物聯網技術導論物聯網技術導論第1章引言物聯網是在計算機互聯網的基礎上，利用射頻識別、傳感器、無線數據通信、計算機等技術，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的實物互聯網。物聯網內每一個物品（包含人、動物、植物、物體等）都有一個唯一的產品電子碼，叫做EPC（ElectronicProductCode），通常EPC碼被存入硅芯片做成的電子標簽內，附在被標志產品上，被高層的信息處理軟件識別、傳遞、查詢，進而與網絡（如互聯網、3G、4G網絡）連接起來，實現智能化應用和管理，形成專為供應鏈企業服務的各種信息服務，就是物聯網（IOT，InternetofThings）。物聯網就是“物物相連的互聯網”。具有兩層含義：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。第1章引言物聯網是在計算機互聯網的基礎上，利用射頻識別、傳1.1物聯網的起源與發展一、咖啡壺事件

咖啡壺事件發生在1991年，劍橋大學特洛伊計算機實驗室的科學家們在工作時，要下兩層樓梯到樓下看咖啡煮好了沒有，大多常常空手而歸，這讓工作人員覺得很煩惱。為了解決這個麻煩，他們編寫了一套程序，并在咖啡壺旁邊安裝了一個便攜式攝像機，鏡頭對準咖啡壺，利用計算機圖像捕捉技術，以3幀/s的速度傳遞到實驗室的計算機上，以方便工作人員隨時查看咖啡是否煮好，省去了上上下下的麻煩。這樣，他們就可以隨時了解咖啡煮沸情況，如圖1-1所示，咖啡煮好之后再下去拿。1993年，這套簡單的本地“咖啡觀測”系統又經過其他同事的更新，以1幀/s的速率通過實驗室網站連接到了互聯網上。沒想到的是，僅僅為了窺探“咖啡煮好了沒有”這一情況，全世界互聯網用戶蜂擁而至，近240萬人點擊過這個“咖啡壺”網站。

一個不經意的發明，在全世界引起了如此大的轟動。1.1物聯網的起源與發展一、咖啡壺事件199二、聰明的飲料售貨機

1995年夏季，在卡耐基·梅隆大學校園里有一個自動售貨機，出售的各色可樂，價錢比市場上的便宜一半。所以，很多學生都去那個機器買可樂。但是大老遠的跑過去，經常發現可樂已經售完，學生為了不想去自動售貨機買飲料時白跑一趟，于是幾個聰明的學生想到一個辦法，他們在自動售貨機里裝了一串光電管，用來計數，然后裝上芯片，把自動售貨機與互聯網對接，這樣，學生在宿舍里先在網上查看一下就知道哪個售貨機還有多少飲料，以免白跑一趟。

這是對于物聯網的初次接觸。三、比爾·蓋茨與《未來之路》

書中也提到了“物聯網”的構想，書中寫道：您將會自行選擇收看自己喜歡的節目，而不是等著電視臺為您強制性選擇。如果您計劃購買一臺冰箱，您將不再聽那些喋喋不休的推銷員嘮叨，電子論壇將會為您提供最豐富的信息。您可以親自進入地圖中，這樣可以方便地找到每一條街道、每一座建筑。您丟失或失竊的攝像機將自動向您發送信息，告訴您它現在所處的具體位置，甚至當它已經不再您所在的城市也可以被輕松找到。等等……二、聰明的飲料售貨機三、比爾·蓋茨與《未來之路》四、Ashton與MIT自動識別中心英國工程師KevinAshton，于1998年春季在寶潔公司的一次演講中首次提出“物聯網”的概念。他作為“條碼退休運動”的核心人物，花了兩年的時間找到了將RFID（RadioFrequencyIDentification，射頻識別）取代現在的商品條碼，是電子標簽變成零售商品的最佳信息發射器，并由此變化出千百種應用與管理方式，來實現供應鏈管理的透明化和自動化。1999年10月1日，他與美國麻省理工學院的兩位同仁創立了一個RFID研究機構——MIT自動識別中心，該機構于2003年11月1日更名為自動識別實驗室，主要為電子標簽即EPCglobal提供技術支持。Ashton對物聯網的定義很簡單：把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。MIT自動識別中心提出，要在計算機互聯網的基礎上，利用RFID、無線傳感網（WirelessSensorNetwork，WSN）、數據通信等技術，構成一個覆蓋世界上萬事萬物的“物聯網”。在這個網絡中，物品（商品）能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。Ashton說：“這是比互聯網更大，為公司創造一種使用傳感器識別世界各地商品的方法。四、Ashton與MIT自動識別中心英國工程師KevinA五、物聯網閃亮登場無論是物聯網還是傳感網，都不是最近才出現的新興概念。作為物聯網的子網絡傳感網的構想最早由美國軍方提出，起源于1978年美國國防部高級研究計劃局資助卡耐基·梅隆大學進行分布式傳感網研究項目。隨著技術不斷進步，國際電信聯盟于2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯盟（ITU）正式提出了物聯網的概念，報告指出，無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過互聯網主動進行數據交換。

在物聯網時代，通過在各種各樣的日常用品上嵌入一種短距離的移動收發器，人類在信息與通信世界里將獲得一個新的溝通維度，從任何時間、任何地點的人與人之間的溝通連接，擴展到人與物、物與物之間的溝通連接。五、物聯網閃亮登場無論是物聯網還是傳感網，都不是最近才出現的六、物聯網演進和發展代表性時間六、物聯網演進和發展代表性時間物聯網技術-引言和物聯網初識ppt課件1.2物聯網的戰略意義一、經濟價值

20世紀，克林頓政府提出“信息高速公路”國家振興戰略，大力發展互聯網，推動了全球信息產業的革命，美國經濟也受惠于這一戰略，并在90年代中后期享受了歷史上罕見的長時間繁榮。奧巴馬的振興戰略方向又在哪里？種種跡象表明：智慧地球和新能源發展戰略將成為主導。2008年11月IBM提出“智慧地球”的概念。2009年2月17日奧巴馬就職演講后，對IBM提出的“智慧地球”簽署了總額為7870億美元的經濟刺激計劃，經濟刺激計劃幾乎涵蓋了美國所有的經濟領域。奧巴馬表示，該計劃將為美國保住和創造約350萬個工作崗位。

1.綠色經濟與低碳經濟

從1904~2004年的100年間，中國二氧化碳排放量只占全球的8%。當下，中國人均排放量也不高，2004年我國人均排放二氧化碳3.6t，只有世界人均值的87%左右，為發達國家人均量的1/3，僅及美國的1/5。

2.信息經濟與知識經濟有效利用資源與保護自然環境是經濟可持續發展的基礎，是能不斷創造價值賦予經濟發展不竭的動力。信息經濟與知識經濟可以超越物質實體的限制，提供更多的創新機會和更大的創造空間。

1.2物聯網的戰略意義一、經濟價值1.綠色經濟與低碳二、社會價值

物聯網與其他高新技術一樣，具有創新性強、先導性突出、成長性好等突出優勢，成為未來經濟發展的助推器與顯示國家經濟力量的一個重要指標和參數。物聯網的出現，是在互聯網、寬帶高速通信技術特別是終端技術成熟發展之后在生產力上的新的變革和里程碑。1.老齡化問題

基于物聯網技術的“智能醫療”2.城市交通問題

基于物聯網技術的智能交通系統3.環境污染問題大氣污染水污染噪聲污染放射性污染總之，物聯網技術的出現體現了人類理性能力的強大，彰顯了人類應對社會發展問題的智慧，必將進一步拓展人類生存和發展的時空界限,催生新的文化、道德、價值模式。同時也要特別指出，物聯網的發展既要兼顧各方利益從而發展和實現代內公正，要與低碳、綠色理念有機結合從而發展和實現當代人與后代人的代際公正，也要與國際經濟、政治新秩序的推進和構建有機結合從而發展和實現不同國家之間的國際公正。二、社會價值1.老齡化問題總之，物聯網技術的出現體現了人類理三、國家安全

在經濟全球化背景下，經濟信息安全事關國家安全，它以資本市場信息安全為核心，包括內容安全和技術安全兩個層面。當前，大規模資本市場交易和資金流動都通過交易平臺以網絡化的形式實現。片面、虛假、歪曲的信息，會誤導、擾亂市場；核心技術失控、網絡漏洞以及黑客、病毒等都可能使大量財富瞬間化為烏有。沒有經濟信息安全，就沒有交易安全，就沒有金融安全和經濟安全，也就沒有完全意義上的國家安全。

國家話語權和經濟信息安全密不可分。沒有話語權，就不可能實現真正意義上的、可持續的經濟信息安全；沒有經濟信息安全，也不可能擁有強大的、有效的話語權。因此，物聯網作為一個國家戰略級的新興產業，關聯著許多國民經濟生產的重要行業，被賦予帶動其他相關產業發展的重要使命，其在經濟信息安全方面的問題不容回避和忽視。只有在經濟信息安全得到保障的前提下，物聯網才能走上快速發展的道路。主要表現為以下幾個方面：第一，物聯網的標準統一的話語權第二，產業鏈的整合，寡頭壟斷趨勢威脅物聯網健康發展第三，物聯網的應用領域由局部向全社會滲透的趨勢所帶來的安全隱患第四，隨著物聯網的逐漸普及的趨勢，信息安全問題呈現更加復雜的局面三、國家安全在經濟全球化背景下，經濟信四、科技發展需求1.傳感器技術

隨著物聯網應用范圍的擴大，基于RFID的傳感器將在現有應用基礎上得到更廣泛的拓展。隨著微電技術的發展，涉及人類生活、生產、管理等方方面面的各種傳感器已經比較成熟。很多新技術傳感器產品誕生：能辨識任何物質的“超敏”傳感器，可檢測人體動作的CNT（CarbonNanotube，碳納米管）傳感器，掌紋識別傳感器，自發電納米無線傳感器，環形激光傳感器檢測納米粒子，透明生物傳感器等。作為物聯網金字塔的基礎，傳感器產品將得到更廣泛的應用，傳感器產業將快速發展。2.信息處理與服務技術

一個重要研究內容就是海量信息處理。物聯網信息處理的另外一個重要內容是智能信息處理，即利用信息提供各種有意義、有價值的服務，使信息處理進入一個更高級的階段，如數據挖掘、知識發現等。3.網絡通信技術網絡通信是物聯網信息傳遞和服務支撐的基礎技術。面向物聯網的網絡通信技術主要解決異構網絡、異構設備的通信問題，以及保障相關的通信服務質量和通信安全，如近場通信、認知無線電技術等。四、科技發展需求1.傳感器技術2.信息處理與服務技術3.4.能源技術

進入現代社會，工業化、城市化進程不斷加快，傳統能原因大量消耗、不可再生而急劇減少，尋找新的、可再生能源、成為世界各國政府、能源專家面臨的、急需解決的重大課題。當今世界，水能、太陽能、核能、風能、生物質能、地熱能、海洋能等新能源產業及其技術快速發展，已成為緩解能源危機、改善現有能源結構的重要途徑，高度關注新能源產業的發展成為當前各國政府的首選。4.能源技術1.3物聯網現狀分析一、物聯網戰略規劃現狀1.3物聯網現狀分析一、物聯網戰略規劃現狀二、物聯網產業現狀1.物聯網產業鏈價值分布情況二、物聯網產業現狀1.物聯網產業鏈價值分布情況2.物聯網產業鏈受益主體2.物聯網產業鏈受益主體3.中國物聯網戰略規劃4.中國物聯網產業現狀、地域分布、應用分布3.中國物聯網戰略規劃4.中國物聯網產業現狀、地域分布、5.物聯網產業總體現狀總體上看，物聯網作為新興產業，目前正處于產業化前期，其大規模產業化與商業化時代即將到來。歐洲智能系統集成技術平臺（EPoSS）在《InternetofThingsin2020》報告中分析預測，未來物聯網的發展將經歷4個階段，2010年之前RFID被廣泛應用于物流、零售和制藥領域，2010～2015年物體互聯，2015～2020年物體進入半智能化，2020年之后物體進入全智能化。5.物聯網產業總體現狀總體上看，物聯網作為新興產業，目前正第2章物聯網初識2.1物聯網相關概念

自從2009年響亮的鳴笛，物聯網像一輛疾馳的列車，無論是地方政府、科研院所、企業、還是行業用戶，都爭先恐后地登上這輛列車。圖2-1所示物聯網的廣泛應用。物聯網的發展，對于中國在未來世界經濟中所扮演的角色，有著非常重要的作用和意義，規劃、標準、扶持政策紛至沓來。“忽如一夜春風來”，“物聯網”之風在較短的時間內迅速吹遍神州大地。第2章物聯網初識2.1物聯網相關概念自從2009年一、物聯網與互聯網的關系與區別

如今給放養的羊群中的每一只羊都貼上一個二維碼，這個二維碼會一直保持到超市出售的每一塊羊肉上，消費者可以通過手機閱讀二維碼，知道羊的成長歷史，確保食品安全。這就是“動物溯源系統”，今天，我國已經有10億存欄動物貼上了這種二維碼，如圖2-2所示。物聯網的真正內涵是什么？它是如何工作的？它與傳感網、RFID和泛在網有著怎樣的關系？為什么會“一夜成名”呢？一、物聯網與互聯網的關系與區別如今1.從互聯網到物聯網

物聯網概念不是憑空杜撰出來的，也不是某單項新技術突破引申出來的。物聯網的發展有堅實基礎，是現代信息技術發展到一定階段的必然產物，是多項現代信息技術的殊途同歸與聚合應用，是信息技術系統性的創新與革命。圖2-3給出從互聯網到物聯網的演進。1.從互聯網到物聯網物聯網概念不是憑空物聯網技術-引言和物聯網初識ppt課件

我們正處在一個全新的、泛在計算和通信時代，這個時代將從更根本上改變我們的企業、社區和個人的存在方式。信息與通信技術（InformationandCommunicationTechnology，ICT）領域呈現出新模式，除了針對人的隨時、隨地連接，還增加了針對任何物體的連接，如圖2-5所示，信息與通信技術的目標已經從任何時間、任何地點連接任何人，發展到連接任何物體的階段，而萬物的連接就形成了物聯網。我們正處在一個全新的、泛在計算和通2.物聯網與互聯網比較比較的項目互聯網物聯網起源點在哪里1.計算機技術的出現2.技術的傳播速度加快1.傳感技術的創新2.

云計算面向的對象是誰人人和物質怎么樣發展的過程技術的研究到人類的技術共享使用芯片多技術的平臺應用過程誰是使用者所用的人人和物質，人即信息體；物即信息體核心的技術在誰手里在主流的操作系統和語言開發商芯片技術開發商和標準制定者創新的空間主要內容的創新和體驗的創新技術就是生活，想象就是科技；讓所有都有智能什么樣的文化屬性精英文化、無序世界草根文化“活信息”世界技術手段網絡協議、web2.0數據采集、傳輸介質、后臺計算

物聯網和互聯網有著本質的區別，互聯網是一種新媒體，媒體的特征是信息的傳播，而物聯網是信息的判斷，是智能的，它是未來每個人認識世界新的一種思維方式。

2.物聯網與互聯網比較比較的項目互聯網物聯網起源點在哪里1二、物聯網的體系概述1.物聯網定義

物聯網是指通過射頻識別（RFID）紅外感應器、全球地位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議。把任何物體與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。如圖2-6所示。二、物聯網的體系概述1.物聯網定義物聯網范圍中的物要滿足以下條件：

要有相應的信息的接收器，要有數據傳輸通道，要有一定的存儲功能，要有中央控制單元（CPU），要有操作系統，要有專門的應用程序，要有數據發送器，遵循物聯網的通信協議，在世界網絡中可被識別的唯一編號。物聯網與互聯網最大的差別就是：

如果說互聯網讓全世界變成了一個村，那物聯網就讓這個村變成了一個人，這個人充滿著智慧；互聯網連接虛擬信息空間，而物聯網連接現實物理世界；如果說互聯網是人的大腦，那物聯網就是人的四肢。與互聯網相比，物聯網實際上只是多了一個底層的數據采集環節，大致是4類數據的采集：①條碼和電子標簽顯示身份，②傳感器捕捉狀態，③攝像頭記錄圖像，④GPS進行跟蹤定位。因特網+物聯網=智慧的地球物聯網范圍中的物要滿足以下條件：物聯網與互聯網最大的差別就是2.物聯網基本工作原理首先是對物體屬性進行標志，屬性包括靜態和動態的屬性，靜態屬性可以直接存儲在標簽中，動態屬性需要先由傳感器實時進行探測；其次需要識別設備完成對物體屬性的讀取，并將信息轉換為適合網絡傳輸的數據格式；最后將物體的信息通過網絡傳輸的信息處理中心，由處理中心完成物體通信的相關計算，處理中心可能是分布式的，如家里的計算機或手機，也可能是集中式的，如電信運營商的互聯網數據中心（InternetDadaCenter，IDC）。物聯網技術是一項綜合性技術。2.物聯網基本工作原理首先是對物體屬性進行標志，屬性包括靜3.物聯網發展的四個階段第一階段，電子標簽和傳感器被廣泛應用在物流、銷售和制藥領域第二階段，實現物體互聯第三階段，物體進入半智能化第四階段，物體進入了全智能化在規模性、流動性條件的保障下實現4A（任何時間Anytime、任何地點Anywhere、任何人Anyone、任何物Anything）化通信3.物聯網發展的四個階段第一階段，電子標簽和傳感器被廣泛應2.2物聯網的構成物聯網的本質就是物理世界和數字世界的融合。這種融合是“雙向的”：一是現實世界向虛擬世界的融入；二是虛擬世界向現實世界的融入。一、物聯網的構架——是一個層次化的網絡2.2物聯網的構成物聯網的本質就是物理世界和數字世界的融應用層應用層是構建在物聯網技術架構之上的應用系統，包括商業貿易、物流、農業、軍事等等不同的應用系統。網絡層網絡層，即進行信息交換的通信網絡，包括有Internet、WIFI網以及無線通信網絡等網絡。信息采集層數據采集指通過包括條碼、射頻識別、無線傳感器、藍牙等在內的自動識別與近場通信技術獲取物品編碼信息的過程。編碼層編碼層是物聯網的基石，是物聯網信息交換內容的核心和關鍵字。編碼是物品、設備、地點、屬性等的數字化名稱。通常被籠統化分為三層：感知層、網絡層和應用層。應用層應用層是構建在物聯網技術架構之上的應用系統，包括商業貿二、物聯網與傳感網、RFID和泛在網的關系1.物聯網與傳感網的關系物聯網與傳感網是同一事物的不同表述，物聯網更貼近“物”的本質屬性，強調的是信息技術、設備為“物”提供更高層次的應用服務，傳感網是學名，從技術支撐角度來說的；物聯網是俗名，是從用戶和產業角度來看說的，其精髓就是“感知”。2.傳感網與RFID的關系RFID和傳感器具有不同的技術特點，傳感器可以監測感應到各種信息，但缺乏對物品的標志能力，而RFID技術恰恰具有強大的標志物品能力。傳感網較長的有效距離將拓展RFID技術的應用范圍。二、物聯網與傳感網、RFID和泛在網的關系1.物聯網與傳感泛在網是指無所不在的網絡，又稱泛在網絡。物聯網+互聯網

≈泛在網泛在網是ICT（InformationCommunicationTechnology）社會發展的最高目標，物聯網是泛在網的初級和必然發展階段，傳感網是物聯網的延伸和應用的基礎。它們之間的關系如圖2-9所示。3.物聯網與泛在網絡的關系泛在網是指無所不在的網絡，又稱泛在網絡。泛在網是ICT（In2.3物聯網內涵辨析三個關鍵特征：1.各類終端實現“全面感知”

把物和物連在一起最根本、最精髓的目標就是感知。2.電信網、因特網等融合實現“可靠傳輸”

是指通過各種網絡融合、業務融合、終端融合、運營管理融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去，對接收到的感知信息進行實時遠程傳送，實現信息的交互和共享，并進行各種有效處理。3.云計算等技術對海量數據“智能處理”

是指利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對隨時接收到的跨地域、跨行業、跨部門的海量數據和信息進行分析處理，提升對物理世界、經濟社會各種活動和變化的洞察力，實現智能化的決策和控制。2.3物聯網內涵辨析三個關鍵特征：物聯網本質特征物聯網本質特征是以物的信息生命為研究對象，最終實現物的信息生命動態鏈接，如圖2.10所示。物聯網本質特征物聯網本質特征是以物的信息生命為研究對象，最終物聯網技術-引言和物聯網初識ppt課件2.4關鍵技術和難點一、關鍵技術1.標志方面??如何解決標志統一性問題，如圖2-12所示。2.4關鍵技術和難點一、關鍵技術1.標志方面??2.體系結構方面除了在局部創建或形成一個個自主的傳感網絡與早已形成規模的互聯網實現互聯互通，這就是所謂建設一個網中網的概念。現在大家研究的側重點，要支持語義的操作，要支持SOA（ServiceOrientedArchitecture，面向服務架構）的架構，怎樣支持實踐的體系架構，怎樣支持分布式的體系結構。3.通信技術方面

未來物聯網的通信技術也是多樣的，從人和物之間的通信，到物理世界到現實世界的通信，到我們分布式數據之間的通信，其通信的要求是不一樣的，在這種情況下我們應該考慮問題涉及無線電技術及頻率的復用等，特別是要考慮能夠在低功耗情況下工作時通信頻率系統。4.組網方面

物聯網是網中網，它要借助有線和無線的技術，要實現無縫透明的接入。在這個領域，會有更多的技術問題是需要我們現在或以后要研究的，包括了傳感網和移動網絡。在網絡的管理方面是自干預、自配置，是一個層次性的組網結構。物聯網是互聯網的延伸，在物聯網核心層面是基于TCP/IP，但在接入層面，協議類別五花八門，GPRS/CDMA、短信、傳感器、有線等多種通道，物聯網需要一個統一的協議棧。2.體系結構方面3.通信技術方面4.組網方面5.IP地址問題

物聯網需要更多的IP地址，IPv4資源即將耗盡，現在需要IPv6來支撐.未來的物聯網將給所有的物體都設定一個標志，實現“IP到末梢”。對于大量細節、節點信息的感知需要通過更便捷、更可靠、更安全的方式傳輸匯聚到中心節點或者提供給信息處理單元，IPv6技術“可以給每一粒沙子都設定一個IP地址”為大范圍的物聯網應用傳輸提供了可能。IPv6是物聯網等重要應用的基石。6.隱私和安全方面做