物联网与现代通信1

第一章：绪论

研究背景

21世纪是一个以网络计算机为核心的信息时代。数字化、网络化与信息化、经济全球化是21世纪的时代特征。随着信息技术的迅速发展，经济全球化不断加快。通过计算机技术、数据通讯和互联网技术实现现代物流和电子商务已经成为大势所趋。随着全球经济一体化，信息网络化进程的加快，在技术革新迅猛发展的背景下，为满足对单个产品的标识和高效识别，美国麻省理工学院的自动识别实验室在美国统一代码委员会(UCC)的支持下，提出：要在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信技术，构造一个覆盖世界万物的系统还提出了产品电子代码(EPC)的概念，随后由国际物品编码协会和美国统一代码委员会主导，实现了全球统一标识系统中的GTIN编码体系与EPC概念的完善结合，将EPC纳入了全球统一标识系统，从而确立了EPC在全球统一标识体系中的战略地位.。EPC标签是编号（每一个商品唯一的号码，“牌照”)的载体，当EPC标签贴在物品上或内嵌在物品中的时候，即将该物品与EPC标签中的产品电子码建立起了一对一的对应关系。EPC标签从本质上来说是一个电子标签，通过射频识别系统的电子标签读写器可以实现对EPC标签内存信息的读取。这个内存信息通常就是产品电子码，产品电子码经读写器上报给物联网中间件，经处理后存储在分布式数据库中。用户查询产品信息时只要在网络浏览器的地址栏输入产品名称、生产商、供货商等信息，就可以实时获悉产品在供应链中的状况。这整个系统我们目前把它称为物联网。物联网旨在提高现代物流、供应链管理水平，降低成本，被誉为是一项具有革命性意义的现代物流信息管理新技术。

第二章：物联网与现代通信的关系

基本内涵

物联网被视为互联网的应用扩展，应用创新是物联网的发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。

英文名： Internet of Things（IOT），也称为Web of Things。

物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）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、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

鲜明特征

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。

还有，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。

“物”的涵义

这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围： 1、要有数据传输通路； 2、要有一定的存储功能； 3、要有CPU； 4、要有操作系统； 5、要有专门的应用程序； 6、遵循物联网的通信协议；

7、在世界网络中有可被识别的唯一编号。

物联网定义

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。

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“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线/有线的长距离/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，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。

第三章：物联网通信的核心技术

物联网核心技术应用

无线射频识别技术(RFID)技术

无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它的工作原理如下：使用射频电磁波通过空间耦合(交变磁场或电磁场)在阅读器和进行识别、分类和跟踪的移动物品（物品上附着

有RFID标签）之间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。RFID是一种利用电磁能量实现自动识别和数据捕获技术，可以提供无人看管的自动监视与报告作业。

具体的工作原理如下：当装有电子标签的物体接近微波天线时，阅读器受控发出微波查询信号。安装在物体表面的电子标签收到经微波天线发出的查询信号后，根据查询信号中的命令要求，将标签中的数据信息反射回微波天线。微波天线接收到电子标签反射回的微波合成信号后，经阅读器内部微处理器处即可将电子标签中的识别代码等信息分离出来。这些识别信息作为物体的特征数据被传送到控制计算机作进一步处理，从而完成与物体有关的信息查询、统计、管理等应用。整个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，并且阅读器能自行判断RFID标签是否被重复读取处理。RFID技术的这些功能特性很适合流水线上产品的控制，以实现流水作业管理，得以使整个流水线管理自动化。

RFID系统一般由RFID系统由阅读器、应答器（标签）和应用系统三部分组成，通过电波在响应媒介和询问媒介间传递信息。阅读器，一般是一台内含天线和芯片解码器的阅读(有时还可以写入)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，从而达到自动识别体的目的。通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。应用系统，一般是由计算机支撑的有线或无线管理系统。视不同应用要求，对于实时型的智能型控制器，不一定必须要有后台应用系统。标签，主要是射频标签，响应端内含天线，两者组成所谓的“雷达收发机”，以卡、标签等形式存在。

RFID物品识别的目标是为每一物理实体提供唯一标识。它与传统条码技术相比有以下几方面的优点：

（1）唯一标识。条码只能识别一类产品, 而无法识别单品, 因此条码容易伪造。RFID却可以为单品提供唯一标识。

（2）读取方便。条码是可视传播技术。即扫描仪必须“看见”条码才能读取它, 这表明人们通常必须将条码对准扫描仪才有效。相反, 无线电识别并不需要可视传输技术, 射频标签只要在识读器的读取范围内就可以了, 甚至可以穿过外包装进行识别。这大大减少了人的参与, 提高了识别效率。

（3）长寿耐用。纸型条码容易破损和受到污染。而RFID电子标签可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境。

（4）动态更改。条码信息一旦需要更改就必须重贴, 而RFID电子标签中的信息可以编辑, 便于更新。

（5）可扩展性。RFID电子标签存储的是电子数据, 在需要的时候可以改变其中的编码结构, 便于升级。

（6）RFID电子标签可以设置密码, 保密性强。

RFID技术的应用

物联网技术的应用可以使电子商务变得更强大, 它使消费者可以在网上查到任何一家商店的任何一件商品, 选择起来得心应手。在物流领域,RFID电子标签可以应用于自动仓储库存管理、产品物流跟踪、供应链自动管理、产品装配和生产管理、产品防伪等多个方面。 2006年高科技项目申报国家共拨款1亿2800乃人民币用以支持20项课题研究，其中“RFID系统测试技术研究及开放平台建设”、“RFID应用方案公共测试系统建设”、“符合ISO 18000-6 Type B/C标准的(UHF)标签芯片研发和产业化”、“RFID标签集成技术研究及产业化”、“RFID公共服务体系架构设计及应用服务关键技术研究与开发”．“区域RFID信息公共服务平台关键技术研究与开发”、“RFID标准研究与制定”这七项课题约占全部经费的50％。由此可见，在前一次的项目攻坚中主抓公共项目的基础建设．RFID设备的生产以及产业链完善建设以及RFID使用规范标准化。这对于我国RFID技术及应用这座宏伟大厦来说无异于坚实的地基。目前，此番不少课题已经相继取得了进展，部分已得到业界的认可。如中科院自动化所承担的物流领域研究和贵州茅台酒股份有限公司的RFID技术在茅台酒防伪的应用等，特别是RFID技术在票务和食品安全领域中的成果更被及时应用到奥运会中。依据目前情况来看RFID的产业化发展在各个地区已经呈现出相对完整产业链，无论是封装．标签的印刷方的提供。

在此讲述一个RFID在图书馆中的应用例子。RFID对图书馆及读者来说，较之条码识别具有明显的优势。在图书馆管理中，利用RFID的无线传输能力和大容量的数据储存，可以极大地提高图书馆管理的效率。RFID优势具体表现为：①简化借还书服务工作。目前图书馆的借还书作业除了刷条形码外，还需做上磁及消磁的繁琐工作，以RFID卷标取代条形码、磁条，不用一本书一本书的用扫描仪扫描条形码，并且可以一次读取多笔资料，同时减少读者的等待时间及馆员的例行业务，提升了图书馆的服务品质及形象；②容易查找错架、乱架的图书。利用RFID无线电波感应技术。使放置错架的图书能很快被发现，提高图书馆馆员整架的工作效率；③加速盘点工作。目前图书馆盘点的方式一定要将书从书架上将每一本书取出，RFID Tag以无线电波传送信息，可以一次读取数个RFID卷标资料。简化盘点工作；④耐环境性。RFID对水、油和药品等物有强力的抗污性，且在黑暗及脏污的环境之中也可以读取数据；⑤可重复使用及穿透性。RFID卷标可以回收重复使用。并且若RFID被纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质包覆的话，也可以进行穿透性通讯；⑥读者自助借还书。

图书馆提供自助借还书外围设备，则读者可以自行办理图书的借还。

第四章：物联网对当前和下一代网络的影响

物联网是在互联网基础上的向下延伸，由感知对象和感知单元来获取信息，再通过通信网络收集信息，最后上传做智能分析决策，提供智能服务。物联网对所连物件的要求主要有三点：连网的每一物件均可寻址、连网的每一物件均可控制、联网的每一物件均可控制。

物联网最基本的元件是传感器，它感应物理条件和化学成分，并且转化为被观察的特性成比例的电信号。单个传感器节点是不能用的，也不可靠，需要多个传感器节点连起来，组成传感器网络。

物联网节点数量多，节点的配置非常密集，从减轻安装和维护成本考虑要尽可能少用人工干预，即节点的位置无需预设或硬连接。随新的物品的加入将添加或删除节点以适应网络拓扑的变化，要求具有发现邻近节点的存在和身份，并协商分享任务的功能，自动定位节点的类型和编组并能根据节点的移动而重新分组。物联网的发现功能不仅表现在连接建立过程，还用于性能监视，开始、停止、管理和调度发现过程，自动部署与激活、解除激活，理解和建立逻辑位置与空间位置的映射关系，还可在任何时间对所分配的作用和属性进行调整，或按需创建新的属性。

感知数据需要校正，由于制造的不一致的缺陷需要在出厂前校正，由于环境影响、老化等原因使所感知的数据有偏差，需要考虑传感器与环境之间的耦合关系。

将信息收集传输并汇集到信息中心还没有完成物联网的功能，需要利用专家系统和数学模型，参考历史数据，综合异构来源的多种信息，进行分析推理，给出决策，取决于智能决策算法的成熟性和水平，上述过程的部分或全部由智能决策系统自动完成。智能决策算法需要考虑事件间的相关性和上下文感知，对观察到的数据进行过滤、汇聚和数据挖掘及认知处理与优化，而不基于单个事件来触发活动。

物联网的管理包括以下方面：传感器管理、任务分配和数据通告、传感器询问和数据分发;对物理网设施的自动轮询、网络拓扑变化实时图形显示;物联网节点身份、关系和信誉管理;流量和拥塞管理及实时图形显示，要求能识别突发的过载，监视物联网和Web的应用，识别黑客的冲击。

物联网还需要重视安全技术。物联网的节点可能被克隆、被假冒、被移动和被解激，节点的数据会被屏蔽、被干扰、被窃取和被篡改。物联网的节点进网时需要认证，重要的物联网节点的数据需要加密。物联网节点配置的冗余性和多路由选择提供了抗御节点被损坏的网络生存性。物联网的智能分析决策数据库也需要有应对非法入侵能力和灾备设计。对异构设备的隐私保护技术、虚拟化、匿名机理;以用户为中心的上下文感知隐私和隐私策略;基于安全与隐私需要的安全与隐私属性选择。

物联网还应考虑能量供给、获取、测量与管理的技术，以满足节点野外工作的需要。

物联网的应用有智能电网、节能建筑、智能工业、智能农业、智能交通、智能物流、数字医疗、数字家居、安全监控和环境监测。在工业领域，物联网管理制造业的供应链，监测生产环境、优化生产过程用料和工艺、管理设备、监测产品全生命周期、监测环保指标、管理员工。在农业领域，物联网可用于农产品加工与农产品运输，牲畜管理，农用物资、农产品、农场、农药的管理等。

智能电网是物联网最常见的一个应用。因为发电与用电量不匹配，电网利用率很低。智能电网使用健壮的双向通信、高级传感器和分布式计算机来改善电力交换和使用的效率，提高可靠性。以前因发电量波动较大难以接入电网的风电、太阳能等分布式能源可以用于补助主网发电。

智能交通系统可以有效避免交通安全问题，提高交通运输效率。智慧物流系统利用RFID 实现对在途物品的跟踪。

第五章：物联网对世界发展的影响

方正平：物联网的本质是无线传感网，无线传感网是技术，物联网是经济。这一点就像英特网是技术，互联网是经济一样。也可以说，物联网是动脉与静脉，无线传感网是信息化的毛细血管。互联网对于生活的影响是架起人与人的沟通，从而改变了人们的生活方式。而物联网是架起物与物之间的沟通，这项技术对于生活的影响是多方面的，甚至可以说是无处不在的。想像一下，如果把物联网与互联网共融起来，那是怎么样一种结果，所以说，将来，物联网对于生活的影响是无处不在的。

田宁：网络的发展一日千里，互联网、移动通信网、电视网甚至是电网的“多网融合时代”已经来临，成为新世纪又一个发展机遇。物联网是多网融合时代的必然产物，它将人与人之间的沟通连接扩展到了人与物、物与物之间的沟通连接，智能化、网络化的生活将让人们工作、生活更加便捷和人性化。

莫凌飞：物联网技术将极大地改变我们生活的方式和效率，我们能随时随地的把握我们感兴趣的“物体”的信息，做出更合理的决定与控制。

计算机的出现使信息处理获得了质的飞跃，形成了信息技术第一次产业化浪潮，在我国催生了中关村园区;互联网和移动网的发展使信息传输获得了巨大提升，成为第二次产业化浪潮。以物联网为代表的信息获取技术的突破，将从虚拟信息空间、人人互联发展到对现实物理世界的感知，为信息传输和信息处理提供更为丰富的需求源泉和强大的发展助力，从而掀起第三次产业化浪潮。物联网作为以强大需求为牵引的前沿技术，将继续推动计算机、手机、网络产业的发展，并将使信息获取出现革命性的变化。

物联网和传感网是同一个东西，其精髓是“感知”;物联网给人类社会带来的影响和变革，可能要远远大于互联网;只有及早谋划、集中攻克核心技术，才能避免“起大早、赶晚集”的尴尬局面。

物联网正成为一个广泛关注的热点话题。今年8月7日，温家宝总理视察中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心时，指出要迅速在无锡建立“传感网中心”，或“感知中国”中心。

物联网的发展是一个崭新的行业，更是一个与时俱进的领域，它将带来什么影响，让我们拭目以待。

第六章：物联网通信的发展前景

业内专家认为，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。目前，美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。

中国移动总裁王建宙提及，物联网将会成为中国移动未来的发展重点。他表示将会邀请台湾生产RFID、传感器和条形码的厂商和中国移动合作。运用物联网技术，上海移动已为多个行业客户度身打造了集数据采集、传输、处理和业务管理于一体的整套无线综合应用解决方案。最新数据显示，目前已将超过10万个芯片装载在出租车、公交车上，形式多样的

物联网应用在各行各业大显神通，确保城市的有序运作。在世博会期间，“车务通”全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅；面向物流企业运输管理的“e物流”，将为用户提供实时准确的货况信息、车辆跟踪定位、运输路径选择、物流网络设计与优化等服务，大大提升物流企业综合竞争能力。

此外，普及以后，用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照目前对物联网的需求，在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。 要真正建立一个有效的物联网，有两个重要因素。一是规模性，只有具备了规模，才能使物品的智能发挥作用。二是流动性，物品通常都不是静止的，而是处于运动的状态，必须保持物品在运动状态，甚至高速运动状态下都能随时实现对话。

美国权威咨询机构FORRESTER预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30比1，因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。

第七章：结束语

当局域网出现的时候，和现在一样，有一种成为新兴产业浪潮的趋势，当时谁也没有想到它可以发展成为现在的互联网。而今，物联网和当时局域网一样的出现了，给我们带来了前所未有的发展前景，给我们带来了良好的发展机遇的同时，也为我们带来了无限的挑战，时代总是在这样的情况下发展起来。当第一次产业革命出现，我们来到了蒸汽时代，随后，我们进入了电器时代，第三次产业革命，我们步入信息科技时代，人们都说工业革命是变革世界的引擎，带来新的产物。

虽然物联网不是一次产业革命，但是它却有着与产业革命类似的效果，它的出现带来了许多新兴产业，将有一股强大的力量推动着人类前进的步伐，问题、机遇、挑战、前景，这样一系列的正反面问题的存在，将大大加速着社会的进步。物联网有利也有弊，相信，物联网最终会像互联网一样，成为人们生活的一部分。