物联网体系结构及关键技术研究

物联网体系结构及关键技术研究内容摘要：

将日本建设成一个“ Anytime， Anywhere， Anything， Anyone”都可以上网的环境。 同年，韩国政府制定了 uKorea 战略，韩国信通部发布的《数字时代的人本主义：IT839 战略 》以具体呼应 uKorea。 2020 年 11 月 在突尼斯举行的信息社会世界峰会 (WSIS)上，国际电信联盟 (ITU)发布了《 ITU 互联网报告 2020：物联网》，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。 射频识别技术 (RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。 2020 年 11 月 IBM 提出“智慧的地球”概念，即“互联网 +物联网 =智慧地球”，以此做为经济振兴战略。 如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅 仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。 2020 年 6 月 欧盟委员会提出针对物联网行动方案，方案明确表示在技术层面将给予大量资金支持，在政府管理层面将提出与现有法规相适应的网络监管方案 2020 年 8 月 温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时明确指示要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，并且明确要求尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。 目前：经国家标准化管理委员会批准，全国信息技术标准化技术委员会组建了传感器网络标准工作组，标准工作组现聚集了 中国科学院、中国移动通信集团公司等国内传感网主要的技术研究和应用单位。 重庆邮电大学移通学院本科 毕业设计（论文） 3 二 、物联网的发展趋 全球通信网络在经历了几十年快速发展之后，已经可以基本满足人与人随时随地沟通的需要，而物与物、物与人的通信及上层应用这种物联网的基本发展需求正涌现出来。 随着物联网技术应用与产业发展的逐步深入，中国的物联网发展既具备了一些国际物联网发展的共性特征，也呈现出一些鲜明的中国特色和阶段特点。 一方面，以全国物联网领域的管理者、经营者、学者和其他相关人士提供政策研讨、形势分析、成就展示、学术争鸣、成果交流以及相互合作的平台，将 继续为我国物联网产业化发展和应用管理提供咨询和决策依据。 另一方面，当前我国物联网产业的主要客户仍是政府及事业单位，还没有演变成市场普遍消费模式。 随着，地方政府、中国物联网 (RFID、传感网、智能通讯 )产业各大联盟和国内外企业、机构的鼎力支助，关于民众的应用示范将会逐步扩大。 根据《 2020～ 2020 年中国物联网发展年度报告》， 2020 年中国物联网将在以下几个方面有所进步。 一是物联网将会出现一系列的标准竞争。 在今年，一些地方宣布建设智慧城市的标准，各有各得标准，物联网涵盖范围极广，在制定标准时，各个参与方对标 准的制定都有自己的想法，试图让参与方自己的想法能够主导上层标准的制定，并占取主动地位。 2020 年将会出现一些所谓的标准。 二是物联产业向西部扩展，目前我国物流网产业集群已初步形成环渤海、长三角、珠三角以及中西部地区等四大区域集聚发展的总体产业空间格局。 2020 下半年开始国内西部的陕西、兰州、四川、重庆也开始将物联网产业作为优先发展领域。 2020 年将会有更多的西部城市开始加入物联网之中。 三是民众的应用进一步扩大。 当前我国物联网产业的主要客户仍是政府及事业单位，还没有演变成市场普遍消费模式。 随着，地方政府、中 国物联网 (RFID、传感网、智能通讯 )产业各大联盟和国内外企业、机构的鼎力支助，关于民众的应用示范将会逐步扩大。 四是多层面的政策投入成为推动现阶段中国物联网产业发展的最强动力。 “智慧城市”建设是中国城市化推进到一定水平的必然产物，对目前刚刚起步的物联网产业重庆邮电大学移通学院本科 毕业设计（论文） 4 发展意义重大。 国家倡导发展物联网产业，借以实现经济转型和工业化与信息化的融合，各地政府纷纷响应，高度重视物联网产业。 中国已有 28 个省市将物联网作为新兴产业发展重点之一，不少一二线城市在建设或筹建物联网产业园。 可以预见， 2020年，物联网是国家及地方各级政 府推进信息化工作的重点，政策支持力度继续加大。 五是物联网产业链逐步形成，物联网应用领域逐渐明朗。 经过业界的共同努力，国内物联网产业链和产业体系逐渐形成，产业规模快速增长。 安防、交通和医疗三大领域，有望在物联网发展中率先受益，成为物联网产业市场容量大、增长最为显著的领域。 根据“十二五”规划， 2020 年我国物联网产业将在智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能家居等重点领域积极开展应用示范。 第二节 物联网系统简介 一、 物联网的定义 物联网是一个基于互联网、传统电信 网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。 它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服 务智能化 3 个重要 特征。 物联网 (Inter of Things)指的是 将无处 不在（ Ubiquitous）的末端设备（ Devices）和设施（ Facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等和“外在使能” (Enabled)的，如贴上 RFID 的各种资产（ Assets）、携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（ Mote），通过各种无线 /有线的长距离 /短距离通讯网络实现互联互通（ M2M)、应用大集成（ Grand Integration)、以及基于云计算的 SaaS 营运等模式，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的 Cockpit Dashboard)等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。 重庆邮电大学移通学院本科 毕业设计（论文） 5 总之物联网就是把所有的物品通过射频等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。 二、 物流系统的组成 虽然物联网的定义目前没有统一的说法，但物联网的技术体系 结构基本得到统一认识，分为感知层、网络层、应用层三个大层次。 如 图 ： 应用层 网络层 感知网 图 物联网体系基本结构图 【具体应用】 智能家居 智能交通 智能电网 智能物流 智能医疗 智能农业 工业监控 城市管理 环境检测 ?? 【数据分析处理】 云计算、数据挖掘 ?? 【 广域网通讯】 PSTN、 2G/3G移动网络、互联 网、广电网络、专网 ?? 【短距离无线网络】 红外、蓝牙、 WiFi、 Zigbee、其他无线 ?? 【数据采集、执行控制】 各类传感器、 RFID、条码、摄像头 ?? 动作执行部件 重庆邮电大学移通学院本科 毕业设计（论文） 6 ① 应用层 应用层完成物品信息的汇总、协同、共享、互通、分析、决策等功能，相当于物联网的控制层、决策层。 物联网的根本还是为人服务，应用层 完成物品与人的最终交互，前面两层将物品的信息大范围地收集起来，汇总在应用层进行统一分析、决策，用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之问的信息协同、共享、互通，提高信息的综合利用度，最大程度地为人类服务。 其具体的应用服务又回归到前面提到的各个行业应用，如智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等。 ② 网络层 网络层完成大范围的信息沟通，主要借助于已有的广域网通信系统 (如 PSTN网络、 2G/3G移动网络、互联网等 )，把感知层感知到的信息快速、可靠、安全地传送到地球的各个地方，使 物品能够进行远距离、大范围的通信，以实现在地球范围内的通信。 这相当于人借助火车、飞机等公众交通系统在地球范围内的交流。 当然，现有的公众网络是针对人的应用而设计的，当物联网大规模发展之后，能否完全满足物联网数据通信的要求还有待验证。 即便如此，在物联网的初期，借助已有公众网络进行广域网通信也是必然的选择，如同上世纪 90年代中期在 ADSL与小区宽带发展起来之前，用电话线进行拨号上网一样，它也发挥了巨大的作用，完成了其应有的阶段性历史任务。 ② 感知层 感知层是让物品说话的先决条件，主 要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、身份标识、位置信息、音频、视频数据等。 物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。 感知层又分为数据采集与执行、短距离无线通信 2个部分。 数据采集与执行主要是运用智能传感器技术、身份识别以及其他信息采集技术，对物品进行基础信息采集，同时接收上层网络送来的控制信息，完成相应执行动作。 这相当于给物品赋予了嘴巴、耳朵和手，既能向网络表达自己的各种信息，又能接收网络的控制命令，完成相应动作。 短距离无线通信能完成小范围内的多个物品 的信息集中与互通功能，相当于物品的脚。 重庆邮电大学移通学院本科 毕业设计（论文） 7 第二章 物联网体系结构 第一节 物联网已有的体系结构 人类社会在相当长时间内将面临两大难题 :其一是能源短缺和环境污染。 其二是人口老龄化和慢性病增加 ,物联网首要的应用在于能耗控制和医疗护理。 人类社会目前遇到的问题是 :恐怖活动和信任危机 ,物联网目前急需的应用在于安防监控、物品身份鉴别。 另外 ,物联网在智能交通、仓储物流、工业控制等方面都有较大的应用价值。 已经公开的物联网的应用实例基本上围绕这些应用领域。 在公开发表物联网应用系统的同时 ,很多研究人员也发表了 若干个物联网的体系结构 ,例如物品万维网的 (Web of Things,WoT)体系结。