物联网技术调查报告样本

物联网技术调查报告指引教师：.作者姓名：.作者学号：.完毕时间：3月20摘要：物联网InternetofThings概念是由麻省理工学院Auto-ID研究中心于1999年提出，其最初含义是指把所有物品通过射频辨认等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化辨认和管理。IBM于年1月提出了“智慧地球”构想，物联网为其中不可或缺一某些。而奥巴马对“智慧地球”构想做出了积极回应，并将其提高为国家层级发展战略，从而引起全球广泛关注。物联网被看作是推动信息领域一次重大发展和变革机遇。世界先进国家都对物联网技术发展高度注重，可以说物联网广泛应用将是继计算机互联网与移动通信网之后又一次信息革命。当前，关于物联网研究与应用还处在初始阶段，关于物联网定义还没有一种统一原则，物联网某些核心技术问题也没有得到有效解决，更莫达到一种共识。国内也有不少专家和学者对物联网进行了研究。核心字：BigTable数据管理技术，虚拟计算，编程模式，基本设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS），远程网络访问目录1.当前应用状况 21.1电子车牌 21.2智能电网 21.3智能医疗 21.4环保 22.技术构成 22.1信息采集技术 22.2近程通讯技术 22.3信息远程传播技术 22.4海量信息智能分析与控制技术 23.核心技术分析 23.1感知层 23.1.1传感器技术 23.1.2射频辨认（RFID）技术 23.1.3微机电系统（MEMS） 23.1.4GPS技术 23.2信息汇聚层 23.2.1无线传感器网络（WSN）技术 23.2.2Wi-Fi 23.3.3GPRS 23.3传播层 23.3.1通信网 23.3.23G网络 23.3.3GPRS网络 23.3.4广电网络 23.3.5NGB广域网络 23.4运营层 23.4.1公司资源筹划（ERP） 23.4.2专家系统（ExperSystem) 23.4.3云计算 23.5应用层 24.当前遇到问题 24.1在射频辨认系统中问题 24.2阻抗问题 24.3辐射问题 24.4距离问题 25.将来发展趋势 26.参照文献及资料 251.当前应用状况近来，物联网已成为生活中炙手可热名词，物联网技术应用已成为推动信息化发展和产业变革重要力量。当前，国外对物联网研发、应用重要集中在美、欧、日、韩等少数国家。其最初研发方向重要是条形码RFID等技术在商业零售，物流领域应用，而随着RFID传感器技术，近程通信以及计算技术等发展近年来其研发应用开始拓展到环境监测，生物，医疗智能基本设施等领域。就当前而言，物联网许多有关技术仍在开发测试阶段，离不同系统之间融合，物与物之间普遍链接远期目的还存在一定差距。当前，物联网应用重要有智能交通中电子车牌及电子不断车收费系统ETC智能电网，智能医疗医疗监护，智慧都市环保等方面。1.1电子车牌电子车牌作为物联网在智能交通中应用，它是一种新兴无线射频自动辨认技术。具备高速辨认，防拆，防磁，加密，储存等特点。公安交通管理部门应用该技术，能精准全面地获取交通信息，规范车辆使用和驾驶行为抑制车辆乱占道，乱变道，超速等违法违规行为，并能有效打击肇事逃逸，克隆涉案等违法车辆1.2智能电网智能电网在发电环节上对常规机组，水库，新能源风电机组等布置传感监测点，在输电环节上堆雷电线路气象环境，线路覆冰，线路在线增容，导地线微风振动，导线温度与弧垂，输电线路风偏，输电线路图像与视频，杆塔倾斜在线监测与预警等方面充分运用传感技术，配电环节上对配电设备状态监测，配电网现场作业管理以及智能巡检也充分运用各类传感和辨认技术。1.3智能医疗在智能医疗医疗监护应用中医疗监护人身上可以安装不同传感器，对人健康参数进行监控并且实时传送到有关医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机提，醒您去医院检查身体，达到实时监测智能分析，自动预警。在智慧都市平安都市建设应用中，运用布置在大街小巷全球眼监控探头。实现图像敏感性智能分析并与110119112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联动，从而构建和谐安全都市生活环境。1.4环保环保应用中，使用无线传感技术应用于生态环境监测，生物种群研究，气象和地理研究；洪水，火灾检测，如跟踪珍稀鸟类，动物和昆虫栖息分区域监测水位及有关水资源与污染信息，铺设大量节点随时监控林区内部火险状况，生活环境-水质大气，电磁辐射，噪声，降水，土壤，地质灾害检测等。2.技术构成通过对物联网实质分析，发现物联网真正实现需要信息采集技术、近程通讯技术、信息远程传播技术、海量信息智能分析与控制技术等互相配合和完善。2.1信息采集技术信息采集是物联网基本，当前信息采集重要采用传感器和电子标签等方式完毕，传感器用来感知采集点环境参数，如温度、震动等，电子标签用于对采集点信息进行“原则化”标记。当前市面上已有大量门类齐全且技术成熟传感器，如图1。图1各类传感器组件2.2近程通讯技术近程通讯是新兴短距离连接技术，从诸多无接触式认证和互联技术演化而来，RFID和蓝牙技术是其中重要代表。当前惯用RFID近程通讯如图2所示。RFID与人们常用条形码相比有比较明显优势，重要如下：2.3信息远程传播技术在物联网机器到机器、人到机器和机器到人信息远程传播中，有各种技术可供选取，当前重要有有线（如DSL、PON等）、无线（如CDMA、GPRS、IEEE802.11a/b/gWLAN等）。2.4海量信息智能分析与控制技术依托先进软件技术，对各种物联网信息进行海量存储与迅速解决，并将解决成果实时反馈给物联网各种“控制”部件。当前兴起云计算就是满足物联网海量信息解决需求计算模型。综合上述可以看出，物联网是一种从互联网、近程通讯网演进而来，图3描述了物联网与现存其她网络之间关系。3.核心技术分析3.1感知层3.1.1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三大技术。从仿生学观点，如果把计算机当作解决和辨认信息“大脑”，把通信系统当作传递信息“神经系统”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传感网是物联网感知层重要技术手段。物联网传感器在农业方面应用从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号装置；简朴说传感器是将外界信号转换为电信号装置。因此它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两某些构成，有半导体敏感元器件可以直接输出电信号，自身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息原理来讲，可分为物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类，基于化学反映原理。生物类，基于酶、抗体、和激素等分子辨认功能。普通据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。3.1.2射频辨认（RFID）技术射频辨认（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）是通过无线电信号辨认特定目的并读写有关数据无线通讯技术。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。无线射频辨认是一种非接触式自动辨认技术，它工作原理如下：使用射频电磁波通过空间耦合(交变磁场或电磁场)在阅读器和进行辨认、分类和跟踪移动物品（物品上附着有RFID标签）之间实现无接触信息传递并通过所传递信息达到辨认目技术。RFID是一种运用电磁能量实现自动辨认和数据捕获技术，可以提供无人看守自动监视与报告作业。详细工作原理如下：当装有电子标签物体接近微波天线时，阅读器受控发出微波查询信号。安装在物体表面电子标签收到经微波天线发出查询信号后，依照查询信号中命令规定，将标签中数据信息反射回微波天线。微波天线接受到电子标签反射回微波合成信号后，经阅读器内部微解决器处即可将电子标签中辨认代码等信息分离出来。这些辨认信息作为物体特性数据被传送到控制计算机作进一步解决，从而完毕与物体关于信息查询、记录、管理等应用。整个辨认工作不必人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可辨认高速运动物体并可同步辨认各种标签，并且阅读器能自行判断RFID标签与否被重复读取解决。RFID技术这些功能特性很适合流水线上产品控制，以实现流水作业管理，得以使整个流水线管理自动化。RFID技术市场应用成熟，标签成本低廉，但RFID普通不具备数据采集功能，多用来进行物品甄别和属性存储，且在金属和液体环境下应用受限，RFID技术属于物联网信息采集层技术。3.1.3微机电系统（MEMS）微机电系统是从微机械（MicroMachinery）发展而来，原指运用光刻技术制造微米或纳米尺度零件、部件或简朴机构系统。随着技术发展，研究对象已不再是简朴零件和简朴构造，而是集光机电于一体，可以驱动，完毕一定功能复杂系统，与之有关制造、检测、控制等技术则称为微系统技术（MST）。纳米技术是实现微机械系统重要技术基本。就当前而言，MEMS普通是指是指由微机械加工办法加工微传感器和微执行器，与微电子信号解决和控制电路有机结合而成自动化和智能化微系统。普通是指外形轮廓尺寸在毫米量级如下，构成元件尺寸在微米～纳米量级（10-6～10-9m）可控制、可运动微型机电装置。当前尺寸为1μm～1mm，将来也也许达到nm级。它将微型传感器、微型执行器、信号解决电路、自动控制电路、计算机接口电路、远距离通信系统和电源集为一体，构成一种完整系统。其中微传感器获取信息，信号解决与控制电路解决信息并作出决策，微执行器则实现机械动作。对这一新兴领域，各国学者使用不同术语来表述。日本称之为微机械（Micromachine），欧洲叫作微系统（Microsystems），美国称之为微电子机械系统（Microelectromechanical3.1.4GPS技术GPS技术又称为全球定位系统，是具备海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力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重要技术，更是物流智能化、智能交通重要技术。GPS定位系统原理：由24颗GPS卫星在离地面1万2千公里高空上，以12小时周期环绕地球运营，使得在任意时刻，在地面上任意一点都可以同步观测到4颗以上卫星。由于卫星位置精准可知，在GPS观测中，咱们可得到卫星到接受机距离，运用三维坐标中距离公式，运用3颗卫星，就可以构成3个方程式，解出观测点位置(X,Y,Z)。考虑到卫星时钟与接受机时钟之间误差，事实上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点经纬度、高程，再依照经纬度计算精准时间等信息。三连星GPS定位系统采用是google在线地图，以建筑物为参照物，找车更快、更准。3.2信息汇聚层3.2.1无线传感器网络（WSN）技术无线传感器网络（WirelessSensorNetwork,简称WSN)基本功能是将一系列空间分散传感器单元通过自组织无线网络进行连接，从而将各自采集数据通过无线网络进行传播汇总，以实现对空间分散范畴内物理或环境状况协作监控，并依照这些信息进行相应分析和解决。无线传感网络构造由传感器节点，汇聚节点，现场数据收集解决决策某些及分散顾客接受装置构成，节点间可以通过自组织方式构成网络。传感器节点获得数据沿着相邻节点逐跳进行传播，在传播过程中所得数据可被各种节点解决，经多跳路由到协调节点，最后通过互联网或无线传播方式到达管理节点，顾客可以对传感器网络进行决策管理、发出命令以及获得信息。WSN技术贯穿物联网三个层面，是结合了计算、通信、传感器三项技术一门新兴技术，具备较大范畴、低成本、高密度、灵活布设、实时采集、全天候工作优势，且对物联网其她产业具备明显带动作用。3.2.2Wi-FiWi-Fi（WirelessFidelity,无线保真技术）是一种基于接入点（AccessPoint)无线网络构造，当前已有一定规模布设，在某些应用中与传感器相结合。Wi-Fi技术属于物联网信息汇总层技术。它遵循IEEE所制定802.11x系列原则，因此普通所谓802.11x系列原则都属于Wi-Fi。依照802.11x原则不同，Wi-Fi工作频段也有2.4G/HZ和5G/HZ差别。但是Wi-Fi却可以实现随时随处上网需求，也能提供较高速宽带接入。Wi-Fi所遵循802.11原则是此前军方所使用无线电通信技术。并且，至今还是美军军方通信器材对抗电子干扰重要通信技术。由于，Wi-Fi中所采用SS（SpreadSpectrum，展频）技术具备非常优良抗干扰能力，并且当需要反跟踪、反窃听是同步具备很出众效果，因此不需要紧张Wi-Fi技术不能提供稳定网络服务。而惯用展频技术有如下4种：DD-SS直序展频，FH-SS调频展频，TH-SS跳时展频，C-SS持续波调频。在上面惯用技术中，前两种展频技术很常用，也就是DS-SS和FH-SS。后两种则是依照前面技术加以变化，也就是TH-SS和C-SS普通不会单独使用，并且整合到其她展频技术上，构成信号更隐密、功率更低、传播更为精准混合展频技术。综合来看展频技术有如下方面优势：反窃听，抗干扰，有限度保密。固然，Wi-Fi技术也存在着诸如兼容性，安全性等方面问题，但是它也凭借着自身优势，占据着主流无线传播地位。3.3.3GPRSGPRS（GeneralPacketRadioService,通用分组无线服务)是一种基于GSM移动通信网络数据服务技术。GPRS技术可以充分运用既有GSM网络，当前在诸多领域有广泛应用，在物联网领域也有某些应用。GPRS技术属于物联网信息汇总层技术。3.3传播层3.3.1通信网通信网是一种使用互换设备、传播设备，将地理上分散顾客终端设备互连起来实现通信和信息互换系统。通信最基本形式是在点与点之间建立通信系统，但这不能称为通信网，只有将许多通信系统（传播系统）通过互换系统按一定拓扑构造组合在一起才干称之为通信。也就是说，有了互换系统才干使某一地区内任意两个终端顾客互相接续，才干构成通信网。3.3.23G网络3G是英文the3rdGeneration缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模仿制式手机（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新一代移动通信系统。为了提供这种服务，无线网络必要可以支持不同数据传播速度，也就是说在室内、室外和行车环境中可以分别支持至少2Mbps（兆字节／每秒）、384kbps（千字节／每秒）以及144kbps传播速度。国际电信联盟（ITU）在5月拟定W—CDMA、CDMA和TDS—CDMA三大主流无线接口原则，写入3G技术指引性文献《国际移动通讯筹划》（简称IMT—）。W—CDMA：即WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，其支持者重要是以GSM系统为主欧洲厂商，日我司也或多或少参加其中，涉及欧美爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本NTT、富士通、夏普等厂商。这套系统可以架设在既有GSM网络上，对于系统提供商而言可以较容易地过渡，而GSM系统相称普及亚洲对这套新技术接受度预料会相称高。因而W—CDMA具备先天市场优势。CDMA：CDMA也称为CDMAMulti—Carrier，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和日后加入韩国三星均有参加，韩国当前成为该原则主导者。这套系统是从窄频CDMAOne数字原则衍生出来，可以从原有CDMAOne构造直接升级到3G，建设成本低廉。但当前使用CDMA地区只有日、韩和北美，因此CDMA支持者不如W—CDMA多。但是CDMA研发技术却是当前各原则中进度最快，许多3G手机已经率先面世。TD—SCDMA：该原则是由中华人民共和国大陆独自制定3G原则，1999年6月29日，中华人民共和国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向ITU提出。该原则将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱运用率、对业务支持具备灵活性、频率灵活性及成本等方面独特优势。此外，由于中华人民共和国内庞大市场，该原则受到各大重要电信设备厂商注重，全球一半以上设备厂商都宣布可以支持TD—SCDMA原则。3.3.3GPRS网络这是一种基于GSM系统无线分组互换技术，提供端到端、广域无线IP连接。通俗讲，GPRS是一项高速数据解决科技，办法是以“分组”形式传送资料到顾客手上。虽然GPRS是作为既有GSM网络向第三代移动通信演变过渡技术，但是它在许多方面都具备明显优势。3.3.4广电网络广电网普通是各地有线电视网络公司（台）负责运营，通过HFC（光纤+同轴电缆混合网）网向顾客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，实际速度要视网络状况而定。3.3.5NGB广域网络中华人民共和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）成果为基本，以自主创新“高性能带宽信息网”核心技术为支撑，构建适合国内国情、三网融合、有线无线相结合、全程全网下一代广播电视网络。3.4运营层3.4.1公司资源筹划（ERP）ERP是指建立在信息技术基本上，以系统化管理思想，为公司决策层及员工提供决策运营手段管理平台。ERP技术属于物联网信息解决层技术。3.4.2专家系统（ExperSystem)专家系统是一种具有大量某个领域专家水平知识与经验，可以运用人类专家知识和经验来解决该领域问题智能计算机程序系统。属于信息解决层技术。3.4.3云计算云计算概念间由Google提出，这是一种美丽网络应用模式，是指IT基本设施交付和使用，通过网络以按需、易扩展方式获得所需资源。3.5应用层应用层重要是依照行业特点，借助互联网技术手段，开发各类行业应用解决方案，将物联网优势与行业生产经营、信息化管理、组织调度结合起来，形成各类物联网解决方案，构建智能化行业应用。如交通行业，涉及就是智能交通技术；电力行业采用是智能电网技术；物流行业采用智慧物流技术等。行业应用还要更多涉及系统集成技术、资源打包技术等。4.当前遇到问题4.1在射频辨认系统中问题在RFID装置中，工作频率增长到微波区域时候，天线与标签芯片之间匹配问题变得更加严峻。在选取天线时候重要考虑是：天线类型；天线阻抗：在应用到物品上RFID性能；在有其她物品环绕贴标签物品时RFID性能。也许选取这里有两种使用方式：一）贴标签物品被放在仓库中，有一种便携装置，也许是手持式，询问所有物品，并且需要它们予以信息反馈信息。在仓库门口安装读卡设配，询问并记录进出物品。尚有一种重要选取是有源标签还是无源标签。可选天线

在435MHz，2.45GHz和5.8GHz频率是用RFID系统中，可选天线有几种，见下表，它们重点考虑了天线尺寸。这样小天线增益是有限，增益大小取决于辐射模式类型，全向天线具备峰值增益0到2dBi；方向性天线增益可以达到6dBi。增益大小影响天线作用距离。下表中前三个种类天线是线极化，但是微带面天线可以使圆极化，对数螺旋天线仅仅是圆极化。由于RFID标签方向性是不可控，因此读卡机必要是圆极化。一种圆极化标签天线可以产生3dB以强信号。4.2阻抗问题为了最大功率传播，天线后芯片输入阻抗必要和天线输出阻抗匹配。几十年来，设计天线与50或70欧姆阻抗匹配，但是也许设计天线具备其她特性阻抗。例如，一种缝隙天线可以设计具备几百欧姆阻抗。一种折叠偶极子阻抗可以是一做个原则半波偶极子阻抗20倍。印刷贴片天线引出点可以提供一种很宽范畴阻抗(普通是40到100欧姆)。选取天线类型，以至于它阻抗可以和标签芯片输入阻抗匹配是十分核心。另一种问题是其她与天线接近物体可以减少天线返回损耗。对于全向天线，例如双偶极子天线，这个影响是明显。变化双偶极子天线和一听番茄酱间距做了某些实际测量，显示了某些变化。其她物体也有相似影响。此外是物体介电常数，而不是金属，变化了谐振频率。一塑料瓶子水减少了最小返回损耗频率16%。当物体与天线距离不大于62.5mm时候，返回损耗将导致一种3.0dB插入损耗，而天线自由空间插入损耗才0.2dB。可以设计天线使它与接近物体状况相匹配，但是天线行为对于不同物体和不同物体距离而不同。对于全向天线是不可行，因此设计方向性强天线，它们不受这个问题影响。4.3辐射问题在一种无反射环境中测试了天线模式，涉及了各种需要贴标签物体，在使用全向天线时候性能严重下降。圆柱金属听引起性能下降是最严重，在它与天线距离50mm时候，反回信号下降不不大于20dB。天线与物体中心距离分开到100—150mm时候，反回信号下降约10到12dB。在与天线距离100mm时候，测量了几瓶水（塑料和玻璃），反回信号减少不不大于10dB。在蜡纸盒液体，甚至苹果上做实验得到了类似成果。局部构造影响在使用手持仪器时候，大量其她临近物体使读卡机天线和标签天线辐射模式严重失真。这可以对于2.45GHz工作频率计算，假设一种代表性几何形状，和自由空间相比，显示返回信号减少了10dB，在双天线同步使用时候，比预料模式下降更多。在仓库使用环境下，一种物品盒子具备一种标签会有问题，几种标签贴在一种盒子上以保证所有时候均有一种标签是可以看见。便携系统使用有几种天线问题。每个盒子两个天线足够适合门禁装置探测，这样局部构造影响变得不再重要，由于门禁装置读卡机天线被固定在仓库出入，并且直接指向贴标签物体。4.4距离问题距离：RFID天线增益和与否使用有源标签芯片将影响系统使用距离。乐观考虑，在电磁场辐射强度符合UK有关原则时，2.45GHz无源状况下，全波整流，驱动电压不不不大于3伏，优化RFID天线阻抗环境(阻抗200或300欧姆)，使用距离大概是1米[3]。如果使用WHO限制[4]则更适合于全球范畴使用，但是作用距离下降了一半。这些限制了读卡机到标签电磁场功率。作用距离随着频率升高而下降。如果使用有源芯片作用距离可以达到5到10米。当RFID发射频道达到高频或是超高频时，也就是通过卫星传送信号，这就实现了GPS定位方案。这样传送距离