物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)匯總.doc

物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)摘要物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)，是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，近年來發(fā)展迅速，具有廣闊的應用前景1。作為動態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它的根本是物與物、人與物之間的信息傳遞與控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一項綜合性的技術(shù),涵蓋了從信息獲取、傳輸、存儲、處理直至應用的全過程，其關(guān)鍵在于傳感器和傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和提升，根據(jù)側(cè)重點不同物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的劃分標準也不同，國際電信聯(lián)盟的報告分為四大關(guān)鍵性技術(shù)：標簽物品的RFID、感知事物的傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、思考事物的智能技術(shù)、微縮事物的納米技術(shù)2。本文首先介紹這些技術(shù)的基本原理和發(fā)展，并就其中的幾個核心技術(shù)進行詳細的認識和探究,同時分析技術(shù)應用背后面臨的問題和挑戰(zhàn)，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提出更具前瞻性的建議。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 關(guān)鍵技術(shù) RFID AbstractThe Internet of things is a based on the information such as the Internet, the traditional telecommunication network bearer, so that all can be independently addressable ordinary physical objects to achieve interoperability of networks is an important part of the new generation of information technology, the rapid development in recent years, with a broad Prospects. As a dynamic global network infrastructure, it is simply the transmission of information and control things and things, between persons and things. Things technology is an integrated technology, covering the information obtained from the transmission, storage, processing until the whole process of the application, the key lies in the sensor and sensor network technology development and promotion, according to the different focus of networking technology different criteria for the classification, the International Telecommunication Union report is divided into four key technologies: label items RFID, sensor network technology perceive things, think about things smart technology, miniature things nanotechnology. This paper describes the basic principles and development of these technologies and a detailed understanding and exploring on a few of the core technology, and analyzes the problems and challenges facing the technology behind the application, put forward more proactive proposals for the development of things.Key words：Web of Things，key technology，RFID7目錄第1章 引言1第2章 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)22.1 感知技術(shù)22.1.1 RFID22.1.2 傳感器32.2 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)32.2.1 M2M32.2.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)42.3 數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù)42.4 納米技術(shù)5第3章 物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)存問題53.1 技術(shù)標準的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)53.2 地址問題53.3 多種技術(shù)融合問題53.4 安全問題6第4章 結(jié)束語6參考文獻7第1章 引言 物聯(lián)網(wǎng)是將無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等和“外在使能”的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)、攜帶無線終端的個人與車輛等“智能化物件或動物”或“智能塵?！保ㄟ^各種無線/有線的長距離/短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M)、應用大集成、以及基于云計算的SaaS營運等模式，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領(lǐng)導桌面等管理和服務功能，實現(xiàn)對“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮?、控、營”一體化。 從1999年Ashton教授在研究RFID時最美國召開的移動計算和網(wǎng)絡(luò)國際會議首先提出物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)這個詞，2005年在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上，國際電信聯(lián)盟正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念，到現(xiàn)如今各國政府重視下一代的技術(shù)規(guī)劃，紛紛將物聯(lián)網(wǎng)作為信息技術(shù)發(fā)展的重點。IBM更是提出“智慧的地球”的最新策略，并且希望在基礎(chǔ)建設(shè)的執(zhí)行中，植入“智慧”的理念，從而帶動經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，希望以此掀起“互聯(lián)網(wǎng)”浪潮之后的又一次科技產(chǎn)業(yè)革命3。 一般而言，可以將物聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)架構(gòu)上來分為三層4：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標簽、RFID 標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端。感知層的作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源，其主要功能是識別物體，采集信息。網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計算平臺等組成，相當于人的神經(jīng)中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。應用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應用。技術(shù)的發(fā)展與進步促成了物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，而其中的關(guān)鍵技術(shù)對物聯(lián)網(wǎng)更是具有不同凡響的影響和意義。第2章 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)2.1 感知技術(shù)感知技術(shù)也可以稱為信息采集技術(shù)，它是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。目前，信息采集主要采用電子標簽和傳感器等方式完成。在感知技術(shù)中，電子標簽用于對采集的信息進行標準化標識，數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制通過射頻識別讀寫器、二維碼識讀器等實現(xiàn)。2.1.1 RFID射頻識別（RFID）即射頻識別技術(shù)，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸，即是一種非接觸式的自動識別技術(shù)5。由三部分組成：標簽由耦合元件及芯片組成，具有存儲與計算功能，可附著或植入手機、護照、身份證、人體、動物、物品、票據(jù)中，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上用于唯一標識目標對象。根據(jù)標簽的能量來源，可以將其分為：被動式標簽、半被動式標簽和主動式標簽。根據(jù)標簽的工作頻率，又可將其分為：低頻（Low Frequency, LF）（30-300kHz）、高頻（High Frequency, HF）（3-30MHz）、超高頻（Ultra High Frequency, UHF）（300-968MHz）和微波（Micro Wave, MW）（2.45-5.8GHz）。 閱讀器讀?。ㄓ袝r還可以寫入）標簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式，閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應答器之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換，同時閱讀器通過耦合給無源應答器提供能量和時序。在實際應用中，可進一步通過Ethernet或WLAN等實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。 天線在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。 RFID技術(shù)的基本工作原理6：標簽進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，或者由標簽主動發(fā)送某一頻率的信號，解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。圖1 RFID技術(shù)原理圖 RFID面臨的問題7： 數(shù)據(jù)安全：由于任何實體都可讀取標簽，因此敵手可將自己偽裝成合法標簽，或者通過進行拒絕服務攻擊，從而對標簽的數(shù)據(jù)安全造成威脅。 隱私：將標簽ID和用戶身份相關(guān)聯(lián)，從而侵犯個人隱私。未經(jīng)授權(quán)訪問標簽信息，得到用戶在消費習慣、個人行蹤等方面的隱私。和隱私相關(guān)的安全問題主要包括信息泄漏和追蹤。 復制：約翰斯霍普金斯大學和RSA實驗室的研究人員指出RFID標簽中存在的一個嚴重安全缺陷是標簽可被復制。2.1.2 傳感器 傳感器是機器感知物質(zhì)世界的“感覺器官”，用來感知信息采集點的環(huán)境參數(shù)；它可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。隨著電子技術(shù)的不斷進步，傳統(tǒng)的傳感器正逐步實現(xiàn)微型化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化；同時，我們也正經(jīng)歷著一個從傳統(tǒng)傳感器到智能傳感器再到嵌入式Web 傳感器不斷發(fā)展的過程。2.2 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 在物聯(lián)網(wǎng)的機器到機器、人到機器和機器到人的信息傳輸中，有多種通信技術(shù)可供選擇，他們主要分為有線（如DSL、PON 等）和無線（如CDMA、GPRS、IEEE 802.11a/b/g WLAN等）兩大類技術(shù)，這些技術(shù)均已相對成熟。在物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)中，格外重要的是無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。2.2.1 M2M 即機器對機器通信，M2M重點在于機器對機器的無線通信，存在以下三種方式：機器對機器，機器對移動電話（如用戶遠程監(jiān)視），移動電話對機器（如用戶遠程控制）。在M2M中，GSM/GPRS/UMTS是主要的遠距離連接技術(shù)，其近距離連接技術(shù)主要有802.11b/g、BlueTooth、Zigbee、RFID和UWB。此外，還有一些其他技術(shù)，如XML和Corba，以及基于GPS、無線終端和網(wǎng)絡(luò)的位置服務技術(shù)。2.2.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò) 傳感網(wǎng)絡(luò)的定義為隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點，通過自組織的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。借助于節(jié)點中內(nèi)置的傳感器測量周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達和地震波信號,從而探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的速度和方向等物質(zhì)現(xiàn)象。集分布式信息采集，傳輸和處理技術(shù)與一體的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，以其低成本，微型化，低功耗和靈活的組網(wǎng)方式、鋪設(shè)方式以及適合移動目標等特點受到廣泛重視。M2M中，GSM/GPRS/UMTS是主要的遠距離連接技術(shù)，其近距離連接技術(shù)主要有802.11b/g、BlueTooth、Zigbee、RFID和UWB。此外，還有一些其他技術(shù)，如XML和Corba，以及基于GPS、無線終端和網(wǎng)絡(luò)的位置服務技術(shù)。目前，面向物聯(lián)網(wǎng)的傳感網(wǎng)，主要涉及以下幾項技術(shù)，測試及網(wǎng)絡(luò)化測控技術(shù)、智能化傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)及底層協(xié)議、對傳感網(wǎng)絡(luò)自身的檢測與自組織、傳感網(wǎng)絡(luò)安全。2.3 數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是由大量傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成的，在信息感知的過程中，采用各個節(jié)點單獨傳輸數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點的方法是不可行的。因為網(wǎng)絡(luò)存在大量冗余信息，會浪費大量的通信帶寬和寶貴的能量資源。此外，還會降低信息的收集效率，影響信息采集的及時性，所以需要采用數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù)8進行處理。所謂數(shù)據(jù)融合是指將多種數(shù)據(jù)或信息進行處理，組合出高效且符合用戶需求的數(shù)據(jù)的過程。海量信息智能分析與控制是指依托先進的軟件工程技術(shù)，對物聯(lián)網(wǎng)的各種信息進行海量存儲與快速處理，并將處理結(jié)果實時反饋給物聯(lián)網(wǎng)的各種“控制”部件。智能技術(shù)是為了有效地達到某種預期的目的，利用知識分析后所采用的各種方法和手段。通過在物體中植入智能系統(tǒng)，可以使得物體具備一定的智能性，能夠主動或被動的實現(xiàn)與用戶的溝通，這也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵可知，要真正實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)需要感知、傳輸、控制及智能等多項技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的研究將帶動（或者說推動）整個產(chǎn)業(yè)鏈的共同發(fā)展。信息感知技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)融合與智能技術(shù)、云計算等技術(shù)的研究與應用，將直接影響物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應用，只有綜合研究解決了這些關(guān)鍵技術(shù)問題，物聯(lián)網(wǎng)才能得到快速推廣，造福于人類社會，實現(xiàn)智慧地球的美好愿望。 2.4 納米技術(shù) 納米技術(shù)是研究尺寸在0.1100nm的物質(zhì)組成體系的運動規(guī)律和相互作用以及可能實際應用中的技術(shù)。目前，納米技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的應用主要體現(xiàn)在RFID設(shè)備，感應器設(shè)備的微小化設(shè)計，加工材料和微納米加工技術(shù)上。第3章 物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)存問題3.1 技術(shù)標準的統(tǒng)一與協(xié)調(diào) 我們都知道互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到今天，有一件事是解決的非常好，就是標準化問題解決的非常好，全球進行傳輸?shù)膮f(xié)議TCP/IP協(xié)議，路由器協(xié)議，終端的構(gòu)架與操作系統(tǒng)，這些都解決的非常好，因此，我們可以在全世界任何一個角落，使用每一臺電腦連接到互聯(lián)網(wǎng)中去，可以很方便的上網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，傳感、傳輸、應用各個層面會有大量的技術(shù)出現(xiàn)，可能會采用不同的技術(shù)方案。如果各行其是，那結(jié)果是災難的，大量的小而破的專用網(wǎng)，相互無法連通，不能進行聯(lián)網(wǎng)，不能形成規(guī)模經(jīng)濟，不能形成整合的商業(yè)模式，也不能降低研發(fā)成本。因此，盡快統(tǒng)一技術(shù)標準，形成一個管理機制，這是物聯(lián)網(wǎng)馬上就要面對問題，開始時，這個問題解決得好，以后就很容易，開始解決不好，積重難返，那么以后問題就很難解決。3.2 地址問題 每個物品都需要在物聯(lián)網(wǎng)中被尋址，就需要解決地址問題。物聯(lián)網(wǎng)需要更多的IP地址，IPV4資源即將耗盡，而向IPV6過渡過程較漫長，同時存在與IPV4的兼容性問題。3.3 多種技術(shù)融合問題 物聯(lián)網(wǎng)的價值不是一個可傳感的網(wǎng)絡(luò)，而是必須各個行業(yè)參與進來進行應用，不同行業(yè)，會有不同的應用，也會有各自不同的要求，這些必須根據(jù)行業(yè)的特點，進行深入的研究和有價值的開發(fā)。這些應用開發(fā)不能依靠運營商，也不能僅僅依靠所謂物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，因為運營商和技術(shù)企業(yè)都無法理解行業(yè)的要求和這個行業(yè)具體的特點。很大程度上，這是非常難的一步，也是需要時間來等待。需要一個物聯(lián)網(wǎng)的體系基本形成，需要一些應用形成示范，更多的傳統(tǒng)行業(yè)感受到物聯(lián)網(wǎng)的價值，這樣才能有更多企業(yè)看清楚物聯(lián)網(wǎng)的意義，看清楚物聯(lián)網(wǎng)有可能帶來的商業(yè)價值，也會把自己的應用與業(yè)務與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來3.4 安全問題 物聯(lián)網(wǎng)目前的傳感技術(shù)主要是RFID，植入這個芯片的產(chǎn)品，是有可能被任何人進行感知的，它對于產(chǎn)品的主人而言，有這樣的一個體系，可以方便的進行管理。但是，它也存在著一個巨大的問題，其他人也能進行感知，比如產(chǎn)品的競爭對手，那么如何做到在感知、傳輸、應用過程中，這些有價值的信息可以為我所用，卻不被別人所用，尤其不被競爭對手所用。這就需要在安全上下功夫，形成一套強大的安全體系?，F(xiàn)在應該說，會有哪些安全問題出現(xiàn)，如何應對這些安全問題，怎么進行屏蔽都是一些非常復雜的問題，甚至是不清晰的。但是這些問題一定值得注意，尤其是這個管理平臺的提供者。安全問題解決不好，有一天可能有價值的物聯(lián)網(wǎng)會成為給競爭對手提供信息方便的平臺，那么它的價值就會大大的打折扣，也不會有企業(yè)愿意和敢于去使用。第4章 結(jié)束語物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，據(jù)估計在五到十年內(nèi)將會有超過1000億件設(shè)備連接入互聯(lián)網(wǎng)9，組成更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是信息社會發(fā)展的必然，技術(shù)的進步與應用是決定其發(fā)展的關(guān)鍵因素，同時在發(fā)展的道路上，也面臨不少困難，這些困難有標準