物联网综述.doc

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 物联网综述摘要：主要介绍了物联网的定义、原理、应用及特征等方面内容，以及物联网相关技术情况。阐述了物联网产业发展所面临的主要问题。分析了中国物联网行业的总体发展状况，并对物联网行业的发展趋势及前景做出展望。关键词：物联网 射频识别 传感器1 物联网的定义物联网被称为继电脑、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。目前世界上多个国家都在花巨资进行深入研究，物联网是由多项信息技术融合而成的新型技术体系。按照国际电信联盟的定义，物联网主要解决物品到物品，人到物品，人到人之间的互连。是在计算机互联网的基础上，通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫

2、描器等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是一种虚拟网络与现实世界实时交互的新型系统，其基础核心仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其特点是无处不在的数据感知、以无线为主的信息传输、智能化的信息处理，用户端可以延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而另一方面是数据中心、个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为同一的基

3、础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界上的运转就在它上面进行，其中包括管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。因此，目前普遍认为的物联网应该具备三个特征：一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是通过可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。2 物联网的相关技术2.1 物联网的体系框架根据国际电信联盟的建议，物联网自底向上可以分为以下的过程：感知：该层的主要功能是通过各种类型的传感器对物质属性、环境状态、行

4、为态势等静态/动态的信息进行大规模、分布式的信息获取与状态辨识，针对集体感知任务，常采用协同处理的方式对多种类、多角度、多尺度的信息进行在线计算与控制，并通过接入设备将获取的信息与网络的其他单元进行资源共享与交互。接入：该层的主要功能是通过现有的移动通信网（如GSM网、TD-SCDMA网）、无线接入网（如WIMAX）、无线局域网（WiFi）、卫星网等基础设施，将来自感知层的信息传送到互联网中。互联网：该层的主要功能是以IPv6/IPv4以及后IP为核心建立的互联网平台，将网络内的信息资源整合成一个可以互通互联的大型智能网络，为上层服务管理和大规模行业应用建立起一个高效、可靠、可信的基础设施平台

5、。服务管理：该层的主要功能是通过具有超级计算能力的中心计算机群，对网络内的海量信息进行实时的管理和控制，并为上层应用提供一个良好的用户接口。应用：该层的主要功能是集成系统底层的功能，构建起面向各类行业的实际应用，如生态环境与自然灾害监测、智能交通、文物保护与文化传播、远程医疗与健康监护等。2.2 物联网的关键技术物联网的关键技术主要包括：无线射频识别技术（RFID）、RFID电子标签等。无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术。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无线发出的查询信号后，根据查询信号中的命令要求，将

6、标签中的数据信息反射回微波天线。微波天线接受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的处理，从而完成于物体有关的信息查询、统计、管理等应用。整个识别工作无需人工干预，可用于各种恶劣环境。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系统一般有阅读器、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，可设计为手持式或者固定式；阅读

7、器可无接触地读取并识别电子标签总所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。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，一般是有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，相应端内含天线，与阅读器组成所谓的“雷达收发机”，以卡、标签等形式存在。它使得每一个物体实体都具有唯一的标识。与传统条码技术相比，有以下几个方面的优点：（1）唯一标识。条形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。条形码是扫描仪必须“看见”条码才能读取

8、它，表明人们通常必须将条码对准扫描仪才有效。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。纸质条码容易破损和受污染。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。整体的EPC网络操作依赖于RFID系统和网络应用系统的介入，使产品信息有效传播。安装在不同需求链的解读器可

9、以读取标签中储存的产品数据。因此供应链数据可以通过网络及时地检查、更新或者交换信息。在由EPC标签、识读器、Savant服务器、Internet、ONS服务器、PML服务器以及众多数据库组成的实物互联网中，识读器读出的EPC只是一个信息参考（指针），由这个信息参考从Internet找到IP地址并获取该地址中存放的相关物品信息，并采用分布式Savant软件系统处理和管理由识读器读取的一连串EPC信息。由于在标签上只有一个EPC代码，计算机需要与该EPC匹配的其他信息，这就需要ONS来提供一种自动化的网络数据库服务，Savant将EPC传给ONS，ONS指示Savant到一个保存着产品文件的PML

10、服务器查找，该文件可由Savant复制，因而文件中的产品信息就能传到供应链上。3 物联网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找到任何一家商店的任一件物品，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库储存管理、产品物流跟踪、供应链自动管理、产品管理、产品装配和生产管理、产品防伪等多个方面。射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统等装置与互联网结合起来形成的一个巨大网络，让所有物品都能远端感知和控制，并与现实网络连接，形成一个更加智慧的生产生活体系。国外RFID技术应用起步较早，技术相对成熟，而我国RFID技术应用状况还处于初级阶段，但近

11、年来我国对于RFID技术的开发业加快了步伐，RFID的应用也越来越多。射频识别技术被广泛应用于工业、商业、智能交通运输系统等领域如：高速公路自动收费系统；停车场管理系统；货物的生产、仓储、配送、销售等环节；电子钱包；动物的跟踪与管理等。 2008年的北京奥运会第一次使用RFID技术来进行门票防伪，不仅防止假票的出现，还具有验证方便、保密性强，网络要求不高，防磁、防静电、抗干扰性强等优点。在食品安全问题上，也采用了RFID电子标签，对全部食品进行全程监控，保证了与会者的健康安全饮食。2009年我国的天津港利用RFID技术改造集装箱陆运流程，改善集装箱作业环节，实现集装箱数据的自动采集，车辆通过卡

12、口的时问缩短将50以上；上海港应用RFID技术，建设全球物流实时在线监控与服务平台，实时记录集装箱运输中箱、货、流的信息，运输全过程的安全信息，以提高集装箱物流的透明度、效率和安全性，提升集装箱物流的整体水平。2010年上海世博会的门票是全部采用RFID技术的手机票，每张票上记录着参观者的相关信息，并能以无线方式与遍布园区的传感器进行信息交换，使管理者能迅速清晰地了解园区内的相应情况，并及时作出调整。参观者进入园区只需将自己的手机卡换成RFIDSIM卡，将手机放在手机票的感应区 (阅读器 )即可自动完成验票过程；手机票不但可以在世博园区内购买各种商品，还可利用手机票在上海各地铁站乘坐地铁，因为

13、在上海的世博园区和各地铁站都安装了RFIDSIM卡的阅读器，这样就可方便快速的完成付费和验票过程。“2010中国移动支付产业论坛”在北京的举办，以及各大城市手机支付试点的全面铺开，手机支付应用也在逐步进入大众生活。手机支付只是RFID的一个基础应用，RFID将支撑整个物联网产业从虚幻的概念到切实的应用。 中国移动开发的一整套拥有自主知识产权的机器到机器通信（M2M）解决方案，成为我国物联网应用的主要形式，已在智能楼宇、路灯监控、动物溯源、手机钱包、环境监测等方面得到了广泛的应用。2009年底TD-SCDMA客户数超过500万。这些都为物联网应用提供了良好基础。 随着RFID技术的不断发展与成熟

14、，物联网的应用离我们的生活越来越近了。4 物联网普及所面临的主要问题及可行的相关措施4.1 物联网面临的问题传统的网络中，网络层的安全和业务层的安全是相互独立的，而物联网的特殊安全问题很大一部分是由于物联网是在现有移动网络基础上集成了感知网络和应用平台带来的，移动 网络中的大部分机制仍然可以适用于物联网并能够提供一定的安全性 ，如认证机制、加密机制等，但需要根据物联网的特征对安全机制进行调整和补充。这使得物联网除了面对移动通信网络的传统网络安全问题之外，还存在着一些与已有移动网络安全不同的特殊安全问题，这些问题主要表现在以下几个方面 ： （1）由于物联网在很多场合都需要无线传输，对这种暴露在公

15、开场所之中的信号如果没做合适保护的话，很容易被窃取，也更容易被干扰，这将直接影响到物联网体系的安全。同时，由于物联网的应用可以取代人来完成一些复杂、危险和机械的工作。所以物联网机器多数部署在无人监控的场景中，攻击者可以轻易地接触到这些设备，从而对他们造成破坏，甚至通过本地操作更换机器的软硬件，因而物联网机器的本地安全问题也就显得日趋重要。 （2）核心网络的传输与信息安全问题。核心网络具有相对完整的安全保护能力，但是由于物联网中节点数量庞大，而且以集群方式存在，因此会导致在数据传播时，由于大量机器的数据发送使网络拥塞，产生拒绝服务攻击。此外，现有通信网络的安全架构都是从人的通信角度设计的，并不适

16、用于机器的通信。使用现有安全机制会割裂物联网机器间的逻辑关系。（3）物联网业务的安全问题。由于物联网设备可能是先部署后连接络，而物联网节点又无人看守，所以如何对物联网设备进行远程签约信息和业务信息配置就成了难题 。另外，庞大且多样化的物联网平台必然需要一个强大而统一的安全管理平台，否则独立的平台会被各式各样的物联网应用所淹没，这使得如何对物联网机器的日志等安全信息进行管理成为新的问题，并且可能割裂网络与业务平台之间的信任关系，导致新一轮安全问题的产生。(4)RFID 系统安全问题。RFID射频识别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，可识别高速运动物体并可

17、同时识别多个标签，识别工作无需人工干预，操作也非常方便。而针对 RFID系统的攻击主要集中于标签信息的截获和对这些信息的破解。在获得了标签中的信息之后，攻击者可以通过伪造等方式对RFID 系统进行非授权使用。RFID的安全保护主要依赖于标签信息的加密，但目前的加密机制所提供的保护还能让人完全放心，RFID的加密并非绝对安全。一个RFID芯片如果设计不良或没有受到保护，还有很多手段可以获取芯片的结构和其中的数据而且，单纯依赖 RFID本身的技术特性也无法满足 RFID系统安全要求。4.2 物联网的安全措施物联网的安全措施包括以下四方面的内容：（1）应构建和完善我国信息安全的监管体系，目前监管体系

18、存在着执法主体不集中，多重多头管理,对重要程度不同的信息网络的管理要求没有差异、没有标准，缺乏针对性等问题，对应该重点保护的单位和信息系统无从入手实施管控；（2）物联网中的业务认证机制。传统的认证是区分不同层次的，网络层的认证就负责网络层的身份鉴别，业务层认证就负责业务层的身份鉴别，两者独立存在。但是在物联网中，大多数情况下，机器都是拥有专门用途的，因此其业务应用与网络通信紧紧地绑在一起。由于网络层的认证是不可缺少的，其业务的认证机制就不再是必须的，而是可以根据业务由谁来提供和业务的安全敏感程度来设计。例如，当物联网的业务由运营商提供时，就可以充分利用网络层认证的结果而不需要进行业务层的认证；

19、当物联网的业务由第三方提供也无法从网络运营商处获得密钥等安全参数时，它就可以发起独立的业务认证而不用考虑网络层的认证；或者当业务是敏感业务如金融类业务时一般业务提供者会不信任网络层的安全级别，而使用更高级别的安全保护，这个时候就需要做业务层的认证；而当业务是普通业务时，如气温采集业务等，业务提供者认为网络认证已经足够，就不再需要业务层的认证。（3）物联网中的加密机制。传统的网络层加密机制是逐跳加密，即信息在发送过程中，虽然在传输过程中是加密的，但是需要不断地在每个经过的节点上解密和加密，即在每个节点上都是明文的而业务层加密机制则是端到端的，即信息只在发送端和接收端才是明文，而在传输的过程和转发

20、节点上都是密文。由于物联网中网络连接和业务使用紧密结合，就面临着到底使用逐跳加密还是端到端加密的选择。对于逐跳加密来说，它可以只对有必要受保护的链接进行加密，并且由于逐跳加密在网络层进行，所以可以适用于所有业务，即不同的业务可以在统一的物联网业务平台上实施安全管理，从而做到安全机制对业务的透明。这就保证了逐跳加密的低时延、高效率、可扩展性好的特点。但是，因为逐跳加密需要在各传送节点上对数据进行解密，所以各节点都有可能解读被加密消息的明文，因此逐跳加密对传输路径中的各传送节点的可信任度要求很高。而对于端到端的加密方式来说，它可以根据业务类型选择不同的安全策略，从而为高安全要求的业务提供高安全等级

21、的保护。不过端到端的加密不能对消息的目的地址进行保护，因为每一个消息所经过的节点都要以此目的地址来确定如何传输消息。这就导致端到端的加密方式不能掩盖被传输消息的源点与终点，并容易受到对通信业务进行分析而发起的恶意攻击。另外从国家政策角度来说，端到端的加密也无法满足国家合法监听政策的需求。通过这些分析可知，对一些安全要求不是很高的业务，在网络能够提供逐跳加密保护的前提下，业务层端到端的加密需求就显得并不重要。但是对于高安全需求的业务，端到端的加密仍然是其首选。因而，由于不同物联网业务对安全级别的要求不同，可以将业务层端到端安全作为可选项。由于物联网的发展已经开始加速，对物联网安全的需求日益迫切，

22、需要明确物联网中的特殊安全需求，考虑如何为物联网提供端到端的安全保护，这些安全保护功能又应该怎么样用现有机制来解决？此外，随着物联网的发展，机器间集群概念的引入，还需要重点考虑如何用群组概念解决群组认证的问题。5 物联网未来的发展趋势5.1 全球物联网的发展 现代物联网发展越来越趋向于精细化，比如提高了数据采集的实时性和准确性，提高了城市管理、工业管理和操作管理的效率和精确程度。其次物联网发展也更加智能化、管理方式也更加简单。目前全球物联网的发展涉及到医疗、机器制造、消费品制造、节能环保产、电子支付、农业控制、交通、教育等方面。其中最具代表性是美国IBM提出的智慧地球、欧盟：i-2010、日本

23、：i-JAPAN。 美国“IBM智慧地球”战略(Smart Planet)就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍链接，形成所谓“物联网”，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。IBM智慧地球遵守的是更透彻的感知+更全面的互联互通+更深入化的智能=智慧地球。日本的“i-Japan”战略是日本政府在2009年制定到2015年的一项长期信息技术发展战略，旨在实现以人为本的“安心且充满活力的数字化社会”，让数字信息技术如同空气和水一样融入每一个角落。i-Japan的执行目标聚焦在政府、医院和学校，通过

24、公共服务的应用带动其他产业。不管是智慧地球还是i-Japan战略，物联网是信息产业与互联网产业结合的必然产物，也是未来一个重要的发展趋势。5.2 国内发展趋势建设中国物联网有三大任务：一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中加快推进传感网、物联网的发展；三是尽快建立中国的传感信息中心。我们都知道物联网可以分为感知层、传输层(网络层)和应用层。而这三层都需要不同的技术支持。首先感知层是整个物联网应用的基础，需要的技术有RFID、条码、定位技术、通信芯片、传感技术等。而传输层就是物联网的成功运作的保障，它涉及到的技术就包括IPV4/IPV6、3G/LTE、自组织网络、Wi

25、Fi无线网络、WiMax等。最后应用层就是体现整个物联网的实际能力了。物联网的可应用范围非常广泛，不管是公共管理和服务业，还是像精细农业、工业监测、智能电网等这类行业都是物联网未来需要拓广的领域。物联网其中一个很重要的技术就是传感技术，而全球研发传感器结构有数千家。目前美国的传感器产业基础资源丰富，主要应用于汽车、航空航天、工业计算及其他电子器械。日本的传感器精度和可靠性高，应用领域集中于家庭、个人消费电子产品中。而欧美的传感器相对较强的应用主要集中于工业控制、化工检测、光纤传感器、生物，而且在微处理器、集成电路设计、工业控制、智能应用、军事应用方面有独特优势。但是，在中国，物联网在RFID、

26、智能芯片等领域已开始有所发展，但传感器与发达国家相还有一定的差距、产品技术档次偏低，品种相对不齐全。所以提高自身的产业竞争力，才是建设完善物联网的先决条件，只有扬长避短、不断创新才是取胜的唯一路径。EPOSS对于未来物联网发展四个阶段的预测：（1）2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域；（2）2010-2015年物体互联；（3）2015-2020年物体进入半智能化互联；（4）2020年之后物体进入全智能化互联。若按照预测的发展，在十年之后物联网将普及全球。6 结束语在物联网领域，中国和其他发达国家站到了同一个起跑线上。我国必须抓住历史机遇，突破一些关键技术和核心技术，建立自主化技术体系，形成具有自主知识产权的成果和可持续竞争力。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一驱动器，未来中国物联网行业发展前景广阔。【精品文档】第 6 页