作者：薛燕红
出版社：机械工业出版社
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物联网导论试读：
前言
物联网是在互联网的基础上，利用RFID、传感器和无线传感器网络等技术，构建一个能覆盖世界上所有人与物的网络信息系统，从而使人类的经济活动与社会生活、生产运行与个人活动都运行在智慧的物联网基础设施之上，地球因此而有了智慧，人类生活因此而更加便利。
根据信息生成、传输、处理和应用的原则，参考互联网分层的经验，一个完整的物联网系统应该包含信息感知层、物联接入层、网络传输层、智能处理层和应用接口层等五个层面的功能。物联网各层之间既相对独立又联系紧密，在应用接口层以下，同一层次上的不同技术互为补充，适用于不同环境，构成该层次技术的应对策略。而不同层次提供各种技术的配置和组合，根据应用需求，构成完整的解决方案。
本书按照物联网的层次展开介绍，力争使全书层次清晰、可读性好，为读者系统全面地展示物联网及其相关技术。
物联网形式多样、技术复杂、涉及面广，所涉及的内容横跨多个学科，本书的成果实际上是凝聚了大量专家、教授和众多智者的心血，作者只是将他们的思想、观点、技术和方法凭着个人的理解并按照自己的思路整理出来。
本书引用了互联网上大量的最新资讯、报刊中的报道，在此一并向原作者和刊发机构致谢，对于不能一一注明引用来源深表歉意。对于网络上收集到的共享资料，没有注明出处或由于时间、疏忽等原因找不到出处的，以及作者对有些资料进行了加工、修改而纳入书中的，作者郑重声明其著作权属于原创作者，并在此向他们在网络上共享所创作或提供的内容表示致敬和感谢！在本书的写作中，得到了北京邮电大学网络技术研究院和作者所在单位陕西理工学院同仁们的多方支持，在此表示衷心的感谢。
书中对某一方面的技术理解有误或不准确，以及在理解、归纳和总结中出现挂一漏万的问题在所难免，恳请读者不吝赐教。作者第1章 物联网概述
物联网（The Internet of Things，IOT）是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业革命。目前，物联网已被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。物联网产业具有产业链长、涉及多个产业群的特点，其应用范围几乎覆盖了各行各业。
本章从物联网的定义、特征、应用领域、体系结构以及面临的问题等方面进行阐述，以便读者能够对物联网的概念有一个准确的认识，对物联网系统有一个整体的了解。1.1 物联网的概念
物联网是在互联网的基础上，利用RFID、传感器和无线传感器网络等技术，构建一个覆盖世界上所有人与物的网络信息系统，从而使人类的各类活动都运行在智慧的物联网基础设施之上。1.1.1 物联网的定义及特征
1.物联网的定义
物联网就是“物物相连的互联网”，这里包含了两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，物联网就是互联网的延伸和扩展；第二，其用户端延伸和扩展到了任何人和物、物和物进行的信息交换和通信。物联网是通过各种信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换、信息通信和信息处理，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。
这里的“物”要满足以下条件：有相应的信息接收器；有数据传输通路；有一定的存储功能；有CPU；有操作系统；有专门的应用程序；有数据发送器；遵循物联网的通信协议；在世界网络中有可被识别的唯一编号。这样，“物”才能够融入“物联网”，才能够具有“感知的神经”和“智慧的大脑”。
2.物联网的特征
与传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征。（1）全面感知
物联网上部署了数量巨大、类型繁多的传感器，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地采集环境信息，不断地更新数据。各种感知技术在物联网中获得了广泛应用。（2）可靠传递
传感器采集的信息通过各种有线和无线网络与互联网融合，并通过互联网将信息实时而准确地传递出去。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和及时，必须适应各种异构网络和协议。（3）智能处理
物联网将传感器和智能处理技术相结合，利用网络、云计算、模式识别以及各种智能技术，扩充其应用领域。智能处理是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，对物体实施远程智能控制，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。1.1.2 物联网发展的背景和意义
物联网既不是美好的预言，更不是科技的狂想，而是又一场改变世界的伟大产业革命。物联网的发展是科学技术发展的必然，是人类不断追求自由和美好生活的必然，也是人类自身发展在面临诸多挑战时采取的智慧而积极的行动。
1.必然性
目前的互联网仅仅是人与人之间信息交流的网络，我们更希望其满足人与物、物与物之间信息的自动交互和共享。物联网是互联网的延伸与扩展，物联网可以实现物理世界与信息世界的无缝连接，见图1.1。图1.1 物理世界与信息世界无缝连接示意图
将各种功能不同的智能传感器嵌入到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等物体中，通过无线传感器网络、互联网、超级计算机和云计算等组成物联网，实现人类社会与物理系统的整合，使世界上的物、人、网与社会融合为一个有机的整体。我们可以捕捉物体运行过程中的各种信息，控制小到一个开关，大到一个行业的运行过程。物联网概念的本质就是将地球上人类的经济活动与生产运行、社会生活与个人活动都放在一个智慧的物联网基础设施之上运行。
2.技术背景（1）互联网技术是物联网的发展基础
物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。物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，它是一种建立在互联网上的泛在网络。近二十年来，互联网的高速发展，给全世界带来了非同寻常的机遇。纵观互联网的发展史，可以看出互联网的发展具有运营产业化、应用商业化、互联全球化、互联宽带化、多业务综合平台化和智能化等特点。可以预见，物联网的发展和应用将大大超过互联网，将进一步改变人们的生产、工作、生活和学习方式。（2）三网融合是物联网理想的通信平台
我国正在加快建设宽带、泛在、融合、安全的信息网络基础设施，推动新一代移动通信、下一代互联网核心设备和智能终端的研发及产业化，加快推进三网融合，促进物联网、云计算的研发和示范应用。随着电信、电视、计算机“三网融合”趋势的加强，未来的互联网将是一个真正的多网合一、多业务综合平台和智能化的平台，是移动网+IP网+广播电视多媒体网的网络世界，它能融合现今所有的通信业务，并能推动新业务的迅猛发展，给整个信息技术产业带来一场革命。（3）云计算是物联网应用的商业模式
云计算是通过将计算分布在大量的分布式计算机上而非本地计算机或远程服务器中，使得各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，就像煤气、水电一样，取用方便、费用低廉。目前，云计算的发展如日中天，随着物联网业务量的增加，对数据存储和计算量的需求将推动“云计算”的进一步发展，而云计算的极大发展将成为物联网发展的强大后盾。云计算助力海量数据处理，提升物联网信息处理能力，可以成为物联网网络引擎。（4）普适计算是物联网智能的理论模型
普适计算强调与环境融为一体的计算，而计算机本身则从人们的视线里消失。在普适计算的模式下，人们能够在任何时间、任何地点，以任何方式进行信息的获取与处理。普适计算的核心思想是小型、便宜、网络化的处理设备广泛分布在日常生活的各个场所，计算设备将不只依赖命令行、图形界面进行人机交互，而更依赖“自然”的交互方式，计算设备的尺寸将缩小到毫米甚至纳米级。间断连接与轻量计算（即计算资源相对有限）是普适计算最重要的两个特征。在普适计算的环境中，无线传感器网络将广泛普及，各种新型交互技术将使交互更容易、更方便。（5）3G/4G是物联网便捷的接入方式
目前，伴随着3G和4G所带来的移动宽带能力，移动网络所支撑的物联网应用的前景更加广阔，移动网络将是最主要的接入手段，物联网将从单一走向融合。（6）无线传感器网络是物联网无处不在的感知手段
无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区域内的各种信息，并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。无线传感器网络中的每一个节点都配有无线电发射和接收装置，能够和网络中的其他节点进行通信。随着微机电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，具有功耗低、成本少、分布式和自组织特点的无线传感器网络给信息感知带来了一场变革。无线传感器网络可以扩展人们与现实世界进行远程交互的能力，微传感技术和无线联网技术为无线传感器网络赋予了广阔的应用前景。（7）RFID是物联网最成熟的应用技术
RFID是物联网关键技术中最成熟的一种，已经建立了相关标准，并拥有一个广阔的应用市场。21世纪初，RFID已经开始在中国进行试探性的应用，并很快得到政府的大力支持，RFID的发展已经提高到国家产业发展战略层面。目前，RFID在中国的很多领域都得到实际应用，包括环保、物流、烟草、医药、身份证、奥运门票、宠物管理等。
3.社会背景（1）物联网可以解决我们面临的诸多问题
历史的经验告诉我们，每一次重大的经济危机都要伴随着一场技术的革命，每次经济危机之后，都会极大地激发人们对新技术的追求和探索。2008年席卷全球的金融危机使人们冷静下来反省：以往的发展出了什么问题？未来应当如何应对？对如此严重的危机，现有的信息技术为什么没能及时监测、提前预警？也就是说，人类对物理世界的认知和把握还远远不够，要想真正应对各种危机，必须把信息技术的触角延伸到物理世界，以实现及时的感知，并迅速采取相应的措施。人类正面临经济衰退、全球竞争、气候变化、人口老龄化等诸多问题实际上都能够以更加“智慧”的方式解决。物联网一方面可以提高经济效益、大大节约成本，另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。（2）世界各国高层领导的重视和亲自推动
美国总统奥巴马对于发展物联网的建议给予了积极的回应：“经济刺激资金将会投入到宽带网络等新兴技术中去，毫无疑问，这就是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式。”；欧洲各国不仅高度关注“物联网”，而且就具体的技术标准展开研究，2009年6月欧盟发布了新时期下物联网的行动计划；日本和韩国在2004年5月分别提出了“U-Japan”、“U-Korea”的计划和构想，2009年8月，日本提出在“U-Japan”的基础上，发展“I-Japan”成为实质性的物联网。（3）信息化产业对物联网强力推动
目前，IBM、中国移动、无锡中科院、研祥、罗克佳华等著名企业都对物联网给予了极大的关注，并投入巨资研制物联网的各类应用。（4）传统产业的积极呼应
物联网可以作为传统产业新的经济增长点，得到各个方面的支持，如沃尔玛、海尔等。资本市场热情高涨，我国各相关部委都在积极研究，不断地推出各类政策、措施来支持物联网产业的快速发展。（5）社会经济发展与产业转型成为物联网发展的推动力
物联网可以将传统的工业化产品从设计、供应链、生产、销售、物流与售后服务融为一体，可以最大限度地提高企业的产品设计、生产、销售能力，提高产品质量与经济效益，实现节能降耗，能够极大地提高企业的核心竞争力。1.1.3 物联网发展现状
物联网形式多样、技术复杂、涉及面广，所涉及的内容横跨多个学科。目前，物联网的开发和应用尚处在探索和局部应用阶段。
1.国外发展现状
在应用和研发方面，美、欧、日、韩等少数国家起步较早，总体实力较强。目前，物联网开发和应用仍处于起步阶段，发达国家和地区抢抓机遇，希望在新一轮信息产业重新洗牌中占领先机，物联网成为各国提升综合竞争力的重要手段。（1）美国
美国在物联网基础架构、关键技术领域已有领先优势。美国在物联网产业上的优势正在加强与扩大，国防部的“智能微尘”（SMART DUST）、国家科学基金会的“全球网络研究环境”（GE-NI）等项目提升了美国的创新能力。由美国主导的EPCglobal标准在RFID领域中呼声最高，德州仪器（TI）、英特尔、高通、IBM、微软在通信芯片及通信模块设计制造上全球领先，物联网已经开始在军事、工业、农业、环境监测、建筑、医疗、空间和海洋探索等领域投入应用。美国2009年9月提出《美国创新战略》，将物联网列为振兴经济、确立优势的关键战略的重要组成部分。（2）欧盟
欧盟将信息通信技术作为促进欧盟从工业社会向知识型社会转型的主要工具，致力于提升欧盟在全球的数字竞争力。欧盟在RFID和物联网方面进行了大量研究应用，对RFID和物联网技术进行专项研发。2009年6月欧盟制定物联网行动方案，推出物联网标准战略，确保物联网的可信度、接受度和安全性。2009年9月15日，欧盟发布《欧盟物联网战略研究路线图》，提出欧盟到2010年、2015年、2020年三个阶段的物联网研发路线图，并提出物联网在航空航天、汽车、医药、能源等18个主要应用领域和识别、数据处理、物联网架构等12个方面需要突破的关键技术。（3）日本
日本是世界上第一个提出“泛在”战略的国家，2004年日本政府在两期E-Japan战略目标均提前完成的基础上，提出了“U-Japan”战略。2004年3月，日本总务省召开了“实现泛在网络（Ubiquitous）社会政策座谈会”，并于5月向日本经济财政咨询会议正式提出了以发展Ubiquitous社会为目标的U-Japan构想。2004年12月，经过36名成员近10个月的工作，历经27次研讨，日本总务省发布了“实现泛在网络（Ubiquitous）社会政策座谈会”的最终报告书，列出了U-Japan战略的核心内容，排出了实现泛在网络社会的时间表。（4）韩国
2004年，韩国提出为期10年的U-Korea战略，目标是“在全球最优的泛在基础设施上，将韩国建设成全球第一个泛在社会”。配合U-Korea推出的U-Home是韩国的U-IT839八大创新服务之一。智能家庭最终让韩国民众能通过有线或无线的方式远程控制家电设备，并能在家享受高质量的双向与互动多媒体服务。2009年10月13日，韩国通信委员会（KCC）通过了《基于IP的泛在传感器网基础设施构建基本规划》，将传感器网络确定为新增长动力，据估算至2013年产业规模将达50万亿韩元。KCC确立了到2012年“通过构建世界最先进的传感器网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流ICT强国”的目标。为实现这一目标，确定了构建基础设施、应用、技术研发、营造可扩散环境等4大领域、12项课题。
2.国内发展现状（1）中国不落后
中国在物联网方面有一定的基础，物联网技术发展基本与国际同步。目前，中国的物联网在一些行业领域得到初步应用，包括电力、智能交通、医疗卫生、家庭安防、重点区域防入侵、工业控制、农业、环境监测等诸多领域。物联网在中国迅速崛起得益于我国在物联网方面的如下优势：
1）我国早在1999年就启动了物联网核心传感网技术研究，研发水平处于世界前列。
2）在世界传感网领域，我国是标准主导国之一，专利拥有量高。
3）我国是目前能够实现物联网完整产业链的国家之一。
4）我国无线通信网络和宽带覆盖率高，为物联网的发展提供了坚实的基础设施支持。
5）我国已经成为世界第二大经济体，有较为雄厚的经济实力支持物联网发展。（2）物联网标准化现状
2010年3月9日，中国“物联网标准联合工作组”筹备会议在北京召开。“中国物联网标准联合工作组”由“工信部电子标签标准工作组”、“资源共享协同服务标准工作组”及“全国信息技术标准化技术委员会传感器网络标准工作组”、“全国工业过程测量和控制标准化技术委员会”发起。2010年6月8日，物联网标准联合工作组正式成立。（3）物联网技术研发现状
国内多家研究院和大学正在开展传感器网络硬件节点的研究。例如，中国科学院计算技术研究所深联科技的“基于ZigBee无线通信协议栈的GAINJ、GAINZ等系列传感器节点”；香港科技大学的“基于Telos—B平台的无线传感器网络节点”；南京邮电大学的“无线传感器网络系列节点UbiCell和UbiCell无线医疗传感器节点”等。国内研究机构在理论研究方面，如对无线传感器网络的网络协议、算法、体系结构等方面，提出了许多具有创新性的思想与理论。（4）物联网应用现状
物联网应用极其广泛，下面将重点介绍物联网在电力行业、交通行业、物流行业、金融行业中应用的现状和问题，并以此管中窥豹，为后面的分析提供基础。
电力行业。按电力系统安全监控的要求，物联网可以全面应用于电力传输的整个系统，从电厂、大坝、变电站、高压输电线路直至用户终端。来自中国移动内部数据显示，目前中国移动在物联网领域的业务主要集中于电力和交通行业，其中电力行业占到中国移动物联网总业务市场的41.9%。中国移动已经与南方电网合作，利用M2M技术建设智能电网，其中，电能计量自动化系统已经应用在大客户负荷管理、配变监控等领域。电力行业终端通信保证平台的推广应用，将使南方电网电信通信故障评价处理时间缩短一半以上。
交通行业。物联网在交通运输行业有着广泛的应用，智能交通领域主要有高速公路联网收费、不停车收费、多路径识别等。2009年，交通运输部制定并对外公布了《关于推动公路水路交通运输行业IC卡和RFID技术应用的指导意见》，以提升交通运输信息化水平。中国移动在物联网领域的业务中，交通行业占到了27.2%。另外，中国电信和中国移动已经推出多个智能交通的解决方案，中兴通讯也推出了自己的多个智能交通解决方案。
物流行业。物联网在物流领域的具体应用主要有车辆管理、集装箱管理、船舶管理、货物管理、堆场管理等。目前在物流领域，“集装箱电子标签技术规范”、“内贸集装箱电子标签技术规范”等多项标准已相继出台。此外，上海港通过国家信息化试点项目“中美集装箱电子标签国际航线应用”的实施，已代表中国，将该项目中有关应用RFID的核心技术向国际标准化组织提出制定相关国际标准的工作提案《Freight container-RFID-Cargo shipment Tag》，并已获得了授权，将由中国主持起草“集装箱货运标签”国际标准，编号为150/NP 18186。这为我国抢占未来集装箱制造和运输市场，引领RFID在集装箱运输领域的应用发展奠定了一个较好的基础。
金融行业。金融服务是物联网重要的应用领域之一，仅在金融领域，截至2010年末，基于IC和RFID技术的全国银行卡发卡量累计超过24.15亿张，继续保持高速增长，信息技术进一步推动着金融业的改革与发展。另外，基于物联网技术的手机支付也是当前的发展热点，据工业和信息化部的数据显示，2010年，我国手机支付用户突破1亿户，手机支付市场规模接近30亿元。继2010年3月中国移动宣布以400亿入股浦发银行，银联也于近日声称，由中国银联联合有关方面研发的新一代手机支付业务目前已进入大规模试点阶段，试点区域已扩展至上海、山东、浙江、湖南、四川、广东等六省市，试点地区还将进一步扩大。1.2 物联网体系结构
物联网作为新兴的信息网络技术，目前尚处在起步阶段。目前，还没有一个广泛认同的物联网体系结构。但是，物联网体系的雏形已经形成，物联网基本体系具有典型的层级特性。1.2.1 物联网体系架构
物联网的价值在于让物体也拥有了“智慧”，从而实现人与物、物与物之间的沟通，物联网的特征在于感知、互联和智能的叠加。根据网络分层的基本原理，从系统的角度看，物联网至少应由信息感知层、物联接入层、网络传输层、智能处理层和应用接口层5个部分组成。物联网5层架构模型，见图1.2。图1.2 物联网5层架构模型
1.信息感知层
该层的主要任务是将现实世界的各种物体的信息通过各种手段，实时并自动地转化为虚拟世界可处理的数字化信息或者数据。信息感知层是物联网发展和应用的基础，RFID技术、传感和控制技术、短距离无线通信技术是信息感知层涉及的主要技术。信息感知层所识别和采集的信息主要有传感信息（如温度、湿度、压力、气体浓度）、物品属性信息（如物品名称、型号、特性、价格）、工作状态信息（如仪器、设备的工作参数）、地理位置信息（如物品所处的地理位置）等种类。
传感器能检测并可将检测到的物品的信息按所需形式输出，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。在物联网中，传感器可以独立存在，也可以与其他设备以一体方式呈现，但无论哪种方式，它都是物联网中的感知和输入部分。在未来的物联网中，传感器及其组成的传感网络将在数据采集前端发挥重要的作用。
2.物联接入层
该层的主要任务是将信息感知层采集到的信息，通过各种网络技术进行汇总、整合。该层重点强调各类接入方式，涉及的典型技术如：Adhoc（多跳移动无线网络）、传感器网络，Wi-Fi、3G/4G、Mesh网络、有线或者卫星等方式。接入单元包括将传感器数据直接传送到通信网络的数据传输单元（Data Transfer Unit，DTU）以及连接无线传感网和通信网络的物联网网关设备。
3.网络传输层
该层的基本功能是利用互联网、移动通信网、传感器网络及其融合技术等，将感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传输。为实现“物物相连”的需求，该层将综合使用IPv6、3G/4G、Wi-Fi等通信技术，实现有线与无线的结合、宽带与窄带的结合、感知网与通信网的结合。同时，网络传输层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。
4.智能处理层
该层的主要任务是开展物联网基础信息运营与管理，是网络基础设施与架构的主体。目前运营层主要由中国电信、中国移动、广电网等基础运营商组成，从而形成中国物联网的主体架构。智能处理层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。智能处理层对下层网络传输层的网络资源进行认知，进而达到自适应传输的目的。对上层的应用接口层提供统一的接口与虚拟化支撑，虚拟化包括计算虚拟化和存储虚拟化等内容。而智能处理层则要完成信息的表达与处理，最终达到语义互操作和信息共享的目的。
5.应用接口层
该层主要完成服务发现和服务呈现的工作。物联网的行业特性主要体现在其应用领域内，目前绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行业均有物联网的应用。应用接口层是物联网和用户的接口，结合行业需求，实现物联网的智能应用。1.2.2 物联网体系的特点
1.实时性
由于信息感知层的工作可以实时进行，所以，物联网能够保障所获得的信息具有实时性和真实性，从而在最大限度上保证了决策处理的实时性和有效性。
2.大范围
由于信息感知层设备相对廉价，物联网系统能够对现实世界中大范围内的信息进行采集分析和处理，从而提供足够的数据和信息以保障决策处理的有效性。目前，随着Ad-hoc技术的发展，获得了无线自动组网能力的物联网将进一步扩大其传感范围。
3.自动化
物联网的设计愿景是用自动化的设备代替人工，所有层次的各种设备都可以实现自动化控制，因此，物联网系统一经部署，一般不再需要人工干预，既提高了运作效率、减少出错几率，又能够在很大程度上降低维护成本。
4.全天候
由于物联网系统的自动化运转而无需人工干预，因此，其布设基本不受环境条件、时间和气象变化的限制，可以实现全天候的运转和工作，从而使整套系统更为稳定而有效。1.2.3 物联网、传感网和泛在网的关系
物联网信息感知层主要涉及RFID/EPC和传感器两项技术。RFID/EPC技术的目的是标识物，给每个物品一个“身份证”；传感器技术的目的是感知物，包括采集实时数据（如温度、湿度）、执行与控制（打开空调、关上电视）等。
1.RFID与传感网络的关系
RFID和传感器具有不同的技术特点，传感器可以监测感应到各种信息，但缺乏对物品的标识能力，而RFID技术恰恰具有强大的标识物品能力。由于RFID其读/写范围受到读/写器与标签之间距离的影响，因而提高RFID系统的感应能力，扩大RFID系统的覆盖能力是亟待解决的问题。传感网络较长的有效距离将拓展RFID技术的应用范围，传感器、传感网络和RFID技术都是物联网技术的重要组成部分，它们的相互融合和系统集成将极大地推动物联网的应用。物联网与其他网络之间的关系，见图1.3。图1.3 物联网与其他网络之间的关系
2.基于RFID的物联网
从RFID技术出发，在RFID/EPC网络的基础上，建立基于RFID的物联网。这种物联网主要由RFID标签、读/写器、信息处理系统、编码解析与寻址系统、信息服务系统和互联网组成。通过对拥有全球唯一编码的物品的自动识别和信息共享，实现开放环境下对物品的跟踪、溯源、防伪、定位、监控以及自动化管理等功能。在生产和流通领域，为了实现对物品的跟踪、防伪等功能，需要给每一个物品一个全球唯一的标识。在这种情形下，RFID技术是主角，基于RFID技术的物联网能够满足这种需求。
3.基于传感器的物联网
从传感器技术出发，在传感网络的基础上，建立基于传感技术的物联网。由传感器、通信网络和信息处理系统为主构成的无线传感器网络，具有实时数据采集、监督控制和信息共享与存储管理等功能。它使网络技术的功能得到极大的拓展，使通过网络实时监控各种环境、设施及内部运行机理等成为可能。目前，无线传感器网络仍旧处在闭环环境下应用阶段，基于传感器的物联网主要应用在远程防盗、基础设施监控与管理、环境监测等领域。
4.物联网与泛在网络的关系
泛在网是指无所不在的网络，又称泛在网络。最早提出U战略的日韩给出的定义是：无所不在的网络社会将是由智能网络、最先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态。根据这样的构想，U网络将以“无所不在”、“无所不包”、“无所不能”为基本特征，帮助人类实现“4A”化通信，即在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信。因此，相对于物联网技术的当前可实现性来说，泛在网属于未来信息网络技术发展的理想状态和长期愿景。将RFID技术和无线传感器网络技术融合，构建更广义的物联网。而对于物联网、传感网、广电网、互联网、电信网等相互融合形成的网络，称为泛在网。
5.物联网4大支柱业务群
物联网4大业务群见图1.4。（1）RFID
射频识别技术RFID，俗称电子标签，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，识别工作无需人工干预，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。其作用是：第一，可以识别单个的非常具体的物体，而不像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。目前我们使用的银行卡、二代身份证、非接触式公交卡、大学食堂的饭卡等都采用RFID技术，其应用非常广泛。（2）传感网
无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，借助于各种传感器，感知、检测和集成自然界的各种信息，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。大量的传感器节点将检测数据，通过汇聚节点经其他网络发送给用户。传感网络实现了数据采集、处理和传输的3种功能，而这正对应着现代信息技术的3大基础技术，即传感器技术、计算机技术和通信技术。（3）M2M
M2M是机器对机器（Machine-to-Machine）通信的简称。目前，M2M的重点是机器对机器的无线通信，有机器对机器、机器对移动电话（如用户远程监视）、移动电话对机器（如用户远程控制）3种方式。M2M潜在的市场不仅限于通信业，由于M2M是无线通信和信息技术的整合，它可用于双向通信，如远距离收集信息、设置参数和发送指令，因此M2M技术可有不同的应用方案，如安全监测、自动售货机、货物跟踪等。（4）两化融合
两化融合是我国一直倡导的发展方向，政府、企业和个人都在大力为“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”寻找有效的解决办法，物联网技术让两化融合找到了着力点。物联网是国民经济和社会的深度信息化，是深度信息化的承载网络，是工业化和信息化天然的结合点，是促进两化融合的利器，是两化融合的实质推动力和两化融合的重要组成部分。物联网技术对改造传统产业能起到催化和带动作用，通过物联网技术改造，在传统工业、农业、商业、交通等领域广泛应用物联网技术，以促进经济结构调整，加快工业化进程，走跨越式发展道路。物联网可以降低生产成本、提高产品质量、提高管理水平以及提升传统产业的市场竞争力。
6.物联网4大支撑网络
物联网4大网络群见图1.5。因“物”的所有权特性，物联网应用在相当一段时间内都将主要在内网（Intranet）和专网（Extranet）中运行，形成分散的众多“物联网”，但最终会走向互联网（Internet），形成真正的“物联网”，如Google PowerMeter。图1.4 物联网4大业务群（1）短距离无线通信网
短距离无线通信网包括10多种已存在的短距离无线通信（如ZigBee、蓝牙、RFID等）标准网络以及组合形成的无线网状网（Mesh Networks）等。Mesh网络即“无线网格网络”，它是一个无线多跳网络，是由Ad-hoc网络发展而来，是解决“最后一公里”问题的关键技术之一。在向下一代网络演进的过程中，无线是一个不可或缺的技术。无线Mesh可以与其他网络协同通信，是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意的两个设备均可以保持无线互联。（2）长距离无线通信网
长距离无线通信网包括GPRS/CDMA、3G、4G等蜂窝（伪长距离通信）网以及真正的长距离GPS卫星移动通信网。（3）短距离有线通信网
短距离有线通信网主要依赖10多种现场总线（如ModBus、DeviceNet等）标准，以及PLC电力线载波等网络。我们往往忽略了信息感知层用有线现场总线和传输层用长距离无线通信的组合，从实用和商业推广的角度，这个组合早已经达到稳定和大规模应用的水平。（4）长距离有线通信网
长距离有线通信网支持IP的网络，包括计算机网、广电网、电信网（三网融合）以及国家电网的通信网等。图1.5 物联网4大网络群1.3 物联网的应用
物联网应用与我们的日常工作和生活息息相关，作为新一轮IT技术革命，物联网对于人类文明的影响之深远，可能将远远超过互联网。可以预见，经过未来十年的发展，社会、企业、政府和城市的运行与管理都将离不开物联网，物联网可以“感知任何领域，智能任何行业”。1.3.1 百姓身边的物联网
1.安全性（1）自然灾害
2010年8月7日22点左右，甘肃甘南藏族自治州舟曲县特大泥石流冲进县城，并形成堰塞湖，导致多人死亡或失踪。舟曲现有的预警系统（长江上游滑坡泥石流预警系统的一部分）由于多种原因造成预警失灵。传统滑坡监测主要是在现场布置固定的传感器或仪表后，通过汇总人工定时读取的数据来得到滑坡的安全状况，难以及时甚至无法捕捉到滑坡临近失稳前的最宝贵信息，因此不可能及时准确地对滑坡状况进行预测报警。
2010年底，中国移动公司开发了“滑坡GPS自动化监测预警系统”。GPS监测系统由3部分组成：监测单元、数据传输和控制单元、数据处理分析及管理单元。这3部分形成一个有机的整体，监测单元跟踪GPS卫星并实时采集数据，数据通过通信网络传输至控制中心，控制中心的GPS软件对数据处理并分析，实时形变监测。由于采用无线传输的方式，无线传感器网络可以很方便地进行初期的部署，数据的传输也不会因为地形的改变而中断，因此非常适合用于山体滑坡现场的环境监测。这一系统彻底颠覆了传统滑坡监测，将会极大地保护人民群众的生命财产安全。（2）食品
2010年12月27日，成都市质监局运用物联网技术开发出三聚氰胺检测数据监测平台，实现了对乳制品企业三聚氰胺检测数据的自动采集、自动传输、自动分析和自动报警，大大提高了监管工作的有效性。目前，该系统已经率先在新希望乳业投入使用，实现了三聚氰胺24小时全程监控。（3）人身意外
2011年4月，南大苏富特科技股份有限公司与南京鼓楼区相关部门联合实施的“物联网智慧养老”示范项目，将在部分试点小区和养老机构推开，年内预计将有近千名老人受益。“物联网智慧养老”实际上就是利用物联网技术，通过各类传感器，使老人的日常生活处于远程监控状态。比如老人在房屋内摔倒，地面安全传感器会立即通知协议医护人员和老人亲属；老人住所内水龙头24小时没有开过，警报器就会通过电话或短信提醒，看看老人是否走失未归或出现其他意外；“智能厕所”能够检查老人的尿液、粪便，量血压、体重，让如厕变成医疗检查，所测数据直接传送到协议医疗单位的老人电子健康档案，一旦出现数据异常，智能系统会自动提醒老人及时体检，必要时协议医护人员会上门进行卫生服务。“物联网智慧养老”系统还可以在老年人身上佩戴相应感应器，如手腕式血压计、手表式GPS定位仪，随时监测老人的身体状况和活动轨迹，“如影随形”地对老年人进行监护。
2.方便性
北京研发出GPRS室温无线远传系统，该系统利用物联网传感网络，可远程监控居民室温，如果室温降低，该平台将自动报警，提醒技术人员进行调温或上门抢修。使用该技术将使锅炉房的运行管理人员能够直接观察到居民室内供暖温度。在居民住宅内安装温度传感器和数据无线发送装置后，居民室温可以随时发送到监测平台。供热主管部门可以像监控路况那样方便地掌握全市各个社区的供暖情况。当检测到居民住宅室温显著下降时，系统能够自动报警，工程人员就能在市民投诉前采取调温或抢修措施。如果室温过高，平台还能自动进行调温，避免能源无谓浪费。
3.节约性
日本在超市安装30，000个室温监控传感器，可以节省电费10%以上。IBM正在帮助主动医疗网（ActiveCare Network）监控美国38个州的1.3万多家诊所，为超过200万病人提供注射液、疫苗及其他药品的适当运输网络。主动医疗网采用IBM软件降低治疗费用高达90%，降低病人、诊所应用费用达60%。
4.智慧性
例如物联网冰箱。当你工作一天回到家，想做一份莲子桂圆汤，走到冰箱前查询冰箱外立面上的显示屏时却发现，冰箱内现有红枣、莲子，却没有桂圆。没关系，这台冰箱已经通过物联网技术与全球相连接，马上访问沃尔玛的网站，那里有很多桂圆可供选购……，这就是物联网冰箱带给人们的新生活。物联网冰箱不仅可以储存食物，还可实现冰箱与冰箱里的食品“对话”。冰箱可以获取其储存食物的数量、保质期、食物特征、产地等信息，并及时将信息反馈给消费者。它还能与超市相连，让你足不出户就能知道超市货架上的商品信息，能够根据主人取放冰箱内食物的习惯，制订合理的膳食方案。1.3.2 各行各业的物联网
1.物联网与工业
工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的无线传感器网络、3G和4G移动通信技术等不断融入到工业生产的各个环节。这些新技术可以大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。
利用物联网对工业生产过程进行监测和控制，原材料管理、仓储和物流管理等环节实现精密和自动化处理。通过智能感知、精确测量和计算，量化生产过程中的能源消耗和污染物排放。
大港油田开发的“油井生产远程监控分析优化系统”，通过网络远程采集油井的功图、压力、温度、电流、功率、扭矩等数据，实现油井生产工况实时诊断、远程实时产液量计量和用电消耗计量及能耗分析。应用扭矩法、电能法、功率曲线法等计算和调节抽油机平衡。基于诊断基础上的油井工作参数优化设计、基于诊断和优化设计结果的专家解决方案、基于油井工况诊断和工艺参数设计结果，远程实时实现对油井的“大闭环”智能控制。
生产远程监控分析优化系统通过网络远程采集注水井的压力、流量等数据，根据注水井配水要求，进行当前流量和配注量的比对，利用PID算法自动调节阀门开度。同时将即时流量数据和累计流量数据以及各种压力数据传送到RTU，利用CDMA/GPRS网络将数据传回到油田企业内部网计算服务器。工况分析优化服务器将现场监控终端采集的数据进行智能综合分析，实现了超限报警、注水量计算、报表、曲线、图示、工况分析、参数优化设计等。
2.物联网与农业
智能农业（或称工厂化农业）是指在相对可控的环境条件下，采用工业化生产，实现集约高效可持续发展的现代超前农业生产方式，就是农业先进设施与露地相配套、具有高度的技术规范和高效益的集约化规模经营的生产方式。
实例一：高品质的葡萄酒对土壤的温度、湿度等有极严格的要求，美国加州Napa谷土壤及环境监测系统每隔100～400m埋一个传感节点，利用传感网络对土壤温度、湿度、光照进行实时监控并有效控制滴灌，提高了葡萄酒的品质，提高产能20%，节约用水25%。
实例二：在泰州，正在建设的高港区农业生态园将实现智能化农业管理。近日，中国电信泰州分公司和高港区农业生态园签订全业务合作协议，双方将携手共同打造信息化农业生态园，建成全市首家“智能农业”物联网应用项目。泰州分公司将为农业生态园区提供虚拟网、光纤宽带、ITV和天翼工作手机等基础通信服务以及园区内综合布线、视频监控等ICT应用，实现园区内安防监控和网上实景视频展示。通过农业生态园的实时视频监控，实现基于互联网的园区网上信息发布和园区视频展示。泰州分公司还将和高港区农业生态园共同推进物联网在现代农业项目中的应用，打造“智能农业”样板工程。通过传感技术、定位技术和移动互联网等技术的整合，实时采集温度、湿度、光照等环境参数，对农业综合生态信息进行自动监测和远程控制。
3.物联网与军事和国防
信息技术正推动着一场新的军事变革。信息化战争要求作战系统“看得明、反应快、打得准”，谁在信息的获取、传输、处理上占据优势，谁就能掌握战争的主动权。无线传感器网络以其独特的优势，能在多种场合满足军事信息获取的实时性、准确性、全面性等需求。
无线传感器网络可以协助实现有效的战场态势感知，满足作战力量“知己知彼”的要求。可以设想用飞行器将大量微传感器节点散布在战场的广阔地域，这些节点自组成网，将战场信息边收集、边传输、边融合，为各参战单位提供“各取所需”的情报服务。由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。实现友军兵力、装备、弹药调配监视；战区监控；敌方军力的侦察；目标追踪；战争损伤评估；核、生物和化学攻击的探测与侦察等。
无线传感器网络的典型应用模式可分为两类，一类是传感器节点监测环境状态的变化或事件的发生，将发生的事件或变化的状态报告给管理中心；另一类是由管理中心发布命令给某一区域的传感器节点，传感器节点执行命令并返回相应的监测数据。与之对应的，传感网络中的通信模式也主要有两种，一是传感器将采集到的数据传输到管理中心，称为多到一通信模式；二是管理中心向区域内的传感器节点发布命令，称为一到多通信模式。前一种通信模式的数据量大，后一种则相对较小。
实例一：越南战争是物联网的首次大规模应用，总计10万个“白宫”振动传感器被撒在胡志明小道，一旦有车辆通过，就实时上报，美军进行空袭，越南人民军每往前方运送1吨的物资，就含有5吨物资损失的代价！直升机部署传感器监测空气中氨的含量，从而发现埋伏的游击队员。
实例二：海湾战争是物联网第一次走上战争前台，美军后勤货物上，RFID的普及率达87%，有7%投放弹药装载了各式传感器，成为灵巧炸弹（Smart Bomb），命中率达90%，传感器实时数据占美军处理数据量的85%以上。海湾战争是物联网打败传统通信网、实时数据打败报表数据的典范。
4.物联网与教育
物联网是在互联网的基础上将其用户端延伸和扩展到任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。2010年校园暴力事件频发，安全管理问题催生新一代物联网技术走入校园。学生只要佩戴“电子校牌”进出校门，物联系统会自动读取学生身份信息，实时记录学生进出校情况，并通过短信平台将孩子离校、到校的异常情况及时反馈给家长。物联系统还可以通过短信平台将学生考勤异常、学习成绩、校务通知等重要信息及时通知给家长，实现学校对学生的智能管理，加强学校与家长的及时沟通。
目前，中国电信实施的“金色校园”方案，实现了学生管理电子化、老师排课办公无纸化和学校管理的系统化，使学生、家长、学校三方可以时刻保持沟通，方便家长及时了解学生学习和生活情况，通过一张薄薄的“学籍卡”，真正达到了对未成年人日常行为的精细管理，最终达到学生开心，家长放心，学校省心的效果。
5.物联网与物流
据世界银行的估计，目前我国社会物流成本相当于GDP的18%，而美国上世纪就已低于10%。该比例每降低1个百分点，我国每年就可降低物流成本1000亿元以上，这从另外一个侧面反映了推进我国物流产业技术升级和产业结构调整的重要性和紧迫性。智能物流是基于互联网、物联网技术的深入应用，利用先进的信息采集、信息处理、信息流通、信息管理、智能分析技术，智能化地完成运输、仓储、配送、包装、装卸等多项环节，并能实时反馈流动状态，强化流动监控，使货物能够快速高效地从供应者送达给需求者，从而为供应方提供最大化利润，为需求方提供最快捷服务，大大降低自然资源和社会资源的消耗。
实例一：2011年1月19日，阿里巴巴正式宣布将与合作伙伴共同投资1000亿元以上建设电子商务配套的现代物流体系，其中，先投资200～300亿人民币，逐步在全国建立起一个立体式的仓储网络体系。阿里巴巴希望十年以后，在中国任何一个地方，人们只要在网上下订单，最多8小时货物就能送到家，形成真正的农村都市化。
实例二：在2011年1月举行的国家科学技术奖励大会上，由湖南白沙物流有限公司等单位承担的《烟草物流系统信息协同智能处理关键技术及应用》项目荣获2010年度国家科学技术进步二等奖。该项目是物联网技术在烟草物流中的典型应用，涉及数据采集传输技术、系统建模技术、智能优化技术和信息集成技术等综合技术，涵盖烟草物流信息共享、配送车辆调度、协同营销和业务流程集成等方面，解决了在行业物流中如何有效采集、存储和分发物流各个环节之间的基础数据、如何对基于营销和配送等环节多维数据信息进行智能分析处理、如何搭建一个可扩展的烟草物流业务流程集成协作平台等亟待突破的难点问题。该系统具有显著的环境效益、社会效益、经济效益和广阔的应用前景。
6.物联网与城市和社区（1）智慧城市
目前，全国各大中型城市大都相继制定了“智慧城市”发展规划。智慧的城市一般是指充分借助物联网、传感网等新兴技术，实现智能楼宇、智能家居、路网监控、智能医院、城市生命线管理、食品药品管理、票证管理、家庭护理、个人健康与数字生活等。“智慧城市”是在物联网、云计算等新一代信息技术快速发展的背景下，以信息技术高度集成、信息资源综合应用为主要特征，以智慧技术、智慧产业、智慧管理、智慧服务、智慧生活为重要内容的城市发展的新模式，是全面提升城市运行管理效率、经济发展质量和市民生活水平的重要手段。武汉市正在制定智慧城市总体规划，该规划包括智能办公、智慧商业、食品追溯、智慧小区等。（2）智能社区
智能社区是建筑智能化技术与现代居住小区相结合而衍生出来的。就住宅而言，先后出现了智能住宅、智能小区、智能社区的概念。智能化住宅小区是指通过利用现代通信网络技术、计算机技术、自动控制技术、IC卡技术，通过有效的传输网络，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息服务系统、物业管理系统以及家居智能化组成的“三位一体”住宅小区服务和管理集成系统，使小区与每个家庭能达到安全、舒适、温馨和便利的生活环境。
2011年3月17日，北京首个智能小区试点项目左安门公寓完成了智能化改造工程。据悉，北京还将在朝阳区和丰台区完成6000户家庭的智能化改造工作。左安门智能小区改造完成后，依托电力光纤到户技术，可实现电网与客户双向互动、智能家居控制等智能用电功能。由于实现了电力光纤到户，用户上网、看电视、打固定电话只需一根电力线。有线电视网、通信网、互联网的三网融合在这里变成现实。用户通过电力数据网络平台，可拨打IP电话、上网、点播视频节目、观看高清电视，实现“一缆多用”。（3）城市管理
城市的管理能力和水平直接关系到我们的健康、安全和生活质量。上海世博建筑垃圾运输RFID管理系统对经营建筑垃圾业务的渣土运输单位、车辆、建筑工地出土、渣土回填点（卸点）实现申报、受理、审批、发证、监管等步骤实行统一管理。利用RFID电子标签技术，结合渣土营运证管理，收费结算管理实现建筑垃圾的全过程监管，减少建筑渣土垃圾偷倒乱倒现象的发生，防止非法建筑垃圾业务车辆进入，保证合法市场的正常运行，为世博会期间创造和谐优美市容环境提供保障。该系统实现了垃圾运输的自动记录、监管以及实时结算等功能，安全而高效。
在城市设立一个城市监控报告中心，将城市划分为多个网格，这样系统能够快速收集每个网格中所有类型的信息，城市监控中心依据事件的紧急程度上报或指派相关职能部门（如火警、警察局、医院）采取适当的行动，这样政府就可实时监督并及时响应城市事件。新的公共服务系统将不同职能部门（如民政、社保、警察局、税务等）中原本孤立的数据和流程整合到一个集成平台，并创建一个统一流程来集中管理系统和数据，为居民提供更加便利和高效的一站式服务。
7.物联网与家居
智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通信技术，将各种家庭设备通过智能家庭网络联网。通过宽带、固话和3G等网络，可以实现对家庭设备的远程操控，从而实现家居生活的智慧化和自动化。与普通家居相比，智能家居不仅提供舒适宜人且高品位的家庭生活空间，实现更智能的家庭安防系统，还将家居环境由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能。
2011年2月26日，GKB数码屋智能家居科普体验馆在广州珠江新
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