作者：王正伟 主编
出版社：化学工业出版社
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零距离接触物联网试读：
前言
自从1995年比尔·盖茨在《未来之路》中首次提及物联网开始，这一概念便受到了世界范围内的关注，被认为是继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。物联网的大力发展主要来源于三大推动力：政府、企业、教育界与科技界。目前，它已成为国家战略性新兴产业。从应用的角度讲，物联网已经被广泛应用于智慧地球、智慧城市、智慧校园中，同时物联网终端在人体健康监护、智能电网、智能家居等领域应用非常广泛。
到底什么是物联网呢？为了满足读者对物联网的求知愿望，帮助读者认识和了解物联网，特编写了这本《零距离接触物联网》。本书主要内容包括：物联网的起源、物联网感知识别技术、物联网主要通信技术、物联网智能视频技术、物联网智能电网技术以及物联网的智能应用实例。
在本书的编写过程中，编者参考了大量最新的文献与资料，在此对这些文献和资料的作者们表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，加之编写时间仓促，本书不足和疏漏之处在所难免，恳请各位读者批评指正。编 者2016年3月第一章 物联网的起源1.物联网源起何处
物联网的说法最早出现于1995年比尔•盖茨所著的《未来之路》一书中，书中提到过Internet of Things的概念，但是由于当时感知设备、智能设施以及网络技术发展的限制，并没有得到广泛认可。
物联网的概念最早出现于1999年，由美国麻省理工学院提出。早期的物联网就是把所有物品通过射频识别（RFID）和条码等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。
2004年，日本提出“u-Japan”战略，即建设泛在的物联网，并服务于u-Japan及后续的信息化战略。2004年，韩国提出“u-Korea”战略，并于2009年通过了“基于IP的泛在传感网基础设施构建基本规划”，将物联网确定为全国重点发展战略。
2005年11月，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布了“ITU互联网报告2005：物联网”，引用了“物联网”的概念。报告中大概指出，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。
2009年9月，欧盟提出了物联网的定义。欧盟认为物联网是未来互联网的一部分，能够被定义为基于标准和交互通信协议具有自配置能力的动态全球网络设施，在物联网内物理和虚拟的“物件”具有身份、物理属性、拟人化、使用智能接口并且无缝综合到信息网络中。
2010年我国的政府工作报告中指出，物联网是指通过信息传感设备，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。综合起来，可将物联网理解为：物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。目的是实现物与物、物与人，所有物品与网络的连接，以方便识别、管理和控制。2.物联网的三大推动力（1）政府
1998年1月，美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心做了题为《数字地球：展望21世纪我们这颗行星》的长篇演讲，并提出了“数字地球”的新概念。
之后，美国总统奥巴马在就职时提出了“智慧地球”的概念，它是把新一代IT技术充分运用在各行各业中，即把感应器嵌入和装备到全球每个角落的电网、铁路、桥梁、隧道、公路等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓的“物联网”，然后通过超级计算机和“云计算”将“物联网”整合起来，人类能以更加精细和动态的方式管理生产和生活，从而达到全球“智慧”状态，最终形成“互联网+物联网=智慧的地球”，极大地提高资源利用率和生产力水平，以及应对经济危机、能源危机和环境恶化的能力。
2009年6月18日，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》，其目的是希望欧洲通过构建新型物联网管理框架来引领世界“物联网”发展。
2009年8月，温家宝总理在考察时提出了“感知中国”战略。同年11月3日在《让科技引领中国可持续发展》的讲话中提出，“信息网络产业是世界经济复苏的重要驱动力。全球互联网正在向下一代升级，传感网和物联网方兴未艾。”之后又在十一届全国人大三次会议中号召积极推进新能源汽车、“三网”融合和加快物联网的研发应用等。（2）企业
2008年，IBM提出的“智慧地球”发展战略，受到美国政府的高度重视。“智慧地球”的核心是：无处不在的智能对象，被无处不达的网络与人连接在一起，再被无所不能的超级计算机调度和控制。这一战略的深远影响将远远超过互联网。
2010年9月11日，我国“传感器网络标准工作组”成立，将积极开展传感网标准制定工作，深度参与国际标准化活动，旨在通过标准化为产业发展奠定坚实的技术基础。物联网的概念在中国已经得到了普及和应用，例如，2009年9月16日开幕的“2009年中国国际信息通信展览会”上，三大运营商的“物联网”业务集体登台亮相。在2010年上海世博会期间，为确保世博园区的食品安全，监管部门启动了“世博食品安全实时监控综合平台”。食品或原材料在进入园区之前，需要佩戴电子标签；食品或原材料入园时，工作人员只要用读卡器轻照电子标签，该物品就能追根溯源。（3）教育界与科技界
2009年年初，美国总统奥巴马在和工商领袖举行的圆桌会议上，对包括物联网在内的智慧型基础设施给予了积极回应，将“新能源”和“物联网”列为振兴经济的两大武器，将“智慧地球”提升到美国的国家级发展战略的高度。
随着温家宝总理“感知中国”战略构想的提出，我国政府充分认识到物联网是信息技术变革的重大机遇。2010年3月9日，教育部网站发布通告，我国拟针对互联网、绿色经济、低碳经济、环保技术、生物医药等国家决定大力发展的重要战略性新兴产业，在高校本科教育阶段设立相关专业，其中就包括物联网专业。3.物联网有哪些特征全面感知：是指利用射频识别、二维码、GPS、摄像头、传感器、网络等感知、捕获、测量的技术手段，随时随地对物体进行信息的采集和获取。可靠传送：是指通过各种通信网、广电网与互联网的融合，将物体信息接入网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享。智能处理：是指利用云计算、数据挖掘等各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的同构、异构数据和信息进行分析和处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。4.物联网的体系结构
物联网被公认为有3个层次，底层是用来感知数据的感知层，第2层是数据传输的网络层，最上面的是内容应用层。（1）感知层
感知层是物联网的基础，是物理世界和信息世界的衔接层。主要是完成信息的采集、转换和收集。互联网体系架构（感知层）感知层包含两个部分：①传感器或控制器，用于数据采集及最终控制；②短距离传输网络，将传感器收集的数据发送到网关或将应用平台控制指令发送到控制器。感知层的关键技术是传感器技术和短距离传输网络技术。如射频识别标签和用来识别信息的扫描仪、视频采集的摄像头、各种传感器、传感和控制技术、短距离无线通信技术等。（2）网络层
网络层主要实现信息的传输和通信，提供广域范围内的应用和服务所需的基础承载传输网络，包括移动通信网、互联网、各行业专网及形成的融合网络等。互联网体系架构（网络层）网络层的关键技术包括：现有的通信技术（如第三代移动通信技术），终端技术（如实现传感网与通信网结合的网关设备），为各种行业终端提供通信能力的通信模块等。（3）应用层
物联网的应用层主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用相结合。应用层包括物联网中间件和物联网应用两个部分。互联网体系架构（应用层）
物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序，中间件将许多可以公用的能力进行统一封装，提供给丰富多样的物联网应用使用，如对通信的管理能力、对设备的控制能力、定位能力等。
物联网应用就是用户直接使用的各种应用，它包括家庭物联网应用，如家电智能控制、家庭安防等；也包括了很多企业和行业应用，如石油监控应用、电力抄表、车载应用、远程医疗等。5.物联网重点应用领域（1）智能工业
生产过程控制、生产环境监测、制造供应链跟踪、产品全生命周期监测，促进安全生产和节能减排。（2）智能农业
农业资源利用、农业生产精细化管理、生产养殖环境监控、农产品质量安全管理与产品溯源。（3）智能物流
建设库存监控、配送管理、安全溯源等现代流通应用系统，建设跨区域、行业、部门的物流公共服务平台，实现电子商务与物流配送一体化管理。（4）智能交通
交通状态感知与交换、交通诱导与智能化管控、车辆定位与调度、车辆远程监测与服务、车路协同控制，建设开放的综合智能交通平台。（5）智能电网
电力设施监测、智能变电站、配网自动化、智能用电、智能调度、远程抄表，建设安全、稳定、可靠的智能电力网络。（6）智能环保
污染源监控、水质监测、空气监测、生态监测，建立智能环保信息采集网络和信息平台。（7）智能安防
社会治安监控、危险化学品运输监控、食品安全监控，重要桥梁、建筑、轨道交通、水利设施、市政管网等基础设施安全监测、预警和应急联动。（8）智能医疗
药品流通和医院管理，以人体生理和医学参数采集及分析为切入点，面向家庭和社区开展远程医疗服务。（9）智能家居
家庭网络、家庭安防、家电智能控制、能源智能计量、节能低碳、远程教育等。第二章 物联网感知识别技术1.什么是RFID技术
RFID（Radio Freguency I Dentification）技术是20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
与目前广泛使用的自动识别技术，如摄像、条码、磁卡等相比较，RFID技术有很多突出的优点：
①非接触操作，长距离识别（几厘米至几十米），因此完成识别工作时无需人工干预，应用比较方便；
②无机械磨损，寿命长，并可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣的环境；
③可识别高速运动物体，并可以同时识别多个电子标签；
④阅读器具有不直接对最终用户开放的物理接口，保证其自身的安全性；
⑤数据安全方面除了电子标签的密码保护外，数据部分可以用一些算法实现安全管理；
⑥阅读器和标签之间存在相互认证的过程，实现安全通信和存储。
最基本的RFID系统由电子标签、阅读器和天线三部分组成。（1）电子标签
是由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。（2）阅读器
读取（有时还可以写入）标签信息的设备。（3）天线
在标签和阅读器间传递射频信号。计算机系统2.RFID技术与物联网有什么关系
要实现物联网，首先要将物理世界那些不具有智能的种种“物”与互联网连接起来，在物联网结构体系中，这一部分称为感知层。物联网的“物”包罗万象，它们体积大小、所处环境、物态、形状、所含物质等都各不相同。因此，实现感知层的硬件设备必须形状可变，制造简单，能承受不同的环境变化。
1999年，AutoID中心提出的第一个物联网设想，RFID技术即被选中。在这个物联网雏形中，每件商品贴上一个RFID标签，内含该商品的唯一代码。在互联网与商品的连接终端，有一个RFID阅读器。当商品靠近阅读器时，商品代码顺利读出。通过中介送到服务器，获取与代码相应的信息。
目前，RFID感知层的物联网已经实现了“人—人”通信、“人—物”通信，距离“物—物”通信还需要一定的时间。3.说一说，RFID的工作原理
一般情况下，RFID的应用系统主要由阅读器和RFID卡两部分组成。其中，阅读器一般作为计算机终端，用来实现对RFID卡的数据读写和存储，它是由控制单元、高频通信模块和天线组成的。而RFID卡是一种无源的应答器，主要由一块集成电路（IC）芯片及其外接天线组成的。RFID芯片一般集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路，有的甚至将天线一起集成在同一芯片上。
RFID应用系统的基本工作原理是RFID卡进入阅读器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带有信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理；所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给阅读器。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]