1、DAMA China 國際數據管理學會中國分會 模型與架構學組 主任江蘇省智慧城市促進會 副會長江蘇省智能建筑學組 委員江蘇省信息中心 研究員南京師范大學泰州學院教授（客座）田景熙物聯網基本概念物網教學面臨的矛盾與需求物聯網概論（簡稱概論）的教學設計概論的教學內容概論教學的難點交流2010年溫家寶總理在第十一屆人大第三次會議上所作的政府工作報告中對物聯網的定義： 物聯網是指通過信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。它是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡。感知層感知層 主要功能是實現物體的感知、識別、監測、數

2、據或數據變化采集，以及反應與控制等。主要由遍布各種建筑、樓宇、街道、公路橋梁、車輛、地表和管網中的各類傳感器、二維條形碼、RFID標簽和RFID識讀器、攝像頭、GPS、M2M（Machine to Machine）設備及各種嵌入式終端等組成的傳感器網絡。它是物聯網的基礎。接入層接入層 由各類有線與無線節點、固定與移動網關組成各種通信網絡與互聯網的融合體。可用網絡包括互聯網、廣電網絡、通信網絡等。但由感知層采集的大量數據接入，并實現M2M應用的大規模數據傳輸時，仍需解決新業務模式對系統容量、服務質量的特別要求。處理層（中間件層）處理層（中間件層） 對應圖中中間件層，由目錄服務、管理U-Web服務

3、、建模與管理層、內容管理、空間信息管理等組成，實現對應用層的支持。該層的發展是物聯網管理中心、資源中心、云計算平臺、專家系統等對海量信息的智能處理。應用層應用層 將物聯網技術與各類行業應用相結合，實現無所不在的智能化應用，如物流、安全監測、農業、災害、危機管理、軍事、醫療護理等。 物聯網屬信息化信息化領域 信息化： “信息、信息技術、與信息相關的基礎設施”-信息改變了美國驅動國家轉型的力量錢德勒 概論內容應涵蓋這三領域感知密集、交互密集、集成密集與控制密集的應用領域-如智慧城市建設領域 概論應從應用出發，反映其技術特征、應用行業各領域知識點。集中在底層：集中在底層：物聯網的涉及的五個關鍵技術物

4、聯網的涉及的五個關鍵技術射射 頻頻 識識 別別 技技 術術無無 線線 傳傳 感感 網網 技技 術術嵌嵌 入入 式式 技技 術術納納 米米 與與 微微 機機 電電 技技 術術分分 布布 式式 管管 理理 技技 術術一、一、RFID技術技術-利用射頻信號及其空間耦合和傳輸特性進行的非接觸雙向通信，實現對靜止或移動物體的自動識別，并進行數據交換的一種識別技術。 射頻識別系統包括射頻標簽和識讀器兩部分。射頻標簽懸掛或安裝在產品或物體上，由射頻識讀器讀取存儲于標簽中的數據。具有識讀距離遠（相對于條形碼）、識讀速度快、不受環境限制、可讀寫性好、可同時識讀多個物品等優點。 二、無線傳感網二、無線傳感網（Wi

5、reless Sensor Network, WSN) 通過傳感器和無線網絡的結合，可自動感知、采集和處理其覆蓋區域中被感知對象的各種變化的數據，讓遠端的觀察者通過這些數據判斷對象的運行狀況或相關環境發生的變化，以決定是否采取相應行動，或由系統按相關模型的設定自動進行調整或響應等。隨著傳感器價格下降，以及產品附加值的提升，各種新興應用不斷被創造出來，其中又以消費性產品市場最被看好。三、嵌入式技術（三、嵌入式技術（Embedded Intelligence） 將硬件和軟件結合、組成嵌入式系統的技術。嵌入系統是將微系統嵌入到受控器件內部，為實現特定應用的專用計算機系統。 嵌入式技術廣泛應用于工業控

6、制、交通管理、智能建筑、信息家電等諸多領域。四、納米與微機電技術（四、納米與微機電技術（Nanotechnology and Micro Electro Mechanical Systems）為讓各種對象都具備聯網及數據處理能力，芯片微型化和精準度的重要性與日俱增。在微型化上，利用納米技術開發出更細微的機器組件，或創造出新結構與材料，以應對各種惡劣的應用環境；在精準度方面，微電技術已有突破性進展，在接收自然界的聲、光、震動、溫度等模擬信號后轉換為數字信號，再傳遞給控制器響應的一連串處理的精準度上提升了許多。 五、分布式信息管理技術五、分布式信息管理技術 在物物相聯的環境中，每個傳感節點都是數據

7、源和處理點，都有數據庫存取、識別、處理、通訊和響應等作業，需要用分布式信息管理技術來操縱這些節點。分布式管理系統需要解決的問題分布式管理系統需要解決的問題組織上分散而數據需要相互聯系組織上分散而數據需要相互聯系系統單元的自動擴充系統單元的自動擴充均衡負載的需求均衡負載的需求系統中數據庫的自動結合系統中數據庫的自動結合系統高可靠性與可用性的保證系統高可靠性與可用性的保證 從分布式信息管理系統的發展上看，總體需求應滿足物聯網的：智能空間的有效運用（effective use of smart spaces）、不可見性（invisibility）、本地化可伸縮性（localized scalabil

8、ity）和屏蔽非均衡條件（masking uneven conditioning）。通過將計算基礎結構嵌入到各種固定與移動物體對象中，一個智能空間（Smart Space）將兩個世界（指移動和固定空間）中的信息聯系在一起。輿論炒作和應用遲滯的矛盾局部供給規模化與社會需求碎片化的矛盾技術供給分散化與需求一體化的矛盾法治、技術、安全與管理等的不配套性與不確定性的矛盾人-機對話與物-物對話間的矛盾標準化建設滯后的矛盾高效率與安全性的矛盾輿論炒作過熱化和應用普及遲滯化的矛盾物聯網與互聯網興起的時代差異領跑國家狀態的差異領跑企業群體的差異建設內容的差異核心應用的差異，等等局部供給規模化（如RFID、WS

9、N等）與社會需求碎片化的矛盾對比互聯網：應用已深入國計民生的各個層面國計-缺少如電子政務“十三金工程”一類宏觀應用的驅動；（金卡、金橋、金關、金盾、金質、金水、金宏、金智、金稅、金農、金土）民生-缺少如B2B、B2C、C2C、G2B等電子商務全局性的市場需求與拉動。物聯網：各領域都在尋求拉動全局、覆蓋國計民生各領域的應用。這給課程設置帶來了方向性的難度。技術供給分散化與需求一體化的矛盾生產-缺乏能整合上下游供應廠商的產品總成應用-缺乏能整合某個領域的整體集成解決方案生態-未建立起生產、營銷、服務一體化的產業生態鏈如：產業生態 典型如 iPhone：從最上游的產品設計、生產、包裝、營銷造勢，下流

10、大批中小型軟件開發商，以及最末端數以億計的“果粉”，形成一條完整的產業生態鏈，全面創造并引領公眾需求，循環往復 這也給概論的內容設計帶來困難。4. 法治、技術、標準、安全管理等的不配套性與不確定性的矛盾如芯片“沉默權”與“啟用權”等，就是法治、技術、標準與安全的融合體。（歐洲 行動3：“芯片沉默” 歐盟委員會曾開展有關“芯片沉默權利”技術和法律層面的辯論，涉及不同用戶在使用不同名字表達個人想法時，可隨時斷開其網絡。- 2009年6月，歐盟在比利時首都布魯塞爾向歐洲議會、歐洲理事會、歐洲經濟與社會委員會和地區委員會提交了物聯網歐洲行動計劃）。滅活權-許多芯片應用時均需按規定預設“滅活編碼” 如某

11、公司按歐洲標準生產的傳感器芯片：ALN-9640 (Higgs3) / ALN-9740 (Higgs4) Squiggle Inlay支持協議：EPC Class 1 Gen 2, ISO18000-6C-芯片：Higgs-3全球操作頻率為 840 到 960 MHz EPC碼:96 Bits, 可擴展到480 Bits用戶內存: 512 Bits唯一標識編碼: 64-bit訪問編碼: 32-bit滅活編碼滅活編碼: 32-bit 沉默權、啟用權、滅活權等目前仍在探討中，管理亦有難處。物-物對話構成新問題：在傳感層中，如M2M為機器間直接對話，交互與操控，使用的不是ASCII碼，如EPC代碼

12、等機讀標識與指令，其結果也非向人們呈現的。 這對物聯網信息資源體系提出挑戰。傳感網層中的信息變化，也傳導到上三層傳信息資源體系中。信息資源“金字塔”模型中：三層資源間存在著相對性與轉換性；相對性與轉換性加劇了物聯網系統資源建設、加工與維護的困難與復雜性；底層傳感網的資源，與頂層應用中的形態與功能有極大區別。物聯網的理想資源環境：三層資源規范、有序，不同行業與領域間橫向融合；三層資源縱向整合，形成統一的資源“金字塔”；各層資源標準化建設的大課題。標準- 涉及信息技術、信息基礎設施、信息內容領域；1、技術領域RFID-標簽信息，“感知”記錄，由無線數據網發至后臺，實現對象識別。如EPC體系，現GS

13、1在力推全球標準。傳感器-“感知”前端：獲取并處理和變換信息。標準涉及傳感器、信息處理和識別的設計、開發、制造、測試、應用等對象和領域。無線網無線網-物品間與人和物間的交流。“感知”的擴散，數據傳輸網絡。包括各種遠近距離無線連接的語音和數據網絡技術。人工智能人工智能-系統模擬人的思維過程和智能行為（如學習、推理、思考、規劃等）的技術。對“感知”內容分析，自動處理。云計算云計算-實現對海量“感知”數據的存儲、計算。 國內技術標準進展各國目前都在制定該領域的標準。09年，我國信息標準化委員會傳感器網絡標準工作組成立了PG1(國際標準化)、PG2(標準體系與系統架構)、PG3(通信與信息交互)、PG

14、4(協同信息處理)、PG5(標識)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(電力行業應用調研)等8個專項組，開展具體的國家標準的制定工作。 但：硬件、軟件、資源與管理等方面的標準仍處理落后狀態。在國際、國家和企業等層面上，新的和傳統的信息標準均不能滿足物聯網的發展需求。實例：大量傳統信息內容標準落后，仍是“手工+主機”計劃經濟時代的產物，無法滿足物聯網“感知中國”的應用。典型如：GB 2260 中華人民共和國行政區劃代碼-給物聯網在城市應用帶來困難； （省/市） （市） （縣/區） 感知規模問題感知規模問題：如：智慧城市建設-大型、特大型城市不斷出現并持續擴張，區/縣規模早已超出一座中小型城市

15、。傳統標準能滿足城市精準管理？ 感知層級問題感知層級問題：街道、社區、居民樓、住戶？ 感知物件感知物件/對象問題對象問題：現代城市地下/地表/空間物件大量出現。如何區別每種對象？分析：信息資源標準2009年2月，IBM提出“智慧地球”概念，其應用涉及電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等的自動監測與管理。2010年4月，工信部前部長李毅中指出：要警惕IBM陷阱。他指出：通過傳感網和互聯網的應用，“智慧地球”雖可極大地提高效率，但美國試圖利用其信息網絡技術，控制各國的經濟。所以，我國發展戰略性新興產業時，必須提高警惕，不能受制于人。智慧城市的任何應用，均涉及國民經濟與社會

16、發展各領域的基礎，國家戰略設施，與國家安全休戚相關。上述問題與矛盾，是物聯網發展遲滯的部分原因，市場的切入與突破，是又一根本原因。Mark Weiser（1952-1999）的偉大構想）的偉大構想 計算機將最終“消失”，演變為在我們沒有意識到其存在時，就已透明地融入人們的生活中的境地。 “這些最具深奧含義的技術將隱形消失，變成寧靜技術，潛移默化地無縫融合到人們的生活中，直到無法分辨為止”。-計算機等智能設備的“普物化”，是信息化發展的大方向。強調把計算嵌入到環境或日常工具中，讓其從人們的視線中消失，讓人們注意的中心回歸到要完成的任務本身Weiser的思想在90年代后期開始在國際上得到廣泛關注和

17、接受，目前已成一個極具活力和影響力的研究領域。35yearlog (people per computer)streaming informationto/from physical worldNumber CrunchingData Storage productivityinteractiveMainframeMinicomputerWorkstationPCLaptopPDA按其設備的主導形態分為四個階段按其設備的主導形態分為四個階段主機、大型機的聯網，其體積龐大，運行條件苛刻，主機、大型機的聯網，其體積龐大，運行條件苛刻，專業人員操作且人機界面友好性差專業人員操作且人機界面友好性差臺式

18、機、筆記本的聯網，普通人經過培訓即可操作臺式機、筆記本的聯網，普通人經過培訓即可操作嵌入式智能物件等與日常生活密切相關設備的互感、嵌入式智能物件等與日常生活密切相關設備的互感、互聯、互通。互聯、互通。以手機為代表的各類移動設備的互聯，無需培訓即可以手機為代表的各類移動設備的互聯，無需培訓即可操作，界面簡單友好。操作，界面簡單友好。根據中國物聯網發展十二五規劃，突出如下特點：1）迅速發展的產業： RFID 產業市場規模超過100億元。 全國1600多家單位從事傳感器研制、生產和應用，年產量達24億只，市場規模超過900億，其中, 微機電系統（MEMS）的市場規模超過150億元；通信設備制造業具有

19、較強的國際競爭力。M2M終端數量接近1000萬，為全球最大的M2M市場之一。 據不完全統計，我國2010年物聯網市場規模接近2000億元。物聯網在安防、電力、交通、物流、醫療、環保等領域已得到應用，模式正日趨成熟。安防領域，視頻監控、周界防入侵等應用已取得良好效果；電力行業，遠程抄表、輸變電監測等應用正在逐步拓展；交通領域，路網監測、車輛管理和調度等應用正在發揮積極作用；物流領域，物品倉儲、運輸、監測應用廣泛推廣；醫療領域，個人健康監護、遠程醫療等應用日趨成熟。物聯網在環境監測、市政設施監控、樓宇節能、食品藥品溯源等方面也開展了廣泛的應用。美國將其上升為國家創新戰略的重點之一；歐盟制定了促進其

20、發展的14點行動計劃；日本 U-Japan計劃將其作為四項重點戰略領域之一；韓國的 IT839戰略將其作為三大基礎建設重點之一。發達國家一方面加大力度發展傳感器節點核心芯片、嵌入式操作系統、智能計算等核心技術，另一方面加快標準制定和產業化進程，謀求在未來物聯網的大規模發展及國際競爭中占據有利位置。創新驅動日益明顯。物聯網是我國新一代信息技術自主創新突破的重點方向，蘊含著巨大的創新空間，在芯片、傳感器、近距離傳輸、海量數據處理以及綜合集成、應用等領域，創新活動日趨活躍，創新要素不斷積聚。物聯網在各行各業的應用不斷深化，將催生大量的新技術、新產品、新應用、新模式。 2015年，我國要在核心技術研發

21、與產業化、關鍵標準研究與制定、產業鏈條建立與完善、重大應用示范與推廣等方面取得顯著成效，形成創新驅動、應用牽引、協同發展、安全可控的物聯網發展格局。技術創新能力顯著增強。攻克一批物聯網核心關鍵技術，在感知、傳輸、處理、應用等技術領域取得500項以上重要研究成果；研究制定200項以上國家和行業標準；推動建設一批示范企業、重點實驗室、工程中心等創新載體，為形成持續創新能力奠定基礎。完成產業體系構建。形成較為完善的物聯網產業鏈，培育和發展10個產業聚集區，100家以上骨干企業，一批“專、精、特、新”的中小企業，建設一批覆蓋面廣、支撐力強的公共服務平臺，初步形成門類齊全、布局合理、結構優化的物聯網產業

22、體系。應用規模與水平顯著提升。在經濟和社會發展領域廣泛應用，在重點行業和重點領域應用水平明顯提高，形成較為成熟的、可持續發展的運營模式，在9個重點領域完成一批應用示范工程，力爭實現規模化應用。 1. 感知。傳感器/節點/網關、RFID、二維條碼等領域，以及相關儀器儀表、嵌入式系統等，微納器件、數據表示（標識、記錄、轉換）等。2. 通信。近中距離無線通信技術，M2M，高帶寬、大容量、高速有線/無線通信網絡設備與標準等。3. 應用。結合感知技術與海量數據存儲、處理與決策等環境構建應用，融合各應用領域中操作系統、數據存儲、中間件、應用軟件、嵌入式軟件、系統集成等開發與集成。公共技術平臺：針對上述應用

23、，介紹相關公共應用領域的技術平臺，整合相關技術資源，以及面向軟件、硬件、系統集成等方面的內容架構。應用領域平臺：針對前述應用的技術、解決方案、最新成果等內容。信息服務平臺：物聯網領域的對象編碼、EPC體系、記錄與表達格式等信息資源組織格式。 智能工業：生產過程控制、生產環境監測、制造供應鏈跟蹤、產品全生命周期監測，促進安全生產和節能減排。智能農業：農業資源利用、農業生產精細化管理、生產養殖環境監控、農產品質量安全管理與產品溯源。智能物流：建設庫存監控、配送管理、安全追溯等現代流通應用系統，建設跨區域、行業、部門的物流公共服務平臺，實現電子商務與物流配送一體化管理。智能交通：交通狀態感知與交換、

24、交通誘導與智能化管控、車輛定位與調度、車輛遠程監測與服務、車路協同控制，建設開放的綜合智能交通平臺。智能電網：電力設施監測、智能變電站、配網自動化、智能用電、智能調度、遠程抄表，建設安全、穩定、可靠的智能電力網絡。 智能環保：污染源監控、水質監測、空氣監測、生態監測，建立智能環保信息采集網絡和信息平臺。智能安防：社會治安監控、危化品運輸監控、食品安全監控，重要橋梁、建筑、軌道交通、水利設施、市政管網等基礎設施安全監測、預警和應急聯動。智能醫療：藥品流通和醫院管理，以人體生理和醫學參數采集及分析為切入點面向家庭和社區開展遠程醫療服務。智能家居：家庭網絡、家庭安防、家電智能控制、能源智能計量、節能

25、低碳、遠程教育等。值得關注的集成性應用-智慧城市建設 功能體系功能體系 系統體系系統體系 技術體系技術體系 信息體系信息體系 標準體系標準體系 指標體系指標體系 物聯網交叉學科，涉及電子、計算機、測控、通信、信息系統等多領域專業知識 。 相關專業培養的人才，要掌握傳感器、微處理器、嵌入式技術和相應的軟件技術，無線通訊、高頻設計、低功耗、無線傳感網絡以及3G無線網絡設計等技術。概論從通識角度給予介紹。各類基本概念、基本標準與基本協議：各類基本概念、基本標準與基本協議：物聯網應該強調全面感知及其能力，應該是對物聯網應該強調全面感知及其能力，應該是對物的物的動態、連續、實時、在線的自動化的、智動態、

26、連續、實時、在線的自動化的、智能化的全面感知，能化的全面感知，而不僅僅如而不僅僅如RFID和二維碼等和二維碼等靜態、離線、非實時的局部感知。靜態、離線、非實時的局部感知。 感知與控制感知與控制(反饋反饋)是一個閉環，感知是因，是一個閉環，感知是因，控制是果。感知與控制控制是果。感知與控制(反饋反饋)是物聯網區別于是物聯網區別于互聯網的重要特征。互聯網的重要特征。 更透徹的感知更透徹的感知（傳感與感知）（傳感與感知） 更廣泛的互聯互通更廣泛的互聯互通（互聯網與物聯網）（互聯網與物聯網） 更深入的智能化更深入的智能化（控制與反饋）（控制與反饋）強化基礎知識、基本模式（特別是商業模式）、啟發思考與探

27、索求解 -技術創新、模式創新、架構創新、商業模式創新途徑 -面向公眾性、普適性、基礎性、整合性的服務聚合點-面向國計民生，“感知中國”是物聯網應用突破的途徑，也是物聯網教學突破的途徑。物聯網信息資源架構-重點：EPC標識體系了解了解EPC標準和全球統一標識系統標準和全球統一標識系統掌握掌握EPC標準體系標準體系 了解了解EPC編碼策略和設計思想編碼策略和設計思想 掌握掌握EPC編碼轉換方法編碼轉換方法 EPCEPC的產生環境的產生環境物品的海量數據體系物品的海量數據體系物品流通的需求物品流通的需求物品的有效識別和管理物品的有效識別和管理EPCEPC應運而生！應運而生！2.1.2 EPC2.1.

28、2 EPC的定義與特性的定義與特性EPCEPC的主要特性的主要特性 與傳統條形碼相比，與傳統條形碼相比，EPCEPC特有的優點特有的優點EPCEPC可以實現商品的可以實現商品的“一物一碼一物一碼”EPCEPC比通常商品條形碼及一般條形碼信息量大比通常商品條形碼及一般條形碼信息量大EPCEPC既可讀又可寫既可讀又可寫EPCEPC可以實現非接觸式讀寫可以實現非接觸式讀寫EPCEPC可以識別高速運動的物體并同時識別多個物體可以識別高速運動的物體并同時識別多個物體EPCEPC抗污染、抗干擾能力強、保密性能好抗污染、抗干擾能力強、保密性能好EPCEPC體系體系EPC EPC 物理對象交換物理對象交換EP

29、C EPC 基礎設施基礎設施EPC EPC 數據交換數據交換EPCEPC編碼類型編碼類型 EPC是新一代的與EAN/UPC碼兼容的編碼標準通用標識符GID（General Identifier，GID）全球貿易貨物代碼GTIN（Global Trade Item Number，GTIN）序列全球貿易貨物代碼SGTIN（Serialized Global Trade Item Number，SGTIN）序列海運集裝箱編碼SSCC（Serial Shipping Container code，SSCC）統一資源標識符URI（Uniform Resource Identifier，URI）全球位置碼

30、GLN（Global Location Number，GLN）序列全球位置碼SGLN（Serialized Global Location Number，SGLN）全球可回收資產標識符GRAI（Global Returnable Asset Identifier，GRAI）全球個體資產標識符GIAI（Global Individual Asset Identifier，GIAI）為不同場合下的實體提供標識2.2.2 EPC2.2.2 EPC編碼體系編碼體系EPC編碼信息的識讀編碼信息的識讀 EPC標簽用于代碼記錄，經識讀后使用。這需要解決記錄內容、資源定位和信息描述三個問題。EPCEPC編碼與

31、編碼與RFIDRFID載體載體（1 1）EPCEPC容量、容量、URIURI、ONSONS與與PMLPML 互聯網中信息參考就是統一資源標識符（URI），這些標識符能被域名服務（DNS）翻譯成相應的IP地址，就是網絡信息的地址。因此，通過AUTO-ID中心提供的對象名稱解析服務（ONS），可直接將識讀的EPC代碼翻譯成IP地址。IP地址標識的后臺就儲存了相關的產品信息，然后由IP地址標識的主機就可向前端應用發送其存儲的產品相關信息。EPC-RFID系統的特點：系統的特點：非接觸識別非接觸識別可以識別快速移動的物體可以識別快速移動的物體可以同時識別多個物體可以同時識別多個物體 EPC射頻識別系統

32、為數據采集最大限度的降低了人工干預，實現了完全自動化，是“物聯網”形成的重要環節。 RFIDRFID標簽標簽RFIDRFID識讀器識讀器EPCEPC中間件中間件EPCEPC代碼代碼射頻識別射頻識別無線感應無線感應EPCEPC射頻識別系統射頻識別系統EPCEPC射頻識別系統是實現射頻識別系統是實現EPCEPC代碼自動采集的功能模塊代碼自動采集的功能模塊 EPCEPC標簽標簽 EPCEPC標簽是產品電子代碼的信息載體，主要由天線和芯標簽是產品電子代碼的信息載體，主要由天線和芯片組成。標簽中存儲信息代碼，目前以片組成。標簽中存儲信息代碼，目前以9696位為主。為降低位為主。為降低成本，成本，EPCE

33、PC標簽通常是被動式射頻標簽。標簽通常是被動式射頻標簽。識讀器識讀器 用來識別用來識別EPCEPC標簽的裝置，與信息系統相連實現數據的標簽的裝置，與信息系統相連實現數據的交換。近距離讀取被動標簽最常用的方法是電感耦合方式。交換。近距離讀取被動標簽最常用的方法是電感耦合方式。當靠近時，識讀器天線與標簽天線之間形成磁場，標簽就當靠近時，識讀器天線與標簽天線之間形成磁場，標簽就利用該磁場發送電磁波給識讀器，返回的電磁波被轉換為利用該磁場發送電磁波給識讀器，返回的電磁波被轉換為數據信息，即標簽中的數據信息，即標簽中的EPCEPC代碼。代碼。 EPCEPC信息網絡系統信息網絡系統(EPCIS)(EPCI

34、S)的組成的組成EPCEPC中間件中間件 對象名稱解析服務（對象名稱解析服務（ONSONS） 可擴展標記語言可擴展標記語言(XML) (XML) EPCEPC信息服務（信息服務（EPCISEPCIS）EPCEPC中間件中間件 EPC中間件是加工和處理來自識讀器的所有信息和事件流的軟件，是連接識讀器和企業所用程序的紐帶，主要任務是在將數據送往應用程序前進行標簽數據校對、識讀器協調、數據傳送、數據存儲和任務管理等。 對象名稱解析服務（對象名稱解析服務（ONSONS） ONS是一個自動網絡服務系統，類于域名解析服務(DNS)，ONS給EPC中間件指明了存儲產品信息的服務器。 可擴展標記語言可擴展標記

35、語言(XML)(XML) XML（Extensible Markup Language）即可擴展標記語言是跨平臺的一種簡單的數據存儲語言，使用一系列簡單的標記描述數據，已成為數據交換的公共語言。EPC系統使用XML的目標是為物理實體的遠程監控和環境監控提供一種簡單、通用的描述語言。在EPC系統中，XML用于描述產品、過程和環境信息，供工業和商業中的軟件開發、數據存儲和分析之用。它提供一種動態環境，使與物體相關的靜態的、暫時的、動態的和統計加工的數據均可互相交換。 EPCEPC信息服務（信息服務（EPCISEPCIS） EPCIS是EPC系統的重要部分，利用標準的采集和共享信息方式，為EPC數據

36、提供標準接口，供各行業和組織靈活應用。EPCIS構架在互聯網基礎上，支持商業多種應用。EPCIS針對中間件傳遞的數據進行EPCIS標準轉換，通過認證或授權等安全方式與企業內的其他系統或外部系統進行數據交換，符合權限的請求方也可通過ONS定位向目標EPCIS進行查詢。所以，能否構建真正開放的EPC網絡，實現各廠商的EPC系統的互聯互通， EPCIS起決定性作用。EPCEPC系統的組成系統的組成 一個完整的EPC系統是由EPC標簽、識讀器、EPC中間件、互聯網、ONS服務器、EPCIS服務器以及眾多數據庫組成的。 EPC系統工作流程示意圖商品物聯網系統的重要特點商品物聯網系統的重要特點一切均通過自

37、動傳感識別實現網絡運行一切均通過自動傳感識別實現網絡運行 各應用間可無縫鏈接各應用間可無縫鏈接 可以在靜態與移動環境下運行可以在靜態與移動環境下運行 精簡了前端精簡了前端EPCEPC數據量，總成本較低數據量，總成本較低 采納眾多管理實體的標準采納眾多管理實體的標準（一）唯一性（一）唯一性 EPC提供一個實體對象的以一個全球唯一標識，為確保唯一標識的實現，EPCglobal采取了以下措施：足夠的編碼容量足夠的編碼容量組織保證組織保證 使用周期永久使用周期永久（二）簡單性（二）簡單性 EPC的編碼既簡單又能同時提供實體對象的唯一標識。以往的編碼方案，很少能被全球各國各行業廣泛采用，原因之一是編碼復

38、雜導致不適用。（三）可擴展性（三）可擴展性 EPC編碼留有備用空間，具有可擴展性。EPC地址空間是可發展的，具有足夠的冗余，確保了EPC系統的升級和可持續發展。（四）保密性與安全性（四）保密性與安全性 EPC編碼與安全和加密技術相結合，具有高度的保密性和安全性。 目前，EPC代碼有64位（bit）、96位（bit）等結構。為了保證所有物品都有一個EPC代碼并使其標簽載體的成本盡可能降低，建議采用96位，如此容量可以為2.68億個公司提供唯一標識，每個生產廠商可以有1600萬個對象種類，并且每個對象種類可以有680億個序列號，這對未來世界所有產品已經夠用了。 EPC 通過計算機網絡來標識和訪問單

39、個物體，就如同在互聯網中使用IP地址來標識、組織和通信一樣。其設計策略主要從以下幾方面考慮：唯一標識唯一標識 生產商和產品生產商和產品 集裝箱集裝箱分類分類組合裝置組合裝置嵌入信息嵌入信息媒介媒介可擴展性可擴展性人機交互人機交互簡單性簡單性標頭標頭參考信息參考信息數據傳輸機制數據傳輸機制（1 1）唯一標識（）唯一標識（Unique IdentificationUnique Identification） EPC提供對物理對象的唯一標識。首先，必須有足夠的EPC編碼容量來滿足過去、現在和將來對物品標識的需要；其次，必須保證EPC編碼分配的唯一性并解決編碼沖突的方法。這就產生了由多個管理者（各國的

40、編碼組織）分別管理EPC空間的一部分。 （2 2）生產商和產品（）生產商和產品（Manufactures and ProductsManufactures and Products） UCC擁有約100萬個會員，目前世界上的公司估計超過2500萬家。接下來的10年該數目有望達3900萬家。這顯然需要建立一套標準的與這些預見一致的編碼系統。（3 3）集裝箱（）集裝箱（ContainersContainers） 物流管理中，貨品、集裝箱和托盤都要按不同的編碼結構進行編碼，例如SSCC。在EPC結構中，企業可以沿襲原有的SSCC，將其轉換為相應格式的 EPC編碼-SSCC-96。容器內的貨品記錄和貨

41、運數據存儲在計算機網絡中并自動與容器建立聯系。 進一步，運輸集裝箱的卡車、貨車車廂、船舶或倉庫等也可使用相應的EPC編碼。 （4 4）組合裝置（）組合裝置（AssemblesAssembles，Aggregates and CollectionsAggregates and Collections） EPC除標識單個對象，還可以標識組合裝置等AUTO-ID中心建議用EPC標識裝配件和組合裝置及單個貨品。這樣，就可以采用描述貨運數據的方式來描述組合裝置。傳統上，組合裝置是復雜的，連接著很多元器件的對象。實際上，集裝箱和組合裝置兩者之間沒有實質差別。無論哪種情況，集裝箱和組合裝置的結構都有如上圖所

42、描繪的層級。 （5 5）嵌入信息（）嵌入信息（Embedded InformationEmbedded Information） 通用商品條形碼中并無商品特性數據，而長碼，如UCC/EAN-128應用標識符(AI)的結構中就可包含產品特征數據，如重量、尺寸、有效期、批次等。 AUTO-ID中心建議消除或者最小化EPC中嵌入的信息量，盡量使用計算機網絡和應用信息資源庫來存放數據。（6 6）分類）分類( Categorization) ( Categorization) 對相同特征的對象進行分類或分組是智能系統的基本功能之一，也是減少數據復雜性的主要方法。但是有效的分類往往存在許多困難，因為它與具

43、體應用密切相關。 例如：一罐顏料對于制造商是庫存資產；對運輸商可能是“可堆疊的容器”；而對于回收商是有毒廢品。 （7 7）參考信息）參考信息(Information Reference)(Information Reference) EPC的首要作用是作為網絡信息索引，即其應是網上相關信息的“指針”。AUTO-ID中心提供的對象名稱解析服務（ONS）直接將EPC代碼翻譯成IP地址，其標識的后臺就儲存相關產品信息，再IP地址主機向具體應用發送相關的產品信息。ONS本質上相當于EPC編碼和網絡信息間的“膠水”，故編碼結構應能促進主機地址查詢。GTIN向向EPC的轉換的轉換 SGTIN-96編碼步驟

44、編碼步驟 SGTN-96編碼實例編碼實例 其他的其他的EPC編碼編碼 GTIN體系的條碼成歷史上最成功的標準之一。因此，全球用戶都希望將EAN/UCC識別體系整合到新的EPC體系中，從而推進物聯網技術更快應用到使用統條碼的各行各業中來。 GTIN體系結構中制造商編碼與產品編碼部分將以EPC管理者編碼和EPC對象分類編碼的形式保留在EPC產品電子代碼里。但條碼掃描必需的校驗值屬性將從數據結構中刪除。物聯網基礎技術3.1 傳感器技術傳感器技術 3.2 MEMS技術技術 3.3 無線傳感器網絡無線傳感器網絡 3.4 無線網絡技術無線網絡技術 3.5 自動識別技術自動識別技術 3.6 條形碼技術條形碼

45、技術 3.7 定位技術定位技術 傳感器的定義 傳感器的分類 傳感器的應用 傳感器 -能感知外界信息并能按一定規律將這些信息轉換成可用信號的裝置。 它由敏感元器件（感知元件）和轉換器件兩部分組成，有的半導體敏感元器件可以直接輸出電信號，本身就構成傳感器。 物理類物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。化學類，化學類，基于化學反應的原理。生物類生物類，基于酶、抗體和激素等分子識別功能。 根據傳感器工作原理根據傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器二大類 。物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致伸縮現象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號。化

46、學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象為因果關系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉換成電信號。 按照用途按照用途，傳感器可分為：壓敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、輻射傳感器、熱敏傳感器等。 按照原理按照原理，傳感器可分為：振動傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。 按輸出信號可將傳感器分為以下按輸出信號可將傳感器分為以下4類類：模擬傳感器將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。數字傳感器將被測量的非電學量轉換成數字輸出信號（包括直接和間接轉換）。膺數字傳感器將被測量的信號量轉換成頻率信號或短周期信號的輸出（包括

47、直接或間接轉換）。開關傳感器當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。 MEMSMEMS的基本概念的基本概念 MEMSMEMS技術的特點技術的特點 MEMSMEMS的分類的分類 MEMSMEMS的發展前景的發展前景 MEMS（Micro Electromechanical System，微機電系統）是指集微型傳感器、執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統。這種微電子機械系統不僅能采集、處理與發送信息或指令，還能按照所獲取的信息自主地或根據外部的指令采取行動 。微型化以硅為主要材料能耗低、靈敏度和工作效率高可批量生產集成

48、化學科上的交叉綜合；應用上的高度廣泛MEMS技術的發展開辟了一個全新的技術領域和產業，采用MEMS技術制作的微傳感器、微執行器、微型構件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。無線傳感器網絡概述 無線傳感器網絡的應用領域 智能傳感器將計算能力嵌入到傳感器中，使得傳感器節點不僅具有數據采集能力，而且具有信息處理能力。無線智能傳感器在智能傳感器的基礎上增加了無線通信能力，延長了傳感器的感知觸角，降低了傳感器的工程實施成本。無線傳感器網絡將網絡技術引入到無線智能傳感器中，使得傳感器不再是單個

49、的感知單元，而是能夠交換信息、協調控制的有機體，實現物與物的互聯，把感知觸角深入世界各個角落，成為下一代互聯網及物聯網的重要組成部分。 無線傳感器網絡是一種全新的信息獲取平臺，能夠實時監測和采集網絡分布區域內的各種檢測對象的信息，并將這些信息發送到網關節點，以實現復雜的指定范圍內目標檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強等特點。無線網絡技術涵蓋的范圍很廣，既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數據網絡，也包括為近距離無線連接進行優化的紅外線技術及射頻技術等。 無線廣域網 無線城域網無線局域網 無線個人網 無線廣域網（WWAN）技術可使用戶通過遠程公用網絡或專用網絡建立無線網絡連接。通過無線服

50、務提供商負責維護的若干天線基站或衛星系統，這些連接可以覆蓋廣大的地理區域，例如若干城市或者國家和地區。 從2G、2.5G到3G，以及4G的過渡。 無線局域網（WLAN）技術可以使用戶在本地創建無線連接（例如，在公司或校園的大樓里，或在某個公共場所，如機場、賓館、酒店、候車室等）。 無線個人網（WPAN）技術使用戶能夠為個人操作空間（POS）設備（如 PDA、移動電話和筆記本電腦等）創建臨時無線通訊。POS 指的是以個人為中心，最大距離為 10 米的一個空間范圍。 國際電信聯盟在2000年5月確定W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA以及WiMAX四大主流無線接口標準，寫入3G技術指導

51、性文件2000年國際移動通訊計劃。 W-CDMA CDMA2000 TD-SCDMA WiMAX 全稱為Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access（時分同步CDMA），該標準由中國大陸制定的3G標準，1999年6月29日，中國原郵電部電信科學技術研究院（大唐電信）向ITU提出。 Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術，也是一個無線網路通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)所持有。 站點(Station) 基本服務單元(Basic Service S

52、et, BSS) 分配系統（Distribution System，DS） 接入點(Acess Point, AP) 擴展服務單元（Extended Service Set, ESS） 關口(Portal) NFC是Near Field Communication的縮寫，即近距離或近域無線通訊技術。NFC是飛利浦和索尼共同開發的一種非接觸式識別和互聯技術，可以在移動設備、消費類電子產品、PC 和智能控件工具間進行近距離無線通信。NFC 將非接觸讀卡器、非接觸卡和點對點（Peer-to-Peer）功能整合進一塊單芯片，為消費者的生活方式提供了眾多全新應用的開放接口平臺。 NFC是一種便捷、安全、

53、迅速的無線連接技術，其傳輸范圍比RFID小，RFID的傳輸范圍可以達到幾米、甚至幾十米，但由于NFC采取了獨特的信號衰減技術，相對于RFID來說NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點。 NFC比紅外傳輸更快、更可靠且簡單；與藍牙相比，NFC更適于交換個人信息或敏感數據，且NFC和藍牙可互為補充。事實上，快捷輕型的NFC協議可用于引導兩臺設備之間的藍牙配對，促進了藍牙的使用。 藍牙（Bluetooth）是一種支持設備間短距離無線通信技術，能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。 全球可用全球可用 設備多樣設備多樣 易于使用易于使用 規格通用規格通用

54、 是一種全球通用的短距離無線連接技術，使用2.4GHz附近免付費、免申請的無線電頻段。傳輸速率在432Kbps到721Kbps。帶寬約1Mbps2Mbps。NFCNFC藍牙藍牙紅外紅外網絡類型網絡類型點對點點對點單點對多點單點對多點點對點點對點使用距離使用距離0.1m0.1m10m10m1m1m通信速率通信速率106106、212212、424 kbps424 kbps2.1 Mbps2.1 Mbps1.0 Mbps1.0 Mbps建立時間建立時間 0.1s 0.1s6s6s0.5s 0.5s 安全性安全性具備，具備， 硬件實現硬件實現具備，軟件具備，軟件實現實現不具備，使用不具備，使用IRF

55、M IRFM 時除外時除外通信模式通信模式主動主動- -主動主動/ /被動被動主動主動主動主動主動主動主動主動成本成本低低中中低低Zigbee是一種近距離、低功耗的無線通信技術。也被稱為“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”無線電技術，目前統稱為Zigbee。 特點：近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本。適于自動和遠程控制，可嵌入各種設備。ZigBee中物理層、介質訪問層和數據鏈路層基于IEEE 802.15.4無線個人局域網(WPAN)標準協議；ZigBee在IEEE 802.15.4標準基礎之上建立網絡層和應用支持層，包括巨大數量節點的處理最大

56、節點數可以達到（65000個）、ZigBee設備對象、用戶定義的應用架構等。應用層由用戶根據需要進行開發。 116ZigBee讀寫設備ZigBee讀寫器是短距離、多點、多跳無線通信產品，能夠簡單、快速地為串口終端設備增加無線通信的能力。產品有效識別距離可達1500m，最高識別速度可達200kmh，可同時識別200張標簽，具有性能穩定、工作可靠、信號傳輸能力強、使用壽命長等優勢。廣泛應用于門禁、考勤、簽到以及高速公路、加油站、停車場、公交車等收費系統等。主要優勢是防水、防雷、防沖擊，滿足工業環境要求。117Zigbee架構由可多達65000個無線數據傳輸模塊組成的一個無線數據傳輸網絡平臺，類似現

57、有的移動通信的CDMA網或GSM網。每個ZigBee網絡數據傳輸模塊類似移動網絡的一個基站，它們間可通信。節點距離可從標準的75米，擴展后為幾百米，甚至幾公里。ZigBee網絡可與現有的其它的各種網絡連接。如，可通過互聯網在北京監控云南的ZigBee的應用網絡。118Zigbee架構與CDMA或GSM網不同，ZigBee網主要是為自動控制數據傳輸建立，而移動通信網主要是為語音通信而建。移動通信基站一般都在百萬元人民幣以上，而ZigBee“基站”卻不到1000元人民幣。每個ZigBee網絡節點（FFD）不僅本身可與監控對象，如傳感器連接直接進行數據采集和監控，還可自動中轉別的網絡節點傳過來的數據

58、資料。每個ZigBee網絡節點（FFD）還可在信號范圍內，和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立子節點（RFD）無線連接。每個ZigBee網絡節點（FFD和RFD）可支持31個傳感器和受控設備，每個傳感器和受控設備可有8種不同的接口方式。可采集和傳輸數字量和模擬量。119ZigBee自組織網絡通信方式如：當一隊傘兵空降時，每人持有一個ZigBee網絡模塊終端，降落地面后，只要他們彼此在網絡模塊的通信范圍內，通過彼此自動尋找，很快就可形成一個互聯互通的ZigBee網絡。而且，隨著人員的移動，彼此間的聯絡還會發生變化。因而，模塊還可通過重新尋找通信對象，確定彼此間的聯絡，對原有網絡進行刷新并保持該網的

59、通信，這就是自組織網絡。120ZigBee自組織網絡通信方式的優點網狀網通信實際上是多通道通信。在工業現場，由于各種原因，往往并不能保證每一個無線通道都能夠始終暢通，如城市街道，可能因為車禍，道路維修等，使得某條道路的交通出現暫時中斷，此時由于有多個通道，車輛（相當于工業現場的控制數據）仍然可以通過其他道路到達目的地。這對工業現場控制而言則非常重要。121自組織網絡的動態路由方式動態路由是指網絡中數據傳輸路徑不是預先設定的，而是傳輸數據前，通過對網絡當時可利用的所有路徑進行搜索，分析它們的位置關系以及遠近，然后選擇其中的一條路徑進行數據傳輸。網管理軟件，路徑選擇使用“梯度法”，即先選擇路徑最近

60、的一條通道進行傳輸，如傳不通，再使用另外一條稍遠一點的通路傳輸，以此類推，直到數據送達目的地。在工業現場，預先確定的傳輸路徑隨時變化，或因各種原因中斷，或過于繁忙不能傳送。動態路由結合網狀拓撲結構，可很好地解決這個問題，保證數據的可靠傳輸。122Zigbee協議棧架構 ZigBee ZigBee協議棧體系結構協議棧體系結構123（1）物理層物理層主要完成如下任務：1無線收發機的激活與關閉。2當前信道能量檢測（Energy Detect，ED）。3接受數據包的鏈路質量標識（LQI）。4為載波偵聽多路訪問沖突防止（CSMS- CA）提供空閑信道評估（CCA）。5工作信道選擇。 6數據發送和接收。1