1、第2章 物聯網體系(tx)架構 2.1物聯網(lin wn)體系架構概述2.2感知層2.3 網絡層2.4 應用層2.5 物聯網的關鍵技術共九十七頁由于物聯網尚處在起步階段，還沒有一個廣泛(gungfn)認同的體系結構。在公開發表物聯網應用系統的同時，很多研究人員也提出了若干物聯網體系結構。例如物品萬維網（Web of Things，WoT）的體系結構 ，它定義了一種面向應用的物聯網。這是一個以用戶為中心的物聯網體系結構，試圖把互聯網中成功的、面向信息獲取的萬維網結構移植到物聯網上，用于物聯網的信息發布、檢索和獲取。當前，較具代表性的物聯網架構有歐美支持的EPC Global物聯網體系架構和日本

2、的Ubiquitous ID（UID）物聯網系統等。我國也積極參與了物聯網體系結構的研究，正在積極制訂符合社會發展實際情況的物聯網標準和架構。 2.1物聯網體系架構(ji u)概述共九十七頁2.1 物聯網的EPC體系結構隨著全球經濟一體化和信息網絡化進程的加快，為滿足對單個物品的標識和高效識別，美國麻省理工學院的自動識別實驗室(Auto-ID)在美國統一代碼協會(UCC)的支持下，提出要在計算機互聯網的基礎上，利用RFID、無線通信技術，構造一個覆蓋世界萬物的系統； 同時(tngsh)還提出了電子產品代碼(Electronic Product Code，EPC)的概念，即每個對象都將賦予一個唯

3、一的EPC，采用射頻識別技術的信息系統管理，數據傳輸和數據儲存由EPC網絡來處理。共九十七頁隨后，國際物品(wpn)編碼協會(EAN)和美國統一代碼協會(UCC)于2003 年9 月聯合成立了非營利性組織EPC Global，將EPC納入了全球統一標識系統，實現了全球統一標識系統中的GTIN編碼體系與EPC概念的完美結合。EPC Global對于物聯網的描述是，一個物聯網主要由EPC編碼體系、射頻識別系統及EPC信息網絡系統三部分組成。 共九十七頁1EPC編碼體系物聯網實現的是全球物品的信息實時共享。顯然，首先要做的是實現全球物品的統一編碼，即對在地球上任何地方生產出來的任何一件物品，都要給它

4、打上電子標簽。 這種電子標簽帶有一個電子產品代碼，并且全球唯一。電子標簽代表(dibio)了該物品的基本識別信息，例如，表示“A公司于B時間在C地點生產的D類產品的第E件”。目前，歐美支持的EPC編碼和日本支持的UID編碼是兩種常見的電子產品編碼體系。 共九十七頁2射頻(sh pn)識別系統射頻識別系統包括EPC標簽和讀寫器。EPC標簽是編號(每件商品唯一的號碼，即牌照)的載體，當EPC標簽貼在物品上或內嵌在物品中時，該物品與EPC標簽中的產品電子代碼就建立起了一對一的映射關系。共九十七頁EPC標簽從本質上來說是一個電子標簽，通過RFID讀寫器可以對EPC標簽的內存(ni cn)信息進行讀取。

5、這個內存(ni cn)信息通常就是產品電子代碼。 產品電子代碼經讀寫器報送給物聯網中間件，經處理后存儲在分布式數據庫中。用戶查詢物品信息時只要在網絡瀏覽器的地址欄中輸入物品名稱、生產商、供貨商等數據，就可以實時獲悉物品在供應鏈中的狀況。 目前，與此相關的標準已制定，包括電子標簽的封裝標準，電子標簽和讀寫器間的數據交互標準等。 共九十七頁3EPC信息(xnx)網絡系統EPC信息網絡系統包括EPC中間件、EPC信息發現服務和EPC信息服務三部分。EPC中間件通常指一個通用平臺和接口，是連接RFID讀寫器和信息系統的紐帶。它主要用于實現RFID讀寫器和后端應用系統之間的信息交互、捕獲實時信息和事件，

6、或將信息向上傳送給后端應用數據庫軟件系統以及ERP系統等，或將信息向下傳送給RFID讀寫器。共九十七頁EPC信息發現服務(fw)(Discovery Service)包括對象名解析服務(Object Name Service，ONS)以及配套服務，它基于電子產品代碼，獲取EPC數據訪問通道信息。目前，根ONS系統和配套的發現服務系統由EPC Global委托VeriSign公司進行運行維護，其接口標準正在形成之中。共九十七頁EPC信息服務(EPC Information Service，EPC IS)即EPC系統的軟件(run jin)支持系統，用以實現最終用戶在物聯網環境下交互EPC信息。關

7、于EPC IS的接口和標準也正在制定中。可見，一個EPC物聯網體系架構主要由EPC編碼、EPC標簽及RFID讀寫器、中間件系統、ONS服務器和EPC IS服務器等部分構成，如圖2.3所示。共九十七頁圖2.3 EPC物聯網(lin wn)體系架構示意圖共九十七頁由圖2.3可以看到一個企業物聯網應用系統的基本架構。該應用系統由三大部分組成(z chn)，即RFID識別系統、中間件系統和計算機互聯網系統。 RFID識別系統包含EPC標簽和RFID讀寫器，兩者通過RFID空中接口通信，EPC標簽貼于每件物品上。 中間件系統含有EPC IS、PML(Physical Markup Language，物體

8、標記語言)、ONS及其緩存系統，其后端應用數據庫軟件系統還包含ERP系統等。 這些都與計算機互聯網相連，可及時有效地跟蹤、查詢、修改或增減數據。共九十七頁RFID讀寫器從含有一個EPC或一系列EPC的標簽上讀取物品的電子(dinz)代碼，然后將讀取的物品電子(dinz)代碼送到中間件系統中進行處理。如果讀取的數據量較大而中間件系統處理不及時，可應用ONS 來儲存部分讀取數據。中間件系統以該EPC 數據為信息源，在本地ONS 服務器獲取包含該產品信息的EPC信息服務器的網絡地址。當本地ONS不能查閱到EPC編碼所對應的EPC信息服務器地址時，可向遠程ONS發送解析請求，獲取物品的對象名稱，繼而通

9、過EPC信息服務的各種接口獲得物品信息的各種相關服務。整個EPC網絡系統借助計算機互聯網系統，利用在互聯網基礎上發展產生的通信協議和描述語言而運行。共九十七頁2.1.3 物聯網的UID技術體系鑒于日本在電子標簽方面的發展，早在20世紀80年代中期(zhngq)就提出了實時嵌入式系統(TRON)，其中的T-Engine是其體系的核心。在T-Engine論壇領導下，UID中心設立于東京大學，于2003 年3月成立，并得到日本政府以及大企業的支持，目前包括微軟、索尼、三菱、日立、日電、東芝、夏普、富士通、NTT、DoCoMo、KDDI、J-Phone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等諸多企業。組

10、建UID中心的目的是為了建立和普及自動識別“物品”所需的基礎性技術，實現“計算無處不在”的理想環境。 共九十七頁UID是一個開放性的技術體系，由泛在識別碼(uCode)、泛在通信器(UG)、信息系統服務器和uCode解析服務器等部分構成。UID使用uCode作為現實世界物品和場所的標識，它從uCode電子標簽中讀取uCode獲得這些設施的狀態，并控制它們，類似于PDA終端。 UID 可廣泛應用于多種產業或行業，現實世界用uCode標識的物品、場所等各種實體與虛擬世界中存儲在信息服務器中的各種相關(xinggun)信息聯系起來，實現物物互聯。共九十七頁2.1.4 構建物聯網體系結構的原則物聯網概

11、念的問世，打破了傳統的思維模式。在提出物聯網概念之前，一直是將物理基礎設施和IT基礎設施分開(fn ki)：一方面是機場、公路、建筑物，而另一方面是數據中心、個人計算機、寬帶等。在物聯網時代，將把鋼筋混凝土、電纜與芯片、寬帶整合為統一的基礎設施。在這種意義上的基礎設施就像是一塊新的地球工地，世界在它上面運轉，包括經濟管理、生產運行、社會管理以及個人生活等。研究物聯網的體系結構，首先需要明確架構物聯網體系結構的基本原則，以便在已有物聯網體系結構的基礎之上，形成參考標準。 共九十七頁物聯網有別于互聯網，互聯網的主要目的是構建一個全球性的計算機通信網絡； 物聯網則主要是從應用出發，利用互聯網、無線通

12、信技術進行業務數據的傳送，是互聯網、移動通信網應用的延伸(ynshn)，是自動化控制、遙控遙測及信息應用技術的綜合展現。 當物聯網概念與近程通信、信息采集、網絡技術、用戶終端設備結合之后，其價值才能逐步得到展現。因此，設計物聯網體系結構應該遵循以下幾條原則：共九十七頁(1) 多樣性原則。物聯網體系結構必須根據物聯網的服務類型、節點的不同，分別設計多種類型的體系結構，不能也沒有必要建立起唯一的標準體系結構。(2) 時空性原則。物聯網尚在發展之中，其體系結構應能滿足在時間、空間和能源方面的需求。(3) 互聯性原則。物聯網體系結構需要平滑地與互聯網實現互聯互通，試圖另行(ln xn)設計一套互聯通信

13、協議及其描述語言，是不現實的。共九十七頁(4) 擴展性原則。對于物聯網體系結構的架構，應該具有一定的擴展性，以便最大限度地利用現有(xin yu)網絡通信基礎設施，保護已投資利益。(5) 安全性原則。物物互聯之后，物聯網的安全性將比計算機互聯網的安全性更為重要，因此物聯網的體系結構應能夠防御大范圍的網絡攻擊。(6) 健壯性原則。物聯網體系結構應具備相當好的健壯性和可靠性。 共九十七頁2.1.5實用的層次性物聯網體系架構物聯網是通過各種信息傳感設備及系統(傳感網、射頻識別系統、紅外感應器、激光掃描器等)、條碼與二維碼、全球定位系統，按約定的通信協議，將物與物、人與物、人與人連接起來，通過各種接入

14、網、互聯網進行信息交換，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種信息網絡。這個定義的核心是，物聯網的主要特征是每一個物件都可以尋址，每一個物件都可以控制(kngzh)，每一個物件都可以通信。共九十七頁根據物聯網的服務類型和節點等情況，物聯網的體系結構劃分有兩種情況：其一是由感知層、接入層、網絡層和應用層組成的四層物聯網體系結構；其二是由感知層、網絡層和應用層組成的三層物聯網體系結構。根據對物聯網的研究、技術和產業(chny)的實踐觀察，目前業界將物聯網系統劃分為三個層次：感知層、網絡層、應用層，并依此概括地描繪物聯網的系統架構，如圖2.4所示。 共九十七頁專用網絡電信網/互聯網物聯網網關

15、傳感器執行器RFID二維碼智能裝置通信模塊延伸網絡應用集成云計算解析服務網絡管理Web服務物聯網應用應用基礎設施/中間件信息處理共九十七頁感知層解決的是人類世界和物理世界的數據獲取問題。感知層可進一步劃分為兩個子層，首先是通過傳感器、數碼相機等設備采集外部物理世界的數據，然后通過RFID、條碼、工業現場總線、藍牙、紅外等短距離傳輸技術傳遞數據。特別(tbi)是在僅傳遞物品的唯一識別碼的情況下，也可以只有數據的短距離傳輸這一層。實際上，這兩個子層有時很難明確區分開。感知層所需要的關鍵技術包括檢測技術、短距離有線和無線通信技術等。共九十七頁網絡層解決的是感知層所獲得的數據在一定范圍內(通常是長距離

16、)傳輸的問題。這些數據可以通過移動通信網、國際互聯網、企業內部網、各類專網、小型局域網等網絡傳輸。特別是當三網融合(rngh)后，有線電視網也能承擔物聯網網絡層的功能，有利于物聯網的加快推進。網絡層所需要的關鍵技術包括長距離有線和無線通信技術、網絡技術等。共九十七頁應用層解決的是信息處理和人機界面的問題。網絡層傳輸而來的數據在這一層里進入各類信息系統進行處理，并通過各種設備與人進行交互。這一層也可按形態直觀地劃分為兩個子層。一個是應用程序層，進行數據處理，它涵蓋了國民經濟和社會的每一領域，包括電力、醫療、銀行、交通、環保、物流、工業、農業、城市管理、家居生活等，包括支付、監控、安保、定位、盤點

17、、預測等，可用于政府、企業、社會組織、家庭、個人等。這正是物聯網作為深度信息化產物(chnw)的重要體現。另一個是終端設備層，提供人機界面。物聯網雖然是“物物相連的網”，但最終是要以人為本的，最終還是需要人的操作與控制，不過這里的人機界面已遠遠超出現時人與計算機交互的概念，而是泛指與應用程序相連的各種設備與人的反饋。 共九十七頁在各層之間，信息不是單向傳遞的，可有交互、控制等，所傳遞的信息多種多樣，這其中關鍵是物品的信息，包括在特定應用系統范圍內能唯一標識物品的識別碼和物品的靜態與動態信息。此外(cwi)，軟件和集成電路技術都是各層所需的關鍵技術。共九十七頁2.2感 知 層2.2.1感知層的功

18、能物聯網在傳統網絡的基礎上，從原有網絡用戶終端向“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，還擴展到人與現實世界的各種( zhn)物體之間的通信。 共九十七頁這里的“物”并不是自然物品，而是要滿足一定的條件才能夠被納入物聯網的范圍，例如有相應的信息接收器和發送器、數據傳輸通路、數據處理芯片、操作系統、存儲空間等，遵循(zn xn)物聯網的通信協議，在物聯網中有可被識別的標識。可以看到現實世界的物品未必能滿足這些要求，這就需要特定的物聯網設備的幫助。物聯網設備具體來說就是嵌入式系統、傳感器、RFID等。 共九十七頁物聯網感知層解決的就是人類世界和物理世界的數據獲取問

19、題，即各類物理量、標識、音頻、視頻數據。 感知層處于三層架構的最底層，是物聯網發展和應用的基礎，具有物聯網全面感知的核心能力。作為物聯網的最基本一層，感知層具有十分重要(zhngyo)的作用。共九十七頁2.2.2 感知層的關鍵技術感知層所需要的關鍵技術包括檢測(jin c)技術、中低速無線或有線短距離傳輸技術等。 感知層綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、智能組網技術、無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器的協作實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息。 感知層通過嵌入式系統對信息進行處理，并通過隨機自組織無線通信網絡以多跳中繼方式將所感知到的信息傳送到接入層的基

20、站節點和接入網關，最終到達用戶終端，從而真正實現“無處不在”的物聯網的理念。 共九十七頁1傳感器技術 人是通過視覺、嗅覺、聽覺及觸覺等感覺來感知外界信息的，感知的信息輸入大腦進行分析判斷和處理，大腦再指揮人做出相應的動作，這是人類認識世界和改造世界具有的最基本的能力。但是通過人的五官(wgun)感知外界的信息非常有限，例如，人無法利用觸覺來感知超過幾十甚至上千度的溫度，而且也不可能辨別溫度的微小變化，這就需要電子設備的幫助。同樣，利用電子儀器特別像計算機控制的自動化裝置來代替人的勞動時，計算機類似于人的大腦，但僅有大腦而沒有感知外界信息的“五官(wgun)”顯然是不夠的，計算機還需要它們的“五

21、官(wgun)”傳感器。 共九十七頁傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測的信息，并能將檢測感受到的信息按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。在物聯網系統中，對各種參量進行信息采集和簡單加工處理的設備，被稱為物聯網傳感器。傳感器可以獨立存在，也可以與其他設備以一體方式呈現，但無論哪種方式，它都是物聯網中的感知(gnzh)和輸入部分。在未來的物聯網中，傳感器及其組成的傳感器網絡將在數據采集前端發揮重要的作用。 共九十七頁傳感器的分類方法多種多樣，比較常用的有按傳感器的物理量、工作原理和輸出信號三種

22、方式來分類。此外，按照是否具有信息處理功能來分類的意義越來越重要，特別是在未來的物聯網時代。按照這種分類方式，傳感器可分為一般傳感器和智能傳感器。 一般傳感器采集的信息需要計算機進行處理； 智能傳感器帶有微處理器，本身(bnshn)具有采集、處理、交換信息的能力，具備高數據精度、高可靠性與高穩定性、高信噪比與高分辨力、強自適應性、低價格性能比等特點。 共九十七頁1) 新型傳感器傳感器是節點感知物質(wzh)世界的“感覺器官”，用來感知信息采集點的環境參數。傳感器可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號，為物聯網系統的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的數據信息。共九十七頁隨著電子技術的不斷進步，傳

23、統的傳感器正逐步實現微型化、智能化、信息化、網絡化；同時，也正經歷著一個從傳統傳感器(Dumb Sensor)到智能傳感器(Smart Sensor)再到嵌入式Web傳感器(Embedded Web Sensor)不斷豐富發展的過程。應用新理論、新技術，采用新工藝、新結構、新材料，研發各類新型(xnxng)傳感器，提升傳感器的功能與性能，降低成本，是實現物聯網的基礎。目前，市場上已經有大量門類齊全且技術成熟的傳感器產品可供選擇使用。 共九十七頁2) 智能化傳感網節點技術所謂智能化傳感網節點，是指一個微型化的嵌入式系統。在感知物質世界及其變化的過程中，需要檢測的對象很多，例如溫度、壓力、濕度、應

24、變等，因此(ync)需要微型化、低功耗的傳感網節點來構成傳感網的基礎層支持平臺。所以需要針對低功耗傳感網節點設備的低成本、低功耗、小型化、高可靠性等要求，研制低速、中高速傳感網節點核心芯片，以及集射頻、基帶、協議、處理于一體，具備通信、處理、組網和感知能力的低功耗片上系統；針對物聯網的行業應用，研制系列節點產品。共九十七頁這不但需要采用MEMS 加工技術，設計符合物聯網要求的微型傳感器，使之可識別、配接多種敏感元件，并適用于主被動各種檢測方法，而且傳感網節點還應具有強抗干擾能力，以適應惡劣工作環境的需求(xqi)。如何利用傳感網節點具有的局域信號處理功能，在傳感網節點附近局部完成一定的信號處理

25、，使原來由中央處理器實現的串行處理、集中決策的系統，成為一種并行的分布式信息處理系統，這還需要開發基于專用操作系統的節點級系統軟件。 共九十七頁2RFID技術 RFID是射頻識別(Radio Frequency Identification)的英文縮寫，是20世紀90年代開始興起的一種(y zhn)自動識別技術，它利用射頻信號通過空間電磁耦合實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息實現物體識別。RFID既可以看成是一種設備標識技術，也可以歸類為短距離傳輸技術。共九十七頁RFID是一種能夠讓物品“開口說話”的技術，也是物聯網感知層的一個關鍵技術。在對物聯網的構想中，RFID標簽中存儲著規范而具有互用

26、性的信息，通過有線或無線的方式把它們自動采集(cij)到中央信息系統，實現物品(商品)的識別，進而通過開放式的計算機網絡實現信息交換和共享，實現對物品的“透明”管理。 共九十七頁RFID系統主要由三部分組成：電子標簽(Tag)、讀寫器(Reader)和天線(Antenna)。其中， 電子標簽芯片具有數據存儲區，用于存儲待識別物品的標識(biozh)信息； 讀寫器是將約定格式的待識別物品的標識信息寫入電子標簽的存儲區中(寫入功能)，或在讀寫器的閱讀范圍內以無接觸的方式將電子標簽內保存的信息讀取出來(讀出功能)； 天線用于發射和接收射頻信號，往往內置在電子標簽和讀寫器中。 共九十七頁RFID技術的

27、工作原理是：電子標簽進入讀寫器產生的磁場后，讀寫器發出的射頻信號憑借感應電流所獲得(hud)的能量將存儲在芯片中的產品信息(無源標簽或被動標簽)發送出，或者主動發送某一頻率的信號(有源標簽或主動標簽)；讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。 共九十七頁由于RFID具有無需接觸(jich)、自動化程度高、耐用可靠、識別速度快、適應各種工作環境、可實現高速和多標簽同時識別等優勢，因此應用領域廣泛，如物流和供應鏈管理、門禁安防系統、道路自動收費、航空行李處理、文檔追蹤/圖書館管理、電子支付、生產制造和裝配、物品監視、汽車監控、動物身份標識等。以簡單RFID系統為基礎，結合已有的網

28、絡技術、數據庫技術、中間件技術等，構筑一個由大量聯網的讀寫器和無數移動的標簽組成的、比Internet更為龐大的物聯網，已成為RFID技術發展的趨勢。共九十七頁RFID主要采用ISO 和IEC 制定的技術標準。目前可供射頻卡使用的射頻技術標準有ISO/IEC 10536、ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693 和ISO/IEC 18000。應用最多的是ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693，這兩個標準都由物理特性、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以及傳輸協議四部分(b fen)組成。共九十七頁RFID與人們常見的條形碼相比，比較明顯的優勢體現在以下幾個方面：(

29、1) 讀寫器可同時識讀多個RFID標簽。(2) 讀寫時不需要光線，不受非金屬覆蓋的影響，即使在嚴酷、骯臟的條件下仍然可以讀取。(3) 存儲容量大，可以反復讀、寫。(4) 可以在高速運動中讀取。當然，目前RFID還存在許多技術難點，主要集中在：RFID反碰撞、防沖突問題；RFID天線研究(ynji)；工作頻率的選擇；安全與隱私等方面。 共九十七頁3二維碼技術 二維碼(2-dimensional bar code)技術是物聯網感知層實現過程中最基本和關鍵的技術之一。二維碼也叫二維條碼或二維條形碼，是用某種特定的幾何形體按一定規律在平面上分布(黑白相間)的圖形來記錄信息的應用技術。從技術原理來看，二

30、維碼在代碼編制上巧妙地利用構成(guchng)計算機內部邏輯基礎的“0”和“1”比特流的概念，使用若干與二進制相對應的幾何形體來表示數值信息，并通過圖像輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息的自動處理。 共九十七頁與一維條形碼相比，二維碼有著明顯的優勢，歸納起來主要有以下幾個方面：數據容量更大，二維碼能夠在橫向和縱向兩個方位同時表達信息，因此能在很小的面積內表達大量的信息；超越了字母數字的限制；條形碼相對尺寸小；具有抗損毀能力。此外，二維碼還可以引入保密(bo m)措施，其保密(bo m)性較一維碼要強很多。 共九十七頁二維碼可分為堆疊式/行排式二維碼和矩陣(j zhn)式二維碼。其中，堆疊

31、式/行排式二維碼形態上是由多行短截的一維碼堆疊而成；矩陣(j zhn)式二維碼以矩陣(j zhn)的形式組成，在矩陣(j zhn)相應元素位置上用“點”表示二進制“1”，用“空”表示二進制“0”，并由“點”和“空”的排列組成代碼。 二維碼具有條碼技術的一些共性：每種碼制有其特定的字符集；每個字符占有一定的寬度；具有一定的校驗功能等。 共九十七頁二維碼的特點歸納如下：(1) 高密度編碼，信息容量大。二維碼可容納多達1850個大寫字母或2710個數字或1108個字節或500多個漢字(Hnz)，比普通條碼信息容量高幾十倍。 (2) 編碼范圍廣。二維碼可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可以數字化的信

32、息進行編碼，并用條碼表示。 (3) 容錯能力強，具有糾錯功能。二維碼因穿孔、污損等引起局部損壞時，甚至損壞面積達50%時，仍可以正確得到識讀。 (4) 譯碼可靠性高。二維碼比普通條碼百萬分之二的譯碼錯誤率要低得多，誤碼率不超過千萬分之一。 共九十七頁(5) 可引入加密措施。二維碼保密性、防偽性好。 (6) 成本低，易制作，持久耐用。 (7) 條碼符號形狀、尺寸大小比例可變。 (8) 二維碼可以使用激光或CCD攝像設備識讀，十分方便。 與RFID相比，二維碼最大的優勢(yush)在于成本較低，一條二維碼的成本僅為幾分錢，而RFID標簽因其芯片成本較高，制造工藝復雜，價格較高。RFID與二維碼功能

33、比較見表2-1。共九十七頁表2-1 RFID與二維碼功能(gngnng)比較共九十七頁4ZigBee技術ZigBee是一種短距離、低功耗的無線傳輸技術，是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術，它是IEEE 802.15.4協議的代名詞。ZigBee采用分組交換和跳頻技術，并且可使用三個頻段，分別是2.4GHz 的公共通用頻段、歐洲的868MHz頻段和美國的915MHz頻段。 ZigBee主要應用在短距離范圍并且數據傳輸速率不高的各種電子設備之間。與藍牙相比(xin b)，ZigBee更簡單、速率更慢、功率及費用也更低。同時，由于ZigBee 技術的低速率和通信范圍較小的特點，也決定了ZigBe

34、e技術只適合于承載數據流量較小的業務。 共九十七頁ZigBee技術主要包括以下特點： (1) 數據傳輸速率低，只有10 kb/s250 kb/s，專注(zhunzh)于低傳輸應用。 (2) 低功耗。ZigBee設備只有激活和睡眠兩種狀態，而且ZigBee網絡中通信循環次數非常少，工作周期很短，所以一般來說兩節普通5號干電池可使用6個月以上。(3) 成本低。因為ZigBee數據傳輸速率低，協議簡單，所以大大降低了成本。 共九十七頁(4) 網絡容量大。ZigBee支持(zhch)星形、簇形和網狀網絡結構，每個ZigBee網絡最多可支持(zhch)255個設備。也就是說，每個ZigBee設備可以與另

35、外254臺設備相連接。 (5) 有效范圍小。ZigBee的有效傳輸距離為10 m75 m，具體依據實際發射功率的大小和各種不同的應用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環境。 (6) 工作頻段靈活。使用的頻段分別為2.4 GHz、868 MHz(歐洲)及915 MHz(美國)，均為免執照頻段。共九十七頁(7) 可靠性高。ZigBee采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避免了發送數據時的競爭和沖突；節點模塊之間具有自動動態組網功能，信息在整個(zhngg)ZigBee網絡中通過自動路由的方式進行傳輸，從而保證了信息傳輸的可靠性。 (8) 時延短。ZigBee針對

36、時延敏感的應用做了優化，通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短。共九十七頁(9) 安全性高。ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒定功能，采用AES-128加密算法，同時根據具體應用可以靈活確定其安全屬性。 由于ZigBee技術具有成本低、組網靈活等特點，可以嵌入各種設備，在物聯網中發揮了重要作用。其應用領域主要有PC外設(鼠標、鍵盤、游戲操控桿)、消費類電子設備(電視機、CD、VCD、DVD等設備上的遙控裝置)、家庭(jitng)內智能控制(照明、煤氣計量控制及報警等)、玩具(電子寵物)、醫護(監視器和傳感器)、工控(監視器、傳感器和自動控制設備)等。 共九十七頁5藍牙 藍牙(Bluetoot

37、h)是一種無線數據與話音通信的開放性全球規范，和ZigBee一樣，也是一種短距離的無線傳輸技術。其實質內容是為固定設備或移動設備之間的通信環境建立通用的短距離無線接口(ji ku)，將通信技術與計算機技術進一步結合起來，是各種設備在無電線或電纜相互連接的情況下，能在短距離范圍內實現相互通信或操作的一種技術。共九十七頁藍牙采用高速跳頻(Frequency Hopping)和時分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)等先進技術，支持點對點及點對多點通信。其傳輸頻段為全球公共通用的2.4 GHz頻段，能提供1 Mb/s的傳輸速率和10 m的傳輸距離(jl)，并采

38、用時分雙工傳輸方案實現全雙工傳輸。 藍牙除具有和ZigBee一樣，可以全球范圍適用、功耗低、成本低、抗干擾能力強等特點外，還有許多它自己的特點。 共九十七頁(1) 同時可傳輸話音和數據(shj)。藍牙采用電路交換和分組交換技術，支持異步數據信道、三路話音信道以及異步數據與同步話音同時傳輸的信道。 (2) 可以建立臨時性的對等連接(Ad-Hoc Connection)。 (3) 開放的接口標準。為了推廣藍牙技術的使用，藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)將藍牙的技術標準全部公開，全世界范圍內的任何單位和個人都可以進行藍牙產品的開發，只要最終通過Bluetooth SIG的藍牙產品兼容性測試

39、，就可以推向市場。 共九十七頁藍牙作為一種電纜替代技術，主要有以下三類應用：話音/數據接入、外圍設備互連和個人局域網(PAN)。在物聯網的感知層，主要是用于數據接入。藍牙技術有效地簡化了移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與因特網之間的通信，從而數據傳輸變得更加迅速、高效，為無線通信拓寬(tu kun)了道路。共九十七頁2.3 網 絡 層2.3.1 網絡層的功能物聯網的網絡(wnglu)層是在現有網絡(wnglu)的基礎上建立起來的，它與目前主流的移動通信網、國際互聯網、企業內部網、各類專網等網絡(wnglu)一樣，主要承擔著數據傳輸的功能，特別是當三網融合后，有線電視網也能承擔數

40、據傳輸的功能。 共九十七頁在物聯網中，要求網絡層能夠把感知層感知到的數據無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳送，它解決的是感知層所獲得的數據在一定范圍內，尤其是遠距離的傳輸問題。同時，物聯網的網絡層將承擔比現有網絡更大的數據量和面臨更高的服務質量要求，所以現有網絡尚不能滿足物聯網的需求(xqi)，這就意味著物聯網需要對現有網絡進行融合和擴展，利用新技術以實現更加廣泛和高效的互聯功能。 共九十七頁由于廣域通信網絡在早期物聯網發展中的缺位，早期的物聯網應用往往在部署范圍(fnwi)、應用領域等諸多方面有所局限，終端之間以及終端與后臺軟件之間都難以開展協同。隨著物聯網的發展，建立端到端的全局網絡將成為

41、必須。 共九十七頁2.3.2 網絡層的關鍵技術由于物聯網的網絡層是建立在Internet和移動通信網絡等現有(xin yu)網絡基礎上的，除具有目前已經比較成熟的如遠距離有線、無線通信技術和網絡技術外，為實現“物物相連”的需求，物聯網的網絡層將綜合使用IPv6、2G/3G、Wi-Fi等通信技術，實現有線與無線的結合、寬帶與窄帶的結合、感知網與通信網的結合。同時，網絡層中的感知數據管理與處理技術是實現以數據為中心的物聯網的核心技術。感知數據管理與處理技術包括物聯網數據的存儲、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數據決策和行為的技術。 共九十七頁下面將對物聯網依托的Internet、移動通信網絡和無

42、線傳感器網絡三種主要網絡形態以及涉及的IPv6、Wi-Fi等關鍵技術進行(jnxng)簡單介紹.共九十七頁1Internet Internet，中文譯為因特網，廣義的因特網叫互聯網，是以相互交流信息資源為目的，基于一些共同的協議，并通過許多路由器和公共互聯網連接而成，它是一個信息資源和資源共享的集合。Internet采用了目前最流行的客戶機/服務器工作(gngzu)模式，凡是使用TCP/IP協議，并能與Internet中任意主機進行通信的計算機，無論是何種類型、采用何種操作系統，均可看成是Internet的一部分，可見Internet覆蓋范圍之廣。物聯網也被認為是Internet的進一步延伸。

43、 共九十七頁Internet將作為物聯網主要的傳輸網絡之一，然而為了讓Internet適應物聯網大數據量和多終端的要求，業界正在發展一系列新技術。其中，由于Internet中用(zhngyng)IP地址對節點進行標識，而目前的IPv4受制于資源空間耗竭，已經無法提供更多的IP地址，所以IPv6以其近乎無限的地址空間將在物聯網中發揮重大作用。引入IPv6技術，使網絡不僅可以為人類服務，還將服務于眾多硬件設備，如家用電器、傳感器、遠程照相機、汽車等，它將使物聯網無所不在、無處不在地深入社會的每個角落。 共九十七頁2移動通信網絡移動通信就是移動體之間的通信，或移動體與固定體之間的通信。通過有線或無線

44、介質將這些物體連接起來進行話音等服務的網絡就是移動通信網絡。 移動通信網絡由無線接入網、核心網和骨干網三部分組成(z chn)。無線接入網主要為移動終端提供接入網絡服務，核心網和骨干網主要為各種業務提供交換和傳輸服務。從通信技術層面看，移動通信網絡的基本技術可分為傳輸技術和交換技術兩大類。 共九十七頁在物聯網中，終端需要以有線或無線方式連接起來，發送或者接收各類數據(shj)；同時，考慮到終端連接的方便性、信息基礎設施的可用性(不是所有地方都有方便的固定接入能力)以及某些應用場景本身需要監控的目標就是在移動狀態下，因此，移動通信網絡以其覆蓋廣、建設成本低、部署方便、終端具備移動性等特點將成為物

45、聯網重要的接入手段和傳輸載體，為人與人之間、人與網絡之間、物與物之間的通信提供服務。 在移動通信網絡中，當前比較熱門的接入技術有3G、Wi-Fi和WiMAX。 共九十七頁在移動通信網絡中，3G是指第三代支持高速數據傳輸的蜂窩移動通信技術，3G網絡則綜合了蜂窩、無繩、集群、移動數據、衛星等各種移動通信系統的功能，與固定電信網的業務兼容，能同時提供話音和數據業務。3G的目標是實現所有地區(城區(chngq)與野外)的無縫覆蓋，從而使用戶在任何地方均可以使用系統所提供的各種服務。3G包括三種主要國際標準，即CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA，其中TD-SCDMA是由中國第一個提出的，以我

46、國知識產權為主的、被國際上廣泛接受和認可的無線通信國際標準。 共九十七頁Wi-Fi全稱Wireless Fidelity(無線保真技術)，傳輸距離有幾百米，可實現各種便攜設備(手機、筆記本電腦、PDA等)在局部區域內的高速無線連接或接入局域網。Wi-Fi是由接入點(Access Point，AP)和無線網卡組成(z chn)的無線網絡。主流的Wi-Fi技術無線標準有IEEE 802.11b及IEEE 802.11g兩種，可分別提供11 Mb/s和54 Mb/s兩種傳輸速率。 共九十七頁WiMAX全稱為World Interoperability for Microwave Access(全球微

47、波接入互操作性)，是一種城域網(MAN)無線接入技術，它是針對微波和毫米波頻段提出的一種空中接口標準，其信號傳輸(chun sh)半徑可以達到50km，基本上能覆蓋到城郊。正是由于這種遠距離傳輸(chun sh)特性，WiMAX不僅能解決無線接入問題，還能作為有線網絡接入(有線電視、DSL)的無線擴展，方便地實現邊遠地區的網絡連接。 共九十七頁3無線傳感器網絡 無線傳感器網絡(WSN)的基本功能是將一系列空間分散的傳感器單元通過自組織的無線網絡進行連接，從而將各自采集的數據通過無線網絡進行傳輸匯總，以實現對空間分散范圍內的物理或環境狀況的協作監控，并根據這些信息進行相應(xingyng)的分析

48、和處理。共九十七頁很多文獻將無線傳感器網絡歸為感知層技術，實際上無線傳感器網絡技術貫穿物聯網的三個層面，是結合了計算機、通信、傳感器三項技術的一門新興技術，具有較大范圍、低成本、高密度、靈活布設、實時采集(cij)、全天候工作的優勢，且對物聯網其他產業具有顯著帶動作用。共九十七頁如果說Internet構成了邏輯上的虛擬數字世界，改變了人與人之間的溝通方式，那么無線傳感器網絡就是將邏輯上的數字世界與客觀上的物理(wl)世界融合在一起，改變人類與自然界的交互方式。無線傳感器網絡是集成了監測、控制以及無線通信的網絡系統，與傳統網絡相比較，它具有如下特點： 共九十七頁(1) 節點數目更為(n wi)龐

49、大(上千甚至上萬)，節點分布更為(n wi)密集； (2) 由于環境影響和存在能量耗盡問題，節點更容易出現故障； (3) 環境干擾和節點故障易造成網絡拓撲結構的變化； (4) 通常情況下，大多數傳感器節點是固定不動的； (5) 傳感器節點具有的能量、處理能力、存儲能力和通信能力等都十分有限。 因此，無線傳感器網絡的首要設計目標是能源的高效利用，主要涉及節能、定位、時間同步等關鍵技術，這也是無線傳感器網絡和傳統網絡最重要的區別之一。 共九十七頁2.4 應 用 層2.4.1 應用層的功能應用是物聯網發展的驅動力和目的。應用層的主要功能是把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，做出正確的控制和決策，實現

50、智能化的管理、應用和服務。這一層解決(jiju)的是信息處理和人機界面的問題。 共九十七頁物聯網的應用可分為監控型(物流監控、污染監控)、查詢型(智能檢索、遠程抄表)、控制性(智能交通、智能家居、路燈控制)和掃描型(手機錢包、高速公路不停車收費)等。目前(mqin)，軟件開發、智能控制技術發展迅速，應用層技術會為用戶提供豐富多彩的物聯網應用。同時，各種行業和家庭應用的開發會推動物聯網的普及，也會給整個物聯網產業鏈帶來利潤。 共九十七頁2.4.2 應用層的關鍵技術物聯網的應用層能夠為用戶提供豐富多彩的業務體驗，然而，如何合理、高效地處理從網絡層傳來的海量數據，并從中提取有效(yuxio)信息，是

51、物聯網應用層要解決的一個關鍵問題。下面將對應用層的M2M、用于處理海量數據的云計算等關鍵技術進行簡單介紹。 共九十七頁1M2M M2M是Machine-to-Machine(機器對機器)的縮寫，根據(gnj)不同應用場景，往往也被解釋為Man-to-Machine(人對機器)、Machine-to-Man(機器對人)、Mobile-to-Machine(移動網絡對機器)、Machine-to-Mobile(機器對移動網絡)。Machine一般特指人造的機器設備，而物聯網(Internet of Things)中的Things則是指更抽象的物體，范圍更廣。例如，樹木和動物屬于Things，可以被

52、感知、被標記，屬于物聯網的研究范疇，但它們不是Machine，不是人為事物；冰箱則屬于Machine，同時也是一種Things。所以，M2M可以看做是物聯網的子集或應用。 共九十七頁M2M是現階段物聯網普遍的應用形式，是實現物聯網的第一步。M2M業務現階段通過結合通信技術、自動控制技術和軟件智能處理技術，實現對機器設備信息的自動獲取和自動控制。這個階段通信的對象主要是機器設備，尚未擴展到任何物品，在通信過程中，也以使用離散的終端節點為主。并且，M2M的平臺也不等于(dngy)物聯網運營的平臺，它只解決了物與物的通信，解決不了物聯網智能化的應用。所以，隨著軟件的發展，特別是應用軟件和中間件軟件的

53、發展，M2M平臺可以逐漸過渡到物聯網的應用平臺上。共九十七頁M2M將多種不同類型的通信技術有機地結合在一起，將數據從一臺終端傳送到另一臺終端，也就是機器與機器的對話。M2M技術綜合了數據采集、GPS、遠程監控、電信、工業控制等技術，可以在安全監測、自動抄表、機械服務(fw)、維修業務、自動售貨機、公共交通系統、車隊管理、工業流程自動化、電動機械、城市信息化等環境中運行并提供廣泛的應用和解決方案。 共九十七頁M2M技術的目標就是使所有機器設備都具備聯網和通信能力，其核心理念就是網絡一切(Network Everything)。隨著科學技術的發展，越來越多的設備具有了通信和聯網能力，網絡一切逐步變

54、為現實。M2M技術具有非常重要的意義，有著(yu zhe)廣闊的市場和應用，會推動社會生產方式和生活方式的新一輪變革。共九十七頁2云計算 云計算(Cloud Computing)是分布式計算(Distributed Computing)、并行計算(Parallel Computing)和網格計算(Grid Computing)的發展，或者說是這些計算機科學概念的商業實現。云計算通過共享基礎資源(硬件、平臺、軟件)的方法，將巨大的系統池連接在一起以提供各種IT服務，這樣企業與個人用戶無需再投入昂貴的硬件購置成本，只需要通過互聯網來租賃計算力等資源。用戶可以在多種場合(chng h)，利用各類終端

55、，通過互聯網接入云計算平臺來共享資源。 共九十七頁云計算涵蓋的業務范圍一般有狹義和廣義之分。狹義云計算指IT基礎設施的交付和使用模式，通過網絡以按需、易擴展(kuzhn)的方式獲得所需的資源(硬件、平臺、軟件)。提供資源的網絡被稱為“云”。“云”中的資源在使用者看來是可以無限擴展的，并且可以隨時獲取、按需使用、隨時擴展、按使用付費。這種特性經常被稱為像水電一樣使用的IT基礎設施。廣義云計算指服務的交付和使用模式，通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務。這種服務可以是與IT和軟件、互聯網相關的，也可以使用任意其他的服務。 共九十七頁云計算具有強大的處理能力、存儲能力、帶寬和極高的性價比，可以

56、有效用于物聯網應用和業務，也是應用層能提供眾多服務的基礎。它可以為各種不同(b tn)的物聯網應用提供統一的服務交付平臺，可以為物聯網應用提供海量的計算和存儲資源，還可以提供統一的數據存儲格式和數據處理方法。利用云計算可大大簡化應用的交付過程，降低交付成本，并能提高處理效率。同時，物聯網也將成為云計算最大的用戶，促使云計算取得更大的商業成功。共九十七頁3人工智能 人工智能(Artificial Intelligence)是探索、研究使各種機器模擬人的某些思維過程和智能行為(如學習、推理、思考、規劃等)，使人類(rnli)的智能得以物化與延伸的一門學科。目前對人工智能的定義大多可劃分為四類，即機

57、器“像人一樣思考”、“像人一樣行動”、“理性地思考”和“理性地行動”。人工智能企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以與人類智能相似的方式作出反應的智能機器。該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。目前主要的方法有神經網絡、進化計算和粒度計算三種。在物聯網中，人工智能技術主要負責分析物品所承載的信息內容，從而實現計算機自動處理。 共九十七頁人工智能技術的優點在于：大大改善操作者作業環境，減輕工作強度；提高作業質量和工作效率；一些危險場合或重點施工應用得到解決；環保、節能(ji nn)；提高機器的自動化程度及智能化水平；提高設備的可靠性，降低維護成本；實現故障診斷的智能化等。 共九十七頁4數據挖掘 數據挖掘(Data Mining)是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的及隨機的實際應用(yngyng)數據中，挖掘出隱含的、未知的、對決策有潛在價值的數據的過程。數據挖掘主要基于人工智能、機器學習、模式識別、統計學、數據庫、可視化技術等，高度自動化地分析數據，做出歸納性的推理。它一般分為描述型數據挖掘和預測型數據挖掘兩種。描述型數據挖掘包括數據總結、聚類及關聯分析等；預測型數據挖掘包括分類、回歸及時間序列分析等。數據挖掘通過對數據的統計、分析、綜合、歸納和推理，揭示事件間的相互關系，預測未來的發展趨勢，為決策者提供決策依據。 共九十