1、毕业设计（论文）设计（论文）题目:物联网体系结构及关键技术研究单 位（系别）：电子信息工程系 学生姓名：胡 胜 权 专业：应用电子技术_班级：01220902 学号：_0122090237 _指导教师：_徐昌彪_答辩组负责人：_填表时间： 20 年 月重庆邮电大学移通学院教务处制编 号：_审定成绩：_摘 要过 去 10 年 间 ， 互 联 网 技 术 和 应 用 取 得 巨 大 的 突 破 ， 近 些 年 随 着 全 球 信 息 技术 革 命 的 深 入 和 3G 网 络 的 建 设 ， “物 联 网 ”技 术 受 到 了 广 泛 的 关 注 ， 更 是引 起 了 国 内 学 术 界 、 工
2、业 界 和 新 闻 媒 体 的 高 度 重 视 。 “物 联 网 ”被 称 为 继 计算 机 、 互 联 网 之 后 ， 世 界 信 息 产 业 的 第 三 次 浪 潮 。 美 国 权 威 咨 询 机 构FORRESTER 预 测 ： 到 2020 年 ， 世 界 上 物 物 互 联 的 业 务 ， 跟 人 与 人 通 信 的 业务 相 比 ， 将 达 到 30 比 ， 因 此 ， “物 联 网 ”被 称 为 是 下 一 个 万 亿 级 的 通 信业 务 。 当 前 “物 联 网 ”的 定 义 、 国 内 在 原 理 、 体 系 结 构 和 系 统 模 型 等 方 面 还存 在 许 多 值 得
3、 探 讨 的 问 题 ， 但 从 “物 联 网 ”本 质 上 看 ， “物 联 网 ”是 现 代 信息 技 术 发 展 到 一 定 阶 段 后 出 现 的 一 种 聚 合 性 应 用 与 技 术 提 升 ， 将 各 种 感 知 技术 、 现 代 网 络 技 术 和 人 工 智 能 与 自 动 化 技 术 聚 合 与 集 成 应 用 ， 使 人 与 物 智 慧对 话 ， 创 造 一 个 智 慧 的 世 界 。 通 过 对 现 有 “物 联 网 ”技 术 文 献 和 应 用 实 例的 分 析 ， 来 探 讨 “物 联 网 ”体 系 机 构 和 关 键 技 术 的 研 究 进 行 了 阐 述 ;分
4、析 实现 物 联 网 的 五 大 核 心 技 术 ,包 括 传 感 器 、 信 息 汇 聚 、 通 信 、 运 营 和 应 用 技术 。本 文 介 绍 了 物 联 网 的 相 关 概 念 、 原 理 以 及 物 联 网 的 核 心 技 术 ， 最 后 ,展望 了 “物 联 网 ”技 术 的 前 景 以 及 对 人 类 生 活 、 工 业 发 展 、 科 技 进 步 的 促 进 作用 。【关键词】物联网 传感技术 射频识别技术 RFID 技术 互联网ABSTRACTIn the past 10years, the technology and application of the Interne
5、t have been got great achievements. The Internet of things is paid widely attention with the global information technology revolution and the construction of 3G in recent years. And Domestic scholars, Industry, and News media attach great importance to it. The Internet of things is named the third r
6、evolution in the world information industry following computer revolution and internet revolution. American Forrester said, By the year 2020, the number of the business of the things content compared with people of business communication will reach 30 to 1.Therefore it will have hundreds of thousand
7、s of communications business. At present the definition, inherent principle, construction and system of it is worth to discussion. The essence of The Internet of things is that modern information technology development to a certain extent emergence of an application and technology promotion jailing
8、river, will all kinds of perception technology, modern network technology and artificial intelligence and automation technology polymerization and integrated application, make people and things wisdom dialogue, creating a world of wisdom. I study the contracture and the key technology of it through
9、the articles about the internet of thing. And the paper analyzes five basic elements such as Sensor and gathering communication and operation and application technology.The paper expounds the definition, theory and the key technology of the internet of things. In the end, I analyze its function in o
10、ur daily life, industry and science.【Key words】The internet of thingThe technology of sensor Radio Frequency Identification RFID Internet 前 言物 联 网 是 由 各 种 现 代 科 技 设 备 组 成 的 一 个 巨 大 网 络 。 1995 年 比 尔 盖 茨 在 未 来 之 路 一 书 中 提 到 物 联 网 ， 到 今 天 已 经 发 展 了 17 年 。 随 着 计 算 机 、互 联 网 等 各 种 硬 件 和 软 件 的 高 速 发 展 ， 利
11、用 传 感 、 射 频 识 别 、 RFID 等 技 术 ，实 现 了 一 个 物 理 空 间 与 数 字 空 间 的 无 缝 连 接 。 这 个 概 念 的 产 生 是 1999 年 在美 国 召 开 的 移 动 计 算 机 和 网 络 国 际 会 议 由 MIT Auto-ID 中 心 的 Ashton 教 授在 研 究 RFID 时 最 早 提 出 来 的 。 科 技 在 发 展 ， 人 类 的 需 求 也 不 断 增 加 ， 需 要一 种 智 能 、 信 息 全 面 的 “智 慧 地 球 ”。 物 联 网 也 随 之 融 入 人 们 的 生 活 当 中 并且 不 断 完 善 ， 例 如
12、 SIM 卡 发 展 ， 它 的 容 量 是 不 是 应 该 从 K 到 G 呢 ？ 对 于 物联 网 的 应 用 和 发 展 前 景 分 析 ， 在 本 文 都 会 得 到 详 细 和 比 较 完 整 的 介 绍 。 由 此可 见 ， 物 联 网 正 处 于 飞 速 发 展 的 阶 段 。 因 此 加 强 技 术 攻 关 ， 更 加 完 善 物 联 网各 个 关 键 技 术 的 及 时 更 新 ， 才 能 体 现 物 联 网 对 人 们 的 需 求 。 预 计 物 联 网 是 继计 算 机 、 互 联 网 和 移 动 通 信 网 之 后 的 又 一 次 信 息 浪 潮 。 有 专 家 预 测
13、 在 未 来10 年 内 ， 物 联 网 就 可 能 大 规 模 的 普 及 进 入 人 们 的 生 活 ， 这 一 项 科 技 将 会 发 展为 上 千 万 亿 元 规 模 的 高 科 技 市 场 。第一章 物联网系统概述第一节 物联网的发展历史及趋势一、物联网的历史1999 年 MIT Auto-ID Center 提出物联网概念，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。2004 年日本总务省提出 u-Japan 构想中，希望在 2010 年将日本建设成一个“Anytime，Anywhere，Anything，Anyone”都可以上网的环境。同年，韩国
14、政府制定了 u-Korea 战略，韩国信通部发布的数字时代的人本主义：IT839 战略以具体呼应 u-Korea。2005 年 11 月 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 ，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(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。2008 年 11 月 IBM 提出“智慧的地球”概念，即“互联网+物联网=智慧地球” ，以此做为经济振兴战略。如果在基础建设的执行中，植入“智慧”
15、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。2009 年 6 月 欧盟委员会提出针对物联网行动方案，方案明确表示在技术层面将给予大量资金支持，在政府管理层面将提出与现有法规相适应的网络监管方案 2009 年 8 月 温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时明确指示要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，并且明确要求尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中 心 。目 前 ： 经 国 家 标 准 化管理委员会批准，全国信息技术标准化技术委员会组建了传感器网络标准工作组，标准工作组现聚集了中国科学院、中国移动通信集团公司等国内传感网主
16、要的技术研究和应用单位。二、物联网的发展趋势全 球 通 信 网 络 在 经 历 了 几 十 年 快 速 发 展 之 后 ， 已 经 可 以 基 本 满 足 人 与 人 随时 随 地 沟 通 的 需 要 ， 而 物 与 物 、 物 与 人 的 通 信 及 上 层 应 用 这 种 物 联 网 的 基 本发 展 需 求 正 涌 现 出 来 。随 着 物 联 网 技 术 应 用 与 产 业 发 展 的 逐 步 深 入 ， 中 国 的 物 联 网 发 展 既 具 备 了 一些 国 际 物 联 网 发 展 的 共 性 特 征 ， 也 呈 现 出 一 些 鲜 明 的 中 国 特 色 和 阶 段 特 点 。一
17、 方 面 ， 以 全 国 物 联 网 领 域 的 管 理 者 、 经 营 者 、 学 者 和 其 他 相 关 人 士 提 供 政策 研 讨 、 形 势 分 析 、 成 就 展 示 、 学 术 争 鸣 、 成 果 交 流 以 及 相 互 合 作 的 平 台 ，将 继 续 为 我 国 物 联 网 产 业 化 发 展 和 应 用 管 理 提 供 咨 询 和 决 策 依 据 。 另 一 方 面 ，当 前 我 国 物 联 网 产 业 的 主 要 客 户 仍 是 政 府 及 事 业 单 位 ， 还 没 有 演 变 成 市 场 普遍 消 费 模 式 。 随 着 ， 地 方 政 府 、 中 国 物 联 网 (
18、RFID、 传 感 网 、 智 能 通 讯 )产业 各 大 联 盟 和 国 内 外 企 业 、 机 构 的 鼎 力 支 助 ， 关 于 民 众 的 应 用 示 范 将 会 逐 步扩 大 。 根 据 2010 2011 年 中 国 物 联 网 发 展 年 度 报 告 ， 2012 年 中 国 物 联网 将 在 以 下 几 个 方 面 有 所 进 步 。一 是 物 联 网 将 会 出 现 一 系 列 的 标 准 竞 争 。 在 今 年 ， 一 些 地 方 宣 布 建 设 智慧 城 市 的 标 准 ， 各 有 各 得 标 准 ， 物 联 网 涵 盖 范 围 极 广 ， 在 制 定 标 准 时 ， 各
19、 个参 与 方 对 标 准 的 制 定 都 有 自 己 的 想 法 ， 试 图 让 参 与 方 自 己 的 想 法 能 够 主 导 上层 标 准 的 制 定 ， 并 占 取 主 动 地 位 。 2012 年 将 会 出 现 一 些 所 谓 的 标 准 。二 是 物 联 产 业 向 西 部 扩 展 ， 目 前 我 国 物 流 网 产 业 集 群 已 初 步 形 成 环 渤 海 、长 三 角 、 珠 三 角 以 及 中 西 部 地 区 等 四 大 区 域 集 聚 发 展 的 总 体 产 业 空 间 格 局 。2011 下 半 年 开 始 国 内 西 部 的 陕 西 、 兰 州 、 四 川 、 重
20、庆 也 开 始 将 物 联 网 产 业 作为 优 先 发 展 领 域 。 2012 年 将 会 有 更 多 的 西 部 城 市 开 始 加 入 物 联 网 之 中 。三 是 民 众 的 应 用 进 一 步 扩 大 。 当 前 我 国 物 联 网 产 业 的 主 要 客 户 仍 是 政 府及 事 业 单 位 ， 还 没 有 演 变 成 市 场 普 遍 消 费 模 式 。 随 着 ， 地 方 政 府 、 中 国 物 联网 (RFID、 传 感 网 、 智 能 通 讯 )产 业 各 大 联 盟 和 国 内 外 企 业 、 机 构 的 鼎 力 支 助 ，关 于 民 众 的 应 用 示 范 将 会 逐
21、步 扩 大 。四 是 多 层 面 的 政 策 投 入 成 为 推 动 现 阶 段 中 国 物 联 网 产 业 发 展 的 最 强 动 力 。“智 慧 城 市 ”建 设 是 中 国 城 市 化 推 进 到 一 定 水 平 的 必 然 产 物 ， 对 目 前 刚 刚 起步 的 物 联 网 产 业 发 展 意 义 重 大 。 国 家 倡 导 发 展 物 联 网 产 业 ， 借 以 实 现 经 济 转型 和 工 业 化 与 信 息 化 的 融 合 ， 各 地 政 府 纷 纷 响 应 ， 高 度 重 视 物 联 网 产 业 。 中国 已 有 28 个 省 市 将 物 联 网 作 为 新 兴 产 业 发
22、展 重 点 之 一 ， 不 少 一 二 线 城 市 在建 设 或 筹 建 物 联 网 产 业 园 。 可 以 预 见 ， 2012 年 ， 物 联 网 是 国 家 及 地 方 各 级政 府 推 进 信 息 化 工 作 的 重 点 ， 政 策 支 持 力 度 继 续 加 大 。五 是 物 联 网 产 业 链 逐 步 形 成 ， 物 联 网 应 用 领 域 逐 渐 明 朗 。 经 过 业 界 的 共同 努 力 ， 国 内 物 联 网 产 业 链 和 产 业 体 系 逐 渐 形 成 ， 产 业 规 模 快 速 增 长 。 安 防 、交 通 和 医 疗 三 大 领 域 ， 有 望 在 物 联 网 发
23、展 中 率 先 受 益 ， 成 为 物 联 网 产 业 市 场容 量 大 、 增 长 最 为 显 著 的 领 域 。 根 据 “十 二 五 ”规 划 ， 2012 年 我 国 物 联 网产 业 将 在 智 能 工 业 、 智 能 农 业 、 智 能 物 流 、 智 能 交 通 、 智 能 电 网 、 智 能 环 保 、智 能 安 防 、 智 能 家 居 等 重 点 领 域 积 极 开 展 应 用 示 范 。第二节 物联网系统简介一、 物联网定义物 联 网 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
24、 对 象 实 现 互 联 互 通 的 网 络 。 它 具 有 普 通 对 象 设 备 化 、 自 治 终 端互 联 化 和 普 适 服 务 智 能 化 3 个 重 要 特 征 。 物 联 网 (Internet of Things)指的 是 将 无 处 不 在 （ Ubiquitous） 的 末 端 设 备 （ Devices） 和 设 施（ Facilities） ， 包 括 具 备 “内 在 智 能 ”的 传 感 器 、 移 动 终 端 、 工 业 系 统 、楼 控 系 统 、 家 庭 智 能 设 施 、 视 频 监 控 系 统 等 和 “外 在 使 能 ”(Enabled)的 ，如 贴
25、上 RFID 的 各 种 资 产 （ Assets） 、 携 带 无 线 终 端 的 个 人 与 车 辆 等 “智 能化 物 件 或 动 物 ”或 “智 能 尘 埃 ”（ Mote） ， 通 过 各 种 无 线 /有 线 的 长 距 离 /短距 离 通 讯 网 络 实 现 互 联 互 通 （ M2M)、 应 用 大 集 成 （ Grand Integration)、以 及 基 于 云 计 算 的 SaaS 营 运 等 模 式 ， 提 供 安 全 可 控 乃 至 个 性 化 的 实 时 在 线监 测 、 定 位 追 溯 、 报 警 联 动 、 调 度 指 挥 、 预 案 管 理 、 远 程 控
26、制 、 安 全 防 范 、远 程 维 保 、 在 线 升 级 、 统 计 报 表 、 决 策 支 持 、 领 导 桌 面 （ 集 中 展 示 的Cockpit Dashboard)等 管 理 和 服 务 功 能 ， 实 现 对 “万 物 ”的 “高 效 、 节 能 、安 全 、 环 保 ”的 “管 、 控 、 营 ”一 体 化 。总 之 物 联 网 就 是 把 所 有 的 物 品 通 过 射 频 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 。二、 物联网系统的组成虽然物联网的定义目前没有统一的说法，但物联网的技术体系结构基本得到统一认识
27、，分为感知层、网络层、应用层三个大层次。如下图所示：应用层 网络层 【具体应用】智能家居 智能交通 智能电网 智能物流 智能医疗 智能农业 工业监控 城市管理 环境检测【数据分析处理】云计算、数据挖掘【广域网通讯】PSTN、2G/3G移动网络、互联网、广电网络、专网【短距离无线网络】红外、蓝牙、WiFi、Zigbee、其他无线感知网 应用层应用层完成物品信息的汇总、协同、共享、互通、分析、决策等功能，相当于物联网的控制层、决策层。物联网的根本还是为人服务，应用层完成物品与人的最终交互，前面两层将物品的信息大范围地收集起来，汇总在应用层进行统一分析、决策，用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之问的信息
28、协同、共享、互通，提高信息的综合利用度，最大程度地为人类服务。其具体的应用服务又回归到前面提到的各个行业应用，如智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等。 网络层网络层完成大范围的信息沟通，主要借助于已有的广域网通信系统(如PSTN网络、2G/3G移动网络、互联网等)，把感知层感知到的信息快速、可靠、安全地传送到地球的各个地方，使物品能够进行远距离、大范围的通信，以实现在地球范围内的通信。这相当于人借助火车、飞机等公众交通系统在地球范围内的交流。当然，现有的公众网络是针对人的应用而设计的，当物联网大规模发展之后，能否完全满足物联网数据通信的要求还有待验证。即便如此，在物联网的初期，借
29、助已有公众网络进行广域网通信也是必然的选择，如同上世纪90年代中期在ADSL与小区宽带发展起来之前，用电话线进行拨号上网一样，它也发挥了巨大的作用，完成了其应有的阶段性历史任务。感知层感知层是让物品说话的先决条件，主要用于采集物理世界中发生的物理事件【数据采集、执行控制】各类传感器、RFID、条码、摄像头动作执行部件和数据，包括各类物理量、身份标识、位置信息、音频、视频数据等。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。感知层又分为数据采集与执行、短距离无线通信2个部分。数据采集与执行主要是运用智能传感器技术、身份识别以及其他信息采集技术，对物品进行基础信息采
30、集，同时接收上层网络送来的控制信息，完成相应执行动作。这相当于给物品赋予了嘴巴、耳朵和手，既能向网络表达自己的各种信息，又能接收网络的控制命令，完成相应动作。短距离无线通信能完成小范围内的多个物品的信息集中与互通功能，相当于物品的脚。第二章 物联网关键技术第一节 实现物联网的五大核心技术从物联网的定义及各类技术所起的作用来看，物联网的关键核心技术应该是无线传感器网络（WSN）技术，主要原因是：WSN 技术贯穿物联网的全部三个层次，是其它层面技术的整合应用，对物联网的发展有提纲挈领的作用。WSN 技术的发展，能为其它层面的技术提供更明确的方向。 以下是实现物联网的五大核心技术：核心技术之感知层：
31、传感器技术、射频识别技术、二维码技术、微机电系统和 GPS 技术.传感器技术传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大技术。从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑” ，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官” 。微型无线传感技术以及以此组件的传感网是物联网感知层的重要技术手段。.射频识别（RFID）技术射频识别（Radio Frequency Identification，简称 RFID）是通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据的无线通讯技术。在国内，RFID 已经在身份证、电子收费系统和物流管理等领域有了广泛应用。RFID 技术市场应用
32、成熟，标签成本低廉，但 RFID 一般不具备数据采集功能，多用来进行物品的甄别和属性的存储，且在金属和液体环境下应用受限，RFID 技术属于物联网的信息采集层技术。.微机电系统（MEMS）微机电系统是指利用大规模集成电路制造工艺，经过微米级加工，得到的集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。MEMS 技术属于物联网的信息采集层技术。.GPS 技术GPS 技术又称为全球定位系统，是具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS 作为移动感知技术，是物联网延伸到移动物体采集移动物体信息的重要技术，更是物流智能化、智能交通的
33、重要技术。核心技术之信息汇聚层：传感网自组网技术、局域网技术及广域网技术.无线传感器网络（WSN）技术无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称 WSN）的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。WSN 技术贯穿物联网的三个层面，是结合了计算、通信、传感器三项技术的一门新兴技术，具有较大范围、低成本、高密度、灵活布设、实时采集、全天候工作的优势，且对物联网其他产业具有显著带动作用。.Wi-FiWi-Fi（Wir
34、eless Fidelity，无线保真技术）是一种基于接入点（Access Point）的无线网络结构，目前已有一定规模的布设，在部分应用中与传感器相结合。Wi-Fi 技术属于物联网的信息汇总层技术。.GPRSGPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线服务）是一种基于GSM 移动通信网络的数据服务技术。GPRS 技术可以充分利用现有 GSM 网络，目前在很多领域有广泛应用，在物联网领域也有部分应用。GPRS 技术属于物联网的信息汇总层技术。核心技术之传输层：通信网、互联网、3G 网络、GPRS 网络、广电网络、NGB.通信网通信网是一种使用交换设备、传输设
35、备，将地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交换的系统。通信最基本的形式是在点与点之间建立通信系统，但这不能称为通信网，只有将许多的通信系统（传输系统）通过交换系统按一定拓扑结构组合在一起才能称之为通信。也就是说，有了交换系统才能使某一地区内任意两个终端用户相互接续，才能组成通信网。.3G 网络3G 是英文 the 3rd Generation 的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代 GSM、CDMA 等数字手机，第三代手机（3G）是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。.GPRS 网络这是一种基于 GSM 系统的无线分组交换技术，提
36、供端到端的、广域的无线IP 连接。通俗的讲，GPRS 是一项高速数据处理的科技，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。虽然 GPRS 是作为现有 GSM 网络向第三代移动通信演变的过渡技术，但是它在许多方面都具有显著的优势。.广电网络广电网通常是各地有线电视网络公司（台）负责运营的，通过 HFC（光纤+同轴电缆混合网）网向用户提供宽带服务及电视服务网络，宽带可通过CableModem 连接到计算机，理论到户最高速率 38M，实际速度要视网络情况而定。.NGB 广域网络中国下一代广播电视网（NGB）是以有线电视数字化和移动多媒体广播（CMMB）的成果为基础，以自主创新的“高性能带宽信息网”核
37、心技术为支撑，构建适合我国国情的、三网融合的、有线无线相结合的、全程全网的下一代广播电视网络。核心技术之运营层：专家系统、云计算、API 接口、客户管理、GIS、ERP.企业资源计划（ERP）ERP 是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。ERP 技术属于物联网的信息处理层技术。.专家系统（Exper System）专家系统是一个含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和经验来处理该领域问题的智能计算机程序系统。属于信息处理层技术。.云计算云计算概念间由 Google 提出的，这是一个美丽的网络应用模式，是指 IT基础设
38、施的交付和使用，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源。核心技术之应用层：垂直行业应用、系统集成、资源打包应用层主要是根据行业特点，借助互联网技术手段，开发各类的行业应用解决方案，将物联网的优势与行业的生产经营、信息化管理、组织调度结合起来，形成各类的物联网解决方案，构建智能化的行业应用。如交通行业，涉及的就是智能交通技术；电力行业采用的是智能电网技术；物流行业采用的智慧物流技术等。行业的应用还要更多涉及系统集成技术、资源打包技术等。第二节 物联网四大支撑技术一、 M2M 技术M2M 是物联网四大支撑技术之一。 “M2M”是“Machine-to-Machine”的缩写，用来表示机器对机器
39、之间的连接与通信。比如，机器间的自动数据交换（这里的机器也指虚拟的机器比如应用软件）从它的功能和潜在用途角度看，M2M 引起了整个“物联网”的产生。 （一）M2M 的基本概念首先，M2M 有以下三个基本特征：数据和节点（DEP）通信网络数据融合点（DIP） 。DEP 和 DIP 可以用于任何子系统集成。例如，一个完整的过程（X）到一个IT 应用（Y） 。图 1 显示了三要素之间的相互关系。这个解决方案也被称为“端对端的 M2M”。 （X）和应用（Y）构成了事实上的功能端点。图 2.1 M2M 的基本概念一般而言，一个数据端点（DEP）指的是一个微型计算机系统，一个连接到程序或者是更高层次子系统
40、的端点。另一个端点连接到通信网络。在大多数的MSM 应用中，都有几个 DEP。另一方面，一个典型的 M2M 应用只有一个数据结合点。虽说是这样，但是可以设想 M2M 应用有多个 DIP。对于 DIP 没有硬性的规定。例如可以形成一个互联网服务器或特殊的软件应用在交通控制主机。M2M 应用的信息流也未必是面向服务器的。相反，DIP 和 DIP 之间的直接通信路线是被支持的，还有单个 DEP 之间直接和间接的联系，就像我们所熟知的P2P（Peer-to-Peer）联系一样。如上所述，M2M 应用的通信网络是 DEP（数据终点）和 DIP（数据集成电）之间的中央连接部分。就物理部分来说，这种网络的建
41、立可以使用局域网、无线网络、电话网络/ISDN，或者是类似的。图 2.1 物联网四大技术（二）基于 M2M 的监控基础架构如今，无数的应用程序使用复杂的网络设备，其中大多数系统履行每天 24小时、每周 7 天、没有任何人监督的服务。个别子系统故障，整个应用程序至少是一部分将受到损害。然而，尽快检测出具体的故障仍是一个问题。图 2.2 基于 M2M 的监控基础架构图 2 显示了一个基于 M2M 的基础设施监测的解决方案。该数据终点（DEP）在每一种情况下都通过特殊的监测传感器检查基础设施组成部分的可用性。任何潜在的故障都能通过 DEP 被迅速监测。单独的 DEP 通过通信网络和监控应用软件相连接
42、。这个应用软件用于数据集成点（DIP） 。它从单独的监控基础设施的 DEP 接收失败、错误和故障信息（图的 X、Y 和 Z） 。除了与 DEP 连接之外，DIP 监控软件还有另外两个接口：配置接口和通知接口。配置接口是决定谁、什么时候对系统负责。这通常使得可能设想不同的通知方案。该接口对监控行为进行明确界定。通知接口发送各种消息（SMS、电子邮件、自动发送传真，或者拨打某个电话号码和播放音频文件） 。二、无线射频识别技术(RFID) 技术无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它的工作原理如下：使用射频电磁波通过空间耦合(交变磁场或电磁场)在阅读器和进行识别、分类和跟踪的移动物品(物品上附着
43、有 RFID 标签)之间实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术 3。RFID 是一种利用电磁能量实现自动识别和数据捕获技术，可以提供无人看管的自动监视与报告作业。具体的工作原理如下：当装有电子标签的物体接近微波天线时，阅读器受控发出微波查询信号。安装在物体表面的电子标签收到经微波天线发出的查询信号后，根据查询信号中的命令要求，将标签中的数据信息反射回微波天线。微波天线接收到电子标签反射回的微波合成信号后，经阅读器内部微处理器处即可将电子标签中的识别代码等信息分离出来。这些识别信息作为物体的特征数据被传送到控制计算机作进一步处理，从而完成与物体有关的信息查询、统计、管理等应用。整
44、个识别工作无须人工干预，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，并且阅读器能自行判断 RFID 标签是否被重复读取处理。RFID 技术的这些功能特性很适合流水线上产品的控制，以实现流水作业管理，得以使整个流水线管理自动化。RFID 系统一般由 RFID 系统由阅读器、应答器(标签)和应用系统三部分组成，通过电波在响应媒介和询问媒介间传递信息4。阅读器，一般是一台内含天线和芯片解码器的阅读(有时还可以写入)设备，可设计为手持式或固定式；阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别体的目的。通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到
45、电脑上进行下一步处理。应用系统，一般是由计算机支撑的有线或无线管理系统。视不同应用要求，对于实时型的智能型控制器，不一定必须要有后台应用系统。标签，主要是射频标签，响应端内含天线，两者组成所谓的“雷达收发机” ，以卡、标签等形式存在。RFID 物品识别的目标是为每一物理实体提供唯一标识。它与传统条码技术相比有以下几方面的优点：唯一标识。条码只能识别一类产品, 而无法识别单品, 因此条码容易伪造。RFID 却可以为单品提供唯一标识。读取方便。条码是可视传播技术。即扫描仪必须“看见”条码才能读取它, 这表明人们通常必须将条码对准扫描仪才有效。相反, 无线电识别并不需要可视传输技术, 射频标签只要在
46、识读器的读取范围内就可以了, 甚至可以穿过外包装进行识别。这大大减少了人的参与, 提高了识别效率。长寿耐用。纸型条码容易破损和受到污染。而 RFID 电子标签可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境。动态更改。条码信息一旦需要更改就必须重贴, 而 RFID 电子标签中的信息可以编辑, 便于更新。可扩展性。RFID 电子标签存储的是电子数据, 在需要的时候可以改变其中的编码结构, 便于升级。RFID 电子标签可以设置密码, 保密性强。三、传感网技术在未来的物联网中，传感器及其组成的传感器网络将在数据采集前端发挥重要的作用。传感器是指“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
47、置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的可按传感器的物理量、工作原理、输出信号的性质这三种方式来分类。此外，按照是否具有信息处理功能来分类的意义越来越重要，特别是在未来的物联网时代。按照这种分类方式，传感器可分为一般传感器和智能传感器。一般传感器采集的信息需要计算机进行处理；智能传感器带有微处理器，本身具有采集、处理、交换信息的能力，具备数据精
48、度高、高可靠性与高稳定性、高信噪比与高的分辨力、强的自适应性、低的价格性能比等特点。RFID（RadioFrequencyIdentification，无线电射频识别）是一种短距离无线通信技术，依据的是电磁感应定律，通常与唯一识别码结合用于自动识别，是物联网广泛受关注的识别技术之一。 最基本的 RFID 系统包括标签、阅读器、天线三部分。标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象，可根据是否有电源分为有源标签和无源标签。对于无源标签，阅读器（手持式或固定式）不断发出无线电波，在周围形成磁场，标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发
49、送出存储在芯片中的产品信息；对于有源标签，则可以主动发送某一频率的信号。阅读器读取信息并解码后，送至后台信息系统进行有关数据处理。在这其中，射频信号的传递是通过两方的天线完成的。具有无需接触、自动化程度高、耐用可靠、识别速度快、适应各种工作环境、可实现高速和多标签同时识别等优势，使其可用于广泛的领域，如物流和供应链管理、门禁安防系统、道路自动收费、航空行李处理、文档追踪/图书馆管理、电子支付、生产制造和装配、物品监视、汽车监控、动物身份标识等。可以这样说，RFID 将是用途最广泛的自动识别技术。不过，RFID 系统目前成本较高，这是它与条码等识别技术相比的显著劣势。四、两化融合两化融合是信息化和工业化的高层次的深度结合, 是指以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，走新型工业化道路；两化融合的核心就是信息化支撑，追求可持续发展模式。信息化与工业化主要在技术、产品、业务、产业四个方面进行融合。也就是说，两化融合包括技术融合、产品融合、业务融合、产业衍生四个方面。技术融合是指工业技术与信息技术的融合，产生新的技术，推动技术
