我国工业和信息化发展的现状与展望》的署名文章，首次公开提及传感网络，并将其上升到战略性新兴产业的高度，指出信息技术的广泛渗透和高度应用将催生出一批新增长点。 2009年11月3日 温家宝总理在人民大会堂向首都科技界发表了题为“让科技引领中国可持续发展”的讲话，首度提出发展包括新能源、新材料、生命科学、生命医药、信息网络、海洋工程、地质勘探等七大战略新兴产业的目标，并将”物联网”并入信息网络发展的重要内容，并强调信息网络产业是世界经济复苏的重要驱动力。 而在《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。

面临五个主要技术问题 （1）技术标准问题 世界各国存在不同的标准。中国信息技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。2009年9月，传感器网络标准工作组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。 （2）安全问题 信息采集频繁，其数据安全也必须重点考虑。 （3）协议问题 物联网是互联网的延伸，在物联网核心层面是基于TCP/IP，但在接入层面，协议类别五花八门，GPRS/CDMA、短信、传感器、有线等多种通道，物联网需要一个统一的协议栈。 （4）IP地址问题 每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6来支撑。IPv4向IPv6过渡是一个漫长的过程，因此物联网一旦使用IPv6地址，就必然会存在与IPv4的兼容性问题。 （5）终端问题。 物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求千差万别，如何满足终端产品的多样化需求，对运营商来说是一大挑战。

物联网技术及其应用

物联网的体系架构

应用层是构建在物联网技术架构之上的应用系统，包括商业贸易、物流、农业、军事等等不同的应用系统。 物联网的体系架构 应用层 应用层是构建在物联网技术架构之上的应用系统，包括商业贸易、物流、农业、军事等等不同的应用系统。 网络层 网络层，即进行信息交换的通信网络，包括有Internet、WIFI网以及无线通信网络等网络。 信息采集层 数据采集指通过包括条码、射频识别、无线传感器、蓝牙等在内的自动识别与近场通信技术获取物品编码信息的过程。 编码层 编码层是物联网的基石，是物联网信息交换内容的核心和关键字。 编码是物品、设备、地点、属性等的数字化名称。

物联网技术及其应用

物联网核心技术：RFID RFID定义 RFID（Radio Frequency Identification ）即射频识别技术，俗称电子标签，通过射频信号自动识别目标对象，并对其信息进行标志、登记、储存和管理。 RFID系统组成 电子标签：由芯片和标签天线或线圈组成，通过电感耦合或电磁反射原理与读写器进行通信； 读写器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备 ； 天线：可以内置在读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器天线接口相连。

物联网核心技术：RFID 技术沿革 1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。 1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。 1980-1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。 1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。 至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。

物联网核心技术：RFID 系统工作原理 读写器将要发送的信息，经编码后加载到高频载波信号上再经天线向外发送。 进入读写器工作区域的电子标签接收此信号，卡内芯片的有关电路对此信号进行倍压整流、调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。 若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过片上天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至信息系统进行处理。 若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起电子标签内部电荷泵提升工作电压，提供电压擦写E2PROM。若经判断其对应密码和权限不符，则返回出错信息。

物联网核心技术：RFID RFID主要频段标准及特性

物联网核心技术：RFID RFID应用领域 物流 物流过程中的货物追踪，信息自动采集，仓储应用，港口应用，邮政，快递。 零售 商品的销售数据实时统计，补货，防盗 制造业 生产数据的实时监控，质量追踪，自动化生产 服装业 自动化生产，仓储管理，品牌管理，单品管理，渠道管理 医疗 医疗器械管理，病人身份识别，婴儿防盗 身份识别 电子护照，身份证，学生证等各种电子证件。 防伪 贵重物品（烟，酒，药品）的防伪，票证的防伪等 资产管理 各类资产（贵重的或数量大相似性高的或危险品等) 交通 高速不停车，出租车管理，公交车枢纽管理，铁路机车 识别等 食品 水果，蔬菜，生鲜，食品等保鲜度管理 动物识别 训养动物，畜牧牲口，宠物等识别管理 图书馆 书店，图书馆，出版社等应用 汽车 制造，防盗，定位，车钥匙 航空 制造，旅客机票，行李包裹追踪 军事 弹药，枪支，物资，人员，卡车等识别与追踪

物联网核心技术：WSN 传感器 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成 。

物联网核心技术：WSN体系结构 WSN体系结构：平面拓扑结构 WSN体系结构：逻辑分层结构

物联网核心技术：WSN体系结构 传感器节点体系结构 传感器网络协议栈

物联网核心技术：WSN的特征 与现有无线网络的差别 由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障； 环境干扰和节点故障容易造成网络拓扑结构的变化； 通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的； 传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等十分有限； 传统无线网络的首要设计目标是提高服务质量和高效率带宽利用，其次才考虑节约能源；而WSN的首要设计目标是能源的高效使用，这也是WSN和传统网络最重要的区别之一。 传感器节点的限制 电源能量有限、通信能力有限、计算和存储能力有限。 WSN的特点 大规模网络、自组织网络、动态性网络、可靠的网络、应用相关的网络、以数据为中心的网络。

物联网核心技术：WSN通信 WSN在无线通信框架中的位置

物联网核心技术：应用前景

RFID与WSN可以在两个不同的层面进行融合：物联网架构下RFID与WSN的融合，传感器网络架构下RFID与WSN的融合。 RFID侧重于识别，能够实现对目标的标识和管理，同时RFID系统具有读写距离有限、抗干扰性差、实现成本较高的不足；WSN侧重于组网，实现数据的传递，具有部署简单，实现成本低廉等优点，但一般WSN并不具有节点标识功能。RFID与WSN的结合存在很大的契机。 RFID与WSN可以在两个不同的层面进行融合：物联网架构下RFID与WSN的融合，传感器网络架构下RFID与WSN的融合。 物联网架构下RFID与WSN的融合

传感器网络架构下RFID与WSN的融合：智能节点 物联网核心技术 RFID和WSN融合 传感器网络架构下RFID与WSN的融合：智能节点

传感器网络架构下RFID与WSN的融合：智能传感标签 物联网核心技术 RFID和WSN融合 传感器网络架构下RFID与WSN的融合：智能传感标签

物联网技术及其应用

物联网应用示意图

物联网应用示意图

物联网应用 畜牧溯源 给放养的牲畜中的每一只羊都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。

物联网应用 无线葡萄园 2002 年，英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园。传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔一分钟检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确保葡萄可以健康生长。研究人员发现，葡萄园气候的细微变化可极大地影响葡萄酒的质量。通过长年的数据记录以及相关分析，便能精确的掌握葡萄酒的质地与葡萄生长过程中的日照、温度、湿度的确切关系。这是一个典型的精准农业、智能耕种的实例。 葡萄园环境监测系统示意图

物联网应用 机场防入侵 上海浦东国际机场防入侵系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，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。上海移动的车务通将在2010年世博会期间全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅。 电力管理 江西省电网对分布在全省范围内的2万台配电变压器安装传感装置，对运行状态进行实时监测，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理，一年来降低电损1.2亿千瓦时。

人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。 物联网应用 –不大可能。 个人保健 人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。

物联网应用 平安城市建设 利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实现图像敏感性智能分析并与110、119、112等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境。

物联网应用 未来数字家庭 信息 娱乐 数字家庭 生活 通信 数字家庭是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的互连方式进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”的一种服务。 数字家庭的四大功能：信息、通信、娱乐和生活。 一台联网的服务器。管理全家生活、

智能家居其实就是把家中的电器通过网络控制起来。可以想见，物联网发展到一定阶段，家中的电器可以和外网连接起来，通过传感器传达电器的信号。厂家在厂里就可以知道你家中电器的使用情况，也许在你之前就知道你家电器的故障。某一天突然有维修工上门告诉你家中空调有问题，你还惊异地不相信。 　　物联网的发展，必然带动传感器的发展，传感器发展到一定程度，变形金刚会真地出现在我们的面前。

物联网应用范围 总结 库存、车队、监控、导航、识别、货物 设备、安全、节能 照明、信号、应急、灾害、识别 设备、临床、辅助诊断、病程 智能运输 智能建筑 生产、安全、防灾、水电油气 大地勘测、森林、地震、海洋 公共安全 数字化医疗 工业自动化 遥感勘测 物流、零售、自动服务 移动POS 物联网 管理平台 污染检测、报警 环境保护 供应链 交易、订单、跟踪、识别 消防 联动、消防栓、定位、调度 石化 险情、油井、运输、管线 军事 气象 侦查、监控、定位、评估 煤炭 农业 降水、防洪、远程设备 电力 金融 林业 水务 大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪 通风、瓦斯、救灾定位 抄表、监控、节能 电子支付、实时信息 防火、勘察、报警 水质、水量、污染、安全

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