物联网中的关键技术研究及其应用(专升本论文)

1、黑龙江大学成人高等教育本科学生毕业论文 论文题目： 物联网中的关键技术研究及其应用 学习形式： 函授 年 级： 2013级 专 业： 通信工程 层 次： 专升本 姓 名： 马昀 学 号： w0313090121016 指导教师： 宋建华 2015 年 3 月15 日摘要物联网是在互联网（Internet）基础上，利用射频识别（RFID）技术、无线通信技术、计算机技术等，构造的一个实现全球物品信息实时共享的网络。它使得机器之间不需要人的参与即可实现实时的信息交互，大大方便了人们的工作和生活。其实质就是将传感器等装置嵌入物体并进行联网以最终接入互联网，通过使物体具有“智慧”，从而延伸人类感知、控制

2、外部世界的能力。 本文研究了物联网的关键技术及其应用前景。首先,对物联网的概念,应用发展状况进行了分析,阐述了物联网的特点和发展方向。其次,本文总结了现有的物联网初级应用,并提出了适用于物联网的商业模式和物联网带来的新型商业模式。本文最后通过对物联网发展的分析,提出物联网的发展是要靠大规模的应用来推动的,具备应用的集成和推广能力的企业将成为行业发展的关键,终端企业和电信运营商属于这类关键推动企业,但是在现阶段他们单独主导产业链有较大难度,经研究表明运营商定制业务将会是有效拉动产业链的方式。根据物联网发展的特征,具体研究这两大行业的行业优势、发展机会和发展方向建议。 关键词物联网；RFID；感知

3、层；网络层目录摘要1第一章 绪论41.1 研究背景41.2 问题的提出41.3 研究意义51.3.1 理论意义51.3.2 现实意义51.4 研究思路、方法和主要内容51.4.1 研究思路51.4.2 研究方法61.4.3 研究内容6第二章 物联网关键技术72.1 物联网的概念72.1.1 物联网基本定义72.1.2 物联网与传感网、泛在网之间的关系72.1.3 物联网的特点102.2 物联网的体系架构102.3 物联网的关键技术112.3.1 感知层关键技术122.3.2 网络层关键技术132.3.2 应用层关键技术162.4 本章小结16第三章 物联网典型应用173.1 典型应用183.1

4、.1 环境监测183.1.2 智能交通193.1.3 智能物流203.2 物联网终端行业发展分析223.2.1 物联网终端分类223.2.2 物联网移动终端特点223.2.3 移动终端商开发物联网终端的优势233.2.4 面临的主要问题243.2.5 终端发展思路263.3 物联网应用的发展前景27结论29参考文献30第一章 绪论1.1 研究背景 网络技术得以深远发展的今天,信息化社会对通信的要求己经不仅仅限于人与人之间的通信;传感技术、RFID和网络技术的成熟使人与物品,物品与物品之间的通信成为可能,这就带来了物联网概念。发展物联网一方面可以提高经济效益,大大节约成本;另一方面可以为全球经济

5、的复苏提供技术动力。 目前,物联网的初级应用MZM实现主要是通过传感节点(包含嵌入式智能)、网络(包含无线网络、有线网络)、信息处理平台实现的。为了促进物联网产业健康、有序、规模化的快速发展,具有先天优势和产业规模的互联网运营商和终端设备商更应该在新兴的物联网产业中找准位置,发挥自己应有的作用和价值。商业模式问题一直是物联网行业的关注焦点,要想加快物联网的推进,就需要建立一个多方共赢的商业模式,让所有参与物联网建设的各个环节都能从中受益,获得相应的回报,让物联网产业链的各个环节,从终端设备提供者到运营者都受到商业利益的驱动,该模式就更具有推广的价值。1.2 问题的提出由于盈利模式和产业链建设还

6、在发展之中,物联网还有很多发展问题需要解决。虽然物联网目前的初步应用MZM的确具备被广泛采用的市场潜力,但是相关的传感技术统一标准和平台接口标准尚未统一,阻碍了物联网的大规模推广,物联网商业模式也还未成熟,我国物联网行业相关技术标准制定的研究机构己经成立,但是设备生产商、电信运营商、方案提供商、系统集成商等都还没有明确在新兴的物联网产业中的定位和合适的运营模式,使物联网产业发展缓慢,虽然国家大力提倡,但企业实际参与积极性不高,持观望态度,根据现在的设施情况,物联网初期建设成本是巨大的,需要巨额资金的支持。基于物联网产业在建设过程中遭遇的种种问题,有必要对现有的物联网产业进行深入的研究和分析,以

7、指导未来物联网产业的建设。1.3 研究意义1.3.1 理论意义本论文的理论意义在于:首先,对物联网的概念,应用发展状况进行了分析,阐述了物联网的特点和发展方向。其次,本文总结了现有的物联网初级应用,并提出了适用于物联网的商业模式和物联网带来的新型商业模式。最后,通过对物联网发展的分析,针对关键行业对在理论上如何实现多赢,并保证不断提升竞争能力,如何可以持续的创造价值,提供了研究思路。1.3.2 现实意义本论文的现实意义在于:分析物联网这个新兴产业的应用,探索商业模式。促使物联网产业建设者、运营者以及外围相关产品服务提供者,特别是电信运营商和移动终端设备商有关的企业如何根据自己的优势进行发展,争

8、取创造尽可能多的价值,提高自身的重要性,推动整个产业发展。1.4 研究思路、方法和主要内容1.4.1 研究思路 本文按照问题的提出、分析、解决的方法进行写作。首先,介绍物联网的概念、发展现状和典型行业应用。同时分析物联网产业组成以及促使其发展的各方面的推动力量,分析影响物联网发展的政策、经济、社会和技术环境。最后,针对我国物联网产业的具体情况,总结了适用于物联网的商业模式,为产业链各环节提供了可供参考的发展建议。1.4.2 研究方法 1通过广泛的资料收集、实际考察等工作了解物联网产业的建设现状,总结基本的应用场景和发展方向。2在分析环境和用户需求的情况下,研究商业模式和行业发展思路。 1.4.

9、3 研究内容整篇论文共分为三章,研究内容如下:第一章,前言。本章介绍选题的背景、问题的提出、研究意义、研究思路、方法和内容以及论文的创新点。第二章,物联网技术。对物联网的基本概念、特点、体系架构、关键技术进行了详细介绍，并对当前与物联网的概念比较容易混淆的两个概念传感网、泛在网与物联网进行了比较分析，使物联网的概念更加明确。第三章,物联网典型应用，总结目前行业的主要应用及前景。第二章 物联网关键技术自 2009年，温家宝总理在无锡发表讲话鼓励发展物联网技术、建立中国的“感知中心”以来，物联网引起了社会各界的关注，目前，物联网已被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一，国内多所高校也相继设立了

10、物联网相关专业。2.1 物联网的概念 2.1.1 物联网基本定义 物联网的英文名称为“Internet of Things”，简称 IOT，由此可见，物联网有两层含义，一方面，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网的基础之上延伸和扩展的一种网络，另一方面，其延伸和扩展到了任何人与人，人与物，物与物之间进行信息交换和通信。 物联网的定义有很多，2010年 3月，我国政府工作报告1的注释中给出的定义是：“通过 RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络

11、。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络”。 2.1.2 物联网与传感网、泛在网之间的关系 在不同版本的物联网的定义中不乏有将物联网与传感网混为一谈的，这些定义中直接声明物联网就是传感网，其实，物联网的概念要比传感网宽泛的多。 ITU-T Y. 2221 建议2中定义传感器网是包含互联的传感器节点的网络，这些节点通过有线或无线通信交换传感数据。顾名思义，传感器节点是必然是包含传感器，此外，它还可能包含能够处理数据以及能够联网的执行元件。而传感器是感知物理条件或化学成分并且传递与被观察的特性成比例的电信号的电子设备。 传感节点的数据采集处理能力以及自组织通讯能力使得它们能够完成复杂的检测任务，但是传

12、感节点只能感知到信号，还不能像物联网一样能实现物品的标识，此外，传感网只能在小范围内进行信号采集和数据传递，也达不到物联网中实现的物与物之间的连接通信。 泛在网的英文名是“ubiquitous network”，在全国科学技术名词审定委员会网站上给出这样一个定义：泛在网是指“可以随时随地供给人使用，让人想用无处不在服务的网络，其通信服务对象由人扩展到任何东西。” 简单来说，泛在网就是无处不在的网络，它的涵盖范围非常广，电信网、互联网、下一代网络以及一些专用网络都包含在泛在网中，它还涵盖了宽带接入技术，如宽带无线移动通信技术、光纤接入等，此外，传感器网络和 RFID等近距离通信技术也是属于泛在网

13、络范围之内的。总之，它是在原有网络的基础上，根据人们的需求来实现在任何时间（Anytime）、任何地点（Anywhere）、任何人（Anyone）、任何物（Anything）都能通信的 4A化通讯，这能够极大方便人们的生活。如图 1.1 所示，为 Y.USN 标准草案中定义的泛在网的结构，草案中将泛在网分为了四个层次：传感网络层、接入网层、中间件层、应用层：图2-1 Y.USN标准草案中泛在传感器网络架构基于以上所述可以知道，传感网只是物联网中的一部分而泛在网则包含着物联网，泛在网可以说是物联网实现的终极目标，他们三者之间的关系可以由下图 2-2 表示出来：图 2-2 传感网、物联网、泛在网之

14、间的关系2.1.3 物联网的特点 物联网是当前信息技术发展的一个重要方向，实现物与物，人与物之间的通信是它区别于传统网络的主要特点，也是物联网的核心。它的特点主要表现在：全面感知，可靠传递以及智能处理三方面： 1全面感知：物联网是通过传感器、射频识别系统、二维码等感知、获取数据的，处于物联网中的人或物上都会有传感器或者 RFID 标签，亦或是二维码等识别设备，因此物联网可以随时随地的对这些人或物的信息进行感知，这些信息都具有实时性，使得物联网中心数据库不断更新。 2可靠传递：物联网技术通过各种有线或者无线接入技术，将人或物品接入到互联网中，将相关信息数据实时准确地传递出去，使得在物联网中可以随

15、时随地的进行信息共享和交互。物联网传输的数据是非常庞大的也是很重要的，为了保证物联网中数据的安全性，数据的传输必须适应各种异构网络和协议。 3智能处理：物联网不只是各种感知设备的相互连接感知，物联网还运用了各种智能计算技术，如云计算、模式识别等，它将各种感知技术与智能处理技术相结合，能够对海量的数据信息进行分析加工，以获取有用的数据来适应不同的需求，实现智能化的决策和控制。 2.2 物联网的体系架构 由于物联网应用领域广泛，各自领域的应用特点需求也不同，随着近几年物联网的发展，各应用领域都初步有自己的技术方案，但是这些方案都没有统一的规划和标准，这极不利于物联网的长期发展，因此，现在

16、急需建立一个统一的技术架构和标准体系，此外，随着物联网应用范围的不断扩大，各种新技术也正在融入物联网中，物联网的体系结构将直接决定着物联网的发展趋势。 目前，世界上比较认同的一种结构是由感知层、网络层、应用层三层结构组成的。物联网的结构图如果下图 2-3所示： 图 2-3 物联网体系结构感知层被称为是物联网的五官，用来感知采集外界的数据信息，它主要包括RFID 读写器、RFID 标签、传感器节点（如传感器摄像头）、二维码，智能终端等构成。它处在物联网体系结构的最底层，是物联网应用的基础，起着重要的作用，正是感知层解决了人与物，物与物之间数据信息获取的问题，例如各种物理量、标识、音视频多媒体数据

17、等，由此可见，感知层对物联网全面感知特性起着核心的作用。 网络层被称为是物联网的神经中枢和大脑，网络层主要由互联网、移动通信网、广电网、卫星通信网、行业专用网等构成，它负责为数据的传递提供异构网络设备接口，从而将来自于感知层的数据信息高效、可靠地传递给应用层。 由于物联网中需要传输的数据量要比传统网络中的数据量大得多，所以仅仅依靠依靠现有网络技术还不足以满足物联网的需求，要想实现物联网中数据的可靠传输，还需要对现有网络进行融合、扩展、优化。 应用层被称为是物联网的“社会分工”，它是物联网发展的最终目的，感知层主要负责信息的分析处理，来做出正确的控制，实现智能化应用服务。根据不同领域不同的需求，

18、提供不同的应用服务，其中包括物流监控、环境监控、智能家居、智能交通、数字农业等方面。2.3 物联网的关键技术 物联网并不是一个全新的网络，它是在现有网络上的融合，物联网技术也是多种前沿技术的聚合。本节将从物联网体系结构的角度分别介绍感知层、网络层及应用层的关键技术，由于物联网中涉及的技术众多，受篇幅的限制本节将主要介绍影响物联网发展的主要技术。2.3.1 感知层关键技术 1传感器技术 国家标准 GB7665-87对传感器的一个定义是：能够感受规定的被测量并按照一定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构成4。它的工作原理就是将测量到的数据（如：热度、密度、速度、流量

19、等参数）通过敏感元件及转换元件转换为电信号。传感器按照功能可以划分为：力敏传感器、光敏传感器、声敏传感器、气敏传感器、化学传感器、能耗传感器等。 目前，传感器技术已经被广泛应用于军事、航空航天、工农业生产、日常生活等各个领域中，比如日常生活中常见的自动门便是应用了传感器技术；数码相机中则是应用到了光敏传感器来捕获图像；还有烟雾报警器、水位报警、湿度报警等等。 传感器技术在物联网中具有重要的地位，它是物联网获取感知、获取数据信息的窗口，是物联网不可或缺的信息采集手段。传感器的发展将直接影响着物联网的发展及应用。2ZigBee 技术 ZigBee 是一种近距离、低速率、低功耗的无线通讯技术，它的物

20、理层和 MAC层的协议类似于 IEEE802.15.4。 ZigBee联盟是于 2001年 8 月成立的，该联盟增强了IEEE802.15.4 标准，在标准中加入了安全网络层的定义，并且对 API（Application Programming Interface,应用程序编程接口）也进行了标准化定义。这样，ZigBee 可以支持多种架构，并且能够提高无线通信的可靠性。 ZigBee 技术具有数据传输速率低、低功耗、低成本、网络容量大、时延短、安全、工作频段灵活等特点。目前，ZigBee技术已经广泛应用于无线传感网中，ZigBee 模块的加入使得无线传感网的性能大大提高，ZigBee 无线传感

21、网的特点下表2-1 所示：特点描述低延迟 15ms30ms低速率1KB/s250KB/s网络容量大 能够支持多达 255 种设备多频段 2.4GHz、868MHz、915MHz安全性高 支持数据完整性检验及 AES-128 加密算法低功耗 两节普通 5号电池可以以用 6 个月到 2 年（待机模式下）表 2-1 ZigBee 无线传感网的特点由于 ZigBee无线传感网的数据传输速率低、通信范围较小的特点，使得它适合应用于家庭自动化，数字农业，工业控制，医疗监测等适合传感器密集使用的领域和场所，ZigBee技术的低成本、低功耗性及高安全性都有利于 ZigBee无线传感网的大规模部署应用，其作为物

22、联网的一部分自然对物联网的推广使用起到举足轻重的作用。3RFID 技术 RFID（Radio Freqency Identification），即射频识别技术，是自动识别技术的一种，它通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标实体加以识别并获取相关数据5。一个 RFID系统由三部分组成：RFID标签、读写器、后端数据库。 近来，RFID系统已经吸引了来自工业、科研、媒体等领域的广泛关注，它被应用于供应链管理，物流，仓储追踪，医疗，交通，身份识别，楼宇门禁等领域。RFID 系统自身具有的非接触性及 RFID 标签的唯一标识性使得它能实现对实体的自动扫描和唯一标识，因此，RFID 系统替代条形

23、码系统已经成为一个必然的趋势。 2.3.2 网络层关键技术 1移动通信技术 移动通信指的是处于移动状态的对象之间的通信。移动通信技术克服了固定网络中用户的通信终端位置固定的限制，使得信息能够及时快速的传递，大提高了通信效率，方便了人们的生活。 移动通信系统一般是由移动交换系统（MSS）、基站控制器（BSC）、基站（BS）和移动台（MS）构成，其结构图如下图所示： 图 2-4 移动通信系统基本组成其中，移动交换系统是移动通信系统的控制交换中心，具有有线通信网的接口，负责所有网络管理功能，比如呼叫续接、计费、维护等等。基站控制器和基站构成了基站子系统，负责无线资源的管理，固定网络与移动用户之间的通

24、信都是通过基站子系统实现的。移动台就是用户的移动设备，最典型的移动台就是我们使用的手机、车载电台等等。 移动通信系统的种类繁多，比较常用的有：蜂窝移动通信系统、移动卫星通信系统、集群通信系统等。 物联网中，各节点都要通过无线或者有线技术连接起来进行数据的传输，从网 络覆盖范围、建设成本、移动终端等方面考虑，移动通信技术必然是物联网重要的信息传输载体。然而，目前移动通信技术主要关注于语音通信技术的发展，移动通信技术还需要做一些改进才能实现移动通信技术与物联网的完美融合。2无线传感网 无线传感网是由大量具有通讯和计算能力、低成本、小体积的传感器节点随机部署在无人值守的监控领域而构成的能够自主完成指

25、定任务的智能网络系统。无线传感网综合了传感器技术、嵌入式技术、无线通信技术等。 典型的传感网络一般由传感器节点、网关节点、传输网络和远程监控中心四部分构成。通过各种微型传感器节点对各种环境信息进行感知检测，经过初步的分析处理之后通过自组多跳的方式传送到汇聚节点，然后将经过嵌入计算模块处理的信息传送到监控中心。 无线传感网作为一种集成了感知、控制盒无线通信的新型的无线网络，与传统无线网络相比，具有以下特点： （1）以数据为中心。感知检测区域的信息是无线传感网的主要目的，而且其中间节点还要承担相关的数据处理。无线传感网中的用户只关心获取到的数据，而不关心数据具体是来自于哪个节点。 （2）网络规模更

26、加庞大，节点部署更加密集。无线传感网中的节点数量能够达到成千上万，大量节点的部署，一方面增强了检测覆盖面，减少了盲区，另一方面也提高了检测的精度。 （3）节点资源有限，计算处理能力较小。由于节点数量庞大而且是处于无人监守状态，甚至有的节点是位于危险的环境中，节点自身携带的电池能量有限，耗尽之后可能不能更换，这就使得各个节点的计算能力不能太大以减小功耗，维持节点的使用寿命。如何提高节点能源的利用率也是传感网络再设计的过程中必须要考虑的问题。 （4）无线传感网是一种自组织网络。 一方面由于无线传感网中各节点的位置的不确定性，另一方面收到节点能源的限制，有的节点可能会在某个时间失效，这就导致传感网的

27、拓扑结构会发生动态的变化，这就要求无线传感网必须有自组能力，能够自己通过网络协议快速建立自组网，这样才能保证无线传感网的正常运行。 除了以上特性，无线传感网还具有低成本、布设灵活、实时采集等特点，这些特点使得她成为物联网不可或缺的支撑技术。3云计算技术 云计算是一种并行的、分布式的系统，由虚拟化的计算资源构成，能够根据服务提供者和用户事先商定好的服务等级协议动态提供服务。它融合了网格计算、分布式计算、并行计算、网络存储、虚拟化等传统的计算机技术和网络技术，它将计算 任务分布在大量的分布式计算机资源池中使企业用户或者大众用户根据需求获取计算力、存储空间以及各种软件服务。 云计算有三种服务形式：软

28、件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）以及基础设施服务（Iaas），SaaS旨在基于互联网提供软件服务，PaaS则是将服务器平台作为一种服务来提供，IaaS按计量为客户提供由多台服务器组成的“云端”基础设施（即内存、I/O设备，计算能力、存储空间等组成的一个虚拟资源池）。 云计算技术提供了一种高效的计算模式，它可以将数据集中起来，有云中心提供集中服务，解决了传统计算机系统零散计算带来的低效率问题，它旨在将数据资源聚集、优化、动态分配，从而节约信息化成本、降低功耗、提高信息处理效率，能够大大提高海量数据的处理效率。而这符合物联网数据中心海量数据处理的需求，所以，云计算技术是物联网能够大规模

29、推广发展必不可少的基石。实现物联网与云计算的融合是物联网发展的必然趋势。2.3.2 应用层关键技术 1中间件技术 中间件是一种独立的基于分布式处理的服务程序，它应用于客户机、服务器的操作系统之上，用来管理计算机资源和网络通信、连接两个独立的应用程序或者独立系统，能够使相连接的系统即使拥有不同的接口仍然能相互交换信息8。它主要是用来屏蔽网络硬件平台的差异性以及操作系统与网络协议的异构性，是应用软件能够比较平滑的运行于不同的平台之上。 中间件可以运行于多种硬件和操作系统平台，支持分布计算，提供跨网络、硬件、操作系统平台的透明的应用和服务的交互，它的这些特性使得它成为物联网应用中的关键部分，它实现了

30、各种传感器、RFID 系统等感知设备与应用系统之间的数据传输转换，开发人员只需要提供一个中间件的接口就可以保证应用软件在物联网中的正常使用，这就很大程度上降低了应用开发难度。 2人工智能技术 2008 年 IBM 公司提出的“智慧地球”概念，得到了世界各国的普遍认可，这里“智慧地球”即指物联网，而要实现智慧物联网，那么物联网中数据的处理自然少不了人工智能技术。 人工智能技术是研究使计算机模拟人的某些思维过程和智能行为，使人类的智慧得以物化与延伸的一门学科，比如，学习、推理、思考、规划等，它综合了计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、心理学、仿生学等多种学科。人工智能技术研究领域主要包括自然语

31、言理解、数据库的智能检索、专家系统、机器人、语言识别、图像识别等。在物联网中，人工智能技术通过对感知信息的分析及智能处理来实现物 联网的智能化。 2.4 本章小结 目前，物联网的定义和架构还没有一个统一的标准，本章节首先通过介绍物联网的定义、特点以及与传感网泛在网的比较全面阐述了物联网的概念，然后介绍了当前被业界普遍认同的物联网的三层体系结构，并分别介绍了物联网三层结构中各自的关键技术。 第三章 物联网典型应用物联网的应用需要智能化信息处理技术的支撑，主要需要针对大量的数据通过深层次的数据挖掘，并结合特定行业的知识和前期科学成果，建立针对各种应用的专家系统、预测模型、内容和人机交互服

32、务，专家系统利用业已成熟的某领域专家知识库，从终端获得数据，比对专家知识，从而解决某类特定的专业问题。预测模型和内容服务等基于物联网提供的对物理世界精确、全面的信息，可以对物理世界的规律（如洪水、地震）进行更加深入的认识和掌握，以做出准确的预警，以及应急联动管理。人机交互与服务也体现了物联网“为人类服务”的宗旨。人机交互提供了人与物理世界的互动接口。物联网能够为人类提供的各种便利也体现在服务之中。虽然目前物联网处在零散应用的产业启动期,但是应用己经较为广泛,目前己经较为成熟的应用包括环境监测系统、物流信息化系统、智能交通、食品溯源、系统及基础设施安全系统等。3.1 典型应用3.1.1 环境监测

33、环境监测是物联网的一个重要应用领域，物联网自动、智能的特点非常适合环境信息的监测。一般来讲，环境监测物联网系统结构包括下面几个部分：1.感知层：该层的主要功能是通过传感器节点等感知设备，获取环境监测的信息，如温度、湿度、光照度等。由于环境监测需要感知的地理范围比较大，所包含的信息量也比较大，该层中的设备需要通过无线传感组成一个自治网络，采用协同工作的方式，提取出有用的信息，并通过接入设备与互联网中的其它设备实现资源共享与交流互通。2.接入层：该层的主要功能是通过现有的公用通信网（始有线Internet网络、WLAN网络、GSM网、TD-SCDMA网）、卫星网等基础设施，将来自感知层的信息传送到

34、互联网中。3.互联网层：该层的主要功能是以IPv6/ IPv4为核心建立的互联网平台，将网络内的信息资源整合成一个可以互联互通的大型智能网络，为上层服务管理和大规模环境监测应用建立起一个高效、可靠、可信的基础设施平台。4.服务管理：该层的主要功能是通过大型的中心计算平台（如高性能并行计算平台等），对网络内的环境监测获取的海量信息进行实时的管理和控制，并为上层应用提供一个良好的用户接口。5.应用：该层的主要功能是集成系统底层的功能，构建起面向环境监测的行业实际应用，如生态环境与自然灾害时监测、趋势预测、预警及应急联动等。通过上面几个部分，环境监测物联网就可以实现协同环境信息，进行态势分析，并预测

35、发展趋势。3.1.2 智能交通 智能交通是指采用先进的信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、控制技术和计算机技术，使车辆和道路智能化，以实现安全快速的道路交通环境，从而达到缓解道路交通拥堵、减少交通事故、节约交通能源和减轻驾驶疲劳等目的。智能交通是一个综合性体系，包含的子系统分为以下几个方面： 1.交通管理系统 该系统包括：1.在途驾驶员信息 2.交通状况监视 3.车流量管理 4.交通指挥控制 5.突发事件管理系统 2.公共交通运营系统 该系统包括：1.公共运输管理 2.途中换乘信息 3.满足个人需求的非定线公共交通 3.电子收费系统 该系统通过电子卡或RFID电子标签由计算机实现自动收费

36、，大大提高车辆通行能力，降低收费口拥堵风险。 4.运营车辆高度管理系统 该系统通过汽车的车载电脑、管理中心计算机与GPS、传感器等设备联网，实现驾驶员与调度管理中心之间的双向通信、信息查询、自动售票和车辆自动定位等功能，来提高商业车辆、公共汽车和出租汽车的运营效率。 5.紧急事故处理系统 该系统包括：紧急告警与人员安全、应急车辆管理、危险品应急处理、应急响应和疏散。图3-1 智能公共交通系统示意图在以上众多智能交通子系统中，有两点功能为每个系统所共有且必备：首先要求每个智能交通控制系统需要具备数据感知和采集功能，其次要求每个系统需要具备数据分析处理和汇总分发功能。智能交通系统的发展趋势将表现为

37、综合化、社会化的发展模式。由于智能交通体系涉及相关的市民、公安交通管理、交通部门车辆管理、城市建设、通信等相关部门，因而未来智能交通必然是一个涉及以交通与公安为主的多部门驱动的发展过程。 3.1.3 智能物流智能物流是将RFID技术、数据通信传输技术、控制技术及计算机技术等应用在物流配送系统中，帮助实现物品跟踪与信息共享，提高物流企业的运行效率，实现可视化供应链管理，提升物流信息化程度。 1、RFID作为前端的自动识别和数据采集技术，被应用在物流的零售、存储、运输、配送/分销和生产等各主要作业环节，是实现智能物流的重点。（1）提高物流基础设施的信息化和自动化水平 通过将RFID标签放置在货柜、

38、集装箱、车辆等物流基础设施内，在物流企业仓库内部、出入库口、物流关卡等安装RFID读写器，实现物品自动化出入库、盘点、交接环节中的RFID信息采集，达到对物品库存的透明化管理。通过RFID技术与物流运输设备的结合，可以进行物流基础设施信息化的升级，提高其信息化和自动化水平。 （2）促进物流功能的整合 通过RFID技术整合物流系统的功能，提升原系统效率。RFID有助于实现物流系统内部多个业务环节之间的信息共享和自动化，整合多个业务功能，从而有效提升系统的整体运作效率。（3）提高物流市场流通效率，规范物流市场秩序 RFID技术能够快速、准确地采集相关数据，保证企业及供应链内数据信息的及时性、可靠性

39、、有效性和安全性，实现对各类数据信息的全程监管，改善诸多领域（如粮食物流、应急物流、食品安全）缺乏有效监管的现状。此外，将RFID与传感器技术及无线通信技术相结合，还能够实现对重要物品（如危险品、药品）的在途监控，便于进行管理和监督。 2.智能物流的发展重点 (1)货运集装箱追踪与管理 实时记录箱、货、流信息，开关箱时间和地理位置信息，实现集装箱物流信息的全程实时在线监控。 (2)货运车辆的跟踪与管理 为道路货运车辆贴上RFID标签，标签中记录车牌号、运输起讫地点、运输线路、车辆所属运输企业、货物基本信息等。 (3)配送中心管理 在货品包装箱外加贴RFID标签，并在配送中心收货处、仓库入口/出

40、口处等地安装固定RFID读写器，在搬运设备上安装移动RFID读写器，以及配合使用手持读写器，实现对配送中心货物的出入库管理。 (4)航空集装设备及行李追踪 通过使用RFID电子标签和读写设备，机场可以建立起自动管理行李的新流程，用以追踪旅客行李，保证其安全流动，同时缩短行李处理时间，提升行李标签的识别率。3.2 物联网终端行业发展分析3.2.1 物联网终端分类1.终端按照使用方式可分为移动式和固定式,但是由于移动设备也可以放在固定位置使用,因此后面的讨论将基于移动式终端进行。2.按照应用功能分可分为数据采集端和智能控制端。数据采集感知层的终端功能简单,例如中国移动推出的TDSCDMA物联网模块

41、,功能仅限于数据采集与传输。而智能控制端需要具有人机界面,控制输入,包括电脑,移动电话,RFID手持机,PDA等多种形式。它们具备的基本功能特征:物体信息采集,无线通信,人机界面。移动电话(手机)已经成为必不可少的通信工具,并以每年6000万新用户的速率增长。传统的PDA产品是早期的智能终端的典型代表。目前PDA的功能主要仍以个人日常生活及信息管理功能为主,如通讯录、工作录、备忘录等,也具备了简单的计算、汇率换算及个人理财功能,随着网络技术的发展,PDA也可以连线上网收发电子邮件,或以红外线传输与其他的PDA交换资料。在扩充功能部分上,目前互联网上有许多的软件可以加强PDA的使用性能,使用者可

42、以视需求上网下载,当成家庭万用遥控器,用来遥控家电等。下一阶段,PDA与其他信息家电产品的竞争优势将在联网与通讯功能上,随着智能手机的普及,PDA市场受到挤压,将使PDA和智能手机走向融合。3.2.2 物联网移动终端特点物联网的发展将使移动的终端成为主要的终端存在形式,因为移动物联网基于移动的互联思路:任何地方、任何时间,处于任何状态。在这样的界定中,所携带设备具有移动电子产品的特征,是成为人们生活中不可缺少的部分。1.移动物联网设备首先必须是轻便的,通常其重量不超过500克。移动物联网设备的屏幕和体积都必须是合适的,通常介于410英寸之间。当它的屏幕小于4英寸时,看视频、看网页、写邮件等都给

43、使用者带来不便,也浪费了高速网络带来的大量信息。2.移动物联网设备的电池待机时间必须得到保障。2012年Strategy Analytics手机元器件技术服务机构曾发布报告指出:从2012年到2017年手机的平均充电间歇时间将每年递减4.8%，主要因为上网,导航,社交应用等功能在手机的普及率不断上升。而应用的总耗能比例将从2011年的9%增加到2016年的30%。3.移动物联网设备必须是全功能的,既能够满足基本的显示,计算,操作,更新等要求,也能够在需要的情况下进行专业的工作。4.物联网设备必须是安全的。因为人们既然随身携带,也就增加了遗失的可能性。如果其中的资料、信息、照片、视频等丢失是非常

44、危险的。因此,移动互联网设备要有多重的数据安全保障。5.移动物联网设备必须是易用的、方便的。它必须是即开即用、即关即离的设备,用不着像启动计算机那样等很久。同时,它的应用必须是整合的,因而实用而易用的,让用户不需要复杂的操作,但是能够享受到尽可能多的功能和服务。6.移动物联网设备的网络功能必须便捷可靠,能够以多种方式便捷、有效地接入到互联网上,并能够提供像固网互联网那样的应用体验。这一点是基础,但是也很有难度。攻克这个难度并提供给用户各种网络接入的方式的选择、使得“采用了移动互联网设备,互联网就无所不在”将是根本的设计理念。7.移动物联网设备需要能在恶劣条件下使用,例如具有防水,防潮,防酸碱,

45、耐腐蚀、抗摔打等特点。此前,微软和英特尔提出的MID(移动互联网设备)的概念之所以没有成功,其部分原因就是违背上述几个关键的原则:待机时间短、网络化不够、易用和方便性不够等。3.2.3 移动终端商开发物联网终端的优势1网络化的发展方向相同在物联网发展中用户终端的主要产品将是手机或者PDA,数据卡由于功能的单一性,在物联网中作为独立终端出现的场景较小。传统手机主要有两种联网模式:一种方式是将移动终端当作功能简化了的PC机,这样现有的工nternet协议不做大的修改就可以直接使用了。例如基于WindowSCE的终端、移动网络计算机等就是这种方式的具体实现。另一种方式则是重写现有工nternet协议

46、,使其与现有协议兼容,它更适合于无线应用这一特殊环境。WAP技术采用的就是后一种方式。需要特别指出的是移动设备的操作系统或者说浏览器技术的发展和进步也是未来移动设备得以个性化大规模应用的重要方面之一。2拥有TD通信终端技术除了GSM,CDMA20OO之外，我国目前正积极地推进TDSCDMA网络的应用,并结合我国的实际情况制定了相关的设备规范、业务规范和测试规范。3行业发展方向一致除物联网带来的商业机会外,4G网络作为下一代移动通信网络,对于现有的无线通信和IP网络协议提出了新的要求。IPv6作为新一代互联网协议,具有比现有的IPv4协议更优越的特性,比如庞大的地址空间、加强的安全性、移动性支持

47、,从而能够在许多方面满足4G网络实现全仲网络的要求。4应用发展路线一致随着移动通信将向宽带化、数据化、多应用化发展,随着技术的进步及未来空中接口的带宽将不断增加,随着基础网络的铺设范围不断扩大,移动终端的功能不断完善和增强,最终必定会有一类移动终端集多种功能应用于一身,实现掌上设备的统一。随着移动电信同互联网的结合。无论是物联网应用,电子商务,娱乐,宽带移动互联网会向各个领域渗透。随着新的网络的加速演化2代到2.5代,再从3G到4G,现在到移动宽带互联网。移动设备的方式将越来越结合应用、突出个性。设备制造商、电信运营商将制造出消费者喜爱的移动设备、价格合理并提供各种个性化服务。5具备承载物联网

48、业务的技术基础4G与2G(2.5G)对应用支撑的最大区别在于带宽。4G能带来2G(2.5G)无法实现高速无线数据通道。能传送大容量的影像传输流量,能实现高速率的可视通话,视频监控,高速上网等功能,使手机变成真正的处理终端,真正体验物联网的便利性与即时性。3.2.4 面临的主要问题1缺乏成熟应用拉动移动终端对于获取信息的目的主要是查询,分析与使用,而手机是归私人所有的物品。物联网的存在实现了物体信息的网络化,是对应于信息的获取,传递与使用。“物”有物权。因此对于物体信息的采集与控制是有权利性,排它性和强制性的。只能发生在对该物体有绝对权利访问和控制的场景下。例如政府对社会信息的采集与控制:例如公

49、安,交通管理,公共设施控制,舆论监督等等;监护人对被监护人:例如家长对未成年孩子,医护人员对患者等等;所有者对其物品的了解:例如出租车公司对其公司的车辆,燃气电力公司对其仪表,个人对家里的家用电器等等。物联网有很多目前可见的应用,但是由于需求的迫切程度不同和社会环境还没有实现大规模的信息化的的现状,因此能构成“拉式”产业链的应用场景并不多,目前阶段包括有:客户需求拉动的智能城市(客户是政府机构),家用监控(客户是家长),医用监控(客户是医患者)和行业特殊需要(自动抄表等)。在应用方案未正式成熟之前对移动终端行业影响较小。2终端企业创新动力不足物联网的发展需要经历四个阶段:第一阶段是RFID被广

50、泛应用在物流、销售和制药领域;第二阶段则是实现物体互联;第三阶段是物体进入半智能化;第四阶段就是物体进入了全智能化。在规模性、流动性条件的保障下实现4A(任何时间anytime、任何地点anywhere、任何人anyone、任何物anything)化通信。根据AU模型,在初期是标准和新产品的竞争。在发展初期行业的公共信息有限并且已经公开的时候,各家企业基于完全信息模型下,在企业发展方面会出现小公司等待大公司行动的局面,造成整体性的不积极。在终端市场上,开拓市场、推出新的产品,是要付出巨大成本的,并且有风险,因为推出产品未必能够被用户接受。假定开拓市场需要4单位(为了便于比较,这里做了行业平均水

51、平的均值)的成本,模仿需要付出2单位的成本。主导终端商A首先开拓市场,可获得11单位的收益,中小终端商B模仿,可获得5单位的收益;如果中小终端商B首先开拓市场,可得10单位的收益,主导终端商A模仿,仍可得到6的单位的收益;如果双方都同时开拓市场,则大小终端商分别可获得10，6单位的收益;如果双方都不首先开拓市场,则分别可获得6，4单位的市场收益。在博弈双方力量不对等的情况下,力量强的一方的正确策略是主动出击,力量弱的一方的正确策略是等待,搭强者的便车。因为在终端市场上,要根据用户的需要来细分市场,锁定目标用户,不仅要求有很强的市场开拓能力、雄厚的资金作保证,而且开拓市场存在一定的风险。博弈的结

52、果是:大公司开发新品,小公司等待,大公司不研发,小公司也不研发。对小公司来说,对待信息公开的市场采取等待的策略,容易造成全行业的等待。3.2.5 终端发展思路根据AU模型,快速发展的是依次标准、新产品、制程和营销。1发展方向基于以上的分析和行业发展分析,虽然目前阶段手机只能作为物联网感知识别层的一部分。但是在物联网充分发展阶段的手机将成为信息的采集,分析和控制中心。目前的手机已经具备信息采集功能,己经出现的技术包含摄像头拍摄名片,摄像头识别条形码,重力传感器感知位置变化等。分析中心:随着高端手机的发展,部分手机已经成为数据处理分析工具成为了可能。另一部分手机是“简单化”的方向,但不妨碍他使用服

53、务器或者云计算方式实现分析功能。在目前阶段,手机终端的发展已经努力开始慢慢取代计算机的部分功能,成为最为便携的计算机终端设备。控制中心:下一步,随着物联网发展,能随时移动的手机将成为控制中心。个人用户可以通过手机,通过移动互联网或者移动运营商提供的特殊信道进行对其个人物品的控制。通过4G网络了解家里的状态,遥控家里的空调,遥控全自动洗衣机等等家电。实现以上各功能对手机硬件和嵌入式软件要求是比较高的。除了目前已有的安全相关的技术:指纹识别(目前主要在日本本土手机使用),硬件CA之外,还要有统一的通信协议和中间件,这项业务要和运营商合作,或者交由运营商主导。这个方向并不是应该把手机都变成“智能”手机。具备控制功能的手机并不一定要很智能,只要像实现基本通话功能一样,低端高端都可能有这种控制类的功能。手机是一个可以结合所有这些物联网新方向的一个现有工具。多数