教學(xué)課件-物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論(楊塤)

第1章初識物聯(lián)網(wǎng)

1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念1.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及展望1.3物聯(lián)網(wǎng)特征1.4物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)1.5物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準化本章小結(jié)

1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念

1.1.1物聯(lián)網(wǎng)

1.物聯(lián)網(wǎng)的定義

不同研究機構(gòu)對物聯(lián)網(wǎng)的定義側(cè)重點不同，目前業(yè)界還沒有一個對物聯(lián)網(wǎng)的權(quán)威定義，只存在以下幾個具有代表性的且被普遍認可的定義：

定義1：物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)(GPS)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

定義2：物聯(lián)網(wǎng)是指由具有自我標(biāo)識、感知和智能的物理設(shè)備基于通信技術(shù)相互連接形成的網(wǎng)絡(luò)，這些物理設(shè)備可以在無需人工干預(yù)的條件下實現(xiàn)協(xié)同和互動，為人們提供智慧和集約的服務(wù)，具有全面感知、可靠傳遞、智能處理的特點。

定義3：物聯(lián)網(wǎng)是指將無處不在(Ubiquitous)的末端設(shè)備(Devices)和設(shè)施(Facilities)，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等和“外在使能”(Enabled)的設(shè)備，如貼上RFID的各種資產(chǎn)(Assets)、攜帶無線終端的個人與車輛等“智能化物件或移動物”或“智能塵?！?Mote)，通過各種無線和/或有線的長距離和/或短距離通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)物物互聯(lián)互通(M2M)、應(yīng)用大集成(GrandIntegration)以及基于云計算的SaaS營運等模式，在內(nèi)網(wǎng)(Intranet)、專網(wǎng)(Extranet)和/或互聯(lián)網(wǎng)(Internet)環(huán)境下，采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、調(diào)度指揮、報警聯(lián)動、預(yù)案管理、遠程控制、遠程維保、安全防范、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面(集中展示的CockpitDashboard)等管理和服務(wù)功能，實現(xiàn)對“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的“管、控、營”一體化。

定義4：2009年9月，在北京舉辦的“物聯(lián)網(wǎng)與企業(yè)環(huán)境中歐研討會”上，歐盟委員會信息和社會媒體司RFID部門的負責(zé)人LorentFerderix博士給出了歐盟對物聯(lián)網(wǎng)的定義：物聯(lián)網(wǎng)是一個動態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它基于標(biāo)準和互操作通信協(xié)議，具有自組織能力，其中物理的和虛擬的“物”具有物理屬性、身份標(biāo)識、虛擬的特性和智能的接口，并與信息網(wǎng)絡(luò)無縫整合。物聯(lián)網(wǎng)將與媒體互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)一道，構(gòu)成未來的互聯(lián)網(wǎng)。目前，國際上對物聯(lián)網(wǎng)的定義還有很多。物聯(lián)網(wǎng)還沒有統(tǒng)一的定義，這一方面說明物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還處于探索階段，不同背景的研究人員、設(shè)備廠商、網(wǎng)絡(luò)運營商是從不同的角度去構(gòu)想物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展?fàn)顩r，對物聯(lián)網(wǎng)的未來缺乏統(tǒng)一而全面的規(guī)劃；另一方面說明了物聯(lián)網(wǎng)不是一個簡單的熱點技術(shù)，而是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應(yīng)用與技術(shù)提升，也是一個融合了感知技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能計算技術(shù)的復(fù)雜信息系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)對各種感知技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能與自動化技術(shù)進行聚合與集成應(yīng)用，使人與物智慧對話，創(chuàng)造出一個智慧的世界，人們對它的認識還需要一個過程。物聯(lián)網(wǎng)的概念可從廣義和狹義兩方面來理解：狹義來講，物聯(lián)網(wǎng)是物品之間通過傳感器連接起來的局域網(wǎng)，不論其接入互聯(lián)網(wǎng)與否，都屬于物聯(lián)網(wǎng)的范疇；廣義來講，物聯(lián)網(wǎng)是一個未來發(fā)展的愿景，等同于“未來的互聯(lián)網(wǎng)”或者“泛在網(wǎng)絡(luò)”，能夠?qū)崿F(xiàn)人在任何時間、地點，使用任何網(wǎng)絡(luò)與任何人與物的信息交換以及物與物之間的信息交換。

物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)概括起來主要體現(xiàn)在三個方面：一是互聯(lián)網(wǎng)特征，即對需要聯(lián)網(wǎng)的物一定要能夠在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)互聯(lián)互通；二是識別與通信特征，即納入物聯(lián)網(wǎng)的“物”一定要具備自動識別和物與物通信(即M2M，又稱為機器通信)的功能；三是智能化特征，即網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)具有自動化、自我反饋與智能控制的特點。

2.物聯(lián)網(wǎng)之“物”的涵義

物聯(lián)網(wǎng)中的“物”不是普通的物，這里的“物”要滿足一定條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍：①有相應(yīng)信息的接收器；②有數(shù)據(jù)傳輸通路；③有一定的存儲功能；④有CPU;⑤有操作系統(tǒng)；⑥有專門的應(yīng)用程序；⑦有數(shù)據(jù)發(fā)送器；⑧遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；⑨在世界網(wǎng)絡(luò)中有可被識別的唯一編號。只有這樣，才能構(gòu)建出物物相聯(lián)的“物聯(lián)網(wǎng)”。1.1.2無線傳感網(wǎng)

國外一些研究組織和機構(gòu)不主張物聯(lián)網(wǎng)的提法，他們更多提出的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(簡稱無線傳感網(wǎng))。對于無線傳感網(wǎng)的定義，目前也沒有權(quán)威的版本。下面的四個版本從不同的角度對無線傳感網(wǎng)做出了闡述：

定義1：無線傳感網(wǎng)是指由若干具有無線通信能力的傳感器節(jié)點自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。

定義2：無線傳感網(wǎng)即泛在傳感網(wǎng)(UbiquitousSensorNetwork)，它是由智能傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，可以以“任何地點、任何時間、任何人、任何物”的形式被部署。

定義3：無線傳感網(wǎng)以對物理世界的數(shù)據(jù)采集和信息處理為主要任務(wù)，以網(wǎng)絡(luò)為信息傳遞載體，實現(xiàn)物與物、物與人之間的信息交互，提供信息服務(wù)的智能網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。

定義4：無線傳感網(wǎng)是指由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者是構(gòu)成無線傳感網(wǎng)的三個要素。由傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)和信息處理系統(tǒng)為主構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)，具有實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)督控制和信息共享與存儲管理等功能，它使目前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的功能得到了極大拓展，也使通過網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控各種環(huán)境、設(shè)施及內(nèi)部運行機理等成為可能。

Internet構(gòu)成了邏輯上的信息世界，改變了人與人之間的溝通方式。無線傳感網(wǎng)就是將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改變?nèi)祟惻c自然界的交互方式?！睹绹虡I(yè)周刊》和《MIT技術(shù)評論》在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報告中，都分別將無線傳感網(wǎng)列為21世紀最有影響的21項技術(shù)和改變世界的十大技術(shù)之一。1.1.3泛在網(wǎng)

泛在網(wǎng)(UbiquitousNetwork)是指無所不在的網(wǎng)絡(luò)。最早提出“u”化戰(zhàn)略的日本和韓國對泛在網(wǎng)給出的定義是：無所不在的網(wǎng)絡(luò)社會將是由智能網(wǎng)絡(luò)、先進的計算技術(shù)以及其他領(lǐng)先的數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施而構(gòu)成的技術(shù)社會形態(tài)。

泛在網(wǎng)是指面向泛在應(yīng)用的各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的集合，也被稱為“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”，如圖1-1所示，它更強調(diào)跨網(wǎng)之間的互聯(lián)互通及信息的聚合與應(yīng)用。圖1-1泛在網(wǎng)的示意圖1.1.4物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、泛在網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)之間的關(guān)系

1.物聯(lián)網(wǎng)與無線傳感網(wǎng)的關(guān)系

從字面上看，無線傳感網(wǎng)強調(diào)通過傳感器作為信息獲取手段，不包含通過RFID、二維碼、攝像頭等方式獲取信息的感知能力。從ITU(國際電信聯(lián)盟)、ISO(國際標(biāo)準化組織)等國際標(biāo)準組織對無線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的定義和標(biāo)準化范圍來看，無線傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)其實是一個概念的兩種不同表述，其實質(zhì)都是依托于各種信息設(shè)備實現(xiàn)物理世界和信息世界的無縫融合。

2.物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

互聯(lián)網(wǎng)是人與人之間的聯(lián)系，而物聯(lián)網(wǎng)是人與物、物與物之間的聯(lián)系。與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)更注重信息的傳遞，互聯(lián)網(wǎng)的終端必須是計算機(個人電腦、PDA、智能手機)等，并沒有感知信息的概念。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展，使信息的交互不再局限于人與人或者人與機的范疇，而是開創(chuàng)了物與物、人與物這些新興領(lǐng)域的溝通。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系分類，可將物聯(lián)網(wǎng)歸納為以下四種類型：

(1)物聯(lián)網(wǎng)是無線傳感網(wǎng)而不接入互聯(lián)網(wǎng)。

(2)物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的一部分。

(3)物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的補充網(wǎng)絡(luò)。

(4)物聯(lián)網(wǎng)是未來的互聯(lián)網(wǎng)。

3.物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)的關(guān)系

物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)在概念上的出發(fā)點和側(cè)重點不完全一致，但其目標(biāo)都是突破人與人通信的模式，建立物與物、物與人之間的通信。而對物理世界的各種感知技術(shù)，即傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、二維碼、攝像頭等，是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)的必要條件。物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、泛在網(wǎng)等各網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系如圖1-2所示。

總之，不論是哪一種類型的概念，物聯(lián)網(wǎng)都需要對物體具有全面感知能力，對信息具有可靠傳送和智能處理能力，從而形成一個連接物體與物體的信息網(wǎng)絡(luò)。圖1-2物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、泛在網(wǎng)等各網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系 1.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及展望

1.2.1物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展史

物聯(lián)網(wǎng)的基本思想出現(xiàn)于20世紀90年代。物聯(lián)網(wǎng)的實踐最早可以追溯到1990年施樂公司的網(wǎng)絡(luò)可樂販售機—NetworkedCokeMachine。

1995年，比爾·蓋茨在《未來之路》一書中，暢想了微軟以及整個科技產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢，這不僅僅是預(yù)測，更是人類的夢想。他在書中寫道：“這些預(yù)測雖然現(xiàn)在看來不太可能實現(xiàn)，甚至有些荒謬，但是我保證這是一本嚴肅的書，而絕不是戲言。十年后我的觀點將會得到證實?！痹谠摃?，比爾·蓋茨提到了“物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想，即互聯(lián)網(wǎng)僅僅實現(xiàn)了計算機的聯(lián)網(wǎng)，而未實現(xiàn)與萬事萬物的聯(lián)網(wǎng)，但迫于當(dāng)時網(wǎng)絡(luò)終端技術(shù)的局限使得這一構(gòu)想無法真正實現(xiàn)。

1999年，在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡(luò)國際會議首先提出了物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings)這個概念，它是MITAuto-ID中心的Ashton教授在研究RFID技術(shù)時最早提出來的，并給出了結(jié)合物品編碼、RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的解決方案。當(dāng)時基于互聯(lián)網(wǎng)、RFID技術(shù)、EPC標(biāo)準，在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識別技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等，構(gòu)造了一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)(簡稱物聯(lián)網(wǎng))，即“InternetofThings”，這也是2003年掀起第一輪物聯(lián)網(wǎng)熱潮的基礎(chǔ)。

2003年，美國《技術(shù)評論》提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會排在未來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首。

2005年11月17日，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)》，引用了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍已經(jīng)發(fā)生了變化，覆蓋范圍有了較大的拓展，不再只是指基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)。

2008年以后，為了促進科技發(fā)展，尋找經(jīng)濟新的增長點，各國政府開始重視下一代的技術(shù)規(guī)劃，將目光放在了物聯(lián)網(wǎng)上。在中國，2008年11月在北京大學(xué)舉行的第二屆“知識社會條件下的創(chuàng)新2.0”中國移動政務(wù)研討會提出移動技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展代表著新一代信息技術(shù)的形成，并帶動了經(jīng)濟社會形態(tài)、創(chuàng)新形態(tài)的變革，推動了面向知識社會的以用戶體驗為核心的下一代創(chuàng)新形態(tài)(創(chuàng)新2.0形態(tài))的形成，創(chuàng)新與發(fā)展更加關(guān)注用戶、注重以人為本。而創(chuàng)新2.0形態(tài)的形成又進一步推動新一代信息技術(shù)的健康發(fā)展。

2009年1月28日，奧巴馬就任美國總統(tǒng)后，與美國工商業(yè)領(lǐng)袖舉行了一次“圓桌會議”，IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”(如圖1-3所示)這一概念，建議新政府投資新一代的智慧型基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)年，美國將新能源和物聯(lián)網(wǎng)列為振興經(jīng)濟的兩大重點，“智慧地球”戰(zhàn)略上升為美國的國家戰(zhàn)略。圖1-3智慧地球

2009年2月24日在2009IBM論壇上，IBM大中華區(qū)首席執(zhí)行官錢大群公布了名為“智慧地球”的最新戰(zhàn)略。此概念一經(jīng)提出，即得到美國各界的高度關(guān)注，并在世界范圍內(nèi)引起轟動。IBM認為，IT產(chǎn)業(yè)下一階段的關(guān)鍵是把新一代IT技術(shù)充分運用在各行各業(yè)之中，具體地說，就是把感應(yīng)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，并且將其普遍連接，形成物聯(lián)網(wǎng)。在策略發(fā)布會上，IBM還提出，如果在基礎(chǔ)建設(shè)的執(zhí)行中，植入“智慧”的理念，不僅僅能夠在短期內(nèi)有力地刺激經(jīng)濟、促進就業(yè)，而且能夠在短時間內(nèi)打造出一個成熟的智慧基礎(chǔ)設(shè)施平臺。IBM希望“智慧地球”策略能掀起“互聯(lián)網(wǎng)”浪潮之后的又一次科技產(chǎn)業(yè)革命。IBM前首席執(zhí)行官郭士納曾提出一個重要的觀點，認為計算模式每隔15年發(fā)生一次變革。這一判斷像摩爾定律一樣準確，人們把它稱為“15年周期定律”。1965年前后發(fā)生的變革以大型機為標(biāo)志，1980年前后以個人計算機的普及為標(biāo)志，而1995年前后則發(fā)生了互聯(lián)網(wǎng)革命。每一次這樣的技術(shù)變革都引起企業(yè)間、產(chǎn)業(yè)間甚至國家間競爭格局的重大動蕩和變化。而互聯(lián)網(wǎng)革命一定程度上是由美國“信息高速公路”戰(zhàn)略所催熟的。20世紀90年代，美國政府計劃用20年時間，耗資2000億～4000億美元，建設(shè)美國國家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟和社會效益?！爸腔鄣厍颉睉?zhàn)略被不少美國人認為與“信息高速公路”有許多相似之處，同樣被他們認為是振興經(jīng)濟、確立競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵戰(zhàn)略。該戰(zhàn)略能否掀起如互聯(lián)網(wǎng)革命一樣的科技和經(jīng)濟浪潮，不僅為美國關(guān)注，更為世界所關(guān)注。

2009年8月7日，溫家寶總理到中科院無錫微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心(簡稱無錫傳感網(wǎng)中心)考察時說：“當(dāng)計算機和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展時，我們因為沒有掌握核心技術(shù)而走過一些彎路。在傳感網(wǎng)發(fā)展中，要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術(shù)?！碧岢鲆涌焱七M傳感網(wǎng)發(fā)展，建立中國傳感信息中心。由此，“感知中國”便浮出水面。自溫總理提出“感知中國”以來，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫入我國的《政府工作報告》，物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了全社會極大的關(guān)注，其受關(guān)注程度是美國、歐盟以及其他各國不可比擬的。物聯(lián)網(wǎng)的概念已經(jīng)是一個“中國制造”的概念，它的覆蓋范圍與時俱進，已經(jīng)超越了1999年Ashton教授和2005年ITU報告所指的范圍，物聯(lián)網(wǎng)已被貼上了“中國式”標(biāo)簽。

2010年，發(fā)改委、工信部等部委會同有關(guān)部門，在新一代信息技術(shù)方面開展研究，以形成支持新一代信息技術(shù)的一些新的政策措施，從而推動我國經(jīng)濟的發(fā)展。

2012年2月14日，工信部正式發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》(簡稱《規(guī)劃》)。“十二五”將重點培育10個產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)和100個骨干企業(yè)，形成以產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)為載體，以骨干企業(yè)為引領(lǐng)，專業(yè)特色鮮明、品牌形象突出、服務(wù)平臺完備的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)集群?！兑?guī)劃》指出將在九大重點領(lǐng)域開展應(yīng)用示范工程，力爭實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，九大重點領(lǐng)域分別是智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智慧物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能環(huán)保、智能安防、智慧醫(yī)療、智能家居。物聯(lián)網(wǎng)將是下一個推動世界高速發(fā)展的“重要生產(chǎn)力”。1.2.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.美國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

美國的很多大學(xué)在無線傳感網(wǎng)方面已開展了大量工作，如加州大學(xué)洛杉磯分校的嵌入式網(wǎng)絡(luò)感知中心實驗室、無線集成網(wǎng)絡(luò)傳感器實驗室、網(wǎng)絡(luò)嵌入系統(tǒng)實驗室等。國外的各大知名企業(yè)也都先后開展了無線傳感網(wǎng)的研究。IBM提出的“智慧地球”概念已上升至美國的國家戰(zhàn)略。

2.歐盟物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

2009年，歐盟委員會向歐盟議會、歐盟理事會、歐洲經(jīng)濟和社會委員會及地區(qū)委員會遞交了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》，以確保歐洲在建構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的過程中起主導(dǎo)作用。

3.日本物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

自20世紀90年代中期以來，日本政府相繼制定了“e-Japan”、“u-Japan”、“i-Japan”等多項國家信息技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，從大規(guī)模開展信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)入手，穩(wěn)步推進，不斷拓展和深化信息技術(shù)的應(yīng)用，以此帶動本國社會、經(jīng)濟發(fā)展。其中，日本的“u-Japan”、“i-Japan”戰(zhàn)略與當(dāng)前提出的物聯(lián)網(wǎng)概念有許多共同之處。

4.韓國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

韓國是目前全球?qū)拵占奥首罡叩膰遥囊苿油ㄐ?、信息家電、?shù)字內(nèi)容等居世界前列。面對全球信息產(chǎn)業(yè)新一輪“u”化戰(zhàn)略的政策動向，韓國制定了“u-Korea”戰(zhàn)略。在具體實施過程中，韓國信通部推出IT839戰(zhàn)略以具體呼應(yīng)“u-Korea”。

5.中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

在物聯(lián)網(wǎng)這個全新產(chǎn)業(yè)中，我國的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化水平已經(jīng)處于世界前列，政府主導(dǎo)、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合共同推動發(fā)展的良好態(tài)勢正在中國形成。無錫傳感網(wǎng)中心是國內(nèi)目前研究物聯(lián)網(wǎng)的核心單位。物聯(lián)網(wǎng)在中國高校的研究，當(dāng)前的聚焦點在北京郵電大學(xué)和南京郵電大學(xué)。作為“感知中國”的中心，無錫市在2009年9月與北京郵電大學(xué)就無線傳感網(wǎng)技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展簽署合作協(xié)議，標(biāo)志中國“物聯(lián)網(wǎng)”進入實際建設(shè)階段。中國政府將采取四大措施支持電信運營企業(yè)開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用。財政部首批5億元物聯(lián)網(wǎng)專項基金申報工作已啟動，共有600多家企業(yè)申報。1.2.3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及未來

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景非常廣闊，涉及智能交通、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、環(huán)境監(jiān)測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測、食品溯源、敵情偵查和情報搜集等多個領(lǐng)域。圖1-4給出了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的十大重點領(lǐng)域。根據(jù)其實質(zhì)用途，物聯(lián)網(wǎng)可以歸結(jié)為以下三種基本應(yīng)用模式：

(1)對象的智能標(biāo)簽。通過二維碼、RFID等技術(shù)標(biāo)識特定的對象，用于區(qū)分對象個體，例如，在生活中使用的各種智能卡和條碼標(biāo)簽，其基本用途是用來獲得對象的識別信息。此外，通過智能標(biāo)簽還可以用于獲得對象物品所包含的擴展信息，如智能卡上的金額余額、二維碼中所包含的網(wǎng)址和名稱等。

(2)環(huán)境監(jiān)控和對象跟蹤。利用多種類型的傳感器和分布廣泛的無線傳感網(wǎng)，實現(xiàn)對某個對象實時狀態(tài)的獲取和特定對象行為的監(jiān)控。例如，使用分布在市區(qū)的各個噪音探頭來監(jiān)測噪聲污染；通過二氧化碳傳感器監(jiān)控大氣中二氧化碳的濃度；通過GPS標(biāo)簽跟蹤車輛位置；通過交通路口的攝像頭捕捉實時交通流量等。

(3)對象的智能控制。物聯(lián)網(wǎng)基于云計算平臺和智能網(wǎng)絡(luò)，可以依據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)用獲取的數(shù)據(jù)進行決策，改變對象的行為或進行控制和反饋。例如，根據(jù)光線的強弱調(diào)整路燈的亮度、根據(jù)車輛的流量自動調(diào)整紅綠燈的時間間隔等。圖1-4物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的十大重點領(lǐng)域到2015年，我國要在核心技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化、關(guān)鍵標(biāo)準研究與制定、產(chǎn)業(yè)鏈條建立與完善、重大應(yīng)用示范與推廣等方面取得顯著成效，初步形成創(chuàng)新驅(qū)動、應(yīng)用牽引、協(xié)同發(fā)展、安全可控的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展格局。攻克一批物聯(lián)網(wǎng)核心關(guān)鍵技術(shù)，在感知、傳輸、處理、應(yīng)用等技術(shù)領(lǐng)域取得500項以上重要研究成果。研究和制定200項以上國家和行業(yè)標(biāo)準。推動建設(shè)一批示范企業(yè)、重點實驗室、工程中心等創(chuàng)新載體，為形成持續(xù)創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)。形成較為完善的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，培育和發(fā)展10個產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)、100家以上骨干企業(yè)及一批“專、精、特、新”的中小企業(yè)，建設(shè)一批覆蓋面廣、支撐力強的公共服務(wù)平臺，初步形成門類齊全、布局合理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系。

根據(jù)ITU的描述，在物聯(lián)網(wǎng)時代，人類在信息與通信世界里將獲得一個新的溝通維度，從任何時間、任何地點的人與人之間的溝通連接擴展到人與物及物與物之間的溝通連接。

物聯(lián)網(wǎng)前景非常廣闊，它將極大地改變我們目前的生活方式。物聯(lián)網(wǎng)把自然界擬人化了，萬物成了人們的同類。在這個物物相聯(lián)的世界中，物品(商品)能夠彼此進行“交流”，而無需人為干預(yù)?？梢哉f，物聯(lián)網(wǎng)描繪的是充滿智能的世界。

歐洲智能系統(tǒng)集成技術(shù)平臺(EPoSS)在《InternetofThingsin2020》報告中分析預(yù)測，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將經(jīng)歷四個階段：即2010年之前RFID技術(shù)被廣泛應(yīng)用于物流、零售和制藥領(lǐng)域；2010—2015年實現(xiàn)物物互聯(lián)；2015—2020年實現(xiàn)物體進入半智能化；2020年之后實現(xiàn)物體進入全智能化。

美國權(quán)威咨詢機構(gòu)Forrester預(yù)測，到2020年，世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)和人與人通信的業(yè)務(wù)相比，將達到30∶1，因此，“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個萬億元級的通信業(yè)務(wù)。

1.3物?聯(lián)?網(wǎng)?特?征

1.3.1全面感知

物聯(lián)網(wǎng)是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。在物聯(lián)網(wǎng)中，利用RFID、二維碼、GPS、攝像頭、傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)等感知、捕獲、測量的技術(shù)手段，隨時隨地對物體進行信息采集和獲取。以傳感器為例，在物聯(lián)網(wǎng)中部署了海量的多種類型傳感器，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實時性，按一定的頻率周期性地采集環(huán)境信息，不斷更新數(shù)據(jù)。在物聯(lián)網(wǎng)中，各種感知技術(shù)的綜合應(yīng)用使物聯(lián)網(wǎng)的接入對象更為廣泛，獲取信息更加豐富。1.3.2可靠傳送

物聯(lián)網(wǎng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)和核心仍舊是傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)融合，將物體的信息接入網(wǎng)絡(luò)并實時準確地進行傳遞，以隨時隨地進行可靠的信息交互和共享。例如，在物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器定時采集各類環(huán)境信息，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，送達監(jiān)控中心或應(yīng)用平臺。物聯(lián)網(wǎng)中的信息數(shù)量極其龐大，已構(gòu)成海量信息，因此在傳輸過程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時性，必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。在物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)的可獲得性必須更高，可靠性必須更強，互聯(lián)互通必須更為廣泛。1.3.3智能處理

物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實施智能控制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用云計算、模式識別、模糊識別等各種智能技術(shù)，對海量的跨地域、跨行業(yè)、跨部門的數(shù)據(jù)和信息進行分析處理，提升對物理世界、經(jīng)濟社會各種活動和變化的洞察力，實現(xiàn)智能化的決策和控制，擴充其應(yīng)用領(lǐng)域。例如，從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。物聯(lián)網(wǎng)的信息處理能力越強大，人類與周圍世界的相處就越智能化。

1.4物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

從體系架構(gòu)上來看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖1-5所示。感知層相當(dāng)于人體的皮膚和五官；網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于人體的神經(jīng)中樞和大腦；應(yīng)用層相當(dāng)于人的社會分工。本節(jié)將對物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)做詳細的分析，并對其中每一層的關(guān)鍵技術(shù)做出闡述。圖1-5物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)1.4.1感知層

感知層處于三層架構(gòu)的最底層，它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，具有物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心能力。作為物聯(lián)網(wǎng)的最基本一層，感知層具有十分重要的作用。物聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，從原有網(wǎng)絡(luò)用戶終端向“下”延伸和擴展，擴大通信的對象范圍，即通信不僅僅局限于人與人之間的通信，還擴展到人與現(xiàn)實世界的各種物體之間的通信。物聯(lián)網(wǎng)的感知層解決的就是人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問題。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官—識別物體和采集信息。安裝在設(shè)備上的RFID標(biāo)簽和用來識別RFID信息的掃描儀、感應(yīng)器都屬于物聯(lián)網(wǎng)的感知層，現(xiàn)在的高速公路不停車收費系統(tǒng)、超市倉儲管理系統(tǒng)、二維碼標(biāo)簽及其識讀器、攝像頭、GPS、傳感器終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)等，都是基于感知層技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。感知層的作用相當(dāng)于人的眼、耳、鼻、喉和皮膚等，它是物聯(lián)網(wǎng)獲取識別物體信息、采集信息的來源，其主要功能是識別物體、采集信息和進行信息的短距離傳輸。在感知層中，信息獲取與物品的標(biāo)識符相關(guān)，與數(shù)據(jù)采集技術(shù)相關(guān)，而涉及的數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要有自動識別技術(shù)和傳感器技術(shù)。信息的短距離傳輸技術(shù)用于收集終端裝置采集的信信息(利用無線傳感器網(wǎng)技術(shù)、藍牙技術(shù)、紅外技術(shù)等)，并負責(zé)將信息在終端裝置和網(wǎng)關(guān)之間雙向傳送。由網(wǎng)關(guān)將收集到的感應(yīng)信息通過網(wǎng)絡(luò)層提交到后臺處理，當(dāng)后臺對數(shù)據(jù)處理完畢，發(fā)送執(zhí)行命令到相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)完成對被控/被測對象的控制參數(shù)調(diào)整或發(fā)出某種提示信號就可以實現(xiàn)對其的一個遠程監(jiān)控。1.4.2網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，是物?lián)網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，在物聯(lián)網(wǎng)中，要求網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知層感知到的數(shù)據(jù)無障礙、高可靠、安全地進行傳送。網(wǎng)絡(luò)層包括無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線廣域網(wǎng)、無線個域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)，如圖1-6所示。它解決的是感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)，尤其是遠距離的傳輸問題。圖1-6物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的各種網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞—將感知層獲取的信息進行傳遞。網(wǎng)絡(luò)層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、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)、信息中心等。

網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)中連接感知層和應(yīng)用層，具有強大的紐帶作用，用于高效、穩(wěn)定、及時、安全地傳輸上下層的數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。接入網(wǎng)是指骨干網(wǎng)絡(luò)到用戶終端之間的所有設(shè)備，其長度一般為幾百米到幾公里，因而被形象地稱為“最后一公里”。傳統(tǒng)的接入網(wǎng)主要以銅纜的形式為用戶提供一般的語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一系列新的接入網(wǎng)技術(shù)，包括無線接入技術(shù)、光纖接入技術(shù)、同軸接入技術(shù)、電力網(wǎng)接入技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)要滿足未來不同的信息化應(yīng)用，在接入層面需要考慮多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合與協(xié)同。核心網(wǎng)通常是指除接入網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)之外的網(wǎng)絡(luò)部分。核心網(wǎng)也是指基于IP的統(tǒng)一、高性能、可擴展的分組網(wǎng)絡(luò)，它支持移動性以及異構(gòu)接入，目前應(yīng)用較廣的核心網(wǎng)有互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分；移動通信網(wǎng)絡(luò)則以全面、實時、高速、高覆蓋率、多元化處理多媒體數(shù)據(jù)等特點，為“物品觸網(wǎng)”創(chuàng)造了有利條件。1.4.3應(yīng)用層

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的“社會分工”—與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)廣泛智能化。物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)特性主要體現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度融合，是物聯(lián)網(wǎng)和用戶(包括人、組織和其他系統(tǒng))的接口，與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)行業(yè)智能化及物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。這類似于人類的社會分工，最終構(gòu)成人類社會。目前在綠色農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)控、公共安全、城市管理、遠程醫(yī)療、智能家居、智能交通和環(huán)境監(jiān)測等行業(yè)均有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的嘗試。

感知層生成的大量信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層傳輸匯聚到應(yīng)用層，應(yīng)用層對這些信息進行分析和處理，做出正確的控制和決策，實現(xiàn)智能化的管理、應(yīng)用和服務(wù)。應(yīng)用層解決數(shù)據(jù)如何存儲(數(shù)據(jù)庫與海量存儲技術(shù))、檢索(搜索引擎)、使用(數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí))和不被濫用(數(shù)據(jù)安全與隱私保護)等信息處理問題以及人機界面的問題。

應(yīng)用層包括數(shù)據(jù)庫、海量信息存儲、數(shù)據(jù)中心、搜索引擎、數(shù)據(jù)挖掘等多種關(guān)鍵技術(shù)。

(1)數(shù)據(jù)庫：物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)特點是海量性、多態(tài)性、關(guān)聯(lián)性及語義性。為了適應(yīng)這種需求，在物聯(lián)網(wǎng)中主要使用的是關(guān)系數(shù)據(jù)庫和新興數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為一項有著近半個世紀歷史的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，仍可在物聯(lián)網(wǎng)中使用，為物聯(lián)網(wǎng)的運行提供支撐；新興數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(NoSQL數(shù)據(jù)庫)針對非關(guān)系型、分布式的數(shù)據(jù)存儲，并不要求數(shù)據(jù)庫具有確定的模式，通過避免連接操作提升數(shù)據(jù)庫性能。

(2)海量信息存儲：海量信息早期采用大型服務(wù)器存儲，基本都是以服務(wù)器為中心的處理模式，使用直連存儲(DirectAttachedStorage，DAS)方式，存儲設(shè)備(包括磁盤陣列、磁帶庫、光盤庫等)作為服務(wù)器的外設(shè)使用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，服務(wù)器之間交換數(shù)據(jù)或向磁盤庫等存儲設(shè)備備份時，都通過局域網(wǎng)進行，主要是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)附加存儲(NetworkAttachedStorage，NAS)技術(shù)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存儲，但這將占用大量的網(wǎng)絡(luò)開銷，嚴重影響網(wǎng)絡(luò)的整體性能。為了能夠共享大容量、高速度存儲設(shè)備，并且不占用局域網(wǎng)資源的海量信息傳輸和備份，就需要專用存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(StorageAreaNetwork，SAN)來實現(xiàn)。

(3)數(shù)據(jù)中心：數(shù)據(jù)中心不僅包括計算機系統(tǒng)和配套設(shè)備(如通信/存儲設(shè)備)，還包括冗余的數(shù)據(jù)通信連接/環(huán)境控制設(shè)備/監(jiān)控設(shè)備及安全裝置，它是一大型的系統(tǒng)工程。通過高度的安全性和可靠性提供及時、持續(xù)的數(shù)據(jù)服務(wù)，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供良好的支持。典型的數(shù)據(jù)中心有Google/Hadoop數(shù)據(jù)中心等。

(4)搜索引擎：Web搜索引擎是一個能夠在合理響應(yīng)時間內(nèi)，根據(jù)用戶的查詢關(guān)鍵詞，返回一個包含相關(guān)信息的結(jié)果列表(HitsList)服務(wù)的綜合體。傳統(tǒng)的Web搜索引擎是基于查詢關(guān)鍵詞的，對于相同的關(guān)鍵詞，會得到相同的查詢結(jié)果。而物聯(lián)網(wǎng)時代的搜索引擎必須是從智能物體的角度思考搜索引擎與物體之間的關(guān)系，主動識別物體并提取有用信息。從用戶角度出發(fā)的多模態(tài)信息利用，使查詢結(jié)果更精確、智能及定制化。

(5)數(shù)據(jù)挖掘：物聯(lián)網(wǎng)需要對海量的數(shù)據(jù)進行更透徹的感知，要求對海量數(shù)據(jù)進行多維度整合與分析，更深入的智能化需要具有普適性的數(shù)據(jù)搜索和服務(wù)，也需要從大量數(shù)據(jù)中獲取潛在的、有用的且可被人理解的模式，其基本類型有關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、演化分析等。這些需求都使用了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。例如，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)用于精準農(nóng)業(yè)可以實時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)量的重要因素，獲得產(chǎn)量最大化配置方式，而該技術(shù)用于市場營銷則可以通過數(shù)據(jù)庫行銷和貨籃分析等方式獲取顧客購物取向和興趣。1.4.4未來物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

通過專業(yè)人員對物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的長期討論，目前可以明確以下幾點：

(1)未來的物聯(lián)網(wǎng)需要一個開放的架構(gòu)來最大限度地滿足各種不同系統(tǒng)和分布式資源之間的互操作性需求。這些系統(tǒng)和資源既可能是來自于信息和服務(wù)的提供者，也可能來自于信息和服務(wù)的使用者或者客戶。

(2)未來的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)需要有良好的、明確定義的、呈現(xiàn)為粒度形式的層次劃分。物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)技術(shù)應(yīng)該促進用戶豐富的選擇權(quán)，而不應(yīng)該將用戶鎖定到必須使用某一家或者某幾家大的、處于壟斷地位的解決方案服務(wù)提供商所發(fā)布的各種應(yīng)用。

(3)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)技術(shù)需要設(shè)計為可以抵御物理網(wǎng)絡(luò)中各種中斷以及干擾的形式，盡可能將這些情況所帶來的影響降到最低。

(4)未來的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)需要考慮到這樣一個事實：即以后網(wǎng)絡(luò)中的很多節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將是移動的。

(5)從對于未來物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)技術(shù)來說，需要了解以下幾個方面：

①對于身處未來物聯(lián)網(wǎng)中的各種節(jié)點，它們中的大多數(shù)將需要有能力與其他節(jié)點一起動態(tài)、自主地組建各式各樣的本地或者遠程對等網(wǎng)絡(luò)。②可以預(yù)料到，未來的物聯(lián)網(wǎng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將是海量的。物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)技術(shù)一定要同時支持移動的智能與自主的信息過濾、自主模式識別、自主機器學(xué)習(xí)以及自主判斷決策能力，要讓這些能力能夠達到各種物聯(lián)網(wǎng)子網(wǎng)絡(luò)的邊緣地帶，而無需考慮數(shù)據(jù)是在附近產(chǎn)生的還是遠程生成的。

③在未來物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的設(shè)計過程中，一方面要使得基于事件的處理、路由、存儲、檢索以及引用能力成為可能；另一方面還要允許這些能力可以在離線的、非連接情況(例如，網(wǎng)絡(luò)連接是在網(wǎng)絡(luò)時斷時續(xù)或者根本沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方)下進行操作。

1.5物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準化

1.5.1物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準化的特點

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和感知設(shè)備呈現(xiàn)跨行業(yè)的多樣性。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涉及經(jīng)濟與社會發(fā)展的各個行業(yè)和領(lǐng)域，并與各自業(yè)務(wù)流程緊密結(jié)合，具有應(yīng)用跨度大、需求長尾化、產(chǎn)業(yè)分散度高、產(chǎn)業(yè)鏈長和技術(shù)集成性高的特點。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用按照最終用戶來進行分類，可以分為公共服務(wù)(服務(wù)于普通消費者，如智能家居、手機支付等)和行業(yè)服務(wù)(服務(wù)于各行各業(yè)，如智能電網(wǎng)、智慧物流等)。由于應(yīng)用不同，其所需感知的內(nèi)容也不同，因此對設(shè)備的性能和接口要求也不一樣。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供者需要利用信息通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)為其提供服務(wù)，應(yīng)用的提供者包含各行各業(yè)，其應(yīng)用種類繁多，需求差異較大，而信息通信行業(yè)能夠為這些行業(yè)提供信息通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，具有網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、覆蓋范圍廣的優(yōu)勢。物聯(lián)網(wǎng)的上述特點決定了物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準化的特點，即物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準不是某一個、幾個應(yīng)用行業(yè)或僅僅信息通信行業(yè)所能夠單獨完成的，而需要各行各業(yè)與信息通信行業(yè)共同制定，才能既符合行業(yè)需求，也能將最好、最適合的信息通信技術(shù)應(yīng)用于各個行業(yè)。因此物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準既包含行業(yè)應(yīng)用和特定行業(yè)需求的標(biāo)準，如電力、交通、醫(yī)療等行業(yè)標(biāo)準，同時也包含信息通信行業(yè)的標(biāo)準，如感知、通信和信息處理等技術(shù)標(biāo)準。

物聯(lián)網(wǎng)是跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、具有明顯交叉學(xué)科特征、面向應(yīng)用的信息基礎(chǔ)設(shè)施，因此構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準體系時，不僅要考慮已有行業(yè)制定的標(biāo)準，而且要兼顧物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)體系的發(fā)展需要；不僅要避免不同行業(yè)標(biāo)準組織的重復(fù)制定，還要做好各行業(yè)和部門間的協(xié)調(diào)合作，保證各自的標(biāo)準相互銜接，滿足跨行業(yè)、跨地區(qū)的應(yīng)用需求。物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準體系構(gòu)建需要經(jīng)歷三個階段：階段一，著重行業(yè)應(yīng)用和公共服務(wù)標(biāo)準的制定，每一類應(yīng)用自成體系，其中包括行業(yè)本身的標(biāo)準和本行業(yè)對通信技術(shù)的要求；階段二，對階段一各類應(yīng)用的標(biāo)準進行收集、分析，從而提取出共性標(biāo)準，尤其是共性的通信類要求和接口標(biāo)準；階段三，用階段二的共性標(biāo)準指導(dǎo)行業(yè)應(yīng)用和公共服務(wù)的實施，并不斷完善階段二的共性標(biāo)準。其中物聯(lián)網(wǎng)的總體標(biāo)準將貫穿這三個階段，并不斷深化和完善。目前全球的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準處于階段二，即尚處于收集應(yīng)用實例，分析現(xiàn)有需求和架構(gòu)，提取共性需求、能力和架構(gòu)的階段。1.5.2物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準化組織及其工作

基于以上物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準化的特點，物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準化工作在與之相關(guān)的全球的多個標(biāo)準化組織競相展開，包括國際性標(biāo)準化組織(如ITU、ISO和IEC)、區(qū)域性標(biāo)準化組織(如ETSI)、國家標(biāo)準化組織(如CCSA、ATIS、TTA、TTC)、行業(yè)標(biāo)準化組織、論壇(如IETF、IEEE、OMA)等，如圖1-7所示。這些標(biāo)準化組織各自在自己擅長的領(lǐng)域進行研究，所開發(fā)的標(biāo)準有重疊也有分工，但它們之間的競爭大于合作，目前尚缺乏整體的協(xié)調(diào)、組織和配合。圖1-7物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的國際標(biāo)準化組織在各標(biāo)準化組織進行研究的同時，有些行業(yè)標(biāo)準在國家或地區(qū)政府的推動下也在快速形成，這些行業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準帶動了相關(guān)標(biāo)準化組織之間的分工和合作，為物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準做出了實質(zhì)性的貢獻。目前在行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準化方面，智能電網(wǎng)、智能交通和智慧醫(yī)療等方面的進展比較快。下面介紹幾個主要的標(biāo)準化組織的研究進展情況：

(1)?ITU-T專門成立了物聯(lián)網(wǎng)全球標(biāo)準化工作組(IoT-GSI)，研究“物聯(lián)網(wǎng)定義”和“物聯(lián)網(wǎng)概述”兩個國際建議，并在2012年2月通過。在“物聯(lián)網(wǎng)概述”建議草案中給出了物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)，如圖1-8所示。圖1-8ITU-T建議的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

(2)?IEEE主要研究IEEE802.15低速近距離無線通信技術(shù)標(biāo)準，并針對智能電網(wǎng)開展了大量工作。IEEEP2030技術(shù)委員會成立于2009年5月，它分為電力、信息和通信三個工作組，旨在為理解和定義智能電網(wǎng)的互操作性提供技術(shù)基礎(chǔ)和指南，針對NIST智能電網(wǎng)應(yīng)用各個環(huán)節(jié)，幫助電力系統(tǒng)與應(yīng)用和設(shè)備協(xié)同工作，確定模塊和接口，為智能電網(wǎng)相關(guān)的標(biāo)準制定奠定基礎(chǔ)。IEEEP2030技術(shù)委員會于2010年4月發(fā)布了P2030草案。

(3)?ETSI成立了M2M技術(shù)委員會，對M2M的需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、智能電網(wǎng)、智慧醫(yī)療、城市自動化等方面進行了研究，并陸續(xù)出臺了多個技術(shù)規(guī)范。

(4)?IETF制定以IP協(xié)議為基礎(chǔ)的，適應(yīng)感知延伸層特點的組網(wǎng)協(xié)議。目前IETF的工作主要集中于6LoWPAN和ROLL協(xié)議兩個方面：6LoWPAN協(xié)議以IEEE802.15.4為基礎(chǔ)，針對傳感器節(jié)點的低開銷、低復(fù)雜度、低功耗的要求，對現(xiàn)有協(xié)議IPv6系統(tǒng)進行改造，壓縮包頭信息，提高對感知延伸層應(yīng)用的使用能力；而ROLL協(xié)議的目標(biāo)是使公共的、可互操作的第三層路由能夠穿越任何數(shù)量的基本鏈路層協(xié)議和物理媒體，例如，一個公共路由協(xié)議能夠工作在各種網(wǎng)絡(luò)，如IEEE802.15.4無線傳感網(wǎng)絡(luò)、藍牙個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)以及未來低功耗的IEEE802.11標(biāo)準的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)及之間。目前6LoWPAN協(xié)議已進入標(biāo)準化的中期階段，而ROLL協(xié)議仍處于草案階段。

(5)?3GPP結(jié)合移動通信網(wǎng)研究M2M的需求、架構(gòu)以及對無線接入網(wǎng)優(yōu)化的技術(shù)，其SA和RAN分別針對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、核心網(wǎng)以及無線接入網(wǎng)開展了工作，目前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的增強已經(jīng)進入實質(zhì)性工作階段，而無線接入網(wǎng)的增強仍處于研究階段。

(6)?ZigBee聯(lián)盟的Zigbee協(xié)議基于IEEE802.15.4的物理層和媒體訪問控制(MAC)層技術(shù)，重點制定了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層協(xié)議，它支持Mesh和簇狀動態(tài)路由網(wǎng)絡(luò)，在目前的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。

(7)中國通信標(biāo)準化協(xié)會(CCSA)于2010年2月專門成立了泛在網(wǎng)技術(shù)工作委員會(TC10)，其下設(shè)4個工作組，對物聯(lián)網(wǎng)的共性總體標(biāo)準、應(yīng)用標(biāo)準、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準和感知延伸等標(biāo)準進行了全面的研究和行業(yè)標(biāo)準的制定。表1-1列出了泛在網(wǎng)技術(shù)工作委員會的組織架構(gòu)和工作范圍。表1-1CCSATC10的組織結(jié)構(gòu)及工作范圍

TC10自成立以來，已共計完成行標(biāo)、技術(shù)報告和研究課題立項有31項，內(nèi)容涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準體系中的三個層次以及相關(guān)的總體架構(gòu)和公共技術(shù)。其中，涉及總體架構(gòu)和公共技術(shù)的立項有6項，涉及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的立項有16項，涉及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的立項有4項，涉及物聯(lián)網(wǎng)感知延伸層的立項有5項。同時CCSA與智能交通標(biāo)準工作組簽訂了合作協(xié)議，對智能交通的標(biāo)準進行合作。

(8)中國物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準聯(lián)合工作組成立于2010年6月8日，它包含全國11個部委及下屬的若干個標(biāo)準工作組。此聯(lián)合工作組將緊緊圍繞物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求，統(tǒng)籌規(guī)劃，整合資源，堅持自主創(chuàng)新與開放兼容相結(jié)合的標(biāo)準戰(zhàn)略，加快推進物聯(lián)網(wǎng)國家標(biāo)準體系的建設(shè)和相關(guān)國家標(biāo)準的制定，同時積極參與相關(guān)國際標(biāo)準的制定，以掌握發(fā)展的主動權(quán)。

(9)工信部電子標(biāo)簽工作組下設(shè)7個專題組，分別是總體組、標(biāo)簽與讀寫器組、頻率與通信組、數(shù)據(jù)格式組、信息安全組、應(yīng)用組和知識產(chǎn)權(quán)組。

(10)全國信標(biāo)委傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準工作組(WGSN)，它目前開展了6項標(biāo)準制定工作，分別由標(biāo)準體系與系統(tǒng)架構(gòu)項目組、協(xié)同信息處理項目組、通信與信息交互項目組、標(biāo)識項目組、安全項目組和接口項目組負責(zé)。

(11)信息設(shè)備資源共享協(xié)同服務(wù)(閃聯(lián))標(biāo)準工作組，主要負責(zé)制定信息設(shè)備智能互聯(lián)與資源共享協(xié)議(即IGRS)。

本章小結(jié)

本章主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念、特點、發(fā)展與標(biāo)準化工作及其體系架構(gòu)。將物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層這三層體系結(jié)構(gòu)，便于更好地認識、理解和研究物聯(lián)網(wǎng)，了解其每一層的關(guān)鍵技術(shù)、功能及相關(guān)標(biāo)準。第2章感知層技術(shù)2.1自動識別技術(shù)2.2條形碼技術(shù)2.3嵌入式技術(shù)2.4傳感器技術(shù)2.5無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2.6RFID技術(shù)本章小結(jié)

2.1自動識別技術(shù)

2.1.1自動識別技術(shù)概述

1.自動識別技術(shù)概念

自動識別(AutomaticEquipmentIdentification，AEI)技術(shù)是指應(yīng)用一定的識別裝置，通過被識別物品和識別裝置之間的接近活動，主動地獲取被識別物品的相關(guān)信息，并向后臺提供計算機處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)，用來實現(xiàn)人們對各類物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動、靜止或惡劣環(huán)境)下的自動識別和管理。自動識別技術(shù)是信息數(shù)據(jù)自動識讀、自動輸入計算機的重要方法和手段，也是一種高度自動化的信息和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，目前在國際上發(fā)展很快。

2.自動識別技術(shù)的特點

自動識別技術(shù)的特點有：準確性即，自動進行數(shù)據(jù)采集，極大地降低人為錯誤；高效性，即數(shù)據(jù)采集較快速，信息交換可實時進行；兼容性，即以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，可與信息管理系統(tǒng)無縫連接。

3.自動識別技術(shù)的種類

自動識別技術(shù)近幾十年在全球范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，初步形成了一個包括條碼技術(shù)、磁卡技術(shù)、IC卡技術(shù)、光學(xué)字符識別(OCR)技術(shù)、射頻技術(shù)、聲音識別技術(shù)及視覺識別技術(shù)等集計算機、光、磁、機電、通信技術(shù)為一體的高新技術(shù)學(xué)科。自動識別系統(tǒng)根據(jù)識別對象的特征可以分為兩大類,分別是數(shù)據(jù)采集技術(shù)和特征提取技術(shù)。這兩大類自動識別技術(shù)的基本功能都是完成物品的自動識別和數(shù)據(jù)的自動采集。數(shù)據(jù)采集技術(shù)的基本特征是需要被識別物體具有特定的識別特征載體(如標(biāo)簽等，僅光學(xué)字符識別例外)；而特征提取技術(shù)則根據(jù)被識別物體的本身的行為特征(包括靜態(tài)的、動態(tài)的和屬性的特征)來完成數(shù)據(jù)的自動采集。

1)數(shù)據(jù)采集技術(shù)

數(shù)據(jù)采集技術(shù)按照存儲器介質(zhì)的不同可分為光存儲器類、磁存儲器類和電存儲器類：光存儲器類包括條碼(一維、二維)、矩陣碼、光標(biāo)閱讀器、光學(xué)字符識別(OCR)；磁存儲器類包括磁條、非接觸磁卡、磁光存儲、微波；電存儲器類包括觸摸式存儲、RFID射頻識別(無芯片、有芯片)、存儲卡(智能卡、非接觸式智能卡)、視覺識別、能量擾動識別。

2)特征提取技術(shù)

特征提取技術(shù)按照特征的性質(zhì)可分為靜態(tài)特征提取、動態(tài)特征提取及屬性特征提取：靜態(tài)特征提取包括指紋識別、虹膜識別、視網(wǎng)膜識別、面部識別等；動態(tài)特征提取包括簽名識別、聲音(語音)識別、鍵盤敲擊識別、其他感覺特征等；屬性特征提取包括化學(xué)感覺特征提取、物理感覺特征提取、生物抗體病毒特征提取、聯(lián)合感覺系統(tǒng)等。2.1.2光學(xué)字符識別技術(shù)

光學(xué)字符識別(OpticalCharacterRecognition，OCR)技術(shù)是基于圖形識別的一種技術(shù)，其目的是要讓計算機知道它到底看到了什么，尤其是文字資料。OCR技術(shù)可使設(shè)備通過確定形狀，檢測亮、暗模式等光學(xué)機制來識別字符。OCR的重要的應(yīng)用領(lǐng)域有辦公室自動化中的文字資料的自動輸入、文獻檔案庫的建立、文本圖像的壓縮存儲和傳輸、書刊自動閱讀器、盲人閱讀器、書刊資料的再版輸入、古籍整理、智能全文信息管理系統(tǒng)、漢英翻譯系統(tǒng)、名片識別管理系統(tǒng)、車牌自動識別系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)出版、票據(jù)和發(fā)票識別系統(tǒng)、身份證識別管理系統(tǒng)、無紙化評卷、郵件自動處理、零售價格識讀、訂單數(shù)據(jù)輸入、單證和支票識讀、微電路和小件產(chǎn)品的狀態(tài)特征識讀及與自動獲取文本過程相關(guān)的其他領(lǐng)域。一個OCR系統(tǒng)，從影像到結(jié)果輸出，需經(jīng)過影像輸入、影像前處理、文字特征抽取、比對識別，最后經(jīng)人工校正將認錯的文字更正，將結(jié)果輸出。OCR系統(tǒng)的工作流程如圖2-1所示。圖2-1OCR系統(tǒng)的工作流程

OCR系統(tǒng)的優(yōu)點是人眼可識讀、掃描，缺點是輸入速度和可靠性不及條碼，其數(shù)據(jù)格式有限，通常要使用接觸式掃描器。

2.1.3磁卡技術(shù)

磁卡(MagneticCard)是一種卡片狀的磁性記錄介質(zhì)，利用磁性載體記錄字符與數(shù)字信息，適用于識別身份或其他用途。常用磁卡及磁卡刷卡器如圖2-2所示。

按照使用基材的不同，磁卡可分為PET卡、PVC卡和紙卡三種；按照磁層構(gòu)造的不同，磁卡又可分為磁條卡和全涂磁卡兩種。

(a)磁卡(b)磁卡刷卡器圖2-2常用磁卡及磁卡刷卡器通常，磁卡的一面印刷有說明提示性信息，如插卡方向；另一面則有磁層或磁條，具有2～3個磁道以記錄有關(guān)信息數(shù)據(jù)。磁條是一層薄薄的由排列定向的鐵性氧化粒子組成的磁性材料(也稱為涂料)，用樹脂黏合劑嚴密地黏合在一起，并黏合在諸如紙或塑料這樣的非磁基材上。磁條從本質(zhì)意義上講與計算機用的磁帶或磁盤是一樣的，它可以用來記載字母、字符及數(shù)字信息。通過黏合或熱合與塑料或紙牢固地整合在一起形成磁卡。磁條中所包含的信息一般比條形碼大。磁條內(nèi)可分為三個獨立的磁道，分別稱為TK1、TK2、TK3。TK1最多可寫79個字母或字符；TK2最多可寫40個字符；TK3最多可寫107個字符。磁卡技術(shù)具有的優(yōu)點是：數(shù)據(jù)可被讀/寫，即具有現(xiàn)場改寫數(shù)據(jù)的能力；數(shù)據(jù)存儲量能滿足大多數(shù)需求，便于使用，成本低廉，還具有一定的數(shù)據(jù)安全性；它能黏附在許多不同規(guī)格和形式的基材上。

磁卡技術(shù)的發(fā)展得到了很多世界知名公司，特別各國政府部門幾十年的鼎力支持，使得磁卡的應(yīng)用非常普及，遍及國民生活的方方面面，如信用卡、銀行ATM卡、機票、公共汽車票、自動售貨卡、會員卡、現(xiàn)金卡(如電話磁卡)、地鐵AFC等。特別是銀行系統(tǒng)幾十年的普遍推廣使用使得磁卡的普及率得到了很大的發(fā)展。銀行磁卡如圖2-3所示。但隨著磁卡應(yīng)用的不斷擴大，有關(guān)磁卡技術(shù)，特別是安全技術(shù)已難以滿足越來越多的對安全性要求較高的應(yīng)用需求。磁卡技術(shù)是接觸性識讀，它與條碼有三點不同：一是其數(shù)據(jù)可部分進行讀/寫操作；二是給定面積編碼容量比條碼大；三是對于物品逐一標(biāo)記的成本比條碼高。接觸性識讀最大的缺點就是靈活性太差。磁卡的價格很便宜，但是很容易磨損。

磁卡受壓、被折、長時間磕碰、暴曬、高溫、磁條劃傷弄臟或者受到外部磁場的影響，都會造成磁卡消磁、數(shù)據(jù)丟失而不能使用。(a)銀行卡正面(b)銀行卡背面及其磁條圖2-3銀行磁卡2.1.4IC卡識別技術(shù)

IC卡(IntegratedCircuitCard，集成電路卡)，又稱為智能卡(SmartCard)，它通過在集成電路芯片上寫的數(shù)據(jù)來進行識別。IC卡與IC卡讀寫器以及后臺計算機管理系統(tǒng)組成了IC卡應(yīng)用系統(tǒng)。

IC卡是在1970年由法國人RolandMoreno發(fā)明的，他第一次將可編程設(shè)置的IC芯片放于卡片中，使卡片具有更多功能。

IC卡的類型有：按照數(shù)據(jù)的讀/寫方式，IC卡可分為接觸式IC卡和非接觸式IC卡，通常說的IC卡多數(shù)是指接觸式IC卡；按照所封裝的IC芯片的不同，IC卡可分為存儲器卡、邏輯加密卡、CPU卡和超級智能卡四大類。超級智能卡在卡上具有MPU(嵌入式微處理器)和存儲器并裝有鍵盤、液晶顯示器和電源，有的卡上還具有指紋識別裝置等。各類IC卡如圖2-4所示。圖2-4各類IC卡

IC卡是將一個微電子芯片嵌入符合ISO7816標(biāo)準的卡基中，做成卡片形式。IC卡讀寫器是IC卡與應(yīng)用系統(tǒng)間的橋梁，在ISO國際標(biāo)準中稱之為接口設(shè)備(InterfaceDevice，IFD)。IFD內(nèi)CPU通過一個接口電路與IC卡相連并進行通信。IC卡接口電路是IC卡讀寫器中至關(guān)重要的部分，根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)的不同，可選擇并行通信、半雙工串行通信和I2C通信等不同的IC卡讀/寫芯片。

IC卡工作的基本原理是：射頻讀寫器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個IC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷；在這個電荷的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當(dāng)所積累的電荷達到2?V時，此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器的數(shù)據(jù)。

IC卡的特點是：IC卡相對于其他種類的卡具有存儲容量大、體積小、重量輕、抗干擾能力強、便于攜帶、易于使用、安全性高、對網(wǎng)絡(luò)要求不高等。接觸式IC卡與磁卡相比較，具有以下特點：

(1)接觸式IC卡的安全性高。它必須通過與讀/寫設(shè)備間特有的雙向密鑰認證。

(2)接觸式IC卡的存儲容量大，便于應(yīng)用，方便保管。它的存儲容量小到幾百個字符，大到上百萬個字符。

(3)接觸式IC卡防磁且防一定強度的靜電，抗干擾能力強，可靠性比磁卡高，使用壽命長，它的數(shù)據(jù)至少保持10年，讀/寫次數(shù)能夠達到10萬次以上。

(4)接觸式IC卡的價格稍高。

(5)接觸式IC卡的觸點暴露在外面，有可能因人為的原因或靜電而損壞。非接觸式IC卡又稱為射頻卡(RFID卡)，如圖2-5所示，它采用射頻技術(shù)與IC卡的讀卡器進行相互通信，成功地解決了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。主要用于公交、輪渡、地鐵的自動收費系統(tǒng)，也應(yīng)用于門禁管理、身份證明和電子錢包。關(guān)于非接觸式IC卡的更多內(nèi)容，將在本章的“RFID技術(shù)”小節(jié)詳細闡述。

圖2-5非接觸式IC卡2.1.5生物識別技術(shù)

1.虹膜識別技術(shù)

人類眼睛的虹膜是由相當(dāng)復(fù)雜的纖維組織構(gòu)成，其細部結(jié)構(gòu)在出生之前就以隨機組合的方式?jīng)Q定下來了。虹膜識別技術(shù)是基于在自然光或紅外光照射下，對虹膜上可見的外在特征進行計算機識別的一種生物識別技術(shù)。虹膜在眼球中的位置如圖2-6所示，其中虹膜是圍繞瞳孔呈現(xiàn)絢麗彩色的一層生理薄膜。虹膜是包裹在眼球上的彩色環(huán)狀物，每一個虹膜都包含一個獨一無二的基于像冠、水晶體、細絲、斑點、結(jié)構(gòu)、凹點、射線、皺紋和條紋等特征的結(jié)構(gòu)。圖2-6虹膜在眼球中的位置虹膜識別技術(shù)將上述可見特征轉(zhuǎn)化為512個字節(jié)的虹膜編碼，該編碼被存儲下來以便后期識別所用。512個字節(jié)對從虹膜獲得的信息量來說是十分巨大的。從直徑為11?mm左右的虹膜上，Daugman算法用3～4個字節(jié)的數(shù)據(jù)來代表每平方毫米的虹膜信息，這樣一個虹膜約有266個量化特征點，而一般的生物識別技術(shù)只有13～60個特征點。

虹膜識別技術(shù)的優(yōu)點有：便于用戶使用；是最可靠的生物識別技術(shù)之一；無需物理的接觸。

虹膜識別技術(shù)的缺點有：最主要的是它沒有進行過任何的測試，當(dāng)前的虹膜識別系統(tǒng)只是用統(tǒng)計學(xué)原理進行小規(guī)模的試驗，而沒有進行過現(xiàn)實世界的唯一性認證的試驗；很難將圖像獲取設(shè)備的尺寸小型化；需要昂貴的攝像頭進行聚焦，一個這樣的攝像頭的最低價為7000美元；鏡頭可能產(chǎn)生圖像畸變而使可靠性降低；黑眼睛極難讀??；需要較好光源。

2.視網(wǎng)膜識別技術(shù)

有研究證明，每個人的眼睛后半部的血管圖形是唯一的，即使是孿生兄弟也各不相同。視網(wǎng)膜圖形是穩(wěn)定的，除非有眼科疾病或者嚴重的腦部創(chuàng)傷。

視網(wǎng)膜識別技術(shù)要求激光照射眼球的背面以獲得視網(wǎng)膜特征。與虹膜識別技術(shù)相比，視網(wǎng)膜掃描是最精確可靠的生物識別技術(shù)之一。由于感覺上它高度介入人的身體，它也是最難被人接受的技術(shù)。

視網(wǎng)膜識別技術(shù)的優(yōu)點有：視網(wǎng)膜是一種極其固定的生物特征，不磨損、不老化、不受疾病影響；使用者無需和設(shè)備直接接觸；是一個最難欺騙的系統(tǒng)，因為視網(wǎng)膜不可見，所以不會被偽造。

視網(wǎng)膜識別技術(shù)的缺點有：同虹膜一樣，它只是用統(tǒng)計學(xué)原理進行小規(guī)模的試驗，而沒有進行過現(xiàn)實世界的唯一性認證的試驗；激光照射眼球的背面可能會影響使用者健康，這需要進一步的研究；對消費者而言，視網(wǎng)膜識別技術(shù)沒有吸引力；很難進一步降低成本。

3.簽名識別技術(shù)

簽名作為身份認證的手段已經(jīng)用了幾百年了，將簽名數(shù)字化的過程包括將簽名圖像本身數(shù)字化以及記錄整個簽名的動作(包括每個字母以及字母之間不同的速度、筆序和壓力等)。簽名識別和語音識別一樣，是一種行為測定學(xué)。

簽名識別技術(shù)的優(yōu)點有：容易被大眾接受；是一種公認的身份識別技術(shù)。

簽名識別技術(shù)的缺點有：隨著人的經(jīng)驗的增長、性格的變化與生活方式的改變，簽名也會隨著而改變；在Internet上使用不便；用于簽名的手寫板結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且價格昂貴，因為和筆記本電腦的觸摸板的分辨率差異很大，在技術(shù)上將兩者結(jié)合起來較難；很難將尺寸小型化。

4.面部識別技術(shù)

面部識別技術(shù)通過對面部特征和它們之間的關(guān)系來進行識別，其識別技術(shù)基于這些唯一的特征時非常復(fù)雜，需要人工智能和機器知識學(xué)習(xí)系統(tǒng)。用于捕捉面部圖像的兩項技術(shù)為標(biāo)準視頻技術(shù)和熱成像技術(shù)，分述如下：

(1)標(biāo)準視頻技術(shù)通過一個標(biāo)準的攝像頭獲得面部的圖像或者一系列圖像后，記錄一些核心點(如眼睛、鼻子和嘴等)以及它們之間的相對位置，然后形成模板。

(2)熱成像技術(shù)通過分析由面部的毛細血管的血液產(chǎn)生的熱線來產(chǎn)生面部圖像，與視頻攝像頭不同，熱成像技術(shù)并不需要在較好的光源條件下，因此即使在黑暗情況下也可以使用。一個算法和一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)加上一個轉(zhuǎn)化機制就可將一幅面部圖像變成數(shù)字信號，最終產(chǎn)生匹配或不匹配信號。

面部識別技術(shù)的優(yōu)點有：面部識別是非接觸的，用戶不需要和設(shè)備直接的接觸。面部識別技術(shù)的缺點有：盡管可以使用桌面的視頻攝像，但只有比較高級的攝像頭才可以有效高速的捕捉面部圖像；使用者面部的位置與周圍的光環(huán)境都可能影響系統(tǒng)的精確性；大部分研究生物識別的人公認面部識別最不準確，也最容易被欺騙；面部識別技術(shù)的改進有賴于提取特征與比對技術(shù)的提高，采集圖像的設(shè)備比技術(shù)昂貴得多；對于因人體面部的如頭發(fā)、飾物、變老以及其他的變化需要通過人工智能補償，機器學(xué)習(xí)功能必須不斷地將以前得到的圖像和現(xiàn)在得到的進行比對，以改進核心數(shù)據(jù)和彌補微小的差別；很難進一步降低設(shè)備成本。

5.指紋識別技術(shù)

因為每個人的指紋紋路在圖案、斷點和交叉點上各不相同，所以指紋是唯一的且終生不變。依靠這種唯一性和穩(wěn)定性可以把一個人同他的指紋對應(yīng)起來，通過將他的指紋和預(yù)先保存的指紋進行比較，就可以驗證他的真實身份，這就是指紋識別技術(shù)。

指紋具有以下三大固有特性：第一，確定性，每幅指紋的結(jié)構(gòu)是恒定的，胎兒在4個月左右就形成指紋，以后就終生不變；第二，唯一性，兩個完全一致的指紋出現(xiàn)的概率非常小，不超過2-60；第三，可分類性，可以按指紋的紋線走向進行分類。隨著現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展以及快速而可靠的算法研究，指紋自動識別技術(shù)于20世紀60年代開始興起并得到了飛速發(fā)展。作為生物特征識別的一種，由于它具有其他特征識別所不可比擬的優(yōu)點，使得自動指紋識別有著更為廣泛的應(yīng)用。相對于其他生物特征鑒定技術(shù)，如語音識別及視網(wǎng)膜識別等技術(shù)，自動指紋識別是一種更為理想的身份確認技術(shù)。指紋識別技術(shù)的優(yōu)點有：指紋是人體獨一無二的特征，并且它們的復(fù)雜度足以提供用于鑒別的特征；如果要增加可靠性，只需登記更多的指紋、鑒別更多的手指，最多可多達10個，而每一個指紋都是獨一無二的；掃描指紋的速度很快，使用非常方便；在讀取指紋時，用戶必須將手指與指紋采集頭相互接觸，這是讀取人體生物特征最可靠的方法；指紋采集頭可以更加小型化，并且價格會更加低廉。指紋識別技術(shù)的缺點有：某些人或某些群體的指紋特征少，難成像；過去在犯罪記錄中使用指紋，使得某些人害怕“將指紋記錄在案”，實際上現(xiàn)在的指紋鑒別技術(shù)都可以不存儲任何含有指紋圖像的數(shù)據(jù)，而只是存儲從指紋中得到的加密的指紋特征數(shù)據(jù)；每一次使用指紋時都會在指紋采集頭上留下用戶的指紋印痕，而這些指紋痕跡存在被用來復(fù)制指紋的可能性。

6.聲音識別技術(shù)

聲音識別和簽名識別相同，也是一種行為識別技術(shù)。聲音識別設(shè)備不斷地測量和記錄聲音波形變化，然后將現(xiàn)場采集到的聲音同登記過的聲音模板進行各種特征的匹配。聲音識別的迅速發(fā)展以及高效可靠的應(yīng)用軟件的開發(fā)，使聲音識別系統(tǒng)在很多方面得到了應(yīng)用。聲音識別系統(tǒng)可以用聲音指令實現(xiàn)“不用手”的數(shù)據(jù)采集，其最大特點就是不用手和眼睛，這對那些在采集數(shù)據(jù)的同時還要完成手眼并用的工作場合尤為適用。

聲音識別技術(shù)的迅速發(fā)展及其高效可靠的應(yīng)用軟件的開發(fā)，使聲音識別系統(tǒng)在很多方面得到了應(yīng)用。例如，手機上的語音撥號是一典型的語音識別的例子。電話號碼用語音準確呼出距實用還有一段相當(dāng)長的距離。

聲音識別技術(shù)的優(yōu)點有：聲音識別是一種非接觸的識別技術(shù)，用戶可以很自然地接受。

聲音識別技術(shù)的缺點有：作為行為識別技術(shù)，聲音變化的范圍太大，很難精確的匹配；聲音會隨著音量、速度和音質(zhì)的變化(如感冒時)而影響到采集與比對的結(jié)果；很容易用錄在磁帶上的聲音來欺騙聲音識別系統(tǒng)；高保真的麥克風(fēng)很昂貴。

2.2條?形?碼?技術(shù)

條形碼是一種信息圖形化表示方法，可以把信息制作成條形碼，然后用相應(yīng)的掃描設(shè)備把其中的信息輸入到計算機中。條形碼分為一維條碼和二維條碼。下面分別進行介紹。

2.2.1一維條形碼

條形碼或條碼(BarCode)是將寬度不等的多個黑條和空白，按照一定編碼規(guī)則排列，用以表達一組信息的圖形標(biāo)識符。常見的一維條形碼是由黑條(簡稱條)和白條(簡稱空)排成平行線圖案所組成的，如圖2-7所示。圖2-7常見的一維條形碼一維條形碼可標(biāo)識物品的生產(chǎn)國、制造廠家、商品名稱、生產(chǎn)日期、類別等信息。在商品流通、圖書管理、郵政管理、銀行系統(tǒng)等許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。常用的條形碼掃描槍如圖2-8所示。圖2-8常用的條形碼掃描槍目前使用頻率最高的幾種碼制有EAN(EuropeanArticleNumber)碼、UPC(UniversalProductCode)碼、39碼、交叉(ITF)25碼和EAN128碼。UPC條碼主要用于北美地區(qū)。EAN條碼是國際通用符號體系，它是一種定長、無含義的條碼，主要用于商品標(biāo)識，其編碼規(guī)則如圖2-9所示。EAN128條碼是由國際物品編碼協(xié)會(EANInternational)和美國統(tǒng)一代碼委員會(UCC)聯(lián)合開發(fā)、共同采用的一種特定的條碼符號。它是一種連續(xù)型、非定長有含義的高密度代碼，用以表示生產(chǎn)日期、批號、數(shù)量、規(guī)格、保質(zhì)期、收貨地等更多的商品信息。另有一些碼制主要是適應(yīng)特殊需要的應(yīng)用方面，如庫德巴碼用于血庫、圖書館、包裹等的跟蹤管理，ITF25碼用于包裝、運輸和國際航空系統(tǒng)為機票進行順序編號，還有類似39碼的93碼，它的密度更高些，可代替39碼。圖2-9EAN條碼的編碼規(guī)則2.2.2二維條形碼

通常一維條形碼所能表示的字符集不過10個數(shù)字、26個英文字母及一些特殊字符，條碼字符集最大所能表示的字符個數(shù)為128個ASCII字符，信息量非常有限，為了提高一定面積上的條碼信息密度和信息量，在一維條形碼的基礎(chǔ)上又發(fā)展出了一種新的條形碼編碼形式—二維條形碼。常見的二維條形碼如圖2-10所示。

圖2-10常見的二維條形碼

二維條形碼是在二維空間水平和豎直方向存儲信息的條形碼。它的優(yōu)點是信息容量大、譯碼可靠性高、糾錯能力強、制作成本低、保密與防偽性能好。

從結(jié)構(gòu)上講，二維條形碼分為兩類：其中一類是由矩陣代碼和點代碼組成，其數(shù)據(jù)以二維空間的形態(tài)編碼；另一類是包含重疊的或多行條碼符號，其數(shù)據(jù)以成串的數(shù)據(jù)行顯示。以常用的二維條形碼PDF417碼為例，PDF是便攜式數(shù)據(jù)文件(PortableDataFile)的縮寫，簡稱為PDF417碼，可以表示字母、數(shù)字、ASCII字符與二進制數(shù)。該條碼可以表示1850個字符/數(shù)字、1108個字節(jié)的二進制數(shù)、2710個被壓縮的數(shù)字；重疊代碼中包含了行與行尾標(biāo)識符以及掃描軟件，可以從標(biāo)簽的不同部分獲得數(shù)據(jù)，只要所有的行都被掃到就可以組合成一個完整的數(shù)據(jù)輸入，所以這種條碼的數(shù)據(jù)可靠性很好。對PDF417碼而言，標(biāo)簽上污損或毀掉的部分高達50%?時，仍可以讀取全部數(shù)據(jù)內(nèi)容，因此具有很強的修正錯誤的能力。

PDF417碼是一種高密度、高信息含量的便攜式數(shù)據(jù)文件，其特點為：信息容量大、編碼應(yīng)用范圍廣、保密防偽性能好、譯碼可靠性高、條碼符號的形狀可變。美國的一些州、加拿大部分省份已經(jīng)在車輛年檢、行車證年審及駕駛證年審等方面，將PDF417碼選為機讀標(biāo)準。巴林、墨西哥、新西蘭等國家將其應(yīng)用于報關(guān)單、身份證、貨物實時跟蹤等方面。

矩陣代碼如Maxicode、DataMatrix、CodeOne、Vericode和DotCodeA，矩陣代碼標(biāo)簽可以做得很小，甚至可以做成硅晶片的標(biāo)簽，因此適用于小物件。

2009年12月10日，鐵道部對火車票進行了升級改版。新版火車票明顯的變化是車票下方的一維條形碼變成了二維條形碼，如圖2-11所示，火車票的防偽能力顯著增強。圖2-11一維條形碼與二維條形碼火車票的比較

2.3嵌?入?式?技?術(shù)

嵌入式計算機系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)與傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及軟件技術(shù)一起，并稱為物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)。“就如同20世紀80年代問世的PC機成為了20世紀90年代互聯(lián)網(wǎng)的根基一樣，嵌入式系統(tǒng)很可能成為今后物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵，因為‘物聯(lián)’的基礎(chǔ)就是嵌入式系統(tǒng)的運算?！?/p>

2.3.1嵌入式系統(tǒng)的概念

嚴格的嵌入式系統(tǒng)概念是：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。因此可以這樣理解上述三個面向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強的專用性，必須結(jié)合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。2.3.2嵌入式系統(tǒng)的組成

嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式處理器、存儲器、輸入/輸出(I/O)以及軟件(嵌入式操作系統(tǒng)及用戶的應(yīng)用程序)等四個部分組成，如圖2-12所示，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。圖2-12嵌入式系統(tǒng)的組成

1.嵌入式處理器

嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心，也是控制、輔助系統(tǒng)運行的硬件單元，范圍極其廣闊，從最初的４位處理器(目前仍在大規(guī)模應(yīng)用的8位單片機)到最新受到廣泛青睞的32位、64位嵌入式CPU。嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計的系統(tǒng)中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。嵌入式處理器可分為四類：嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP處理器、嵌入式片上系統(tǒng)。下面將分別進行介紹。

(1)嵌入式微處理器(MicroProcessorUnit，MPU)是由通用計算機中的CPU演變而來的。

嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)可以采用馮·諾依曼或哈佛體系結(jié)構(gòu)；指令系統(tǒng)可以選用精簡指令系統(tǒng)(ReducedInstructionSetComputer，RISC)和復(fù)雜指令系統(tǒng)CISC(ComplexInstructionSetComputer，CISC)。RISC計算機在通道中只包含最有用的指令，確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令，從而提高了執(zhí)行效率并使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單。嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數(shù)據(jù)總線寬度，或者集成了不同的外設(shè)和接口。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過1000多種，體系結(jié)構(gòu)有30多個系列，其中主流的體系有A