物聯網關鍵技術

浩銘科技工作室下屬中國蓮溪書院發(fā)布技術文檔版權所有物聯網的關鍵技術、難點問題及解決方案摘要物聯網，是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息產業(yè)浪潮，是一個全新的技術領域，給IT和通信帶來了廣闊的新市場。物聯網應用中首先被廣泛使用的是“M2M"(Machine—to—Machine)應用，驅使各行各業(yè)走向信息數字化和商業(yè)流程的自動化。其實物聯網技術并非新生，在一些行業(yè)中已經得到應用.埃森哲認為，經過過去幾年的技術和市場的培育，物聯網即將進入高速發(fā)展期.目前，全球主流的運營商和設備商都已經開始提供移動M2M業(yè)務與解決方案.在中國，在工業(yè)化與信息化融合的今天，電信運營商，特別是移動運營商，在不斷突破盈利點的驅動下，也將視線轉向了M2M。關鍵詞:物聯網，關鍵技術，難點問題，解決方案，新思維1。物聯網的發(fā)展1。1物聯網的簡介物聯網(TheInternetofthings)的概念是在1999年提出的，比爾蓋茲在華盛頓湖畔的智能化豪宅，聯想、長虹等國內廠商推出的閃聯標準，國內外運營商推出的手機支付、路燈監(jiān)控等M2M應用都是物聯網的雛形.物聯網應用中首先被廣泛使用的是“M2M”(Machine—toMachine)應用。M2M指的是各類物體通過有線和無線的方式，在沒有人為干預下實現數據通信。這些物體可能是工業(yè)設備、電表、醫(yī)療設備、運輸車隊、移動電話、汽車、販賣機、家電、健身設備、樓宇、大橋、公路和鐵路設施等等.這些物體將配備嵌入式的通信技術產品,通過各類通信協(xié)議和其他的設備及IT系統(tǒng)交換信息，提供連續(xù)的、實時的和具體細節(jié)的信息，到達人類無法得到的大量信息。廣義的M2M也包括人和機器(Mobile—to—Machine)間的應用。浩銘科技工作室 專心專業(yè)共贏奉獻qq浩銘科技工作室 專心專業(yè)共贏奉獻qq：9433327711。2物聯網邁入高速發(fā)展期埃森哲認為,經過過去幾年的技術和市場的培育，物聯網即將進入高速發(fā)展期，它是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息產業(yè)浪潮，是一個全新的技術領域，同時也給IT和通信帶來了廣闊的新市場。在物聯網產生之前，IT和人類基礎設施開啟智能化之路，都為物聯網的出現奠定了堅實的基礎。IT能力在1980年以前，一直局限在主機和后臺計算中心，在80年代之后,逐步從后臺移向前臺和桌面，支撐作業(yè)處理和分析能力，由此，PC和局域網應運而生。之后，隨著互聯網的出現，IT能力從桌面擴展到支撐價值鏈和商業(yè)合作伙伴，支撐著服務和協(xié)調。2000年后,智能設備的不斷涌現使得IT能力從對人的支撐擴展到對物體的支撐，實現了物體之間的通信和協(xié)作，物聯網在此初見端倪。而人類的基礎設施的演進路線也極其相似。90年代以前，基礎設施建設能力僅停留在建造鋼筋混凝土的基礎設施階段。90年代以后,隨著基礎設施建設的重點移向國家信息基礎建設，信息高速公路等信息基礎建設成為了國家發(fā)展政策的重點和產業(yè)發(fā)展的基礎。2000年后，隨著技術和市場的成熟，實物基礎建設和信息基礎建設逐步融合，使得世界基礎結構發(fā)生了翻天覆地的變化，智能城市的建立不再是紙上談兵，并日益向全面協(xié)作、相互關聯和智能化發(fā)展，物聯網隨之進入到人們的視野中?！拔锫摼W”概念的問世，打破了之前的傳統(tǒng)思維。過去的思路一直是將物理基礎設施和IT基礎設施分開：一方面是機場、公路、建筑物，而另一方面是數據中心，個人電腦、寬帶等。而在“物聯網”時代，鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎設施。。在此意義上，基礎設施更像是一塊新的地球工地，世界的運轉就在它上面進行，其中包括經濟管理、生產運行、社會管理乃至個人生活。目前，計算機和手持設備是IT的主體，而數量規(guī)模龐大的生活消費品，包括車輛、家電及其他生活實物用品將在未來從各個維度從后臺支撐人類的IT需求。研究機構iDate估計，“全球將有1億9千萬的機器設備將于2012年通過物聯網進行連接和共享信息"。獨立市場研究機構Forrester預測，到2020年，物物互聯業(yè)務與現有的人人互聯業(yè)務之比將達到30：1,下一個萬億級的通信業(yè)務將是物物互聯。根據預測，到2035年前后，我國的傳感網終端將達到數千億個；到2050年，傳感器將在生活中無處不在.這就是物聯網中智能設備的規(guī)模效應。1.3物聯網的廣泛應用物聯網的通信方式開啟了B2B和B2C的服務改革，讓“機器開口說話”。原先充斥著大量無謂的信息待處理，時刻消耗著看似取之不盡的計算能力，消耗大量的電能，排放大量的二氧化碳。正是這些“機器自動生成（制造）的信息”的出現催生了物聯網，物聯網的出現也為在技術和業(yè)務以及政府監(jiān)管層面更好地規(guī)范化、標準化這個產業(yè)，結合綠色計算和云計算技術，應對信息“污染"和“能耗”的問題。物聯網的普及實現減少成本，優(yōu)化業(yè)務流程和在設備出現故障之前就預先制止等商業(yè)應用.其最顯著的特點，是使物品的供應鏈具備智能，使各種物品在生產、流通、消費的各個過程都具備智能，直至使智能遍及整個生態(tài)系統(tǒng)，這不僅可以提高管理的效率，更重要的是大大提高了物品和各種自然資源使用的效率，使廣泛的節(jié)能進入門時代，引發(fā)一場綠色科技革命，有效實現節(jié)能減排。其中包括讓機器操縱汽車、掌控船舶運輸，進行綠色計量從而改善消費觀念并減少能源濫用，在機器出現故障前進行遠程維修,成千上萬個房間里的電器設備可以進行統(tǒng)一管理，城市水資源的浪費可以減至最低，而大氣污染也將被監(jiān)測，等等。同時，物聯網為人民生活應用上引入了一種革新的服務方式,為顧客提供愉快和驚喜，包括當客戶度假時對寵物飼養(yǎng)器進行規(guī)劃和檢查，讓客戶能夠與冰箱交流然后決定要買些什么，可以在辦公室遠程調節(jié)家里溫度以避免下班回家感覺不適，等等.通過操作和控制某些“實物”，使之通過有線和無線的方式“互聯”在一起，形成一張?zhí)峁湫峦黄企w驗的大“網”。同時，物聯網被廣泛地應用到各行各業(yè)的服務中,驅使各行各業(yè)走向信息數字化和商業(yè)流程的自動化。比如，在過去，通信和高科技服務、金融服務、公告服務、產品提供和能源提供都是互不關聯、互相割裂的，而物聯網正是會在將來打破它們之間的壁壘，使之日益為客戶提供融合的服務體驗。以無處不在的互聯網和一系列高科技術為標志的數字經濟積極地打破顧客、企業(yè)、競爭對手和合作伙伴之間的界限,提供數字化和快速傳輸和大量的數據存儲，提高信息傳播的安全性，實現商業(yè)流程的自動化。物聯網關鍵技術物聯網的關鍵技術，有物體標識、體系架構、通信和網絡、安全和隱私、服務發(fā)現和搜索、軟硬件、能量獲取和存儲、設備微型小型化、標準。物聯網有四個關鍵性的應用技術-RFID，傳感器，智能技術（如智能家庭和智能汽車）以及納米技術。在標識方面單個無題可能會有多個標識，不同的用處標識不一樣，包括一個負荷的物體，比如說一個汽車部件有輪胎、方向盤，不同的廠家有不同的標識.在這個標識里面一個是這一類的標識，可能我現在要查詢一個東西，這個東西不見得是具體的東西，比如說你想要一個飲料或者是哪一個廠家的飲料，而不是拿一個瓶子的飲料.現在的標識有層次結構，將來我們要把隱私的東西是別人看不到的標識,不要讓別人看到這個東西就知道是哪個地方的.一個物體有很多的標識，標識之間怎樣影射，標識和服務之間怎樣影射?標識之間怎樣兼容？同時要有利于標識的容易性，不能弄一個標識讓人理解非常困難。在未來物聯網的體系結構方面，未來的物聯網它的感知信息是有局部的互動性，這樣它的存儲能力和計算能力要往邊緣推.同時，我們要挖掘物體和物體的關聯性，我們的計算中心都有，在物聯網上也有一個大的計算中心，通過計算中心挖掘我們的數據。還有，我們的物體是可移動的，它的統(tǒng)一條件是隨時隨地都可以上網。我們在局部形成一個自主的網絡，現在還有大的網絡，這是建設一個網中網的概念。未來的互聯網到底是什么框架，對它提出什么要求，研究它的重點在哪個地方?，F在大家研究的側重點，要支持語義的操作，要支持SOA的架構，怎么樣支持實踐的體系架構，怎樣支持分布式的體系結構。作通信技術方面，現在已經有非常多的通信技術，未來物聯網的通信技術也是多樣的，從人和物之間的通信，到物理世界到現實世界的通信，至U我們分布式數據之間的通信.通信的要求是不一樣的，在這種情況下我們應該怎樣考慮問題，包括我們無線電,包括頻率的復用，特別是能夠在低功耗的頻率系統(tǒng)。在組網方面它是網中網,它要借助有線和無線的技術，要實現無縫透明的接入。在這里面，可能我們更多地現在的以后要研究，包括了傳感器網絡和移動網絡。在網絡的管理方面是自干預、自配置，是一個層次性的組網結構。在隱私和安全方面，對于物聯網也提出了很高的要求，主要涉及到了一個人的隱私，一個是商業(yè)的信任和國家的安全。你都上網了，你出去玩，或者是身體不舒服了，其實你很多個人的隱私想獲得服務，很多的東西要交互。另外，像美國的智慧地球，是希望把IT技術和國家的技術建設融合在一起.我在建大樓、橋梁的時候，其實把很多的傳感器、信息部件放進去。在這種情況下，安全怎樣考慮?我們怎么保證我們國家的安全？其實提出這個問題，很多人又提出了反對的意見。如果中國的基礎設施都可以拿得到，還有什么安全可言？做這一塊的難點在什么地方?第一個是資源受限,在這樣的情況下我怎么進行加密和認證？人和物體是移動的，在斷裂的情況下，我怎么樣做安全和認證？這會帶來一系列的問題，而這些問題對于現在的安全技術提出了更高的要求。其實現在的能量問題是我們的研究熱點，包括了能量獲取、能量存儲和能量的利用.將來我們的物體都上網了，我們不可以插個電源在那個地方。無題非常小，又是一個主動的設備，可能是要需要電源和計算的,在這種情況下，如何獲取能量？還有一個是如何存儲，我獲取了能量怎樣存儲？另外一個是我們的高效利用，在不工作的時候我怎樣關閉，就是效率要提高.標準化是我們走向產業(yè)界的一個重要的部分，其實物聯網的稱呼更多是社會經濟上的稱呼。物和物的相連說起來非常好說、記起來也非常容易。但是，往下走下去，標準化是非常重要的。在這里面，標準化我們想物和物的相連，主要是兩點，第一個是接口的標準，第二個是數據模型的標準化，在語義上這樣解釋.不同的網絡差距非常大，我怎樣在語義說做模型的標準化.同時，從信息的產生和信息的使用上，應該注意信息的完整性、可靠性.因為對于一個物體會有多個感知他，或者是物體在移動的過程中，是斷裂的通信，我怎么保證數據的可信性、完整性？物聯網難點問題個人隱私與數據安全-一安全因素的考慮會影響物連網的設計，避免個人數據受竊聽受破壞的威脅.除此之外，專家稱物聯網的發(fā)展會改變人們對于隱私的理解，以最近的網絡社區(qū)流行為例個人隱私是公眾熱議的話題.公眾信任——信息安全目前是廣大群眾對物聯網的主要關注點。如果物聯網的設計沒有健全的安全機制，會降低公眾對此信任。所有在設計物聯網之初,就有必要考慮的安全層面。標準化——標準化無疑是影響物聯邊普及的重要因素.目前RFID，WSN等技術領域還沒有一套完整的國際標準,各廠家的設備往往不能實現互操作。標準化將合理使用現在標準，或者在必要時創(chuàng)建新的統(tǒng)一標準。研究發(fā)展---物聯網相關技術仍處在不成熟階段，需要各國政府投入大量資金支持科研，技術轉化。系統(tǒng)開放一物聯網的發(fā)展離不開合理的商業(yè)模型運作和各種利益投資。對物聯網技術系統(tǒng)的開放將會促進應用層面的開發(fā)和各種系統(tǒng)間的互操作性。物聯網應用的解決方案4。1物聯網解決方案的五個關鍵要素埃森哲認為，物聯網解決方案關鍵要素包括5P,即可以連入網絡的智能設備(Pods)、無處不在的有線和無線的寬帶網絡(Pipes)、數據管理設備(Plexes)、數字化管理設備(Panels)及應用支撐和運營(Platforms).可以連入網絡的智能設備包括嵌入了傳感器、生物測定、RFID、OS、嵌入式射頻等技術的實物設備;無處不在的有線和無線寬帶網絡包括支持WRAN、WWAN、WLAN、WPAN、BlueTooth、ZigBee、UWB等協(xié)議的從傳感網到廣域網的綜合網絡；數據管理設施包括提供數據服務的數字化內容和中間件等;數字化管理設備包括支持門戶、網件等用戶界面等設備;應用支撐和運營包括提供注冊、展示、設備管理、服務編排、認證和SaaS的服務提供平臺。物聯網解決方案充分體現了價值鏈的特點，在5P中有大量的廠商，需要集成給客戶提供價值。在此值得一提的是，埃森哲已經形成了一整套的技術和工具將物聯網的各個環(huán)節(jié)的技術整合，快速實現物聯網價值鏈，提供可靠的、可擴展的、有效的物聯網端對端解決方案。4。2可持續(xù)的智能服務可以看到的M2M應用最大最容易實現的機會是關注并達到政府設定的“可持續(xù)性”目標，故可提出可持續(xù)的智能服務。包括：智能發(fā)動機：在車輛、工廠和商業(yè)層面上減少能源消耗的ICT技術；智能大廈：在大廈里使用能源效率最優(yōu)化的ICT系統(tǒng)；智能網絡：網絡中實現從產生者到使用者的ICT應用整合，提高效率，優(yōu)化方案；智能物流:通過規(guī)劃更好的路徑和承載量來減少能源消耗的ICT應用；非物質化：將高碳活動/產品變?yōu)榈吞继娲?通過提供可持續(xù)化的智能服務，實現信息追蹤標準化，監(jiān)管能源消耗和排放,評估能源和碳排放量，對現有運營方式再思考，進而成就綠色經濟。4.3橫向擴展垂直物聯網服務垂直的物聯網服務需要實現橫向擴展，物聯網生活方式才有可能在將來出現.在此我們通過兩個案例進行說明。首先是一輛將各種不同應用互相連接的i-Car案例，這是一個通過M2M技術的應用將不同的商業(yè)結合起來、提供給最終用戶整合之后的解決方案。這輛i—Car的內部信息娛樂（IVI）應用情況如下：移動信息：GPS導航器提供了動態(tài)的路況信息（例如，新聞、可停靠點、可選擇路線、商店、旅游區(qū)域、交通狀況、CO2路線最優(yōu)化、興趣點……）安全性能：包括內設跟蹤系統(tǒng)（其智能黑箱能夠檢查追蹤汽車情況），自動保持安全距離的系統(tǒng)（根據速度和天氣情況），車內控制家庭錄像警報，汽車享有和駕駛設置的個性化汽車維修及最優(yōu)化:包括能夠減少能源消耗和二氧化碳排放量的智能發(fā)動機（例如：為自動駕駛的不同速度提供智能傳感器），對嚴重污染水平敏感的識別系統(tǒng)（例如：在城市中心它會自動轉換成低能源排放系統(tǒng)），收集大量數據來指導駕駛的遙測裝置通信:包括電話、視頻電話、電子郵件、短信息以及遠程用戶的互聯網接入娛樂:為前座和后座乘客所提供的用作乘車娛樂的電子消費品（如i-Pod、衛(wèi)星廣播、TV、汽車PC系統(tǒng)……）商業(yè)貿易：包括上繳道路通行費、停車費以及買票，購物，使用與汽車保險費用相關的記錄系統(tǒng)（每年、每周運行里程），例如每周汽車儀器表上記錄了汽車保險費用隨后是一個智能家庭的案例，這是一個互聯的生態(tài)系統(tǒng)，所有的設備都共同處于網絡之中，并且與外部參與者（如醫(yī)院、消防局、保險公司）成為一體。該智能家庭的物聯網服務如下：智能計量：對能源消耗（如照明、通風空調系統(tǒng)）進行遠程控制和管理老人或殘疾人的緊急按鈕：當摁下的時候醫(yī)院將收到報警智能保險：保險公司調查家庭狀況，自動為客戶量身定做保險險種