物联网应用论文

物联网技术论文

物联网(Internet 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、数控系统、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等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线和/或有线的长距离和/或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，在内网（Intranet）、专网（Extranet）、和/或互联网（Internet）环境下，采用适当的信息安全保障机制，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。

和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征。

首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。

其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。

第三，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。

联网的原理

物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。

而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，

实现物品（商品）的识别，进而通过开放新的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。

“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而令一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。

应用与技术

物联网可以以以电子标签和EPC（Electronic Product Code,产品电子代码）码为基础，建立在计算机互联网基础上形成实物互联网络，其宗旨是实现全球物品信息的实时共享和互通。物联网的系统结构由信息采集系统、PML信息服务器、产品命名服务器(ONS)和应用管理系统四部分组成。它们的功能如下：

信息采集系统。信息采集系统包括产品电子标签、读写器、驻留有信息采集软件的上位机组成，主要完成产品的识别和产品EPC码的采集和处理。存储有EPC码的电子标签在经过读写器的感应区域时，产品EPC码会自动被读写器捕获，从而实现自动化EPC信息采集，采集的数据将交由上位机信息采集软件进行进一步的处理，如数据校对、数据过滤、数据完整性检查等，这些经过整理的数据可以为上层应用管理系统使用。

PML信息服务器。PML(Physical Markup Language，实体描述语言)信息服务器由产品生产商建立并维护，他们根据事先规定的原则对产品进行编码，并利用标准的XML对产品的详细信息进行描述。PML服务器在物联网中的作用在于以通用的格式提供对产品原始信息的描述，便于其他节点的访问。

产品命名服务器(ONS)。产品命名服务器ONS (Object Name Service)在各信息采集节点与PML信息服务器之间建立联系，实现从产品EPC码到产品PML描述信息之间的映射。

应用管理系统。应用管理系统通过和信息采集软件(如 Savant)之间的接口获取产品EPC信息，并通过ONS找到产品的PML信息服务器，从而获取产品详细信息以实现诸如入库管理、产品路径跟踪等应用功能。

物联网通过Internet信息世界的互联实现物理世界任何产品的互联，实现在任何地方、任何时间可识别任何产品，使产品成为附有动态信息的“智能产品”，并使产品信息流和物流完全同步，从而为产品信息共享提供了一个高效、快捷的网络平台。

技术意义

突破传统思维---过去是将物理设施和IT设施分开一路是机场、公路、建筑物等等现实的世间万物另一路是数据电脑、宽带等等虚拟的“互联网” 而在“物联”时代，“现实的世间万物” 将与“虚拟的互联网” 整合为统一的“整合网络”，全球全世界的运转以此为基础--- 经济管理生产运行社会管理乃至个人生活---全球世界---互联物联---整合大同

技术发展

2005.11.17,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2005物联网》报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临世上万物从轮胎到牙刷都可通过因特网主动交换RFID、传感器、纳米、智能嵌入技术更加广泛的应用

三个阶段

初级阶段

已存在的一些各行业基于各种行业数据交换和传输标准的连网监测监控，两化融合[1]引等MAI应用系统;

中级阶段

在物联网理念推动下，基于局部统一的数据交换标准实现的跨行业、跨业务综合管理大集成系统，包括一些基于SaaS模式和“私有云”的M2M营运系统;

高级阶段

基于物联网统一数据标准，SOA,Web Service,云计算虚拟服务的on Demand系统，最终实现基于“共有云”TaaS: “Thing as a Service”

信息安全

物联网的安全和互联网的安全问题一样，永远都会是一个被广泛关注的话题。由于物联网连接和处理的对象主要是机器或物以及相关的数据，其“所有权”特性导致物联网信息安全要求比以处理“文本”为主的互联网要高，对“隐私权”(Privacy)保护的要求也更高（如ITU物联网报告中指出的），此外还有可信度(Trust)问题，包括“防伪”和DoS（Denial of Services）（即用伪造的末端冒充替换（eavesdropping等手段）侵入系统，造成真正的末端无法使用等），由此有很多人呼吁要特别关注物联网的安全问题。物联网系统的安全和一般IT 系统的安全基本一样，主要有8个尺度：读取控制，隐私保护，用户认证，不可抵赖性，数据保密性，通讯层安全，数据完整性，随时可用性。前4项主要处在物联网DCM三层架构的应用层，后4项主要位于传输层和感知层。其中“隐私权”和“可信度”（数据完整性和保密性）问题在物联网体系中尤其受关注。如果我们从物联网系统体系架构的各个层面仔细分析，我们会发现现有的安全体系基本上可以满足物联网应用的需求，尤其在其初级和中级发展阶段。物联网应用的特有（比一般IT系统更易受侵扰）的安全问题有如下几种：

1. Skimming：在末端设备或RFID持卡人不知情的情况下，信息被读取

2. Eavesdropping: 在一个通讯通道的中间，信息被中途截取

3. Spoofing：伪造复制设备数据，冒名输入到系统中

4. Cloning: 克隆末端设备，冒名顶替

5. Killing:损坏或盗走末端设备

6. Jamming: 伪造数据造成设备阻塞不可用

7. Shielding: 用机械手段屏蔽电信号让末端无法连接主要针对上述问题，物联网发展的中、高级阶段面临如下五大特有（在一般IT安全问题之上）的信息安全挑战： 1. 4大类（有线长、短距离和无线长、短距离）网路相互连接组成的异构（heterogeneous）、多级(multi-hop)、分布式网络导致统一的安全体系难以实现“桥接”和过度 2. 设备大小不一，存储和处理能力的不一致导致安全信息（如PKI Credentials等）的传递和处理难以统一 3. 设备可能无人值守，丢失，处于运动状态，连接可能时断时续，可信度差，种种这些因素增加了信息安全系统设计和实施的复杂度 4. 在保证一个智能物件要被数量庞大，甚至未知的其他设备识别和接受的同时，又要同时保证其信息传递的安全性和隐私权 5. 多租户单一Instance服务器SaaS模式对安全框架的设计提出了更高的要求对于上述问题的研究和产品开发，目前国内外都还处于起步阶段，在WSN和RFID领域有一些针对性的研发工作，统一标准的物联网安全体系的问题目前还没提上议事日程，比物联网统一数据标准的问题更滞后。这两个标准密切相关，甚至合并到一起统筹考虑，其重要性不言而喻。

中国发展

中国在…物联网?领域享有国际话语权中国的无线通信网络已覆盖了广大城乡无线网络是实现“物联网”必不可少的基础设施安置在动植物、机器产品上的电子介质产生的数字信号可随时随地通过无处不在的无线网络传送交流云计算---使世间万物的实时动态管理变得可能

专业课程

年初教育部下达了高校设置物联网专业申报通知，众多高校争相申报。由于物联网涉及的领域非常广泛，从技术角度，主要涉及的现有高校院系与专业有：计算机科学与工程，电子与电气工程，电子信息与通讯，自动控制，遥感与遥测，精密仪器，电子商务等等。物联网专业可能会在上述这些院系中开设。与物联网应用相关的专业，如建筑与智能化，土木工程，交通运输与物流，节能与环保等等，可能会考虑开设选修课或在研究生、博士生阶段设置相关交叉学科的学位。物联网可以是一个“专业”，但不一定是一个“学科”。国内有些专家反对设置“物联网专业”，因为定位不清，一个学校往往有好几个院系争夺“物联网专业“的申报，又不是一个明确的学科，难以培养出真正的专业人才，培养出来的人可能是“万精油”，懂得多但是不精，尤其是本科阶段，建议只作为研究生专业，像MBA一样的模式。和目前许多高校设置的“电子商务”专业一样，“电子商务”也有同样的定位不清问题，只要高校设置的物联网专业能够培养出社会需要的专业人才，尤其是跨专业复合型人才，就应该可以设置，不必拘泥于它究竟属于哪个现有的“学科”。下表列出了一个高校物联网专业课程设置的初步建议，算是抛砖引玉。课程1、物联网产业与技术导论使用电子工业出版社《物联网：技术、应用、标准和商业模式》等等教材。在学完高等数学，物理，化学，通信原理，数字电路，计算机原理，程序设计原理等课程后开设本课程，全面了解物联网之RFID、M2M、传感网、两化融合等技术与应用。课程2、C语言程序设计使用清华大学出版社《C语言程序设计》等教材。物联网涉及底层编程，C语言为必修课，同时需要了解OSGi，OPC，Silverlight等技术标准。课程3、Java程序设计，使用机

械工业出版社《Java语言程序设计教程》等教材。物联网应用层，服务器端集成技术，开放Java技术也是必修课，同时需要了解Eclipse,SWT, Flash, HTML5,SaaS等技术。课程4、无线传感网络概论，使用无线龙通讯科技出版社《现代无线传感器网络概论》、北京航空航天大学出版社《短距离无线通讯入门与实战》等教材。学习各种无线RF通讯技术与标准，Zigbee, 蓝牙，WiFi，GPRS,CDMA，3G, 4G, 5G等等。课程5、TCP/IP 网络与协议，《TCP/IP网络与协议》，清华大学出版社，等教材。TCP/IP以及OSI网络分层协议标准是所有有线和无线网络协议的基础，Socket编程技术也是基础技能，为必修课。课程6、嵌入式系统技术，《嵌入式系统技术教程》，人民邮电出版社等教材。嵌入式系统（包括TinyOS等IoT系统）,是物联网感知层和通讯层重要技术，为必修课。课程7、传感器技术概论，《传感器技术》，中国计量出版社，等教材。物联网专业学生需要对传感器技术与发展，尤其是在应用中如何选用有所了解，但不一定需要了解传感器的设计与生产，对相关的材料科学，生物技术等有深入了解。课程8、RFID技术概论，《射频识别（RFID）技术原理与应用》，机械工业出版社，等教材。RFID作为物联网主要技术之一，需要了解，它本身（与智能卡技术融合）可以是一个细分专业或行业，也可以是研究生专业选题方向。课程9、工业信息化及现场总线技术，《现场总线技术及应用教程》，机械工业出版社，等教材。工业信息化也是物联网主要应用领域，需要了解，它本身也可以是一个细分专业或行业，也可作为研究生专业选题方向。课程10、M2M 技术概论，《M2M: The Wireless Revolution》，TSTC Publishing，等教材。本书是美国“Texas State Techinical College”推出的M2M专业教材，在美国首次提出了M2M专业教学大纲，M2M也是物联网主要领域，需要了解，建议直接用英文授课。课程11、物联网软件、标准、与中间件技术，《中间件技术原理与应用》，清华大学出版社，《物联网：技术、应用、标准和商业模式》，电子工业出版社，等教材。物联网产业发展的关键在于应用，软件是灵魂，中间件是产业化的基石，需要学习和了解，尤其是对毕业后有志于物联网技术发展的学生。

中国技术

中国的技术研发水平处于世界前列，具有重大的影响力中科院1999年就启动了传感网研究，与其它国家相比具有同发优势该院组成了2000多人的团队，先后投入数亿元在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机、移动基站等取得重大进展目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链在世界传感网领域，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的主导国之一

技术产业

掌握“物联网”的世界话语权，不仅体现在技术领先，更在于我国是世界上少数能实现产业化的国家之一

研发核心

中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心(无锡传感网中心) 是国内研究

物联网的核心单位09.8.7 温总理调研无锡时，对该中心高度关注，提出把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法温家宝指出：在传感网发展中早一点谋划未来

--- 早一点攻破核心技术在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展，尽快建立中国的传感信息中心--感知中国中心江苏省委省政府落实温总理指示，热情拥抱“物联网”，突出抓好平台建设和应用示范工作迅速形成“研发安全感” 与“产业突破” 的“先发优势” 无锡作出部署：举全市之力抢占新1轮科技革命制高点--把无锡建成--传感技术创新高地--人才高地--产业高地如果软件是物联网的核心和灵魂，中间件（Middleware）就是这个灵魂的核心。中间件与操作系统和数据库并列作为三足鼎立的“基础软件”的理念经过多年的探讨已经被国内业界和政府主管部门认可，但在国内长期“重硬轻软”的大环境下，中间件产业并未受到足够的重视，或更确切地说可能是不知道如何抓。除OS，数据库，和直接面向用户的客户端软件以外，凡是能批量生产，高度可复用的软件都可以算是中间件。中间件有很多种类，如通用中间件，嵌入式中间件，数字电视中间件，RFID中间件，和M2M物联网中间件等等，中间件无处不在。IBM, Oracle, 微软等软件巨头都是引领潮流的中间件生产商。SAP等大型（ERP）应用软件厂商的产品也是基于中间件架构。国内的用友，金蝶等软件厂商也都有中间件部门或分公司。在OS和数据库市场格局早已确定的情况下，中间件，尤其是面向行业的业务基础中间件，也许是各国软件产业发展唯一的机会。可以毫不夸张地说，能否做大做强中间件，是整个中国IT产业能否做大做强的关键。物联网中间件处于物联网的集成服务器端和感知层、传输层的嵌入式设备中。服务器端中间件称为物联网业务基础中间件，一般都是基于传统的中间件（应用服务器，ESB/MQ等）构建，加入设备连接和图形化组态展示等模块(如同方的ezM2M物联网业务中间件）。嵌入式中间件是一些支持不同通讯协议的模块和运行环境。中间件的特点是它固化了很多通用功能，但在具体应用中多半需要“二次开发”来实现个性化的行业业务需求，因此所有物联网中间件都要提供快速开发（RAD）工具。在物联网概念被大众理解和接受以后，大家早已发现，物联网并不是什么全新的东西，上万亿的末端“智能物件”和各种应用子系统早已经存在于工业和日常生活中。物联网产业发展的关键在于把现有的智能物件和子系统链接起来，实现应用的大集成（Grand Integration）和“管控营一体化”，为实现“高效、节能、安全、环保”的和谐社会服务，要做到这一点，软件（包括嵌入式软件）和中间件将作为核心和灵魂起至关重要的作用。这并不是说发展传感器等末端不重要，在大集成工程中，系统变得更加智能化和网络化，反过来会对末端设备和传感器提出更高的要求，如此循环螺旋上升推动整个产业链的发展。因此，要占领物联网制高点，软件和中间件的作用至关重要，应该得到国家层面决策和扶持政策的高度重视。在包括物联网软件在内的软件领域，美国长期引领潮流，基本上垄断了世界市场，欧盟（世界级的软件厂商只有SAP一家在欧洲）早已看到了软件和中间件在物联网产业链中的重要性，从2005年开始资助了HYDRA项目，这是一个研发物联网中间件和“网络化嵌入式系统软件”的组织，已取得不少成果。目前在中国有很多传感器，传感网，RFID研究中心及产业（生产）基地，也有很多人呼吁建立物联网标准，唯独没有物联网软件和中间件研发基地和组织，这种本末倒置的现象很让人担心。如果我们的软件不够强，制定物联网标准也一定是纸上谈兵，物联网产业基地一定是低层次重复建设造成生产过剩，我们在物联网产业永远不会有话语权，更谈不上占领什么制高点。

在电影《阿凡达》中，潘多拉星球上的所有生物通过一种比人脑还要复杂的神经网络，连接成为一个有机整体，构成一个紧密而和谐的生态系统。杰克和纳美人正是依靠这种神奇的集体力量打败入侵者的。惊叹之余，您是否意识到，地球上的互联网正在逐步演化成一个类似的有机整体，而云计算的出现以及它与3G、物联网的交织，标志着这个进程已经大大加快。

《变形金刚》人类的未来总是离不开机器人。利用电气化和车联网两大技术，未来城市交通将实现零油耗、零排放、零堵塞和零事故。

《第九区》运用了高科技技术。激光枪，飞船，实验室