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物联网的初步认识


物联网的初步认识
? ? ? ? ? 什么是物联网 物联网国内外发展情况 物联网的结构 物联网采用的关键技术 物联网目前的应用

什么是物联网
? 物联网这个词,最早是由MIT Auto-ID中心Ashton 教授1999年在研究RFID时提出来的。在2005年 国际电信联盟(ITU)发布的同名报告中,物联网 的定义和范围已经发生了变化,覆盖范围有了较 大的拓展,不再只是指基于RFID技术的物联网。 ? 物联网简单来说就是通过互联网采用一定的技术 手段将现实存在的物与物连接起来构成一个网络, 进行信息的交换和通信,它是互联网应用的扩展。

什么是物联网
物联网主要通过射频识别(RFID)、红外 感应器、全球定位系统、激光扫描器等信 息传感设备,按约定的协议,把任何物品 与互联网相连接,进行信息交换和通信, 以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和 管理的一种网络。

物联网的国内外发展情况
? 1、国外发展情况
目前,国外对物联网的研发、应用主要集中在美、 欧、日、韩等少数国家,其最初的研发方向主要 是条形码、RFID等技术在商业零售、物流领域应 用,而随着RFID、传感器技术、近程通信以及计 算技术等的发展,近年来其研发、应用开始拓展 到环境监测、生物医疗、智能基础设施等领域。

2、国内的发展状况 目前,我国的无线通信网络已经覆盖了城乡,从繁华的 城市到偏僻的农村,从海岛到珠穆朗玛峰,到处都有无线网 络的覆盖。无线网络是实现“物联网”必不可少的基础设施, 安置在动物、植物、机器和物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出去。“云计算” 技术的运用,使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可 能。 而在“物联网”这个全新产业中,我国的技术研发水平 处于世界前列,具有重大的影响力。中科院早在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、移动基站等方面 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。

物联网采用的结构
? 物联网的技术体系框架包括感知层技术、网络层 技术、应用层技术和公共技术。 ? (1)感知层:数据采集和感知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、 标识、音频、视频数据。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。传感器网络组网和协同信息处理技 术实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据 的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数 据的协同信息处理过程。

物联网采用的结构
? (2)网络层:实现更加广泛的互联功能,能 够把感知到的信息无障碍、高可靠、高安 全地进行传送,这需要传感器网络与移动 通信技术、互联网技术相融合。虽然这些 技术已较成熟,基本能满足物联网的数据 传输要求;但是,为了支持未来物联网新 的业务特征,现在传统传感器、电信网、 互联网可能需要做一些优化。

物联网的结构
? (3) 应用层:主要包含应用支撑平台子层和应用服 务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、 跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通等 功能;应用服务子层包括智能交通、智能医疗、 智能家居、智能物流、智能电力、环境监测和工 业监控等行业应用。 ? (4) 公共技术:公共技术不属于物联网技术的某个 特定层面,而是与物联网技术架构的三层都有关 系,它包括标识与解析、安全技术、网络管理和 QoS管理。

物联网的关键技术
? ? ? ? ? 物联网主要需要四项关键性应用技术: ①标签物品的RFID技术 ②感知事物的无线传感网络技术 ③思考事物的智能技术 ④微缩事物的纳米技术

四、物联网的关键技术
物联网主要需要四项关键性应用技术: ①标签物品的RFID技术 ②感知事物的无线传感网络技术 ③思考事物的智能技术 ④微缩事物的纳米技术 ㈠ RFID技术: RFID技术 技术: RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过 射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须 人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运 动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。RFID技术与 互联网、 通信等技术相结合,可实现全球范围内物品跟踪 与信息共享。

物联网的关键技术
? 一般的RFID系统由射频识别标签、射频读 写器和计算机通信网络3部分组成(如图所 示),在实际应用中还需要其他硬件和软 件的支持。

射频识别标签: 射频识别标签 由耦合元件及芯片组成,存储着需要被识别物品的相关信息, 通常被放置在需要识别的物品的表面,它所存储的信息通常可被 射频读写器通过非接触读/写获取, 每个标签具有全球唯一的识 别号(ID),无法修改、无法仿造,这样提供了安全性。

射频读写器: 射频读写器 射频读写器是可以利用射频技术读/写射频识别标签信息的 设备。读取(或写入)标签信息的设备,可设计为手持式或固 定式。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子 数据,从而达到自动识别物体的目的。通常阅读器与计算机相 连,所读取的标签信息被传送到计算机上,进行下一步处理。

RFID工作原理如下: (1)无线电载波信号经过射频读写器的发射天线向外发射 (2)当射频识别标签进入发射天线的作用区域时,射频识 别标签就会被激活,经过天线将自身信息的数据发射出去; (3)射频识别标签发出的载波信号被接收天线接收,并经 过天线的调节器传输给读写器。对接收到的信号,射频读写 器进行解调解码后再传送到后台的电脑控制器; (4)该标签的合法性由电脑控制器根据逻辑运算进行判断, 针对不同的设定作出相应的处理和控制; (5)按照电脑发出的指令信号,控制执行机构进行运作; (6)计算机通信网络通过将各个监控点连接起来,形成总 控信息平台,根据实际不同的项目要求可以设计各不相同的 相应软件来完成需要达到的功能。

㈡无线传感网络技术: 无线传感网络技术: 无线传感网(WSN)是集分布式信息采集、传输和处理技术于 一体的网络信息系统,以其低成本、微型化、低功耗和灵活 的组网方式、铺设方式以及适合移动目标等特点受到广泛重 视。物联网正是通过遍布在各个角落和物体上的形形色色的 传感器以及由它们组成的无线传感网络,来感知整个物质世 界的。目前,面向物联网的传感网,主要涉及以下几项技术。 (1)测试及网络化测控技术 综合传感器技术、嵌入式计算机技术、分布式信息处理 技术等,协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象 的信息,并对其进行处理、传输。只有依靠先进的分布式测 试技术与测量算法,才能满足日益提高的测试和测量需求。

(2)智能化传感网节点技术 所谓传感网节点是指一个微型化的嵌入式系统。在感知 物质世界及其变化的过程中,需要检测的对象很多,譬如 温度、 压力、湿度、应变等, 因此需要微型化、低功耗 的传感网节点来构成无线传感网的基础层支持平台。这不 但需要采用MEMS加工技术,设计符合物联网要求的微型传 感器,使之可识别和配接多种敏感元件,并适用于主被动 各种检测方法;另外,传感网节点还应具有强抗干扰能力, 以适应恶劣工作环境的需求。这里重要的是,利用传感网 节点具有的局域信号处理功能,在传感网节点附近局部完 成一定的信号处理,使原来由中央处理器实现的串行处理、 集中决策的系统,成为一种并行的分布式信息处理系统。

(3)传感网组织结构及底层协议 网络体系结构是网络的协议分层以及络协议的集合,是 对网络及其部件所应完成功能的定义和描述。对传感网 而言,其网络体系结构不同于传统的计算机网络和通信 网络。对于物联网的体系结构,已经提出了多种参考模型。 就传感网体系结构而言,也可以由分层的网络通信协议、 传感网管理以及应用支撑技术三个部分组成。其中,分 层的网络通信协议结构类似于TCP/IP协议体系结构;传 感网管理技术主要是对传感器节点自身的管理以及用户 对传感网的管理;分层协议和网络管理技术是传感网应 用支撑技术的基础。

(4)对传感网自身的检测与自组织 传感网是整个物联网的底层和信息来源,网络自身的完整性、完 好性和效率等性能至关重要,因此,需要对传感网的运行状态及 信号传输通畅性进行良好监测,才能实现对刚络的有效控制。在 实际应用当中,传感网中存在大量传感器节点,密度较高,当某 一传感网节点发生故障时,网络拓扑结构有可能会发生变化,因 此,设计传感网时应考虑传感网的自组织能力、自动配置能力及 可扩展能力。 (5)传感网安全 传感网除了具有一般无线网络所面临的信息泄露、信息篡改、重 放攻击、拒绝服务等多种威胁之外, 还面临传感网节点容易被攻 击者物理操纵,获取存储在传感网节点中的信息,从而控制部分 网络的安全威胁。这显然需要通过其他的网络安全技术来提高传 感网的安全性能。如在通信前进行节点与节点的身份认证;设计 新的密钥协商算法;对传输信息加密解决窃听问题;保证络中的 传感信息只有可信实体才可以访问;采用一些跳频和扩频技术减 轻网络堵塞等问题。

㈢智能技术 智能技术是为了有效地达到某种预期的目的,利用知识 分析后所采用的各种方法和手段。通过在物体中植入智 能系统,可以使得物体具备一定的智能性,能够主动或 被动的实现与用户的沟通,这也是物联的关键技术之一。 智能分析与控制技术主要包括人工智能理论、先进的人 一机交互技术、智能控制技术与系统等。物联的实质是 给物体赋予智能,以实现人与物体的交互对话,甚至实 现物体与物体之间的交互或对活。为了实现这样的智能 性,例如,控制智能服务机器人完成既定任务包括运动 轨迹控制、准确的定位及目标跟踪等,需要智能化的控 制技术与系统。

㈣ 纳米技术 纳米技术,是研究结构尺寸在 0.1-100 nm 范围内材料的性 质和应用, 主要包括: 纳米体系物理学、纳米化学、纳米 材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学 等。这 7 个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米 器件、纳米尺度的检测与表征这 3 个研究领域。纳米材料 的制备和研究是整个纳米科技的基础。 其中, 纳米物理学 和纳米化学是纳米技术的理论基础, 而纳米电子学是纳米 技术最重要的内容。 使用传感器技术就能探测到物体物理状态, 物体中的嵌入 式智能能够通过在网络边界转移信息处理能力而增强网络的 威力, 而纳米技术的优势意味着物联网当中体积越来越小 的物体能够进行交互和连接。

物联网目前的应用
智能校园

? 校园一卡通主要实现功能包括:电子钱包、 身份识别和银行圈存。电子钱包即通过刷 校园卡实现主要校内消费;身份识别包括门 禁、考勤、图书借阅等,银行圈存即实现 银行卡到校园卡的转账充值、余额查询。

物联网目前的应用
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