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物联网技术:核心和基础依然是互联网技术


物联网技术: 物联网技术:核心和基础依然是互联网技术
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作者: 来源: 作者:慧聪电子网来源:慧聪电子网 来源 2011-6-29 11:04:30 访问次数:29 访问次数:

物联网技术 “物联网技术”的核心和基础仍然是“互联网技术”,是在互联网技术基础上的延伸 和扩展的一种网络技术; 其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间,

进行信息交换和通 讯。因此,物联网技术的定义是: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,将任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通 讯,以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术叫做物联网技术。 基本定义 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、 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 (GrandIntegration)、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 CockpitDashboard)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。 诞生发展 1999 年诞生,2005 年普及,2009 年大发展。 物联网(InternetofThings)这个词,国内外普遍公认的是 MITAuto-ID 中心 Ashton 教 授 1999 年在研究 RFID 时最早提出来的。 2005 年国际电信联盟 在 (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。 自 2009 年 8 月温家宝总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战 略性产业之一,写入“政府工作报告”,物联网在中国受到了全社会极大的关注,其受关注 程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。 物联网的概念与其说是一个外来概念,不如说它已经是一个“中国制造”的概念,他 的覆盖范围与时俱进,已经超越了 1999 年 Ashton 教授和 2005 年 ITU 报告所指的范围,物 联网已被贴上“中国式”标签。 英译别称 “TheInternetofthings”是物联网的英文名称。在中国把物联网称之为“传感网”。 中科院早在 1999 年,就启动了传感网的研究,并已建立了一些实用的传感网。与其它国家 相比, 我国技术研发水平处于世界前列, 具有同发优势和重大的影响力。 在世界传感网领域, 中国、德国、美国、韩国等国成为国际标准制定的主导国之一。

2005 年,11 月 27 日,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》的报告,正式提出了物联网的概念。 IBM 大中华区首席执行官钱大群在 2009IBM 论坛上公布了名为“智能的地球”的最新策 略。IBM 希望“智能的地球”策略能掀起互联网浪潮之后的又一次科技革命。 “智慧地球”的概念是美国 IBM2008 年提出的。2008 年 11 月初,在纽约召开的外国关 系理事会上,IBM 董事长兼 CEO 彭明盛发表了《智慧的地球:下一代领导人议程》。2005 年在中国诞生了智慧的钥匙(Withey)和 2007 年诞生了“互联网虚拟大脑”的概念。 相关术语 M2M,传感网络, 智慧地球 (SmartPlanet), 两化融合(Digital Convergence), Pervasive Computing(普适计算),Ambient Intelligence,Haptic 和 Ubiquitous Computing、 X-internet(可执行的互联网),Building2.0,Smart Grid(智能电网)。 “Internet of Things”这个组合词不符合英文缩写习惯,在美国或国外并未成为一 个像中国的“物联网”一样“家喻户晓”的“buzzword”,美国更关注一些具体行业应用, 如 M2M,SmartGrid,Telematics,Telehealth 等等。 技术概述 把网络技术运用于万物,组成“物联网”如把感应器嵌入装备到油网、电网、路网、 水网、建筑、大坝、等物体中然后将“物联网”与“互联网”整合起来,实现人类社会与物 理系统的整合超级计算机群对“整合网”的人员、 机器设备、 基础设施实施实时管理控制以 精细动态方式管理生产生活,提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然关系。 支撑技术 1.RFID:电子标签属于智能卡的一类,物联网概念是 1998 年 MITAuto-ID 中心主任 Ashton 教授提出来的,RFID 技术在物联网中重要起“使能”(Enable)作用; 物联网 4 大支撑技术与业务群 2.传感网:借助于各种传感器,探测和集成包括温度、湿度、压力、速度等物质现象 的网络,也是温总理“感知中国”提法的主要依据之一; 3.M2M:这个词国外用得较多,侧重于末端设备的互联和集控管理,X-Internet,中国 三大通讯营运商在推 M2M 这个理念; 4.两化融合: 工业信息化也是物联网产业主要推动力之一, 自动化和控制行业是主力, 但目前来自这个行业的声音相对较少。 技术原理 在互联网基础上,利用 RFID、数据通信技术组成一个覆盖世界万事万物的整合网络, 网中万物自动识别,信息共享,按照人们预先制定的规范彼此“交流”。 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,WebService,云计算虚拟服务的 onDemand 系统,最终 实现基于“共有云”TaaS:“ThingasaService” 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 (DenialofServices)(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, 4 项主要位于传输层和感知层。 后 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 PKICredentials 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:TheWirelessRevolution》,TSTCPublishing,等教材。 本书是美国“TexasStateTechinicalCollege”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 年 8 月 7 日温总理调研无锡时,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 (GrandIntegration)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。


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