IPv6無線傳感器網(wǎng)絡的應用研究報告-2011.doc

知識水壩（豆丁網(wǎng)pologoogle）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 百度一下“知識水壩“ ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡的應用研究報告 （v1.2） 知識水壩（豆丁網(wǎng)pologoogle）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 百度一下“知識水壩“ 1項目概述項目概述1 2ipv6 傳感器網(wǎng)絡簡介傳感器網(wǎng)絡簡介.1 2.1ipv6 及其相關技術簡介1 2.2無線傳感器網(wǎng)絡概述.3 2.3ipv6 在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用簡介4 2.3.1環(huán)境監(jiān)測4 2.3.2建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測5 2.3.3醫(yī)療衛(wèi)生5 2.3.4智能交通6 2.3.5其它應用場景6 2.4物聯(lián)網(wǎng)基本概念.7 2.5小結(jié).9 3pv6 無線傳感器的國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀無線傳感器的國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀 9 3.1ipv6 國內(nèi)研究和發(fā)展現(xiàn)狀9 3.2無線傳感器網(wǎng)絡國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀.14 3.3物聯(lián)網(wǎng)研究熱點分析及其應用現(xiàn)狀.17 3.3.1引言17 3.3.2物聯(lián)網(wǎng)的概念17 3.3.3物聯(lián)網(wǎng)研究熱點18 3.3.4物聯(lián)網(wǎng)應用現(xiàn)狀18 4ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡應用應突破的關鍵技術無線傳感器網(wǎng)絡應用應突破的關鍵技術.20 4.1基于 ipv6 的無線傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議族構(gòu)建.20 4.1.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)20 4.1.2基于ipv6的無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議族設計思想21 4.1.3ieee802.15.4技術概述22 4.1.46lowpan適配層技術.23 4.1.56lowpan技術的優(yōu)勢.27 知識水壩（豆丁網(wǎng)pologoogle）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 百度一下“知識水壩“ 4.2網(wǎng)絡管理.28 4.3應用層支撐技術.28 4.4傳感器節(jié)點的拓撲部署.31 4.5傳感器網(wǎng)絡路由算法.37 4.6傳感器網(wǎng)絡地址管理.42 4.7傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)匯聚算法.43 4.7.1數(shù)據(jù)匯聚的原理和方法44 4.7.2數(shù)據(jù)匯聚算法45 5ipv6 無線傳感器應用場景分析無線傳感器應用場景分析.47 5.1ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡的應用47 5.1.16lowpan網(wǎng)絡的基本結(jié)構(gòu).48 5.1.26lowpan網(wǎng)絡的基本應用舉例.50 5.2ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡在水質(zhì)監(jiān)測中的應用51 5.3ipv6 傳感器網(wǎng)絡在交通流量控制上的應用57 5.4ipv6 傳感器網(wǎng)絡在家庭病人監(jiān)護上的應用60 5.5小結(jié).62 6ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡開發(fā)平臺和仿真平臺無線傳感器網(wǎng)絡開發(fā)平臺和仿真平臺63 6.1開發(fā)平臺.63 6.1.1jennic產(chǎn)品簡介.63 6.1.2jennic的6lowpan網(wǎng)絡協(xié)議棧65 6.1.36lowpan無線傳感器網(wǎng)絡體系.66 6.1.4無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)70 6.1.5實驗結(jié)果72 6.1.66lowpan協(xié)議的優(yōu)化設計.72 6.2仿真平臺.74 6.2.16lowpan動態(tài)路由協(xié)議.74 6.2.2tinyos簡介.79 6.2.3tier-mesh路由仿真80 6.3小結(jié).83 知識水壩（豆丁網(wǎng)pologoogle）為您傾心整理（下載后雙擊刪除） 百度一下“知識水壩“ 7中國移動在開展中國移動在開展 ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡的策略分析無線傳感器網(wǎng)絡的策略分析.84 7.1中國移動現(xiàn)有網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)和業(yè)務現(xiàn)狀.84 7.1.1cmnet現(xiàn)有網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu).84 7.1.2業(yè)務現(xiàn)狀85 7.1.3m2m業(yè)務86 7.2ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡在中國移動網(wǎng)絡的應用需求分析89 7.3ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡的實施策略及建議91 7.3.1ipv6無線傳感器體系結(jié)構(gòu).91 7.3.2ipv6無線傳感器網(wǎng)絡與internet的互聯(lián)93 7.4ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡業(yè)務開展需要注意的問題95 7.5小結(jié).96 8項目總結(jié)項目總結(jié)97 9參考文獻參考文獻99 1 1 項目概述項目概述 2009 年 11 月 3 日，溫家寶總理發(fā)表了題為讓科技引領中國可持續(xù)發(fā)展 的講話。溫總理指出，搶占五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)制高點，要著力突破傳感網(wǎng)、 物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術，及早部署后 ip 時代相關技術研發(fā)。 ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡是一種新興的網(wǎng)絡形態(tài)，它把 ipv6 技術融入無線傳感 器網(wǎng)絡，不僅能解決無線傳感器網(wǎng)絡間、無線傳感器網(wǎng)絡與 internet 間的互連互 通問題，同時解決了無線傳感器網(wǎng)絡固有的缺點，如需要數(shù)量巨大的地址資源、 需要實現(xiàn)有效地址管理機制、缺乏應有的安全機制等問題。 本項目通過對 ipv6、無線傳感器網(wǎng)絡的廣泛應用進行探討，研究其在各個 領域應用的典型實例，并總結(jié)當前制約無線傳感器網(wǎng)絡實際應用的因素及目前 的研究熱點。通過本項目，開展了（1）無線傳感器網(wǎng)絡應用的制約因素、 （2）基于 ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡通信協(xié)議族構(gòu)建、（3）傳感器節(jié)點 的拓撲部署、（4） ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡的路由算法以及（5）ipv6 無線傳感器 網(wǎng)絡和中國移動網(wǎng)絡的結(jié)合以及應用場景等方面的研究，特別是大規(guī)模應用的 關鍵技術，著重探討 ipv6 無線傳感器網(wǎng)絡和中國移動的主營業(yè)務相結(jié)合的突破 點。最終為中國移動今后開展無線傳感器網(wǎng)絡的應用和業(yè)務完成相關技術的跟 蹤和儲備。 2 ipv6 傳感器網(wǎng)絡簡介傳感器網(wǎng)絡簡介 2.1ipv6 及其相關技術簡介及其相關技術簡介 下一代互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議采用 ipv6，其重點在于解決網(wǎng)絡的容量和網(wǎng)絡的 性能。與 ipv4 相比較，ipv6 在地址容量、安全性、網(wǎng)絡管理、移動性以及服務 質(zhì)量等方面有明顯的改進。 其突出優(yōu)點具體表現(xiàn)在： (1) 地址容量巨大，ipv6 地址長度為 128 位，也就是說在采用 ipv6 的互聯(lián) 網(wǎng)絡中 ip 地址數(shù)量理論上可有 2 的 128 次方。這種地址設置可充分滿足未來人 類社會對互聯(lián)網(wǎng) ip 地址的需求。 (2) 移動性功能強，ipv6 采用層次化的地址結(jié)構(gòu)，類似于電話號碼的分布結(jié) 2 構(gòu)。因此采用 ipv6 協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)上可直接接入移動主機或移動終端設備。 (3) 強大的安全性功能 ，在 ipv6 協(xié)議中提供兩個擴展報頭認證 (authentication)和加密(encryption)，能保證在網(wǎng)絡應用中確認數(shù)據(jù)包來源的正確 性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?(4) 高效的服務質(zhì)量(qos)，在 ipv6 中，采用了類似電話網(wǎng)絡的服務質(zhì)量的 方法，如用戶可以用一組參數(shù)規(guī)定所需要的連接，如傳輸速率、時延、延時變 化率等；網(wǎng)絡可判斷確定是否接受這個連接；用戶能確定得到對應的服務等。 隨著技術和應用等多個方面的快速發(fā)展，人們對于移動互聯(lián)網(wǎng)的要求變得 越來越迫切。在技術層面，硬件技術的發(fā)展使得設備更加小型化，進而使得筆 記本電腦、pda、移動電話等移動設備變得越來越普及；而互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展 在改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)、生活方式的同時，也使得信息共享和及時通信成為日常生 活不可缺少的一部分；移動通信技術的發(fā)展也使得基于移動網(wǎng)絡的無線數(shù)據(jù)傳 輸成為可能，這為移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了必要的技術基礎。在應用層面，經(jīng) 濟全球化的發(fā)展使得人的流動性大大增加，大量學者和商務人士每天奔波在世 界各地，經(jīng)常變更所處的位置，并且在相當長的時間內(nèi)處于移動狀態(tài)中；與此 同時，經(jīng)濟全球化和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得人們對通信和信息的依賴性越來越強， 通信和信息實際上已經(jīng)成為成功的必要因素之一。移動辦公將成為互聯(lián)網(wǎng)應用 的熱點，并且會有越來越多的企業(yè)和個人加入到移動辦公的行列中。 為了實現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)，需要解決“漫游（roaming）”和“移動（mobile）” 這兩大問題。在 ipv6 協(xié)議出現(xiàn)之前，人們對傳統(tǒng)的 ipv4 體系結(jié)構(gòu)進行了擴充和 開發(fā)，提出了移動 ipv4 協(xié)議，部分的解決了移動計算機的漫游和移動問題。然 而，由于 ipv4 本身的局限性，移動 ipv4 也存在著與之類似的問題，主要包括 ip 地址空間不足、路由性能不高、安全性無法得到保障、以及網(wǎng)絡配置復雜多變 等等。作為 ipv4 協(xié)議的替代協(xié)議，ipv6 作出了重大改進，與之相對應的移動 ipv6 同樣有了顯著改進，實現(xiàn)了很多新特性。這些新特性表現(xiàn)為地址自動配置、 鄰居發(fā)現(xiàn)、內(nèi)置安全機制、黑洞監(jiān)測、移動透明性實現(xiàn)等。 以 ipv6 為核心技術的下一代互聯(lián)網(wǎng)不但可以支持現(xiàn)有移動 ipv4 網(wǎng)絡上所提 供的所有業(yè)務，還能充分支持豐富多樣、個性化、無處不在的各種創(chuàng)新業(yè)務。 這些創(chuàng)新的業(yè)務包括：有大量共有地址需求的應用，如以傳感器、網(wǎng)絡攝像機、 信息家電、智能汽車、rfid、移動終端等為主體的各種行業(yè)應用和個人應用。 3 2.2無線傳感器網(wǎng)絡概述無線傳感器網(wǎng)絡概述 無線傳感器網(wǎng)絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部或附近的大量廉價的、具有通信、 感測及計算能力的微型傳感器節(jié)點通過自組織構(gòu)成的“智能”測控網(wǎng)絡。 無線傳感器網(wǎng)絡在軍事、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)、智能交通、 建筑物監(jiān)測、空間探索等領域有著廣闊的應用前景和巨大的應用價值，被認為 是未來改變世界的十大技術之一、全球未來四大高技術產(chǎn)業(yè)之一。目前，國內(nèi) 外眾多研究機構(gòu)都已開展了無線傳感器網(wǎng)絡技術及其應用的相關研究。 無線傳感器網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)如圖 2.2-1 所示，系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點、網(wǎng)關 和服務器。 圖 2.2-1、無線傳感器網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)圖 傳感器節(jié)點可以完成環(huán)境監(jiān)測、目標發(fā)現(xiàn)、位置識別或控制其他設備的功 能；此外還具有路由、轉(zhuǎn)發(fā)、融合、存儲其他節(jié)點信息等功能。 網(wǎng)關負責連接無線傳感器網(wǎng)絡和外部網(wǎng)絡的通信，實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡通信協(xié)議 之間的轉(zhuǎn)換，發(fā)送控制命令到傳感器網(wǎng)絡內(nèi)部節(jié)點，以及傳送節(jié)點的信息到服 務器。 服務器用于接收監(jiān)測區(qū)域的數(shù)據(jù)，用戶可遠程訪問服務器，從而獲得監(jiān)測 區(qū)域內(nèi)監(jiān)測目標的狀態(tài)以及節(jié)點和設備的工作情況。 無線傳感器網(wǎng)絡具有如下主要特點： (1)自組織。傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的節(jié)點具有自動組網(wǎng)的功能，節(jié)點間能夠相互 通信協(xié)調(diào)工作。 (2)多跳路由。節(jié)點受通信距離、功率控制或節(jié)能的限制，當節(jié)點無法與網(wǎng) 4 關直接通信時，需要由其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)完成數(shù)據(jù)的傳輸，因此網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸路由 是多跳的。 (3)動態(tài)網(wǎng)絡拓撲。在某些特殊的應用中，無線傳感器網(wǎng)絡是移動的，傳感 器節(jié)點可能會因能量消耗完或其他故障而終止工作，這些因素都會使網(wǎng)絡拓撲 發(fā)生變化。 (4)節(jié)點資源有限。節(jié)點微型化要求和有限的能量導致了節(jié)點硬件資源的有 限性。 2.3ipv6 在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用簡介在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用簡介 以 ipv6 為核心技術的下一代互聯(lián)網(wǎng)不但可以支持現(xiàn)有移動 ipv4 網(wǎng)絡上所提 供的所有業(yè)務，還能充分支持豐富多樣、個性化、無處不在的各種創(chuàng)新業(yè)務， 特別是對于無線傳感器網(wǎng)絡這類對于大量共有地址需求的應用，更是有其先天 優(yōu)勢。 如何實現(xiàn) ipv6 與無線傳感器網(wǎng)絡的結(jié)合，已成為業(yè)界關注和研究的熱點。 為此，ietf 成立了 6lowpan 工作組，其任務是定義在如何利用 ieee 802.15.4 鏈路支持基于 ip 的通信的同時，遵守開放標準以及保證與其他 ip 設備的互操作 性。 基于 ipv6 的無線傳感器網(wǎng)絡的應用與具體的應用環(huán)境密切相關，因此針對 不同的應用領域，存在性能不同的基于 ipv6 的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)。 2.3.1環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測 6lowpan 無線傳感器網(wǎng)絡應用于環(huán)境監(jiān)測，能夠完成傳統(tǒng)系統(tǒng)無法完成的 任務。環(huán)境監(jiān)測應用領域包括：植物生長環(huán)境、動物的活動環(huán)境、生化監(jiān)測、 精準農(nóng)業(yè)監(jiān)測、森林火災監(jiān)測、洪水監(jiān)測等。如 加州大學伯克利分校利用傳感器網(wǎng)絡監(jiān)控大鴨島（great duck island）的生 態(tài)環(huán)境，在島上部署 30 個傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點采用 berkeley 大學的 mica mote 節(jié)點，包括監(jiān)測環(huán)境所需的溫度、光強、濕度、大氣壓力等多種傳感器。 系統(tǒng)采用分簇的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，傳感器節(jié)點采集的環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)酱厥祝ňW(wǎng) 關）， 然后通過傳輸網(wǎng)絡、基站、internet 網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中。用戶或管理員可 5 以通過 internet 遠程訪問監(jiān)測區(qū)域。 在印度西部多山區(qū)域監(jiān)測泥石流部署的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，目的是在災 難發(fā)生前預測泥石流的發(fā)生，采用大規(guī)模、低成本的節(jié)點構(gòu)成網(wǎng)絡，每隔預定 的 時間發(fā)送一次山體狀況的最新數(shù)據(jù)。intel 公司利用 crossbow 公司的 mote 系 列節(jié)點在美國俄勒岡州的一個葡萄園中部署了監(jiān)測其環(huán)境微小變化的無 線傳感 器網(wǎng)絡。 2.3.2建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測 無線傳感器網(wǎng)絡用于監(jiān)測建筑物的健康狀況，不僅成本低廉，而且能解決 傳統(tǒng)監(jiān)測布線復雜、線路老化、易受損壞等問題。斯坦福大學提出了基于無線 傳感器網(wǎng)絡的建筑物監(jiān)測系統(tǒng)，采用基于分簇結(jié)構(gòu)的兩層網(wǎng)絡系統(tǒng)。傳感器節(jié) 點由 evk915 模塊和 adxl210 加速度傳感器構(gòu)成，簇首節(jié)點由 proxim rangellan2 無線調(diào)制器和 evk915 連接而成。南加州大學的一種監(jiān)測建筑物的 無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng) netshm，該系統(tǒng)除了監(jiān)測建筑物的健康狀況外，并且能 夠定位出建筑物受損傷的位置。系統(tǒng)部 署于 los angeles 的 the four seasons 大 樓內(nèi)。系統(tǒng)采用分簇結(jié)構(gòu)，采用 mica-z 系列節(jié)點。 2.3.3醫(yī)療衛(wèi)生醫(yī)療衛(wèi)生 6lowpan 同樣也經(jīng)常用在醫(yī)療衛(wèi)生領域中。它可以用于人體的各種生理數(shù) 據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院內(nèi)醫(yī)生和患者的行動，醫(yī)院的藥物管理等。無線傳感器結(jié) 點相對于傳統(tǒng)醫(yī)療器械來說，去掉了笨重的連接線，更適用于醫(yī)院和家庭對病 人的照看工作。在醫(yī)療環(huán)境下，數(shù)據(jù)延時和信息丟失可能會引起醫(yī)療事故，因 此對數(shù)據(jù)的實時性和傳輸?shù)目煽啃杂休^高的要求。 加利福尼亞大學提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡的人體健 康監(jiān)測平臺 custmed，采用可佩戴的傳感器節(jié)點，傳感器類型包括壓力、皮膚反應、伸縮、 壓電薄膜傳感器、溫度傳感器等。節(jié)點采用加州大學伯克 利分校研制、 crossbow 公司生產(chǎn)的 dot-mote 節(jié)點，通過放在口袋里的 pc 機可以方便直觀地 查看人體當前的情況。紐約 stony brook 大學針對當前社會老齡化的問題提出 了監(jiān)測老年人生理狀況的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)（health tracker 2000），除了 6 監(jiān)測用戶的生理信息外，還可以在生命發(fā)生危險的情況下及時通報其身體情況 和位置信息。節(jié)點采用 crossbow 公司的 mica2 和 mica2dot 系列節(jié)點，采用溫 度、脈搏、呼吸、血氧水平等類型傳感器。 2.3.4智能交通智能交通 6lowpan 在智能交通領域有很好的應用，它能夠集成道路、車輛、交通信 號等信息，極大的提高運輸系統(tǒng)的安全性。對交通流量和空氣質(zhì)量進行監(jiān)測， 通過對交通流量進行優(yōu)化，能夠減少道路擁塞。 下圖所示為上海市重點科技研發(fā)計劃中的智能交通監(jiān)測系統(tǒng)，采用聲音、 圖像、視頻、溫度、濕度等傳感器，節(jié)點部署于十字路口周圍，部署于車輛上 的節(jié)點還包括 gps 全球定位設備。重點強調(diào)了系統(tǒng)的安全性問題，包括耗能、 網(wǎng)絡動態(tài)安全、網(wǎng)絡規(guī)模、數(shù)據(jù)管理融合、數(shù)據(jù)傳輸模式等。 圖 2.3.4-1、上海市重點科技研發(fā)計劃中的智能交通監(jiān)測系統(tǒng) 2.3.5其它應用場景其它應用場景 工業(yè)監(jiān)控工業(yè)監(jiān)控 6lowpan 應用在工業(yè)監(jiān)控中可以提高生產(chǎn)率/降低能耗/以及增加工廠操作的 安全系數(shù)，現(xiàn)在很多工廠仍然使用耗時昂貴的人工檢測方式去排查錯誤、安排 維護以避免停工，能夠以一種廉價的方式提供更多、更可靠的的數(shù)據(jù)。其部署 能減少因故障造成的停工時間，同時能減少執(zhí)行人工檢測所帶來的巨大開銷。 7 另外，數(shù)據(jù)分析功能能夠放在網(wǎng)絡中進行，取消了人工數(shù)據(jù)傳輸和分析的過程。 軍事領域軍事領域 傳感器網(wǎng)絡具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強和高容錯性的特點，因 此非常適合軍事上的應用。無線傳感器網(wǎng)絡非常適合應用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中， 通過飛機或炮彈直接將傳感器節(jié)點散播到敵方陣地內(nèi)部，或者在公共隔離帶部 署傳感網(wǎng)絡，就能隱蔽而且近距離的準確收集戰(zhàn)場信息，包括偵察敵情、監(jiān)控 兵力、裝備和物資等。 智能家居智能家居 6lowpan 技術也可以廣泛應用于智能家居領域中。例如：在智能家居中， 可將 6lowpan 節(jié)點嵌入到家具和家電中，通過無線網(wǎng)絡與因特網(wǎng)互聯(lián)，實現(xiàn)智 能家居環(huán)境的管理。 以家庭為單位介紹此系統(tǒng)的設計和安裝。每個家庭安裝一個家庭網(wǎng)關、若 干個無線通信 6lowpan 子節(jié)點模塊，在家庭網(wǎng)關和每個子節(jié)點上都接一個無線 網(wǎng)絡收發(fā)模塊(符合 6lowpan 技術標準的產(chǎn)品)，通過這些無線網(wǎng)絡收發(fā)模塊， 數(shù)據(jù)在網(wǎng)關和子節(jié)點之間進行傳送?？蓪崿F(xiàn)以下功能： 安防報警功能，在家庭門窗上安裝 6lowpan 結(jié)點，一旦有以外發(fā)生可以 通過 6lowpan 網(wǎng)絡第一時間報警； 采集水、電、氣各表數(shù)據(jù)發(fā)給物業(yè)管理中心，在水電氣等表中安裝 6lowpan 結(jié)點，自動統(tǒng)計每月用量數(shù)據(jù)發(fā)送到物業(yè)中心。 2.4物聯(lián)網(wǎng)基本概念物聯(lián)網(wǎng)基本概念 物聯(lián)網(wǎng)的概念是在 1999 年提出的。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱叫“the internet of things”，顧名思義，簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層 意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和 擴展的網(wǎng)絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息 交換和通訊。嚴格而言，物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別（rfid）、紅外感應 器、 全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品 8 與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、 監(jiān)控和管理的 一種網(wǎng)絡。 中國移動總裁王建宙反復提及，物聯(lián)網(wǎng)將會成為中國移動未來的發(fā)展重點。 他表示將會邀請臺灣生產(chǎn) rfid、傳感器和條形碼的 廠商和中國移動合作。據(jù) 他介紹，運用物聯(lián)網(wǎng)技術，上海移動已為多個行業(yè)客戶度身打造了集數(shù)據(jù)采集、 傳輸、處理和業(yè)務管理于一體的整套無線綜合應用解決方 案。最新數(shù)據(jù)顯示， 上海移動目前已將超過萬個芯片裝載在出租車、公交車上，形式多樣的物 聯(lián)網(wǎng)應用在各行各業(yè)大顯神通，確保城市的有序運作。在上海世博會期間， “車務通”將全面運用于上海公共交通系統(tǒng)，以最先進的技術保障世博園區(qū)周 邊大流量交通的順暢；面向物流企業(yè)運輸管理的“物流”，將為用戶提供實 時準確的貨況信息、車輛跟蹤定位、運輸路徑選擇、物流網(wǎng)絡設計與優(yōu)化等服 務，大大提升物流企業(yè)綜合競爭能力。 物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的技術是 rfid 電子標簽技術。以簡單 rfid 系統(tǒng)為基礎， 結(jié)合已有的網(wǎng)絡技 術、數(shù)據(jù)庫技術、中間件技術等，構(gòu)筑一個由大量聯(lián)網(wǎng)的閱 讀器和無數(shù)移動的標簽組成的，比 internet 更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)成為 rfid 技術發(fā) 展的趨勢。物 聯(lián)網(wǎng)用途廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、 平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、老人護理、個人健康等多個領域。預計物聯(lián) 網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián) 網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。有專家預測 年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)就可能大規(guī)模普及，這一技術將會發(fā)展成為一個上萬億元規(guī)模 的高科技市場。 國際電信聯(lián)盟 2005 年一份報告曾描繪“物聯(lián)網(wǎng)”時代的圖景：當司機出現(xiàn) 操作失誤時汽車會自動報警；公文包會提醒主人忘帶了什么東西；衣服會“告 訴”洗衣機對顏色和水溫的要求等等。 物聯(lián)網(wǎng)把新一代 it 技術充分運用在各行各業(yè)之中，具體地說，就是把感應 器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油 氣管道等各種物體中，然后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，實現(xiàn)人類 社會與物理系統(tǒng)的整合，在這個整合的網(wǎng)絡當中，存在能力超級強大的中心計 算機群，能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡內(nèi)的人員、機器、設備和基礎設施實施實時 的管理和 控制，在此基礎上，人類可以以更加精細和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，達到 “智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然間的關系。 9 物聯(lián)網(wǎng)是利用無所不在的網(wǎng)絡技術建立起來的，是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移 動通信網(wǎng)之后的又一次信息 產(chǎn)業(yè)浪潮，是一個全新的技術領域。早在 1999 年， 在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡國際會議就提出，“傳感網(wǎng)是下一個世紀人類面 臨的又一個發(fā)展機 遇”；2003 年，美國技術評論提出傳感網(wǎng)絡技術將是未 來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g之首；2005 年，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會 （wsis）上， 國際電信聯(lián)盟（itu）發(fā)布了itu 互聯(lián)網(wǎng)報告 2005：物聯(lián)網(wǎng)， 正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。 2.5小結(jié)小結(jié) 以 ipv6 為核心技術的下一代互聯(lián)網(wǎng)不但可以支持現(xiàn)有移動 ipv4 網(wǎng)絡上所提 供的所有業(yè)務，還能充分支持豐富多樣、個性化、無處不在的各種創(chuàng)新業(yè)務。 這些創(chuàng)新的業(yè)務包括：有大量共有地址需求的應用，如以傳感器、網(wǎng)絡攝像機、 信息家電、智能汽車、rfid、移動終端等為主體的各種行業(yè)應用和個人應用。 6lowpan 是 ipv6 與無線傳感器網(wǎng)絡相結(jié)合的核心技術，是利用 ieee 802.15.4 鏈路支持基于 ip 的通信，其遵守開放標準以及保證與其他 ip 設備的互 操作性。其可以廣泛應用在軍事、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)、智能交 通、建筑物監(jiān)測、空間探索等領域。 無線傳感器網(wǎng)絡的應用形式“物聯(lián)網(wǎng)”將是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動 通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，是一個全新的技術領域，將會成為中國移 動未來的發(fā)展重點。 3 pv6 無線傳感器的國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀無線傳感器的國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀 3.1ipv6 國內(nèi)研究和發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)研究和發(fā)展現(xiàn)狀 隨著 ipv4 地址空間耗盡的迫近，人們加緊了對下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議-即 ipv6 的研究，ipv6 協(xié)議已經(jīng)在越來越廣泛的范圍內(nèi)得到實踐。由于 ipv6 和 ipv4 在協(xié) 議頭格式上不兼容，ietf 成立了專門的工作組 ngtrans 研究從現(xiàn)有的 ipv4 網(wǎng)絡 向 ipv6 網(wǎng)絡的過渡策略和必要的技術。作為向下一代互聯(lián)網(wǎng)絡協(xié)議過渡的重要 10 步驟，國際的 ipv6 試驗網(wǎng) 6bone 在 1996 年成立了?，F(xiàn)在，6bone 已經(jīng)擴展到全 球 50 多個國家和地區(qū)，成為 ipv6 研究者、開發(fā)者和實踐者的主要平臺。 圖 3.1-1 6bone ipv6 的出現(xiàn)引起了世界重要研究機構(gòu)和公司的重視。目前 ietf 正在制定大 量的 ipv6 相關標準，包括地址結(jié)構(gòu)、域名解析、安全、自動配置、鄰居發(fā)現(xiàn)、 路由協(xié)議等方面，同時為了對 ipv6 協(xié)議特性進行研究并積累 ipv6 組網(wǎng)經(jīng)驗， ietf 于 1996 年建立了全球范圍的試驗床(testbed)，稱作 6bone。6bone 是一個 虛擬的網(wǎng)絡，以隧道(tunnel)的方式通過基于 ipv4 的互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)。1998 年底， 面向?qū)嵱玫娜蛐?ipv6 研究和教育網(wǎng)(6ren)開始啟動，建立了物理的以 atm 為中心的 ipv6 洲際網(wǎng)絡。 由于支持移動節(jié)點以及自動配置特性，ipv6 成為實現(xiàn)移動通信和互聯(lián)網(wǎng)融 合的一個機遇。目前，制訂下一代移動通信系統(tǒng)“imt-2000”標準的 3gpp 已經(jīng)決 11 定在下一代移動技術的基本協(xié)議中采用 ipv6。與此同時，nokia 等公司還宣布， 將在其 2.5g 和 3g 網(wǎng)絡中全面采用 ipv6，并已成功進行了相關試驗。而且，為 了推廣 ipv6 在世界的普及，由 cisco、nortel、microsoft、lucent、nokia、3com 等公司聯(lián)合發(fā)起成立了 ipv6 論壇，并從 1999 年開始，每年舉行 23 屆 ipv6 全球峰會。 1998 年 6 月我國國家教育科研網(wǎng) cernet 也加入了 6bone，并于同年 12 月成為其骨干成員。cernet 建立了 ipv6 試驗床并在 ipv6 領域在中國開展了許 多開拓性的研究。從 1999 年底，cernet 與 nokia 合作，啟動了 internet6 計劃， 準備首先在中國的若干高校搭建 ipv6 網(wǎng)絡，形成一個大規(guī)模的 ipv6 研究和試驗 網(wǎng)絡。 圖 3.1-2 cernet 主干網(wǎng)拓撲圖 試驗床從 6bone 獲得 p-tla(pseudo-top level aggregation,偽頂級聚類) 3ffe:3200:/24 的地址空間；并且建立了 5 條以 tunnel 為基礎的國際 ipv6 虛擬 鏈路，直接通達美國、英國和德國的 ipv6 網(wǎng)絡，間接地與幾乎所有現(xiàn)有的 6bone 成員互連。試驗床按地區(qū)分配 nla1 id(next level aggregation, level 1 identifier，次級聚類)。目前，試驗床正式使用部分已經(jīng)發(fā)展了 2 個地區(qū)級的試 驗網(wǎng)絡；學生試驗部分已經(jīng)建立了 4 個地區(qū) ipv6 網(wǎng)絡。 在亞洲，由于缺少地址等原因，對待 ipv6 的態(tài)度比歐美積極，其中最積極 的是日本。日本政府和眾多日本企業(yè)決心在新世紀把寶押在 3g 和 ipv6 上，以 12 這兩個寶為契機，使日本重新成為全球最先進的 it 國家之一。日本政府把 ipv6 技術的確立、普及與國際貢獻作為政府的基本政策，將現(xiàn)有網(wǎng)絡推進過渡到 ipv6 網(wǎng)絡作為“超高速網(wǎng)絡建設和競爭政策”的具體目標，明確設定在 2005 年完 成互聯(lián)網(wǎng)向 ipv6 的過渡。 由于政府重視、企業(yè)積極，日本自 1992 年就起步著手研發(fā)和標準化工作， 目前在 ipv6 的研發(fā)與應用方面走在世界的前列。日本于 1999 年 12 月開始提供 試驗服務，2001 年 4 月開始提供商用服務，到目前為止，ntt com、japan telecom 和 kddi 等日本的主要運營商和 isp 幾乎都已經(jīng)提供 ipv6 商業(yè)化接入 服務，日本全國利用 ipv6 的環(huán)境正日益完善。 目前，全球范圍內(nèi)的知名運營商大都已經(jīng)宣布 ipv6 商用計劃，中國電信也 于今年年初全面啟動下一代互聯(lián)網(wǎng)部署試點工作。美國最大的有線電視運營商 comcast 今年年初正式宣布其 ipv6 商用計劃，其用戶可以從今年第二季度起自 愿選擇使用 ipv6 服務。 從日本方面來看，其繁榮的智能手機普及，催生了 ipv6 的加速應用。因此， 在推動 ipv6 的應用方面，日本可謂不遺余力。ntt plala 是 ntt 旗下的一家日 本互聯(lián)網(wǎng)服務供應商，其推出的 hikari tvv 項目便是運行于 ntt 下一代 ipv6 網(wǎng)絡之上。該網(wǎng)絡已經(jīng)向日本 1000 萬用戶提供互聯(lián)網(wǎng)服務，hikari tv 服務目前 正逐步向成千上萬戶家庭滲透，日本消費者可以購買 hikari 支持 ipv6 的機頂盒。 并且，早在 2 年前，東京大學研究室大樓進行了 ip 化智能樓宇改造，耗資 4000 萬日元(約合 290 萬人民幣)；大樓一年的電費是 1 億日元(730 萬人民幣)， 節(jié)能效率達到 30%，一年多即收回成本。而東京大學的全年電費是 290 億日元， 全面引入 ipv6 的效益頗為可觀。 韓國也比較重視 ipv6，在戰(zhàn)略、政策、立法、項目資助、國際合作等方面 都有相應措施。韓國制訂了 ipv6 的演進進程，共分四個階段。第一階段（2001 年以前）建立 ipv6 試驗網(wǎng)，開展驗證、運行和宣傳工作；第二階段（2002 年2005 年）建立 ipv6 島，與現(xiàn)有 ipv4 大網(wǎng)互通，在 imt2000 上提供 ipv6 服 務；第三階段（2006 年2010 年）建立 ipv6 大網(wǎng)，原 ipv4 大網(wǎng)退化為 ipv4 島， 與 ipv6 大網(wǎng)互通，提供有線和無線的 ipv6 商用服務；第四階段（2011 年以后） 演變成一個單一的 ipv6 網(wǎng)。 13 歐洲在互聯(lián)網(wǎng)方面落后于美國，但在移動通信方面領先于美國，所以歐洲 發(fā)展 ipv6 的基本戰(zhàn)略是“先移動，后固定”，希望在 ipv6 方面掌握先機，通過 3g 標準的部署來實現(xiàn)在未來互聯(lián)網(wǎng)領域與美國并駕齊驅(qū)的目標。歐盟認為： ipv6 是發(fā)展 3g 移動通信的必要工具，如果想大規(guī)模發(fā)展 3g，就不得不升級到 ipv6。制定 3g 標準的 3gpp 組織已經(jīng)決定以 ipv6 為基礎構(gòu)筑下一代移動網(wǎng)，使 ipv6 成為 3g 必須遵循的標準。歐洲的主要目標是：2003 年底開始推出 ipv6 服 務，2005 年底運營商完成向 ipv6 的轉(zhuǎn)換，在所有新的家電裝置中引入 ipv6 連 接，將基于互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)集成到運輸工具及相關的移動商務基礎設施中，實現(xiàn) 人與人之間、物與物（從電話到汽車）之間的通信。歐洲目前已經(jīng)建立了 euro6ix 和 6net 等 ipv6 試驗網(wǎng)絡進行有關推廣，部署 ipv6 的準備，歐洲各大 廠商也都加快了 ipv6 開發(fā)和產(chǎn)品化進程，各種試驗項目正逐步成熟。 美國由于是 ipv4 的發(fā)源地，因此無論在地址資源和商業(yè)應用方面都占據(jù)了 先天的優(yōu)勢，在 ipv4 主導的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)領域的領先地位和 ip 地址資源優(yōu)勢，因 此目前既沒有地址短缺的憂慮，又很不愿意改動花費大量資本構(gòu)建的 ipv4 商業(yè) 網(wǎng)絡體系，所以目前主要是以世界 ipv6 研究、協(xié)調(diào)中心的面目出現(xiàn)的，研究和 開發(fā) ipv6 的主要組織如 ietf、6bone 等都在美國。但美國在 ipv6 的商業(yè)化推 廣方面的力度沒有歐洲和日本大。 最近，由于美國新經(jīng)濟發(fā)展受阻，需要尋找新的商機，同時北美對寬帶 ip 服務有大量的潛在需求，對 ipv6 的需求逐漸明顯。同時美國也不希望失去在互 聯(lián)網(wǎng)領域的主導地位和市場優(yōu)勢。美國在發(fā)生 911 事件以后非常擔心恐怖分子 對其網(wǎng)絡進行致命性的攻擊，所以對待 ipv6 的態(tài)度現(xiàn)在已經(jīng)有所變化。各主要 廠商出于商業(yè)利益考慮開始支持 ipv6，已經(jīng)或者準備推出支持 ipv6 的試驗性產(chǎn) 品。 截止到 2008 年 12 月，全球 ipv6 地址分配數(shù)量前十名如表 3.1-1 所示?？?以看出，目前 ipv6 的分配主要集中在發(fā)達國家手中。從地域上，亞太地區(qū)的日 本和韓國在 ipv6 的發(fā)展上走的比較靠前。目前中國大陸的 ipv6 地址擁有量排名 世界第十五（80）。 國家美國德國法國日本 澳大 利亞 歐洲韓國 意大 利 中國 臺灣 波蘭 ipv6 地址 14746968983118309822261605196414523092093 14 分配 數(shù)量 表 3.1-1 全球 ipv6 地址分配數(shù)量（統(tǒng)計單位為/32） 3.2無線傳感器網(wǎng)絡國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀無線傳感器網(wǎng)絡國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀 早在上世紀 70 年代，就出現(xiàn)了將傳統(tǒng)傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控 制器而構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡雛形，可以把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡。隨著相關學 科的不斷發(fā)展和進步，傳感器網(wǎng)絡同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理 能力，并通過與傳感控制器的相聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng) 絡，這是第二代傳感器網(wǎng)絡。從上世紀末開始，現(xiàn)場總線技術開始應用于傳感 器網(wǎng)絡，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡，大量多功能傳感器被運用，并使用 無線技術連接，無線傳感器網(wǎng)絡逐漸形成。 無線傳感器網(wǎng)絡是新一代的傳感器網(wǎng)絡，具有非常廣泛的應用前景，其發(fā) 展和應用，將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個領域帶來深遠影響。發(fā)達國家如美 國，非常重視無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展，ieee 正在努力推進無線傳感器網(wǎng)絡的應 用和發(fā)展，波士頓大學(boston university)創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡協(xié)會(sensor network consortium)，期望能促進傳感器聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)。除了波士頓大學，該協(xié)會還包 括 bp、霍尼韋爾(honeywell)、inetco systems、invensys、l-3 communications、millennial net、radianse、sensicast systems 及 textron systems。美國的技術評論雜志在論述未來新興十大技術時，更是將無線傳 感器網(wǎng)絡列為第一項未來新興技術，商業(yè)周刊預測的未來四大新技術中， 無線傳感器網(wǎng)絡也列入其中?？梢灶A計，無線傳感器網(wǎng)絡的廣泛是一種必然趨 勢，它的出現(xiàn)將會給人類社會帶來極大的變革。 無線傳感器網(wǎng)絡一般是由在空間分布的和獨立的網(wǎng)絡節(jié)點組成的，如圖 3.2- 1 所示。節(jié)點包含有傳感器來監(jiān)控節(jié)點的物理或環(huán)境條件，如溫度、聲音、震動、 壓力、運動或污染物等。每個節(jié)點通常帶有無線電收發(fā)器或其他無線設備通信 設備以通過網(wǎng)絡把傳感數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫和其他用戶。這樣，無線傳感器網(wǎng)絡 可以用于數(shù)據(jù)收集（data collection）、目標跟蹤（object tracking）以及報警監(jiān) 控（alarm monitoring）等。 15 圖 3.2-1 無線傳感器網(wǎng)絡 雖然無線傳感器網(wǎng)絡的大規(guī)模商業(yè)應用，由于技術等方面的制約還有待時 日，但是最近幾年，隨著計算成本的下降以及微處理器體積越來越小，已經(jīng)為 數(shù)不少的無線傳感器網(wǎng)絡開始投入使用。 無線傳感器網(wǎng)絡的相關研究最早起源于軍事領域。由于其具有可快速部署、 自組織、隱蔽性強和高容錯性的特點，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對敵軍地形和兵力布防及 裝備的偵察、戰(zhàn)場的實時監(jiān)視、定位攻擊目標、戰(zhàn)場評估、核攻擊和生物化學 攻擊的監(jiān)測以及搜索等功能。最著名的就是美國國防部支持的“智能塵?！表?目。哈伯研究公司總裁阿爾門丁格預測：智能塵埃式傳感器及有關的技術銷售 將從 2004 年的 1000 萬美元增加到 2010 年的幾十億美元。無線傳感器網(wǎng)絡的應 用十分廣泛，表 2.3-1 例舉了一些 wsn 應用的相關實例。 應用領域相關實例 美國的 alert 計劃中，研究人員開發(fā)了數(shù)種傳感器來分別監(jiān)測降 雨量、河水水位和土壤水分，并依此預測暴發(fā)山洪的可能性 2002 年，美國加州大學伯克利分校 intel 實驗室和大西洋學院聯(lián) 合，在大鴨島上部署了用來監(jiān)測島上海鳥生活習性的無線傳感器 網(wǎng)絡 哈佛大學 mate wel 的研究小組用 wsn 對活火山 volcano tungurahua 進行觀測 2005 年，澳洲的科學家利用傳感器網(wǎng)絡探測北澳大利亞的蟾蜍分 布情況 挪威科學家利用 wsn 監(jiān)測冰河的變化情況，目的在于通過分析冰 河環(huán)境的變化來推斷地球氣候的變化 環(huán)境監(jiān)測 intel 在俄勒岡州的一個葡萄園內(nèi)，利用無線傳感器測量葡萄園 氣候的細微變化 醫(yī)療護理羅徹斯特大學的科學家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(yī)療房間， 16 使用微塵來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和 呼吸） 、睡覺 姿勢以及每天 24 小時的活動狀況 英特爾公司推出了無線傳感器網(wǎng)絡的家庭護理技術。該技術是作 為探討應對老齡化社會的技術項目 center for aging services technologies（cast）的一個環(huán)節(jié)開發(fā)的。該系統(tǒng)通過在鞋、家 具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體傳感器，幫助老齡 人士、阿爾茨海默 氏病患者以及殘障人士的家庭生活 intel 公司曾在芯片制造設備上安裝過 200 個傳感器節(jié)點，用來 監(jiān)控設備的振動情況，并在測量結(jié)果超出規(guī)定時提供監(jiān)測報告 機械故障 診斷 美國貝克特營建集團公司已在倫敦地鐵系統(tǒng)中采用了無線傳感器 網(wǎng)絡進行檢測。采用無線傳感器網(wǎng)絡，可以讓大樓、橋梁及其他 建筑物感知并匯報自身的狀態(tài)信息 太空探索 wsn 可以實現(xiàn)對星球表面長期的監(jiān)測。美國國家航空與航天局 (nasa)的 jpl 實驗室的 sensor webs 計劃，就是為將來的火星探 測進行技術準備的 表 3.2-1 無線傳感器網(wǎng)絡應用實例 美國專利局的數(shù)據(jù)顯示，在無線傳感網(wǎng)技術方面，美國擁有最多的已授權(quán) 的專利，日本其次，加拿大、韓國和法國隨后。同時，美國也擁有最多的已公 開的專利申請，韓國其次，日本、瑞典和臺灣隨后。美國頒布的專利總數(shù)依然 逐年增加，2009 年頒布的專利是 2005 年的兩倍以上，這表明無線傳感器網(wǎng)絡技 術的研發(fā)活動在近幾年十分強勁。 如將美國專利分布狀況按照公司來分析，在無線傳感器網(wǎng)絡技術上領先的 15 個頂級公司分別是：思科（cisco）、愛立信（ericsson）、費希爾羅斯蒙特 （fisher-rosemount）、通用電氣（ge）、霍尼韋爾（honeywell）、ibm 公司、 英特爾公司（intel）、微軟公司（microsoft）、摩托羅拉（motorola）、nec 公 司、諾基亞公司（nokia）、飛利浦公司（philips）、三星公司（samsung）、西 門子公司（siemens）和索尼公司（sony）。其中，諾基亞公司擁有的已授權(quán)的 美國專利數(shù)量最多，摩托羅拉、英特爾和微軟緊隨其后；三星公司擁有的已公 開的美國專利申請數(shù)量最多，隨后是霍尼韋爾、微軟、摩托羅拉和 nec 公司。 另外，值得注意的是，ibm 公司是目前在物聯(lián)網(wǎng)方面全面領先的公司之一。 17 3.3物聯(lián)網(wǎng)研究熱點分析及其應用現(xiàn)狀物聯(lián)網(wǎng)研究熱點分析及其應用現(xiàn)狀 3.3.1引言引言 物聯(lián)網(wǎng)自 1999 年美國麻省理工學院的 auto-id 中心提出以來，發(fā)展迅速， 被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。近來，隨著物聯(lián)網(wǎng)中 的 rfid、傳感技術、全球標準等核心技術的不斷完善及廣泛應用，物聯(lián)網(wǎng)被越 來越多的人關注。 在美國，ibm 在物聯(lián)網(wǎng)概念的基礎上，提出了“智慧地球”的概念。美國 將智慧地球當作經(jīng)濟振興計劃的一個核心環(huán)節(jié)，奧巴馬提出這是“美國在 21 世 紀保持和奪回競爭優(yōu)勢的方式”之一。在國內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)已成為社會各界關注的 焦點，引起了國務院和各部委的高度重視。溫家寶總理在 2009 年 8 月無錫考察 是針對傳感網(wǎng)提出：“要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術”。2009 年 9 月，國家發(fā)展和改革委員會和工業(yè)和信息化部發(fā)布關于進一步做好電子信息 產(chǎn)業(yè)振興和技術改造項目組織工作的通知，rfid、物聯(lián)網(wǎng)等作為計算機產(chǎn)業(yè) 及下一代互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術，被列為重點支持領域。 3.3.2物聯(lián)網(wǎng)的概念物聯(lián)網(wǎng)的概念 物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為“the internet of things” ,簡稱：iot。物聯(lián)網(wǎng)通過傳感 器、射頻識別技術、全球定位系統(tǒng)等技術，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互 動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需 要的信息，通過各類可能的網(wǎng)絡接入，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實現(xiàn) 對物品和過程的智能化感知、識別和管理。 由“物聯(lián)網(wǎng)”名稱可見，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意 思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎之上的延伸和 擴展的一種網(wǎng)絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行 信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別(rfid)裝置、紅外感應器、 全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互 聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和 18 管理的一種網(wǎng)絡。 3.3.3物聯(lián)網(wǎng)研究熱點物聯(lián)網(wǎng)研究熱點 物聯(lián)網(wǎng)的應用領域覆蓋到各個角落、各個領域，可以用“無所不包、無所 不在”來形容。但從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度看，還應關注重點，不能胡子眉毛一把抓。 中國工程院院士劉韻潔指出以下五個重點領域值得特別關注： 1. 智能電網(wǎng)智能電網(wǎng) 所謂智能電網(wǎng)，是指在發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)應用以物聯(lián)網(wǎng)為主的 新技術，實現(xiàn)用電的優(yōu)化配置、節(jié)能減排。能源事關國家的命脈，所以發(fā)展物 聯(lián)網(wǎng)要首先關注智能電網(wǎng)。 2. 智能汽車（智能交通）智能汽車（智能交通） 在汽車的部件上裝上傳感器，通過網(wǎng)絡與智能的指揮后臺聯(lián)系起來，這樣人 們在駕駛汽車的時候，就可以提前知道哪個地方出了故障、哪個路段特別擁擠， 以減少汽車追尾事故、等待時間和尾氣排放等等。這是智能城市必不可少的一 部分。 3. 智能醫(yī)療智能醫(yī)療 比如，把嵌入式芯片裝到患者身上，就可以隨時感知到患者的血糖、血壓和 臟器的情況，并通過網(wǎng)絡與后臺的醫(yī)療、保健系統(tǒng)聯(lián)系在一起，隨時給出警示 和應對建議。 4. 智能家居智能家居 除了通常所說的電表、氣表、水表的智能化處理，將來家里的空調(diào)、冰箱等 電器設備，都可以接入物聯(lián)網(wǎng)，以監(jiān)控其運行、減少故障，等等。 5. rfid（射頻識別）產(chǎn)業(yè)（射頻識別）產(chǎn)業(yè) 物流、金融、零售、物品防偽、環(huán)境保護、身份識別等很多方面，都離不開 rfid，今后隨著物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應用，其應用范圍會更加廣闊。 3.3.4物聯(lián)網(wǎng)應用現(xiàn)狀物聯(lián)網(wǎng)應用現(xiàn)狀 中國移動在物聯(lián)網(wǎng)應用方面的研究和探索起步較早，在物聯(lián)網(wǎng)應用的諸多 領域里挑選出一些具有一定市場基礎的行業(yè)，通過試點運行，探索出了若干具 19 有推廣價值的典型解決方案。 1、一卡通業(yè)務、一卡通業(yè)務 手機錢包業(yè)務。這是指中國移動開發(fā)的基于無線射頻識別技術（rfid）的 小額電子錢包業(yè)務。用戶辦理手機錢包業(yè)務后，即可利用手機在中國移動合作 的商場、超市、便利店、餐館、公交車等場所進行手機刷卡消費。該業(yè)務采用 的終端技術方案是 2.4ghz 全卡方案。該方案利用 2.4ghz 頻段的 rfsim 卡，以 手機錢包應用服務為基礎，提供相應的基于移動通信網(wǎng)絡的增值服務。支持手 機現(xiàn)場消費的場所需要安裝有支持中國移動手機錢包業(yè)務的 pos 機。 一卡通的應用還包括身份認證、現(xiàn)場消費、公交刷卡、公用事業(yè)繳費和手機 票務等幾大場景。其中身份認證課提供門禁刷卡、身份識別、圖書借閱等功能； 現(xiàn)場消費可用于手機在商場、超市、餐廳、要點、娛樂場所進行小額支付；公 交刷卡時指用手機刷卡乘坐各種交通工具；一卡通也支持水、電、煤氣、有線 電視等公用事業(yè)的費用交納；手機票務是用手機預定機票、火車票等。 2、太湖水文監(jiān)控系統(tǒng)、太湖水文監(jiān)控系統(tǒng) 太湖水文監(jiān)控系統(tǒng)是為了檢測太湖整體水環(huán)境，防止藍藻再次爆發(fā)而設計 的水資源監(jiān)控系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境保護上的典型應用方案。 該方案是通過在太湖水域布防水文監(jiān)測的傳感器，對水溫、水位、水體氧 濃度、ph 值、電導率、氮磷營養(yǎng)鹽度等參數(shù)進行采集，通過無線網(wǎng)絡即時傳遞 太湖水域的水質(zhì)變化和各污染的排污情況，是環(huán)保部門可以對太湖水進行動態(tài) 和實時觀測，并主動分析、預測水污染情況。 太湖水文監(jiān)控系統(tǒng)采用三層架構(gòu)，分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層。其中底 層感知層由近岸傳統(tǒng)傳感器群與水面微納傳感器群組成，使得整個系統(tǒng)的信息 資源更為完善；網(wǎng)絡層采用中國移動的 td-scdma 網(wǎng)絡，具有覆蓋廣、可靠性 高等優(yōu)點；應用層有監(jiān)控中心和查詢系統(tǒng)組成，監(jiān)控中心負責村春各信息采集 的參數(shù)，對參數(shù)進行分析和比較，并根據(jù)系統(tǒng)設置對異常水質(zhì)作出預警。環(huán)保 監(jiān)控人員可通過查詢系統(tǒng)了解每個檢測點的詳細信息，也可以結(jié)合水體指標對 預警水域的情況進行分析和處理。 3、智能公交車系統(tǒng)、智能公交車系統(tǒng) 智能公交車系統(tǒng)由公交調(diào)度指揮中心、電子站牌、車內(nèi) led、一卡通幾個 方面組成。該方案實現(xiàn)了公交系統(tǒng)的信息共享、車輛調(diào)度、資源分配，并提供 20 了諸如天氣、新聞、廣告等增值服務，提高了公交系統(tǒng)的自動化程度、運營效 率、服務便捷性和客戶感知度。 智能公交車系統(tǒng)的應用場景分為 6 個方面：公交調(diào)度指揮中心通過公交車 載移動終端和首末站數(shù)據(jù)采集終端對公車進行定位及監(jiān)控；公交車載移動終端、 電子站牌攝像頭通過 gprs/td-scdma 網(wǎng)絡將公交車況、站臺候車人數(shù)等信息 傳送到公交調(diào)度指揮中心；經(jīng)過匯總處理后，公交調(diào)度指揮中心將集成綜合公 交公告信息發(fā)布到電子站牌和車內(nèi) led；乘客通過電子站牌/車內(nèi) led 獲取實時 路況、公交路線、車輛