关于物联网技术发展及应用前景的研究_彭晓珊

互联网的全球权威组织)国际电信联盟(ITU),于2005年发表了题为5Th"Internet"fThingS(物联网)6的年度报告,向世界宣告物联网时代即将到来"物联网被誉为继计算机!互联网与移动通信网之后的又

一次信息产业浪潮,互联网只是将计算机连接起来形成网络,而物联网则能够将世界上的一切事物都连接起来形成无

所不包的庞大网络,实现信息无处不在和智慧地球的目标"

一!物联网的概念物联网(IOT,Internet"fThingS)是在/互联网0概念的基

础上,将其用户端延伸和扩展到物品,是物品与物品之间进行信息交换和通信的一种网络概念"通俗地讲,物联网是万物都可以上网,物体通过装人射频识别(RFID)装置!红外感应器!全球定位系统(CPS)或其他方式,按约定的协议,与互联网相连,形成智能网络,物品间可自行进行信息交换和通讯,管理者通过电脑或手机,可实现对物体的智能化识别!定位!跟踪!监控和管理"物联网的概念可从三个层面进行理解:(一)物与物之间的信息!交流我们先分析人与人之间的交流,首先是要知道沟通的对方是谁,然后以双方都懂的语言进行交流,让对方明白自己的需求,从而让对方做出反应物品间的交流同样如此,以A和B两个物体为例,首先要给A和B各嵌人一个作为/身份证0的电子标签,标签包含了A!B各自的身份及相关属性!需求等信息,然后A!B之间通过一定的技术标准进行信息交换,通过交流A让B明白它需要什么,而B则做出相应的回应例如,公文包通过与钢笔交流其位置信息,会在主人出门时提醒其带上钢笔;而衣服会告诉洗衣机其对水温的要求,洗衣机据此调节相关设定等"

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图1物联网应用示意图百目助叹衷(二)/普适网络0与/泛在网络0的网络架构目前信息网络具有多种不同的结构形式,这势必造成未来物联网的网络结构中存在众多的异构子网络,这就要求其网络结构必须具有强大的包容性,是普适网络;而物联网适用领域的广阔,又注定了其网络结构必将无处不在,是泛在网络,/泛在网络0(ubiquitousnetwork)包含两层含义:一是该网络在空间上无处不在;二是该网络涉及社会的方方面面,在人们的生活工作中无处不在"(三)基于/云计算0的智能处理物联网可以广泛用于交通控制!取暖控制!食品管理!生产进程管理等生产!生活的方方面面,这就意味着其数据量是海量的"这就需要通过云计算的平台,利用模糊识别!MZM(机器间的沟通)等各种智能计算技术,对这些海量的数据和信息进行分析和处理,对物体实施智能化的控制"在物联网中并没有集中和固定的计算载体,所有的信息处理和计算,都融人和分配到网络的服务器!传感器和物品的智能标签之中,形成所谓云计算的网格式计算模式"/云0是指提供运算资源的网络,云计算的内涵是将所有的计算资源集中起来,将计算从单体计算机融化到网络之中,其资源可以随时获取,按需使用,随时扩展"二!物联网发展的推动力(一)研究机构与产业界全力推动物联网概念最早于1998年提出;1999年由四大洲七所大学联合成立了Auto一ID中心(国内复旦大学是七校之一),旨在研究基于RFID的全球网络架构;同年,我国中科院启动了传感网研究;2005年国际电信联盟(ITU)发布了(lTU互联网报告2005:物联网6,全面地论述了物联网的概念;目前,各国的产业界投人大量资源用于物联网技术的研发,并不断推出物联网的新应用"(二)各国政府高度重视回顾信息产业的发展,每一次跨越几乎都是国家发展战略结出的硕果"在美国,IBM提出/智慧地球0的概念,受到奥巴马政府的高度重视,认为/物联网0能够带来长短兼顾的良好效益,因此奥巴马政府将/物联网0与/绿色能源0并列为振兴经济的两大武器;在欧洲,欧盟基于物联网的构想提出了/120100计划;而日本和韩国,则分别提出了/u一japan0和/U一Korea0的物联网发展战略"(三)我国大力扶持2009年,温家宝总理在中科院传感网工程研发中心考察时提出建立/感知中国0中心,要求科研机构今后着力突破物联网关键技术"之后,工业和信息化部部长李毅中在5科技日报6上发表署名文章,表示应深人推进物联网的研发应用,并将其上升到/战略性新兴产业0高度"随后,全国信息技术标准化技术委员会专门组建了传感器网络标准工作组,正式推动物联网相关产业发展"目前,我国正全力支持两个与物联网相关的重大项目的研发,一个是国家重大专项之一的无线专项研发,另一个是CNGI(China,5NextGenerationInternet,中国下一代互联网)的建设"三!物联网的技术支撑(一)技术支撑体系物联网的网络结构可分为三个层次:一个是传感网络,即以RFID!传感器!二维码等为主,实现/物0的识别;二是传输网络,即通过现有的三网(互联网!广电网!通信网)或者下一代网络NGN(NextGenerationNetworkS),实现数据的传输和计算;三是应用网络,即输人输出控制终端,如手机!智能家电的控制器等"在网络中,采用软交换技术实现/端到端0的业务交换;采用IP技术承载各种业务;采用Ipv6技术解决地址需求量的问题,提高网络整体吞吐量;采用MPLS(多协议标签交换)实现IP层和多种链路层协议(ATM/FR!PPP!以太网或

;翻班硒四图2物联网技术支撑体系示意图SDH!光波)的结合;采用OTN(光传输网)和光交换网络解决传输和高带宽交换的问题;采用有线或无线宽带接人手段解决/最后一公里0的用户接人问题"(二)核心技术物联网未来需要重点研发!完善的核心技术主要包括:RFID识别技术!泛在传感技术!纳米嵌人技术以及智能运算技术"l#RFID识别技术识别即利用被识别对象与特征信息间的关联关系模型,对输人的特征信息集进行辨识!比较!分类和判断"无线射频识别(radiofrequencyidentifieation,RFID)是一种非接触式的自动识别技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,可工作于各种恶劣环境"RFID是物联网中信息采集的主要源头,因此在整个物联网体系中十分重要"目前,我市正在实施的车辆射频电子标签自动识别系统,就是RFID的一个成功应用"2.泛在传感技术与纳米嵌人技术这两项技术是紧密相关的"传感技术的重点是利用各种传感器,将现实世界中各种事物的变化进行量化,形成数据,并通过各种技术手段传送到指定的位置"而泛在传感除了传感技术外,更强调的是/泛在0,而要实现/泛在0,则必须利用纳米嵌人技术"纳米技术通俗地讲就是用单个原子!分子来制造物质和器件"因此我们可以利用纳米技术制造超微型的传感器,构建看不见的传感网络"这些被称为智慧尘埃的超微型传感器,可以嵌人到任何物品之中,而且对使用不造成任何影响"泛在传感技术其中的一个代表是Zigbee"zigbe"是IEEE502.15.4协议的代名词,该协议规定的技术是一种短距离!低复杂度!自组织!低功耗!低数据速率!低成本的无线通信技术"这一名称来源于蜜蜂的八字舞,首先由于蜜蜂(be")是靠/嗡嗡0(:19)地抖动翅膀和/舞蹈0来

颐目助吸磷与同伴传递花粉所在方位信息,其次由于蜜蜂体形很小(当然智慧尘埃可以比蜜蜂更加小,甚至达到纳米级别)"zigbee主要适用于自动控制和远程控制领域,可以嵌人各种设备"3.智能运算技术传感器得到的信息后,需要对其进行语义的理解!推理和决策,这些需要智能运算技术来完成"智能运算需要泛在计算!普适计算,即无论何时何地,只要需要,就可以通过某种设备访问到所需的信息!进而实现智能控制"例如,2008年北京奥运会开幕式的烟花表演中,烟花弹就装有无线感应芯片,实现特定高度和特定造型的智能控制"当然该技术的应用同样与纳米嵌人技术紧密相关"四!物联网的应用发展物联网并不是时髦的理念吹捧,而是社会发展的实际需求,通过物联网应用,人类社会将实现方便管理和精确管理,极大地提高管理的效率和准确率,因此,物联网的应用是不可阻挡的世界潮流"(一)应用中的信息流图3表示的是物联网的应用原理:首先是从现实世界获取相关信息,然后通过网络将信息传递至智能运算部件,经过信息处理与加工后,再将结果信息传输到相应部件,最后信息重返现实世界,驱动相应部件做出指定的操作"图3物联网应用信息流示意图(二)应用范围物联网用途广泛,遍及智能交通!环境保护!政府工作!公共安全管理!平安家居!智能消防!工业监测!溯源管理!老人护理!个人健康等等领域,在人类生产!生活的方方面面几乎都能应用"据专家预测,物联网全面应用后其业务量将达到目前人与人之间通信量30倍的庞大规模,将发展成为一个超大规模的新兴市场"下面是几个有代表性的应用案例:1.食品溯源管理溯源即追溯源头,以食品行业为例,目前食品安全日益得到人们的重视,人们不单只看食品包装上的说明,还希望知道各种食品的源头!成分等真实信息,因此食品的溯源管理具有广阔的应用前景"目前,亚运会筹备组已确定要将食品溯源管理系统应用于2010年的亚运会,为广大参赛选手和各国来宾提供安全的食物"2.零售业的应用(1)物联网功能已被国际零售巨头沃尔玛列为商品必备的功能,一方面具备物联网功能的商品,将为沃尔玛在采购!运输!仓储!销售等方面的工作带来极大的方便,沃尔玛将以此来完善其全球化的管理体系;另一方面,具备物联网功能的商品,能为终端客户提供购物便利,从而间接起到鼓励消费的作用"沃尔玛要求供货商必须实行RFID标签,不能达到要求的,将逐步失去为沃尔玛供货的资格,被沃尔玛全球采购链拒于门外"(2)可口可乐于2009年推出了名为Freestyle的RFID自动装饮料机"Freestyle通过无源RFID标签技术识别30多个调料桶,不仅能为消费者调配100多种可口可乐饮料,同时还能判断各类调料的剩余量,并将相关数据传送给可口可乐公司,使公司及时了解销售情况并进行调料的调度补给"该机器具有多项技术专利,其技术难点在于能在狭小空间内保证标签不交叉读取"3.RFID票务2009年,中国移动和上海世博局发布了可承载世博手机票的RFID一sIM手机卡,宣布推

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