物联网调研报告

物联网

（InternetofThings）计算机学院方涛2011年2月本讲主要要内容物联网概概述国内外物物联网发发展物联网标标准进展展物联网技技术结构构物联网体体系结构构物联网关关键技术术物联网的的应用物联网概概述连上互联联网，我我就是世世界的中中心，给我一个个IP地址，我我能漫游游世界！！接入物联联网，我我就是世世界的眼眼睛，给我一个个RFID，我能掌掌握世界界！物联网的的定义物联网（Internetofthings）定义：通通过射频频识别（（RFID）、、红外感感应器、、全球定定位系统统、激光光扫描器器等信息息传感设设备，按按约定的的协议，，把任何何物体与与互联网网相连接接，进行行信息交交换和通通信，以以实现对对物体的的智能化化识别、、定位、、跟踪、、监控和和管理的的一种网网络。ITU定义：Fromanytime,anyplaceconnectivityforanyone,wewillnowhaveconnectivityforanything.两层意思思：第一，物物联网的的核心和和基础仍仍然是互互联网，，是在互联联网基础础上的延延伸和扩扩展的网网络；第二，其其用户端端延伸和和扩展到到了任何何物体与物体之之间，进进行信息息交换和和通信。。物联网的的发展之之路1995年比尔・盖盖茨在《未来之路路》书中首次次提及物物联网概概念。中科院早早在1999年年，就启启动了““传感网网”的研研究，并并已建立立了一些些实用的的传感网网。2005年，11月27日，，在突尼尼斯举行行的信息息社会世世界峰会会（WSIS））上，国国际电信信联盟（（ITU）发布布了《ITU互互联网报报告2005：：物联网网》的报报告，正正式提出出了物联联网的概概念。2005年在中中国诞生生了智慧慧的钥匙匙（Witkey）和和2007年诞诞生了““互联网网虚拟大大脑”的的概念。。2009年1月月，IBM首席席执行官官彭明盛盛提出““智慧地地球”构构想，其其中物联联网为““智慧地地球”不不可或缺缺的一部部分，而而奥巴马马在就职职演讲后后已对““智慧地地球”构构想提出出积极回回应，并并提升到到国家级级发展战战略。中国物联联网发展展事记2009年8月月：国务院总总理温家家宝在无无锡微纳纳物联网网工程技技术研究究中心视视察并发发表重要要讲话，，表示中中国要抓抓住机遇遇，大力力发展物物联网技技术，并并提出要要在无锡锡建设““感知中中国”中中心。2009年9月月：我国物联联网标准准体系已已形成初初步框架架，向国国际标准准化组织织提交的的多项标标准提案案被采纳纳。2009年9月月：南京邮电电大学成成立全国国高校首首家物联联网研究究院、物物联网学学院。2009年11月：温家宝宝总理在在人民大大会堂向向首都科科技界发发表了题题为《让让科技引引领中国国可持续续发展》》的讲话话，指示示要首力力突破物物联网、、传感网网关键技技术，物物联网产产业随即即被列入入国家五五大新兴兴产业之之一。中国物联联网发展展事记2009年11月：中国物联联网研究究发展中中心在无无锡成立立。2010年1月月：无锡物联联网产业业研究院院在江苏苏软件外外包园落落户2010年1月月：江苏无锡锡高新技技术产业业开发区区正式获获批为国国家电子子信息（（物联网网）示范范基地。。国外物联联网发展展战略美国：靠靠技术实实力说话话1991年由美美国提出出普适计计算的概概念，它它具有两两个关键键特性：：一是随随时随地地访问信信息的能能力，二二是不可可见性，，通过在在物理环环境中提提供多个个传感器器、嵌入入式设备备，在用用户不察察觉的情情况下进进行计算算和通信信。美国IBM公司司2008年提提出了““智慧地地球”2008年12月，奥奥巴马向向IBM咨询了了智慧地地球的有有关细节节。2009年年2月17日奥奥巴马签签署生效效《2009年年美国恢恢复和再再投资法法案》（（即美国国的经济济刺激计计划）。。国外物联联网发展展战略欧盟：完完善的物物联网战战略规划划1999年欧盟盟在里斯斯本推出出了“e-Europe”全全民信息息社会计计划。2009年6月月18日日，欧盟盟委员会会向欧盟盟议会、、理事会会、欧洲洲经济和和社会委委员会及及地区委委员会递递交了《《欧盟物物联网行行动计划划》。目目的：希希望欧洲洲在构建建新型物物联网管管制框架架的过程程中，在在世界范范围内起起主导作作用。物联网应应用方面面，欧洲洲M2M市场比比较成熟熟，发展展均衡，，通过移移动定位位系统、、移动网网络、网网关服务务、数据据安全保保障技术术和短信信平台等等技术支支持，欧欧洲主流流运营商商已经实实现了安安全监测测、自动动抄表、、自动售售货机、、公共交交通系统统、车辆辆管理、、工业流流程自动动化、城城市信息息化等领领域的物物联网应应用。国外物联联网发展展战略日本：泛泛在网战战略和应应用结合合1999年日本本制定了了E-Japan战略略，大力力发展信信息化业业务。2004年日本本政府在在E-Japan战略略基础上上，提出出了U--Japan战战略，成成为最早早采用““无所不不在”一一词描述述信息化化战略并并构建泛泛在信息息社会的的国家。。2009年7月月，日本本IT战战略本部部发表了了“I--Japan战战略2015””，目标标是“实实现以国国民为主主角的数数字安心心、活力力社会””。国外物联联网发展展战略韩国2004年，韩韩国提出出为期十十年的U-Korea战略，，目标是是“在全全球领先先的泛在在基础设设施上，，将韩国国建设成成全球第第一个泛泛在社会会”。2005年的U-IT839计划中中，确定定了八项项需要重重点推进进的业务务，其中中RFID等物物联网业业务是实实施重点点。2008年韩国国又宣布布了“新新IT战战略”，，重点是是传统产产业与信信息技术术的融合合、用信信息技术术解决经经济社会会问题和和信息技技术产业业先进化化，并提提出到2010年韩国国至少占占领全球球汽车电电子市场场10％％的计划划。物联网的的发展规规模研究机构构预计10年内物联联网就可可能大规规模普及及，这一一技术将将会发展展成为一一个上万万亿元规规模的高高科技市市场，其其产业要要比互联联网大30倍。EPOSS在《InternetofThingsin2020》》报告中分分析预测测，未来来物联网网的发展展将经历历四个阶阶段：2010年之前RFID被广泛应应用于物物流、零零售和制制药领域域；2010~2015年物体体互联；；2015~2020年物体体进入半半智能化化；2020年之后物物体进进入全智智能化。。物联网标标准进展展介入物联联网领域域主要的的国际标标准组织织有IEEE、ISO、ETSI、ITU-T、3GPP、、3GPP2等总体框架架方面：：国际电电信联盟盟（ITU--T）及欧洲洲电信标标准化协协会（ETSI）M2M技术委委员会。。ITU--T从泛泛在网角角度研究究总体架架构，ETSI从M2M的角角度研究究总体架架构。物联网标标准进展展感知技术术（主要要是对无无线传感感网的研研究）：：ISO和IEEE。通信网络络技术：：3GPP和3GPP2。主要从从M2M业务对对移动网网络的需需求方面面进行研研究，只只限定在在移动网网络层面面。应用技术术方面，，各标准准组织都都有一些些研究，，主要是是针对特特定应用用制订标标准。中国物联联网标准准进展中国物联联网标准准的制订订工作还还处于起起步阶段段，但发发展迅速速。标准组织织：传感感器网络络标准工工作组（（WGSN）、中国国通信标标准化协协会（CCSA）和RFID标准工作作组。WGSN偏重传传感器网网络层面面。CCSATC10（（泛在网网技术工工作委员员会）偏偏重通信信网络和和应用层层面。RFID标准工工作组致致力于中中国RFID领领域的技技术研究究和标准准制订物联网的的技术架架构思考：物联网是是否具有有自身的的技术架架构？两种观点点第一种：：物联网网无技术术论物联网仅仅仅是现现有技术术的集成成，没有有自身的的技术架架构第二种：：物联网网泛技术术论物联网技技术遍布布应用信信息技术术的各行行各业，，涉及到到信息技技术研究究和开发发的各个个领域物联网是是在融合合现有计计算机、、网络、、通信、、电子和和控制等等技术的的基础上上，通过过进一步步的研究究、开发发和应用用，形成成自身的的技术架架构。物联网三三维概念念模型物联网三三维概念念模型1.信息息物品技技术2.自主主网络技技术3.智能能应用技技术物联网三三维概念念模型信息物品品技术标识、传传感和控控制技术术，现有有的数字字化技术术、物理世界界与网络络世界融融合的接接口技术术欧洲物联联网：射射频标识识（RFID））技术、、近距离离通信（（NFC）、无无线传感感器和执执行器网网络（WSAN）北美：通通常把嵌嵌入式系系统作为为现实世世界与网网络系统统关联的的基本技技术。RFID技术属属于物品品标识技技术，NFC属属于物品品感知类类技术，，WSAN属于于物品感感知和控控制类技技术。物联网三三维概念念模型自主网络络技术自主网络络：自主主网络就就是具备备自管理理能力的的网络系系统，自自管理能能力具体体表现为为自配置置、自愈愈合、自自优化、、自保护护能力。。扩展：自主网网络具备备自控制制能力自主网络络管理类类技术包包括：网网络自配配置技术术、网络络自愈合合技术、、网络自自优化技技术、网网络自保保护技术术。自主网络络控制类类技术包包括：基基于空间间语义的的控制技技术、基基于时间间语义的的控制技技术。物联网三三维概念念模型智能应用用技术智能应用用技术：：包括智智能数据据融合和和智能决决策控制制技术。。智能数据据融合技技术包括基于于策略的的数据融融合、基基于位置置的数据据融合、、基于时时间的数数据融合合、基于于语义的的数据融融合。智能决策策控制技技术包括基于于智能算算法的决决策、基基于策略略的决策策、基于于知识的的决策，，这些决决策技术术需要数数据挖掘掘技术、、知识生生成、知知识更新新、知识识检索等等技术的的支撑。物联网体体系结构构物联网体体系结构构的三个个层面三个架构构层的含含义感知层是物联网网的皮肤肤和5官识别物物体,采集信息息。感知层包包括条码码标签和和识读器器、RFID标签和读读写器、、摄像头头、GPS、传感器器、终端端、传感感器网络络等,主要是识识别物体体,采集信息息,与人体结结构中皮皮肤和5官的作用用相似。。网络层是物联网网的神经经中枢和和大脑。。网络层包包括通信信与互联联网的融融合网络络、网络络治理中中心、信信息中心心和智能能处置中中心等。。网络层层将感知知层获取取的信息息停止传传递和处处置,相似于人人体结构构中的神神经中枢枢和大脑脑。应用层是物联网网的“社会分工工”与行业需需求结合合,完成普遍遍智能化化。应用层是是物联网网与行业业专业技技术的深深度融合合,与行业需需求结合合,完成行业业智能化化,这相似于于人的社社会分工工,最终构成成人类社社会。另一种物物联网体体系架构构由于物联联网不同同于互联联网和通通信网络络，但是是他们还还是有相相似之处处。因此此我们可可以把互互联网的的技术结结构和通通信网的的逻辑结结构与物物联网自自身的特特征结合合起来来来形成一一种新的的物联网网体系结结构。我我们相信信此架构构能更好好地解释释物联网网特点和和内涵。。我们把把物联网网新的体体系结构构分为5层，包包括事务务层，应应用层，，处理层层，传输输层和感感知层5个层次次的含义义感知层感知的主主要任务务是要觉觉察物体体的物理理性质((如温度度、位置置等)，，通过各各种传感感器(如如红外传传感器、、射频识识别、平平面条码码),转转换这些些信息的的数字信信号以更更加方便便网络的的传输。。在感知知层中各各种传感感器和设设备就像像通信管管理网络络中的““网络元元素一样样”。在在这层的的关键技技术有传传感技术术、射频频识别技技术(包包括标签签和读写写器),,二维条条码、GPS、、等。因因此,感感知层的的功能是是收集的的资料和和变换数数字信号号。传输层传输层,,或称网网络层,,负责通通过各种种网络接接收从感感知层去去往信息息处理中中心的各各种数据据，包括括无线或或有线电电视网络络,甚至至企业内内部的局局域网（（LAN）。在在这层的的主要技技术包括括FTTx,3G、Wifi,蓝牙牙,Zigbee,UMB、、红外线线技术等等。所以以传输层层的主要要功能是是交通工工具。在在这一层层我们能能发现很很多协议议，比如如能解决决数以万万计的IPv6协议。。本讲主要要内容处理层处理层主主要储存存、分析析和处理理从传输输层传来来的一些些实体对对象信息息。抽象象出这一一新层，，因为由由于他们们携带大大量的物物体和巨巨大信息息，另外外还很难难储存和和处理这这些大数数据。这这一层主主要技术术包括数数据库、、智能处处理,云云计算,,普适计计算等。。云计算算和普适适计算是是在这层层是最主主要的技技术,在在未来有有可能会会出现更更适合于于物联网网的新计计算技术术。因为为这个原原因,在在物联网网未来的的发展中中研究和和发展处处理层是是很重要要的。本讲主要要内容应用层应用层的的任务是是在处理理层被处处理数据据的基础础上，发发展多种种物联网网应用，，比如智智能运输输、物流流管理、、身份认认证，基基于位置置的服务务（LBS），，安全等等。这一一层的功功能为每每个行业业提供各各种各样样的应用用。因为为各种应应用能促促进物联联网的发发展,这这层对物物联网大大规模的的发展起起着重要要的推动动作用。。事务层事务层就就像物联联网的管管理者，，包括管管理各种种应用，，相关的的商业模模式和其其他业务务。事务务层不仅仅管理各各种应用用程序，，而且需需要研究究商业模模式和盈盈利模式式。一个个成功的的应用不不能仅把把重点放放在技术术，还需需要依靠靠创新和和合理的的商业模模式。在在此基础础上，如如果没有有可研究究的可发发展的商商业模式式，物联联网就不不可能有有效和长长期的发发展下去去。与此此同时，，这层还还应该管管理用户户的隐私私，因为为这在物物联网中中同样重重要。物联网关关键技术术一、感知知层传感器技技术：感知物物资信息息RFID技术：智能识识别微机电系系统（MEMS）：采集集信息GPS//GIS技术：全全球定位位/地理信息息系统二、网络络层无线传感感器网络（WSN）技术Wi-Fi（WirelessFidelity,无线保真真技术））通信网、、互联网网、3G网络、IPV6（让世界的的第一粒粒都拥有有一个IP地址）GPRS网络（基于GSM系统的无无线分组组交换技技术，提提供端到到端的、、广域的的无线IP连接））广电网络络、NGB（下一代代广播电电视网））物联网关关键技术术三、应用用层企业资源源计划（ERP：EnterpriseResourcePlanning）专家系统统（ExpertSystem)云计算（CloudComputing）系统集成成（SystemIntegrate）行业应用用（IndustryApplication）资源打包包（ResourcePackage）物联网应应用———智能交交通智能交通通是将先先进的传传感器技技术、通通讯技术术、数据据处理技技术、网网络技术术、自动动控制技技术、信信息发布布技术等等有机地地运用于于整个交交通运输输管理体体系而建建立起的的一种实实时的、、准确的的、高效效的交通通运输综综合管理理和控制制系统。。智能交交通通过过改善交交通运输输基础设设施，提提高交通通信息服服务水平平，来改改善交通通运作环环境，提提高交通通服务质质量，进进而提高高人民生生活水平平。物联网应应用———智能交交通物联网应应用———智能交交通智能交通通应用案案例智能停车车场福州鼓楼楼区力争争年底基基本完成成辖区内内的公共共停车位位智能化化管理，，驾车出出行用手手机浏览览“无线线城市””主页即即可查看看市区大大部分区区域的实实时路况况地图，，地图上上会显示示主要道道路的，，拥堵、、缓行、、畅通等等三个等等级。除除此之外外，鼓楼楼区还拟拟将全区区49个个公共停停车场约约5700个停停车位接接入这个个智能交交通管理理系统，，市民可可通过登登录网站站、发送送手机短短信、拨拨打电话话等方式式查询停停车位信信息。智能交通通应用案案例新加坡智智能交通通系统的的应用整合交通通管理系系统（ITMS）高速路监监控信息息系统（（EMAS）车速信息息系统（（TrafficScan））数控出租租车调度度系统出行者信信息服务务系统（（TIS）车辆优先先权系统统无线交通通计数器器系统路口监测测系统优化交通通信号系系统（GLIDE）物联网应应用———智能电电网智能电网网（smartpowergrids）），就是是电网的的智能化化，也被被称为““电网2.0””，它是是建立在在集成的的、高速速双向通通信网络络的基础础上，通通过先进进的传感感和测量量技术、、先进的的设备技技术、先先进的控控制方法法以及先先进的决决策支持持系统技技术的应应用，实实现电网网的可靠靠、安全全、经济济、高效效、环境境友好和和使用安安全的目目标，其其主要特特征包括括自愈、、激励和和包括用用户、抵抵御攻击击、提供供满足21世纪纪用户需需求的电电能质量量、容许许各种不不同发电电形式的的接入、、启动电电力市场场以及资资产的优优化高效效运行。。中国的智智能电网网的基本本特征是是在技术术上要实实现信息息化、自自动化、、互动化化。智能电网网架构物联网在在智能电电网中的的应用典型案例例—Zigbee技术术在电力力无线抄抄表系统统中的应应用基于IEEE802..15..4的ZigBee技技术以其其无可比比拟的优优势在短短距离无无线个域域网技术术中得到到了蓬勃勃发展低速率，，低能耗耗，传输输可靠，，组网灵灵活等特特点正日日益成为为楼宇智智能化中中的热门门技术。无线抄表表系统描描述用户端由由一个电电表和一一个数传传模块组组成。经经过改装装，当表表读数增增加时，，ZigBee模块计计数相应应增加，，当达到到预先设设定的发发送时间间后(该该时间可可以设定定)，系系统即可可向数据据集中节节点发送送数据。。管理中心心端，数数据集中中节点的的ZigBee模块具具有数据据融合处处理的功功能，它它可以将将采集的的数据自自动记录录到本系系统数据据库内，，并根据据抄表人人员的操操作指令令显示数数据。本系统设设备的复复杂程度度低，且且Zigbee协议是是免专利利费的，，因而可可以有效效地降低低设备成成本，同同时ZigBee的工工作频段段灵活，，采用的的是免执执照频段段的2..4GHz，，也就是是没有使使用费的的无线通通信。无线抄表表系统整整体结构构无线抄表表终端通通常由无无线部分分、显示示部分、、CPU部分分、按键键部分等等组成。。无线部分分主要基基于CC2420芯片片组成的的Zigbee无线通通信模块块，这一一部分是是无线抄抄表系统统的核心心。无线模块块内部，，CPU可通通过SPI口与与CC2420通信并并控制其其状态。。显示部分分是基于于LCD的全数数字显示示系统，，能够在在现场显显示抄表表系统检检测到的的流量值值。按键部分分则可通通过对系系统的控控制来切切换不同同时间的的流量值值。物联网———智能能物流物流业是是物联网网早就落落地的行行业之一一，很多多物流系系统采用用了红外外、激光光、无线线、编码码、认址址、自动动识别、、传感、、RFID、卫星定定位等高高新技术术，已经经具备了了信息化化、网络络化、集集成化、、智能化化、柔性性化、敏敏捷化、、可视化化等先进进技术特特征。新新信息技技术在物物流系统统的集成成应用就就是物联联网在物物流业应应用的体体现。概概括起来来，目前前相对成成熟的物物联网应应用主要要四大领领域物联网在在物流业业中的应应用一是产品品的智能能可追溯溯网络系系统目前，在在医药、、农产品品、食品品、烟草草等行业业领域，，产品追追溯体系系发挥着着货物追追踪、识识别、查查询、信信息采集集与管理理等方面面的巨大大作用，，已有很很多成功功应用。。物联网在在物流业业中的应应用二是物流流过程的的可视化化智能管管理网络络系统：：这是基于于GPS卫星导航航定位技技术、RFID技术、传传感技术术等多种种技术，，在物流流过程中中实时实实现车辆辆定位、、运输物物品监控控、在线线调度与与配送可可视化与与管理的的系统。。目前，，初级的的应用比比较普遍遍。物联网在在物流业业中的应应用三是智能能化的企企业物流流配送中中心：这是基于于传感、、RFID、声、光光、机、、电、移移动计算算等各项项先进技技术，建建立的全全自动