簡述物聯(lián)網及其應用.doc

題目：簡述物聯(lián)網及其用途 學院：經濟學院 姓名：冉波 學號：1041025032 指導老師：樊老師 日期：2011年4月29日星期五 摘要隨著近幾年來物聯(lián)網技術受到社會的廣泛關注。本文介紹了物聯(lián)網技術的概念、歷史與發(fā)展現(xiàn)狀;闡述了物聯(lián)網的三層結構:感知層、網絡層、應用層和物聯(lián)網的三大應用架構:基于RFID的物聯(lián)網應用架構、基于傳感網絡的物聯(lián)網應用架構、基于M2M的物聯(lián)網應用架構;分析了物聯(lián)網在應用中存在的問題;最后,展望了物聯(lián)網技術在農業(yè)上的應用以及物聯(lián)網技術對人類生產生活、科技進步、工業(yè)發(fā)展的促進作用。 物聯(lián)網的概念12最早出現(xiàn)在二十世紀九十年代,比爾蓋茨在未來之路這本書中提及過物聯(lián)網的概念。1998年,美國麻省理工學院提出了EPC(Electronic Product Code)系統(tǒng)的“物聯(lián)網”設想。第二年,美國1Auto-ID提出了建立在物品編碼、RFID技術和互聯(lián)網的基礎上“物聯(lián)網關鍵詞：物聯(lián)網、應用、技術 目錄1、 引言2、 物聯(lián)網的定義3、 物聯(lián)網發(fā)展的三個階段4、 物聯(lián)網的四大關鍵技術和領域5、 物聯(lián)網產業(yè)鏈DCM三架馬車6、 物聯(lián)網的應用7、 總結8、 參考文獻9、 致謝1、引言 在當前國際國內社會普遍關注低碳經濟、節(jié)能排減、氣候變遷以及后危機時代經濟發(fā)展的大背景下，物聯(lián)網在2010年“兩會”期間被寫入政府工作報告，確立為五大新興國家戰(zhàn)略產業(yè)之一。2009年1月28日，奧巴馬就任美國總統(tǒng)后，與美國工商業(yè)領袖舉行了一次“圓桌會議”，作為僅有的兩名代表之一，IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念，建議新政府投資新一代的智慧型基礎設施。當年，美國將新能源和物聯(lián)網列為振興經濟的兩大重點。 2009年2月24日2009IBM論壇上，IBM大中華區(qū)首席執(zhí)行官錢大群.公布了名為“智慧的地球”的最新策略。此概念一經提出，即得到美國各界的高度關注，甚至有分析認為IBM公司的這一構想極有可能上升至美國的國家戰(zhàn)略，并在世界范圍內引起轟動。IBM認為，IT產業(yè)下一階段的任務是把新一代IT技術充分運用在各行各業(yè)之中，具體地說，就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成物聯(lián)網。 在策略發(fā)布會上，IBM還提出，如果在基礎建設的執(zhí)行中，植入“智慧”的理念，不僅僅能夠在短期內有力的刺激經濟、促進就業(yè)，而且能夠在短時間內為中國打造一個成熟的智慧基礎設施平臺。IBM希望“智慧的地球”策略能掀起“互聯(lián)網”浪潮之后的又一次科技產業(yè)革命。IBM前首席執(zhí)行官郭士納曾提出一個重要的觀點，認為計算模式每隔15年發(fā)生一次變革。這一判斷像摩爾定律一樣準確，人們把它稱為“十五年周期定律”。1965年前后發(fā)生的變革以大型機為標志，1980年前后以個人計算機的普及為標志，而1995年前后則發(fā)生了互聯(lián)網革命。每一次這樣的技術變革都引起企業(yè)間、產業(yè)間甚至國家間競爭格局的重大動蕩和變化。而互聯(lián)網革命一定程度上是由美國“信息高速公路”戰(zhàn)略所催熟。20世紀90年代，美國克林頓政府計劃用20年時間,耗資2000億-4000億美元,建設美國國家信息基礎結構，創(chuàng)造了巨大的經濟和社會效益。 而今天，“智慧地球”戰(zhàn)略被不少美國人認為與當年的“信息高速公路”有 物聯(lián)網示意圖許多相似之處，同樣被他們認為是振興經濟、確立競爭優(yōu)勢的關鍵戰(zhàn)略。該戰(zhàn)略能否掀起如當年互聯(lián)網革命一樣的科技和經濟浪潮，不僅為美國關注，更為世界所關注。 2009年8月溫家寶總理在視察中科院無錫物聯(lián)網產業(yè)研究所時，對于物聯(lián)網應用也提出了一些看法和要求。自溫總理提出“感知中國”以來,物聯(lián)網被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產業(yè)之一，寫入“政府工作報告”，物聯(lián)網在中國受到了全社會極大的關注，其受關注程度是在美國、歐盟、以及其他各國不可比擬的。 物聯(lián)網的概念與其說是一個外來概念，不如說它已經是一個“中國制造”的概念，他的覆蓋范圍與時俱進，已經超越了1999年Ashton教授和2005年ITU報告所指的范圍，物聯(lián)網已被貼上“中國式”標簽2物聯(lián)網的定義 物聯(lián)網，英文百科wikipedia對物聯(lián)網的定義很簡單，the Internet of things refers to a network of objects ,such as household appliances.翻譯為中文即：像電器一樣的互聯(lián)網網。物聯(lián)網是新一代工廠技術的重要組成成分，物聯(lián)網是物物相連的互聯(lián)網，有兩層意思;第一，物聯(lián)網的核心和基礎仍然是互聯(lián)網，是在互聯(lián)網上的延伸和擴展的網絡。第二，起用戶端延伸和擴展到任何物體和物體之間，進行信息交換和通信?！爸袊健蔽锫?lián)網定義：物聯(lián)網(Internet of Things)指的是將無處不在（Ubiquitous）的末端設備（Devices）和設施（Facilities），包括具備“內在智能”的傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等、和“外在使能”(Enabled)的，如貼上RFID的各種資產（Assets）、攜帶無線終端的個人與車輛等等“智能化物件或動物”或“智能塵埃”（Mote），通過各種無線和/或有線的長距離和/或短距離通訊網絡實現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M)、應用大集成（Grand Integration)、以及基于云計算的SaaS營運等模式，在內網（Intranet）、專網（Extranet）、和/或互聯(lián)網（Internet）環(huán)境下，采用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領導桌面（集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服務功能，實現(xiàn)對“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的“管、控、營”一體化。 摘自物聯(lián)網技術、應用、標準和商業(yè)模式周洪波著前言。3、物聯(lián)網發(fā)展的三個階段 1.初級階段：已存在的一些各行業(yè)基于各種行業(yè)數(shù)據(jù)交換和傳輸標準的連網監(jiān)測監(jiān)控，兩化融合引等MAI應用系統(tǒng); 2.中級階段：在物聯(lián)網理念推動下，基于局部統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標準實現(xiàn)的跨行業(yè)、跨業(yè)務綜合管理大集成系統(tǒng)，包括一些基于SaaS模式和“私有云”的M2M營運系統(tǒng); 3.高級階段：基于物聯(lián)網統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準，SOA,Web Service,云計算虛擬服務的on Demand系統(tǒng)， 最終實現(xiàn)基于“公有云”TaaS: “Thing as a Service”。4、物聯(lián)網的四大關鍵技術和領域 1. RFID: 電子標簽屬于智能卡的一類，RFID技術在物聯(lián)網中重要起“使能”（Enable)作用，RFID技術已經走向實用化； 物聯(lián)網4大關鍵技術與領域2.傳感網：借助于各種傳感器，探測和集成包括溫度、濕度、壓力、速度等物質現(xiàn)象的網絡，也是溫總理“感知中國”提法的主要依據(jù)之一，基于傳感網的系統(tǒng)處于研究階段的較多； 3. M2M：這個詞國外（特別是美國）用得較多，側重于末端設備的互聯(lián)和集控管理，X-Internet，中國三大通訊營運商在推M2M這個理念，都建立了自己的M2M營運平臺； 4. 兩化融合：工業(yè)信息化也是物聯(lián)網產業(yè)主要推動力之一，自動化和控制行業(yè)是主力，目前已部署的物聯(lián)網系統(tǒng)這個領域可能占多數(shù)，但目前來自這個行業(yè)的聲音相對較少。 5、物聯(lián)網產業(yè)鏈DCM三架馬車 1. DCM: 物聯(lián)網產業(yè)鏈全景縮影正如上一期“千面物聯(lián)網”所述，每個人對物聯(lián)網的理解不完全一樣，在這個產業(yè)鏈上每個環(huán)節(jié)的企業(yè)一般都從自己的立場去詮釋物聯(lián)網。不過，對于一個完整的物聯(lián)網系統(tǒng)的構成或產業(yè)鏈的劃分，目前業(yè)界確有比較統(tǒng)一的觀點，基本都認為應該包括三個層面：末端設備或子系統(tǒng)，通訊連接系統(tǒng)，以及管理和應用系統(tǒng)。筆者把它歸結為DCM（左下圖），即Device設備，Connect連接，和Manage管理（DCM于2005年提出，也是同方股份的物聯(lián)網/M2M產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略理念）。中國移動也把物聯(lián)網概括為三層：感知層，網絡層，和應用層。用大眾化的術語來說，第一個層面就是全面感知，就是讓“物”會“說話”，成為“智能物件”，將其進行識別或數(shù)據(jù)采集。第二個是可靠傳遞，就是通過現(xiàn)有的五花八門的有線和無線通信網絡將信息進行可靠傳輸。第三個是智能處理，對采集上來的數(shù)據(jù)進行處理和展示。 此外業(yè)界也有多于三層（有下圖）的描述，但實際內容和三層劃分并無本質區(qū)別。雖然在DCM三層劃分方面業(yè)界意見基本統(tǒng)一，但對每一個層面所包含內容的解讀還是存在很大的差異，這又回到了“三大人群”出發(fā)點的不同。例如，在網絡層面，中國移動就主要只關注2G、3G、或4G的GSM/CDMA無線網絡。 而中國電信以往的M2M業(yè)務則主要關注固定網絡，電信重組后他們有了3G無線網絡后則開始關注固定網絡和無線網絡組合的方式。 傳感網和RFID人群則主要關注無線網狀網（Wireless Mesh Network）,包括Zigbee, Insteon， z-Wave等10多種基于短距離RF技術的無線網絡技術。兩化融合企業(yè)主要關注現(xiàn)場總線（Field Bus）技術，包括CanBus、ModBus、ProfiBus、LonWorks、BacNet等。這種現(xiàn)象對物聯(lián)網產業(yè)的長久發(fā)展是不利的，網絡之間的兼容性和標準化至關重要，需要各行業(yè)通力合作，標準化組織需要站到一個全局的高度，統(tǒng)籌協(xié)調和規(guī)范。尤其是當物聯(lián)網發(fā)展到從運行于“內網”和“公網”的“物連網”走向真正運行于互聯(lián)網上的“物聯(lián)網”（如下圖）的時候，兼容性和標準化成為關鍵。 相對于西方發(fā)達國家的相對自由競爭，往往以掌握“事實標準”和話語權的產業(yè)龍頭說話的狀況，這方面中國政府產業(yè)監(jiān)管部門有獨特優(yōu)勢，可以整合力量占據(jù)制高點，WAPI和閃聯(lián)就是例子。2. 物聯(lián)網之Devices（設備或資產）用非技術的術語來說，物聯(lián)網要連接和服務的對象是末端設備（Devices）和各種資產（Assets）。 這包括靜止或移動的資產，各種基于微處理器做成的應用系統(tǒng)、各種智能卡和RFID卡等等，數(shù)量在萬億以上（如下圖）。DCM之“D”（末端設備），也就是三層劃分中的感知層的傳感節(jié)點，在傳感網絡術語中有一個新詞，稱為Mote（微塵或智能塵埃，如下圖）。每個Mote含有一個微型處理器(通常是低功耗MCU)、無線通訊芯片、各種傳感器、足夠的內存和硬件能力，能夠以較低的功耗執(zhí)行監(jiān)視與控制任務。由于監(jiān)控物理環(huán)境的重要性從來沒有像今天這么突出，物聯(lián)網才受到極大的關注，有人提出M2M這個概念還不夠廣泛， 因為M2M中的Machine還不能代表所有的“物”（Things）,應該用T2T這個詞（如上圖）。 其實，沒有MCU的“物體”是不能連網的，只有MCU-enable的物才能成為“智能物件”成為物聯(lián)網的一部分。例如一個水質監(jiān)測傳感器需要被裝上GPRS通訊模塊， 才能使之“開口說話”。但讓也有的“Devices”本身就具有“開口說話”功能，如智能卡，RFID卡，和手機等等。 3. 物聯(lián)網之Connect（連接與通訊）物聯(lián)網通信層是連接智能設備和控制系統(tǒng)的橋梁，用通俗的話說無外乎兩大類：“天上飛的”無線（Wireless）通訊和“地上走的”有線（Wireline）通訊。3.1有線通信有線通信技術可分為相對短距離的現(xiàn)場總線（Field Bus）和中長距離的可支持IP的網絡（包括PSTN, ADSL和HFC數(shù)字電視Cable等）。 當然按寬帶網和窄帶網劃分是更常用的分類方法?；贗P的中長距離網絡大家都比較熟悉，這里不再贅述?，F(xiàn)場總線（一般屬于窄帶網）作為有線通信技術的重要技術類別，主流的標準有10多種，是為滿足節(jié)能、減排、工業(yè)信息化、市政、樓宇等領域的需要而產生的，已經在這些領域（體現(xiàn)在RTU、DTU、PLC、DCS等控制器，傳動裝置（Actuator），或通訊模塊中）得到廣泛應用，是“兩化融合”物聯(lián)網應用的主要通訊手段之一。筆者認為，在目前已經存在而且應用比較成熟的“物物相連”的世界里， 基于現(xiàn)場總線技術的系統(tǒng)的總體規(guī)模可能是最大的，然而它卻是目前業(yè)界在談論物聯(lián)網話題時最少提到的領域。3.2無線通信和有線通訊技術類似，無線通訊技術主要也可分為短距離（包括近距離（NFC），一般是窄帶）接入技術的無線網狀網、RFID、和WIFI/WiMAX等和中長距離的GSM和CMDA（2G/3G/4G）、和衛(wèi)星通訊技術等兩大類。如上所述，近距離無線網狀網是傳感網業(yè)務的主要基礎，許多發(fā)展?jié)摿薮蟮募夹g（如前期專欄提到的盲人隱形眼鏡）還處在研究階段，產業(yè)化還有待發(fā)展。目前移動營運商是扛M2M（物聯(lián)網）大旗的主力，在歐美市場，提供M2M網絡連接服務的基于GPRS/CDMA的移動營運商主要可以劃分為以下三類：傳統(tǒng)的移動網絡運營商MNO (Mobile Network Operators），移動虛擬網絡運營商MVNO（Mobile Virtual Network Operators），和主要針對M2M市場的M2M移動運營商MMO（M2M Mobile Operators）。相對于傳統(tǒng)的移動網絡運營商來說，MVNO和MMO是比較新的角色。他們聚集了眾多跨越不同的技術領域和國家的傳統(tǒng)移動網絡運營商合作伙伴的網絡連接。在歐美，由于M2M（物聯(lián)網）產業(yè)的興起，出現(xiàn)了AerisNet，JapserWireless，ViaNet等一批MMO。在亞洲，移動營運市場相對壟斷，M2M業(yè)務由MNO直接做（如中國三大營運商、NTT DoCoMo、和SK電信公司都依靠其子公司或指定合作伙伴來做）。 3.3All-IP融合在物聯(lián)網應用中，用無線網狀網和現(xiàn)場總線網絡做最后一公里接入，用GPRS/CDMA網絡和IP網等廣域網絡做長距離主干傳輸?shù)慕M合方式是一種常用的組合。多年前業(yè)界就常說一個詞“三網合一”，在物聯(lián)網時代，“合”變得益發(fā)重要，而且不是要求簡單的“組合”，而是“融合”（Convergence），不但網路層要融合，應用層也要融合（兩化融合）。全IP融合不但要求有線和無線通訊的融合（如小靈通、大靈通），長距離和短距離接入的融合等物理對接上（通過路由器，網關等）的融合，還要求網絡協(xié)議本身的融合，讓無線網狀網、現(xiàn)場總線、GPRS/CMDA等網絡都直接支持IP傳輸協(xié)議，實現(xiàn)無縫連接。筆者認為，如果網絡傳輸層實現(xiàn)了全IP融合，網絡間的不兼容問題就迎刃而解了，可能也就不需要花大力氣去研究物聯(lián)網通訊層的標準化問題，重新再去建立一大批“物聯(lián)網標準”。另外，IPv6標準的提出，使世界上每一粒沙子理論上都可以分到一個IP地址，在很大程度上已經預測到了“物聯(lián)網”的發(fā)展，并為其做好了準備。4. 物聯(lián)網之Manage（管理和應用軟件）管理和應用軟件是物聯(lián)網產業(yè)鏈條中的關鍵因素，是其核心和靈魂。物聯(lián)網軟件可包含：M2M中間件和（嵌入式）Edgeware(也可以統(tǒng)稱軟件網關)，實時數(shù)據(jù)庫，運行環(huán)境和集成框架，通用的基礎構件庫，以及行業(yè)化的應用套件等。通用基礎功能包括：遠程監(jiān)測、自動報警、控制、診斷和維護、系統(tǒng)聯(lián)動、數(shù)據(jù)挖掘、報表與決策支持、節(jié)能分析、資產跟蹤與維護、與ERP/CRM/OA/MES/SCM系統(tǒng)的總體大集成等等。下圖（引自BITX）展示了M2M 物聯(lián)網系統(tǒng)生態(tài)鏈。從“兩化融合”產業(yè)ERP/MES/PCS軟件分層的角度來看（右上圖），物聯(lián)網軟件大約處于與MES類似的中間位置，在PCS/DCS/SCADA之上和ERP/MRP/OA/SCM/CRM之下。這只是一個粗略的定位，廣義來說，物聯(lián)網軟件是沒有界限的，它甚至可以是一個基于互聯(lián)網的SaaS或搜索系統(tǒng)，目前已經有企業(yè)開始定義一些新的物聯(lián)網軟件范疇，如DRM（DeviceRelationManagement）系統(tǒng)（類似CRM的定義），IDM（IntelligentDeviceManagement）等。從上圖（中）所示的市場優(yōu)勢坐標圖中，我們不難發(fā)現(xiàn)，包括IBM，BEA（Oracle）在內的軟件和中間件公司，都早已參與了物聯(lián)網業(yè)務，并取得了一些優(yōu)勢地位。國內的包括同方軟件在內的企業(yè)，也看準了物聯(lián)網軟件這個領域，幾年前就開始產品的開發(fā)并取得了一定市場。然而，和中國市場所有業(yè)務領域長期“重硬輕軟”的狀況一樣，在物聯(lián)網浪潮到來的今天，往往人們一談物聯(lián)網，就是傳感器，電子標簽，通訊模組等。各級領導視察的時候，企業(yè)如果拿不出幾個“硬東西”擺在展廳，就好像沒實力。這種現(xiàn)象也需要引起各界人士高度關注，在物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展政策制定上平衡布局。摘自物聯(lián)網技術、應用、標準和商業(yè)模式第3章，周洪波著。6、 物聯(lián)網的應用 國響應溫總理號召，大力推進“感知中國”許許多多的物聯(lián)網產業(yè)基地和產業(yè)聯(lián)盟都應運而生。美國START-IT雜志和M2M雜志總監(jiān)Peggy Smedley曾認為可以將物聯(lián)網/M2M市場分為六大支柱應用來發(fā)展和延伸，分別為：遙感監(jiān)測、遠程通信和信息處理、智能服務、傳感器網絡、RFID和遠程控制。物聯(lián)網的應用其實不僅僅是一個概念而已，它已經在很多領域有運用，只是并沒有形成大規(guī)模運用。常見的運用案例有： 一：物聯(lián)網傳感器產品已率先在上海浦東國際機場防入侵系統(tǒng)中得到應用。機場防入侵系統(tǒng)鋪設了3萬多個傳感節(jié)點，覆蓋了地面、柵欄和低空探測，可以防止人員的翻越、偷渡、恐怖襲擊等攻擊性入侵。而就在不久之前，上海世博會也與吳錫傳感網中心簽下訂單，購買防入侵微納傳感網1500萬元產品。 二：ZigBee路燈控制系統(tǒng)點亮濟南園博園。ZigBee無線路燈照明節(jié)能環(huán)保技術的應用是此次園博園中的一大亮點。園區(qū)所有的功能性照明都采用了ZigBee無線技術達成的無線路燈控制。 三：智能交通系統(tǒng)(ITS)是利用現(xiàn)代信息技術為核心，利用先進的通訊、計算機、自動控制、傳感器技術，實現(xiàn)對交通的實時控制與指揮管理。交通信息采集被認為是ITS的關鍵子系統(tǒng)，是發(fā)展ITS的基礎，成為交通智能化的前提。無論是交通控制還是交通違章管理系統(tǒng)，都涉及交通動態(tài)信息的采集，交通動態(tài)信息采集也就成為交通智能化的首要任務。國內比較成功的比較大的應用：1.鐵道部列車車廂管理，就是通過在每一節(jié)車廂（不管是客車、貨車）均裝置一個RFID芯片，在鐵路兩側，相互間隔一段距離放置一個讀寫器。這樣，就可以隨時掌握全國所有的列車在鐵路線路上所處的位置，便于列車的跟蹤、調度和安全控制。國內提供系統(tǒng)集成的主要是遠望谷科技，為此該公司以此為依托，成功進行了IPO，而且在股市表現(xiàn)不俗！2. 中國的第二代身份證，第二代身份證最顯著的進步不是說在卡表面的照片換為彩色的了，而是在卡的內部更富科技含量的RFID芯片。芯片可以存儲個人的基本信息，需要時在讀寫器上一掃，即可顯示出你身份的基本信息。而且可以做到有效防偽，因為芯片的信息編寫格式內容等只有特定廠家提供，偽造起來技術門檻比較高。3.中國大部分高校的學生證，由于中國的高校生數(shù)量眾多，學生假期返鄉(xiāng)出行享受火車半價優(yōu)惠。為此，相關部門采用了可讀寫的RFID芯片。里面存貯了該用戶列