物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應用--鄔賀銓

1 物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應用 鄔賀銓 中國工程院 2010.03.26 2 物聯(lián)網(wǎng)及其應用 互聯(lián)網(wǎng)的演進與應用拓展 物聯(lián)網(wǎng)的概念與支撐技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)在重要領(lǐng)域的應用 物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵 3 需要連網(wǎng)的物件 物理對象 (不論是智能的或非智能的物體 )數(shù)量非常巨大，需要聯(lián)網(wǎng) 互動 、 通信 、 控制 以便 參與業(yè)務流程 或管理的物件其數(shù)量也比人口多百倍 微處理器與微控制器 500億 控制器與智能傳感器 17.5億 靜態(tài)設(shè)備 4.25億 機動設(shè)備 5億 靜態(tài)信息設(shè)備 12億 移動信息設(shè)備 35億 嵌入式控制器，溫度 /壓力 /流量傳感器，斷路器，衡器等 醫(yī)療器械， HVAC，工業(yè)機械，分布式設(shè)備等 汽車，集裝箱，油輪，火車，城鐵，供應鏈設(shè)備等 臺式機，服務器，交換機，存儲設(shè)備 手機， MID，智能手機， 上網(wǎng)本， GPS等 4 5 RFID（射頻標簽）及其應用 Antenna HF Tag UHF Tag Chip 從 RFID到傳感器 Gen 1 RFID Gen 2 RFID Gen 5 Interacting RFID Gen 4 Acting RFID Gen 3 Sensing RFID Class 1 Class 5 性能、復雜性、集成度 Time RFID 有利于改進庫存從而增加銷售 3%，減少商店人力消耗 65%，降低庫存消耗 7.5% (Precursor Analysis). Wal-Mart 全部上萬個供貨商都使用RFID貼在容器和貨盤上 ,每年節(jié)約成本 84億美元 Gartner公司報告 2009年 RFID系統(tǒng)在全球供應鏈市場規(guī)模將達到 100億美元 6 傳感器節(jié)點的組成 7 電源單元 電源發(fā)生 定位系統(tǒng) 移動器 傳感器 模數(shù)轉(zhuǎn)換 處理器 存儲 收發(fā)單元 傳感器敏感物理條件或化學成分并且傳遞與被觀察的特性成比例的電信號的電子設(shè)備。 傳感器節(jié)點由傳感器和可選的能夠檢測數(shù)據(jù)處理及聯(lián)網(wǎng)的執(zhí)行元件組成的設(shè)備。 -ITU-T Recommendation Y.2221 ITU(國際電信聯(lián)盟）關(guān)于傳感網(wǎng)的定義 傳感器網(wǎng)包含互聯(lián)的傳感器節(jié)點的網(wǎng)絡，這些節(jié)點通過有線或無線通信交換傳感數(shù)據(jù)。 泛在傳感器網(wǎng)（ USN)-在現(xiàn)有物理網(wǎng)上構(gòu)造的概念性的網(wǎng)絡，它使用傳感數(shù)據(jù)并在任何時間、任何地點向任何物件提供服務，而且在USN中通過使用上下文感知產(chǎn)生信息。 8 -ITU-T, Rec.Y.2221 (Y.USN-reqts), Requirements for support of Ubiquitous Sensor Network (USN) applications and services in the NGN environment 傳感器網(wǎng)絡的三個基本要素： 傳感器節(jié)點，感知對象，觀察者 傳感器網(wǎng)絡的基本功能： 協(xié)作地感知、采集、處理和發(fā)布感知信息。 9 無線傳感器網(wǎng)絡 C N G I 骨干網(wǎng)SensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensorSensor城市城鎮(zhèn)城鎮(zhèn)監(jiān)控中心IPv4/IPv6網(wǎng) 關(guān)I P v 6 節(jié)點I P v 6 節(jié)點I P v 6 節(jié)點10 傳感器網(wǎng)絡和 Ad hoc網(wǎng)絡的比較 傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)量大，節(jié)點的配置非常密集 傳感器節(jié)點的位置并不一定需要預先設(shè)計和計算，傳感器網(wǎng)絡拓撲的變化十分頻繁 傳感器網(wǎng)絡中的部分或全部節(jié)點可以移動 傳感器網(wǎng)每個節(jié)點既是終端，也可能又是路由器 傳感器節(jié)點不一定有全球性的標識 傳感器節(jié)點的電能，計算能力及存儲器容量都很有限 傳感器網(wǎng)絡主要用廣播方式通信，而大部分 Ad hoc網(wǎng)絡是基于點到點通信方式的 對傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議要求 物理層： 工作在 915 MHz （ 工業(yè)、科學和醫(yī)學）或其他頻段，發(fā)送功率和傳輸距離的 2 4次方成正比，使用上往往需要接力 數(shù)據(jù)鏈路層： MAC 協(xié)議的作用是節(jié)點公平和有效地共享通信資源，現(xiàn)有 MAC 協(xié)議以提高網(wǎng)絡的性能和帶寬利用率為主要目標，而傳感器網(wǎng)絡需優(yōu)化節(jié)能、移動管理和故障恢復 網(wǎng)絡層： 需要適應拓撲頻繁改變和可擴展性的協(xié)議、基于節(jié)能優(yōu)先的路由選擇、基于屬性的尋址、數(shù)據(jù)匯聚（將來自多個傳感器節(jié)點，具有相同屬性的數(shù)據(jù)匯聚，解決數(shù)據(jù)破碎和重復） 傳送層： 有限的電能和存儲量限制使傳感器節(jié)點不能存儲大量的數(shù)據(jù)， 而且 TCP方式開銷太大，需要有適合傳感器網(wǎng)的協(xié)議 應用層： 傳感器管理協(xié)議、任務分配和數(shù)據(jù)通告協(xié)議、傳感器詢問和數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議等 11 12 傳感器網(wǎng)的管理平面功能 電源管理平面 管理傳感器節(jié)點的電源使用方式 可以使傳感器節(jié)點在收到一個消息后關(guān)閉接收器 當一個節(jié)點電量低時，可以向鄰居節(jié)點廣播電量不足消息，并不再參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 移動管理平面 檢測和登記傳感器節(jié)點的移動 了解誰是自己的相鄰節(jié)點 任務管理平面 在一個特定的區(qū)域內(nèi)均衡及調(diào)度傳感任務 在一個區(qū)域內(nèi)并非所有的傳感器節(jié)點都要同時執(zhí)行傳感任務 物聯(lián)網(wǎng)概念的提出和定義 關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的含義與其概念提出背景 （來源： Wikipedia） 在計算領(lǐng)域， the Internet of Things 指的是物件的網(wǎng)絡，諸如家用器具。它通常是自配置的無線網(wǎng)絡。 the Internet of Things 的概念歸因于 MIT大學在 1999年創(chuàng)建的 Auto-ID Center。 歐盟關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的定義 （ Internet of Things: Strategic Research Roadmap, CERP-IoT SRA , first presentation 16 September 2009) 物聯(lián)網(wǎng)是未來互聯(lián)網(wǎng)的一部分，能夠被定義為基于標準和交互通信協(xié)議具有自配置能力的動態(tài)全球網(wǎng)絡設(shè)施，在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)物理和虛擬的“物件”具有身份、物理屬性、擬人化、使用智能接口并且無縫綜合到信息網(wǎng)絡中。 13 物聯(lián)網(wǎng)（ Internet of Things)的主要特征 每一物件 均可尋址 每一物件均可控制 每一物件 均可通信 14 15 A symbiotic interaction among the real/physical, the digital, virtual worlds and society + Ubiquitous any-ware 物聯(lián)網(wǎng)強調(diào)的是認知 匯聚 計算 收集 通信 連接 內(nèi)容 數(shù)字世界 虛擬網(wǎng)絡世界 實際物理世界 語義綜合 物聯(lián)網(wǎng)的功能 從感知平臺到數(shù)據(jù)挖掘 泛在化的傳感單元及網(wǎng)絡 異構(gòu)性的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施 普適性的數(shù)據(jù)分析與服務 更透徹的感知 利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設(shè)備、系統(tǒng)或流程，便于立即采取應對措施和進行長期規(guī)劃。 更全面的互聯(lián)互通 將個人電子設(shè)備、組織和政府信息系統(tǒng)中儲存的信息交互和共享，從而對環(huán)境和業(yè)務狀況進行實時監(jiān)控 。 更深入的智能化 使用數(shù)據(jù)挖掘和分析工具、科學模型和功能強大的運算系統(tǒng)處理復雜的數(shù)據(jù)分析、匯總和計算，整合和分析海量的跨地域、跨行業(yè)的信息，以更好地支持決策和行動 。 “智慧地球”是 IBM對運用信息技術(shù)構(gòu)建新的世界運行模型的愿景。 “感知中國”是對物聯(lián)網(wǎng)在中國泛在應用效果的概括。 物聯(lián)網(wǎng)的功能 從物聯(lián)網(wǎng)到 Cyber-Physical System（ CPS) Cyber Physical System (CPS) 是計算與物理過程的綜合 CPS的發(fā)展使得計算資源與物理資源 間的緊密連結(jié)并完成現(xiàn)實社會與虛擬空間的有機協(xié)調(diào) CPS的目標是 突破傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的框架， 使物理系統(tǒng)具有計算、通信、精確控制、遠程合作和自治等能力， 通過互聯(lián)網(wǎng)組成各種相應自治控制系統(tǒng)和信息服務系統(tǒng) ，實現(xiàn) 被動數(shù)據(jù) 主動信息 可靠服務 17 Computation Communication Control Information CPS is the co-joining of computation and communication with physical processes. 物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系 物聯(lián)網(wǎng)的底層借助 RFID和傳感器等實現(xiàn)對物件的信息采集與控制，通過傳感網(wǎng)將一組傳感器的信息匯集，并連到核心網(wǎng)絡；基礎(chǔ)網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，用于承載物物互聯(lián)或物與人互聯(lián)的信息傳遞；物聯(lián)網(wǎng)的上層實現(xiàn)信息的處理和決策支持。 物聯(lián)網(wǎng)可用的基礎(chǔ)網(wǎng)絡可以有很多種，根據(jù)應用的需要，可以采用公眾通信網(wǎng)絡，或者采用行業(yè)專網(wǎng)，甚至新建專用于物聯(lián)網(wǎng)的通信網(wǎng)。 互聯(lián)網(wǎng)既可以連接人也可以連接物，既可以連接虛擬世界也可以連接實際世界。通常互聯(lián)網(wǎng)最適合作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡，特別是當物物互聯(lián)的范圍超出局域網(wǎng)時，以及當需要利用公眾網(wǎng)傳送需處理和利用的信息時。 18 物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系 物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)上傳統(tǒng)業(yè)務相比有不同的特點： 在物聯(lián)網(wǎng)以公眾網(wǎng)絡（例如互聯(lián)網(wǎng)）作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡平臺的情況下，物聯(lián)網(wǎng)相當于互聯(lián)網(wǎng)上面向特定任務來組織的 VPN； 互聯(lián)網(wǎng)是全球性的，但物聯(lián)網(wǎng)往往是行業(yè)性的或區(qū)域性的； 一些物聯(lián)網(wǎng)的應用例如智能電網(wǎng)對網(wǎng)絡承載平臺的可靠性有很高的要求； 物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)應用的多樣性與承載平臺的通用性之間需要有中間件來適配； 物聯(lián)網(wǎng)的上層即智能信息處理、數(shù)據(jù)挖掘與決策支撐等是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務不一定需要的功能。 19 Future Internet 20 Society Future Internet IoT IoM IoS IoE IoT Internet of Things IoM Internet of Media IoS Internet of Services IoE Internet of Enterprises 物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡既可以是下一代互聯(lián)網(wǎng)，也可以是現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng) 。 在未來的互聯(lián)網(wǎng)中，物聯(lián)網(wǎng)應用仍然是主要目標之一。 傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng) 傳感網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng) 泛在網(wǎng) 定義 終端 基礎(chǔ)網(wǎng)絡 通信對象 標準化組織 傳感網(wǎng) 實現(xiàn)傳感器的互聯(lián)和信息的收集 傳感器 物對物 ISO/IEC 物聯(lián)網(wǎng) 將各種信息傳感設(shè)備如 RFID、紅外感應器、 GPS、激光掃描器等與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，實現(xiàn)對所有物品的智能化識別與管理 傳感器、 RFID、二維碼、內(nèi)置移動通信的各種模塊 一個或多個 基礎(chǔ)網(wǎng)絡 物對物、 物對人 IEEE、 ETSI、EPCGlobal、 泛在網(wǎng) 通過網(wǎng)絡的泛在互聯(lián)，實現(xiàn)物與物、物與人、人與人之間按需的的信息獲取、傳遞、儲存、認知、分析、使用等服務，強調(diào)人機自然交互、異構(gòu)網(wǎng)絡融合和智能應用。 傳感器、 RFID、二維碼、內(nèi)置移動通信的各種模塊、手機、上網(wǎng)卡等 所有的網(wǎng)絡 物對物、 物對人、 人對人 ITU、 3GPP、GSMA、OMA 21 22 物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應用 物聯(lián)網(wǎng)的應用領(lǐng)域 23 制造、后勤、服務、銀行、金融監(jiān)管機構(gòu)、媒體等 農(nóng)牧業(yè)、循環(huán)利用、環(huán)境管理服務、能源管理等 面向公眾和社會的政府服務 物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域應用 24 物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域應用 制造業(yè)供應鏈 智能化采購、零部件庫存管理、儲存運輸參數(shù)監(jiān)測、物流跟蹤； 生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測 溫度等環(huán)境條件監(jiān)測、無線遙測地震儀、井下生產(chǎn)控制系統(tǒng)； 生產(chǎn)過程用料與工藝優(yōu)化 生產(chǎn)線過程檢測、實時參數(shù)采集、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測； 設(shè)備管理 設(shè)備操作使用記錄、設(shè)備故障診斷、資產(chǎn)管理； 產(chǎn)品全生命周期監(jiān)測 產(chǎn)品銷售管理、產(chǎn)品交付管理、產(chǎn)品運輸容器安全監(jiān)測、管道監(jiān)測、產(chǎn)品處置監(jiān)測、產(chǎn)品回收再利用； 環(huán)保監(jiān)測 排放監(jiān)測、污染監(jiān)測、能耗監(jiān)測； 對員工的管理 關(guān)鍵情況下對員工崗位的無線跟蹤 25 生產(chǎn)制造過程的全壽命管理 通過使用智能設(shè)備或唯一的識別器以及可與智能支持網(wǎng)絡設(shè)施和信息系統(tǒng)交互的數(shù)據(jù)載體鏈接物品，能夠優(yōu)化生產(chǎn)過程和監(jiān)視從生產(chǎn)到處置的全壽命過程。 通過標簽物品和容器能獲得關(guān)于車間位置、存放和處置地點、生產(chǎn)裝備的狀態(tài)。 精細的信息用作完善生產(chǎn)計劃和改進后勤的輸入數(shù)據(jù)。 圍繞可識別物品設(shè)計自組織和智能制造解決方案。 從生產(chǎn)到壽命期結(jié)束，物品與附加的信息處理元件不可分，物品的歷史和它目前的狀況能夠被持續(xù)監(jiān)視和儲存在標簽或信息系統(tǒng)中。 所獲得的數(shù)據(jù)反映了產(chǎn)品的使用歷史，其中包含了對于產(chǎn)品設(shè)計、市場和與產(chǎn)品有關(guān)服務以及從安全、環(huán)保、循環(huán)利用、再制造或丟棄對壽命終了的決定。 26 智能電網(wǎng) 因發(fā)電與用電量不匹配，電網(wǎng)利用率很低，美國也僅有 55。每年美國因電網(wǎng)擾動與斷電損失 790億美元。 2009年 11月 3日奧巴馬宣布美國政府出資 34億美元帶動民間投資 47億美元建立“智能電網(wǎng)投資基金”。 智能電網(wǎng)使用健壯的雙向通信、高級傳感器和分布式計算機來改善電力交換和使用的效率，提高可靠性。以前因發(fā)電量不平穩(wěn)難以接入電網(wǎng)的風電、太陽能等分布式能源可以用于補助主網(wǎng)發(fā)電。 智能電網(wǎng)實時監(jiān)控用戶的電力負荷，賦予消費者選擇電價和能源類型的權(quán)力。 27 智能電網(wǎng)定義 一個完全自動化的電力傳輸網(wǎng)絡，能夠監(jiān)視和控制每個用戶和電網(wǎng)節(jié)點，保證從電廠到終端用戶整個輸配電過程中所有節(jié)點之間的信息和電能的雙向流動。 （見美國能源部“ Grid2030”) IntelliGrid是一個由眾多自動化的輸電和配電系統(tǒng)構(gòu)成的電力系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)、有效和可靠的方式實現(xiàn)所有的電網(wǎng)運作 ；具有自愈功能；快速響應電力市場和企業(yè)業(yè)務需求；具有智能化的通信結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)實時、安全和靈活的信息流，為用戶提供可靠、經(jīng)濟的電力服務。 （美國電力科學院） 一個可整合所有連接到電網(wǎng)用戶所有行為的電力傳輸網(wǎng)絡，以有效提供持續(xù)、經(jīng)濟和安全的電力。 （歐洲技術(shù)論壇） 28 高 壓 母 線配 電 線 路輸 電 線 路1 0 k V母 線1 0k V母 線用 戶發(fā) 電輸 電 變 電 配 電 用 電調(diào) 度堅 強電 網(wǎng)業(yè) 務處 理管 理決 策供 電 方 案 風 險 評 估 采 集與 控制S C A D A / E M S 配 網(wǎng) 自 動 化 系 統(tǒng) 用 戶 監(jiān) 控 系 統(tǒng)以 提 高 供 電 能 力 與 可 靠 性 為目 的 的 城 網(wǎng) 改 造 與 建 設(shè)高 可 靠 性 配 網(wǎng) 改 造電 網(wǎng) 運 行 方 式 風 險 評 估 與 監(jiān) 測應 急 預 案 制 訂供 電 系 統(tǒng) 風 險 評 估應 急 處 處 置 組 織 與 管 理輸 電 系 統(tǒng) 風 險 辯識 、 評 估 、 跟 蹤 、控 制 與 消 除 主 動 服 務變 電 系 統(tǒng) 風 險 辯 識 、 評 估 、跟 蹤 、 控 制 與 消 除配 電 系 統(tǒng) 風 險 辯識 評 估 、 跟 蹤 、控 制 與 消 除智能電網(wǎng) 29 智能電網(wǎng) 奧巴馬在 2009年 10月 27日宣布將斥資 34億美元發(fā)展智能電網(wǎng) 新計劃將建設(shè) 700家自動變電站，替換 20萬臺變壓器，安裝智能電表 4000萬個，覆蓋1/41/3美國家庭，全部工程將在三年內(nèi)完成。 預計到 2020年可使美國再生能源利用率提高至 20， 2030年智能電網(wǎng)技術(shù)將為美國節(jié)約 4的電力，約 204億美元。 SmartSynch Customers： 15 million AMI transactions a day，35,000 MW of peak demand， $15+ billion of billing revenue 30 智能電網(wǎng)效益與發(fā)展存在問題 智能電網(wǎng)發(fā)展的效益： 丹麥的 DONG Energy采取智能電網(wǎng)措施后，可以將停電時間縮短 25-30%，將故障搜索時間縮短 1/3。 據(jù)測算，到 2020年我國每年可減少 4.7億噸標準煤的消耗，減排二氧化碳 13.8億噸。 發(fā)展智能電網(wǎng)存在問題： 美國能源部 2009年 7月公布了“智能電網(wǎng)系統(tǒng)報告”，指出美國僅智能電網(wǎng)測量體系就需要投入 270億美元，到 2030年全美智能電網(wǎng)投入需要 1.5萬億美元。此外，智能電網(wǎng)標準的互操作性以及發(fā)展過程中相關(guān)政策的變化也是智能電網(wǎng)發(fā)展面臨的問題。 31 智慧物流 2006年物流成本占 GDP的比例：日本為 11%，美國為8%，歐盟為 7%，中國為 18%（其中運輸成本占 55%，存儲成本占 30%）。 使用分析和模擬軟件可以優(yōu)化從原材料至成品的供應鏈網(wǎng)絡。幫助企業(yè)確定生產(chǎn)設(shè)備的位置，優(yōu)化采購地點，亦能幫助制定庫存分配戰(zhàn)略，降低成本、減少碳排放，改善客戶服務。 中遠物流公司采用信息化管理成功將分銷中心的數(shù)量從100減少至 40，分銷成本降低了 23%，燃料使用量降低了 25%，也將碳排放量減少了 10-15%。 32 電子標簽（ RFID)在集裝箱運輸中應用 集裝箱電子標簽自動識別系統(tǒng) 電子封條 標簽 tag 讀寫器 reader 電子標簽 系統(tǒng)中間件 Middleware 信息實時交換系統(tǒng) 制定標準 天線 antenna 箱信息、貨物信息、運輸信息（如船、港口，貨代）、開關(guān)箱時間及位置、箱的溫度、濕度等信息 物流公司 船公司 港口 客戶 貨代、船代 海關(guān) 邊檢、商檢 33 在建筑物中安裝 2萬個 傳 感器并使用 IPv6連 網(wǎng)， 節(jié)約 運行能耗 30 物聯(lián)網(wǎng)在節(jié)能降耗中的應用 Wiring the sensor nodes Temperature Node 2469 / 1744 / 29.4% Reduction Heat A/C Light Oth Hiroshi ESAKI, Ph.D Univ.of Tokyo 30% 美國辦公用建筑物在壽命期間的電能消耗成本與建筑物初次建設(shè)成本相當。 據(jù)統(tǒng)計，建筑能耗目前占我國一次能源消耗總量的 27.8，我國的建筑能耗是世界上同緯度國家的三倍左右。 34 物聯(lián)網(wǎng)應用存在問題 缺乏標準化，涉及的標準化組織太分散，權(quán)威性不足 行業(yè)性太強，公眾性與公用性不足 產(chǎn)業(yè)鏈長但分散，每一環(huán)節(jié)規(guī)模效益不夠 行業(yè)進入門檻高 商業(yè)模式不清晰 安全性、可靠性、可管理性薄弱 目前我國使用的傳感器 80依靠進口！ 35 36 物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)與標準化方向 37 識別技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)體系技術(shù) 通信技術(shù) 網(wǎng)絡技術(shù) 網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn) 軟件與算法 硬件技術(shù) 數(shù)據(jù)與信號處理技術(shù) 發(fā)現(xiàn)與搜索引擎技術(shù) 關(guān)系網(wǎng)絡管理技術(shù) 電源與能量存儲技術(shù) 安全與隱私技術(shù) 標準化 識別技術(shù) 識別技術(shù)需要支持現(xiàn)有的和未來的識別方案，能夠與在互聯(lián)網(wǎng)和 WWW中已經(jīng)使用的諸如統(tǒng)一的資源識別（ URI）結(jié)構(gòu)所互通 需要研究全球識別方案、識別管理、識別編碼 /加密、匿名、使用識別和尋址方案的認證和儲存管理、認證和尋址方案、全球查號業(yè)務和發(fā)現(xiàn)業(yè)務。 38 體系技術(shù) 在異構(gòu)物品及其環(huán)境中的可擴展性、模塊化和交互性是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)計要求 物聯(lián)網(wǎng)的體系應當 ： 支持事件與附加的語義信息的通信而無需知道它們?nèi)绾萎a(chǎn)生的實現(xiàn)細節(jié) ； 提供有效的雙向信息更新的存儲與同步，以支持缺乏可靠持久網(wǎng)絡連接性的物品和應用 ； 有利于增加競爭和參與的市場機理的使用。 需要研究分布開放體系，該體系具有端到端特征、異構(gòu)系統(tǒng)可交互性、隨遇接入、清楚的分層和應對物理網(wǎng)障礙的可生存性；研究基于節(jié)點對等通信的無中心自治體系；研究云計算技術(shù)、事件驅(qū)動體系、斷連操作與同步。 39 通信技術(shù) 需要研究以下方面： 物聯(lián)網(wǎng)能效優(yōu)化的通信； 多頻無線前端和協(xié)議； 通信頻譜及頻率分配； 當加入新協(xié)議時無需硬件升級的軟件定義無線電； 認知無線電； 具有協(xié)議間通信能力（例如 ZigBee-6LoWPAN-WiFi混合）的能效無線傳感器網(wǎng)； 后 IP的無連接通信； 高性能可擴展算法和協(xié)議。 40 網(wǎng)絡技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)注在多樣性的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)間的安全性、可擴展性和跨平臺兼容性，目前 IP提供了在設(shè)備間的端對端通信而無需中間的協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，但可能還需要新的網(wǎng)絡協(xié)議。 需要研究 ： 固定、無線和移動網(wǎng)及 Ad-hoc網(wǎng)技術(shù)、自治計算與連網(wǎng) ； 動態(tài)支持小區(qū)域無尺度連接的“網(wǎng)中網(wǎng)”（例如社會）能力的設(shè)施的開發(fā)； 網(wǎng)絡級的口令和身份分配機理、匿名連網(wǎng) ； IP和后 IP技術(shù)等。 41 網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn) 在物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡是動態(tài)變化的，新的物品的加入將改變網(wǎng)絡的拓撲，而且物品的特征還會隨自治程度而變，自動發(fā)現(xiàn)機理和映射能力對網(wǎng)絡管理至關(guān)重要。 目前可參考使用的在 LAN級別的發(fā)現(xiàn)協(xié)議有 WS-Discovery (作為 WS-DD的一部分 ), Bonjour和 SSDP (作為 UPnP的一部分 ) 42 軟件與算法 需要研究 ： 開放中間件平臺； 能效微操作系統(tǒng)； 能量感知的操作系統(tǒng)及其實現(xiàn)； 實現(xiàn)自優(yōu)化、自配置、自愈的分布自適應軟件； 基于交互單元 /模塊抽象的資源和網(wǎng)絡功能的輕型開放中間件； 目標交互的語言、仿生算法（例如自組織）和游戲理論； 避免增加復雜性和節(jié)能的自管理技術(shù)； 提高安全性和隱私性的口令分配機理； 在普適和動態(tài)環(huán)境中優(yōu)化資源分配的算法； 庫存管理、產(chǎn)品調(diào)度和數(shù)據(jù)挖掘的數(shù)學模型及算法等。 43 硬件 技術(shù) 硅 IC技術(shù)、納電子與高分子聚合物電子支持超低功耗、低電壓和低漏電設(shè)計。 硬件可分為三種類型： 有限功能的超低成本標簽，信息集中在由服務運營商管理的數(shù)據(jù)服務器中； 具有增強功能（例如額外的存儲和傳感能力）的低成本標簽，信息分布在中央數(shù)據(jù)服務器和標簽中； 智能固定 /移動標簽和嵌入系統(tǒng)，信息集中在標簽中。 需要研究納技術(shù)、自配置自優(yōu)化自愈電路體系、天線、能效的射頻前端、嵌入的傳感器、激勵器、低成本制造技術(shù)等 。 44 數(shù)據(jù)和信號處理技術(shù) 需要研究 ： 語義互操作性、服務發(fā)現(xiàn)、服務組合、語義傳感器 Web； 數(shù)據(jù)共享與合作；