2023年-物联网技术导论.docx

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1、物联网技术导论张飞舟 杨东凯 陈智物联网是将人与物、物与物联系起来从而提高人们生活水平，改善人类居住环境的一种新的 网络。本书从物联网的起源出发，全面介绍了物联网的发展状况，重点就全球电子产品编码 (EPC)构成的物联网进行系统、深入的阐述，全书内容包括：物联网的概念、物联网的基 本构成、射频识别系统、物联网中间件、对象名称解析、实体标记语言、信息服务系统、物 联网管理以及中国物联网建设。本书内容深入浅出，理论联系实际，是读者了解物联网技术 的理想读物。读者对象：电子与通信、计算机、物流与供应链、系统工程等专业的高校师生, 与物联网相关的技术人员、政府管理者和科普爱好者。出版社：电子工业出版社

2、出版日期：2010年6月ISBN： 978-7-121-11789-1定价：29.00元本书详细信息前言与目录物联网技术导论前言物联网技术导论目录第1章物联网概述1.1 基本概念1.1.1 物联网骤热的原因1.1.2 什么是物联网1.1.3 物联网的本质1.1.4 物联网概念辨析1.2.1 物联网与互联网的不同1.2.2 物联网在信息化发展中的位置123物联网的演进路径1.3物联网与下一代网络1.3.1 物联网与CPS1.3.2 物联网与WSN1.4.1 物联网国外发展概况1.4.2 物联网国内发展情况143物联网发展面临的问题什么是物联网物联网的概念分为广义和狭义两方面。广义来讲，物联网是一

3、个未来发展的愿景，等同 于”未来的互联网”或者“泛在网络、能够实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人 与物的信息交换以及物与物之间的信息交换；狭义来讲，物联网是物品之间通过传感器连接 起来的局域网，不论接入互联网与否，都属于物联网的范畴。物联网的一种定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、 激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，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。显然，物联网的这一概 念来自于同互联网的类比。根据物联网与互联网的关系分类，不同的专家学者对物联网给出 了各自的定义，归纳起来有如

4、下四种类型。1）物联网是传感网而不接入互联网有的专家认为，物联网就是传感网，只是给人们生活环境中的物体安装传感器，这些传 感器可以更好地帮助我们认识环境，这个传感器网不接入互联网。例如，上海浦东机场的传 感器网络，其本身并不接入互联网，却号称是中国第一个物联网。物联网与互联网的关系是 相对独立的两张网。2）物联网是互联网的一部分物联网并不是一张全新的网，实际上早就存在了，它是互联网发展的自然延伸和扩张， 是互联网的一部分。互联网是可包容一切的网络，将会有更多的物品加入到这张网中。也就 是说，物联网是包含于互联网之内的。3）物联网是互联网的补充网络通常所说的互联网是指人与人之间通过计算机结成的全

5、球性网络，服务于人与人之间的 信息交换。而物联网的主体则是各种各样的物品，通过物品间传递信息从而达到最终服务于 人的目的，两张网的主体是不同的，因此物联网是互联网的扩展和补充。互联网好比是人类 信息交换的动脉，物联网就是毛细血管，两者相互联通，且物联网是互联网的有益补充。4）物联网是未来的互联网从宏观的概念上讲，未来的物联网将使人置身于无所不在的网络之中，在不知不觉中， 人可以随时随地与周围的人或物进行信息的交换，这时物联网也就等同于泛在网络，或者说 未来的互联网。物联网、泛在网络、未来的互联网，它们的名字虽然不同，但表达的都是同 一个愿景，那就是人类可以随时、随地、使用任何网络、联系任何人或

6、物，达到信息自由交 换的目的。总而言之，不论是哪一种类型的概念，物联网都需要对物体具有全面感知能力，对信息 具有可靠传送和智能处理能力，从而形成一个连接物体与物体的信息网络。也就是说，全面 感知、可靠传送、智能处理是物联网的基本特征。“全面感知”是指利用RFID、二维码、GPS、 摄像头、传感器、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采 集和获取；“可靠传送”是指通过各种通信网络与互联网的融合，将物体接入信息网络，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、模糊识别等各种智能计算技 术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理，提升对物

7、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。因此，“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、建筑物等，而另一方面是数据中心、个人电脑、宽带等。在“物联网”时代，钢筋 混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，换句话说，基础设施更像是一块新的 地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人 生活。具体地说，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，通过现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系 统的整合

8、。在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整个网络内 的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制。在此基础上，人类可以用更加精细 和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与 自然间的关系。物联网的本质1.1.3 物联网的本质物联网作为新兴的物品信息网络，其应用领域很广，其中一个应用领域就是为实现供应 链中物品自动化的跟踪和追溯提供基础平台。物联网可以在全球范围内对每个物品实施跟踪 监控，从根本上提高对物品产生、配送、仓储、销售等环节的监控水平，成为继条码技术之 后，再次变革商品零售、物流配送及物品跟踪管理模式的一项新技术。它从根

9、本上改变供应 链流程和管理手段，对于实现高效的物流管理和商业运作具有重要的意义；对物品相关历史 信息的分析有助于库存管理、销售计划以及生产控制的有效决策；通过分布于世界各地的销 售商可以实时获取其商品的销售和使用情况，生产商则可及时调整其生产量和供应量。由此, 所有商品的生产、仓储、采购、运输、销售以及消费的全过程将发生根本性的变化，全球供 应链的性能将获得极大的提高。物联网的关键不在“物“，而在“网“。实际上，早在物联网这个概念被正式提出之前，网 络就已经将触角伸到了“物”的层面，如交通警察通过摄像头对车辆进行监控，通过雷达对行 驶中的车辆进行车速的测量等。然而，这些都是互联网范畴之内的一些

10、具体应用。此外，还 有人们在多年前就已经实现了对物的局域性联网处理，如自动化生产线等。物联网实际上指 的是在网络的范围之内，可以实现人对人、人对物以及物对物的互联互通，在方式上可以是 点对点，也可以是点对面或面对点，它们经由互联网，通过适当的平台，可以获取相应的资 讯或指令，或者传递相应的资讯或指令。比如，通过搜索引擎来获取资讯或指令，当某一数 字化的物体需要补充电能时，它可以通过网络搜索到自己的供应商，并发出需求信号，当收 到供应商的回应时，能够从中寻找到一个优选方案来满足自我需求。而这个供应商，既可以 由人控制，也可以由物控制。这样的情形类似于人们现在利用搜索引擎进行查询，得到结果 后再进

11、行处理一样。具备了数据处理能力的传感器，可以根据当前的状况作出判断，从而发 出供给或需求信号，而在网络上对这些信号的处理，成为物连网的关键所在。仅仅将物连接 到网络，还远远没有发挥出它最大的威力。网的意义不仅是连接，更重要的是交互，以及通 过互动演生出来的种种可利用的特性。物联网的精髓不仅是对物实现连接和操控，它通过技术手段的扩张,赋于网络新的含义, 实现人与物、物与物之间的相融与互动，甚至是交流与沟通。物联网并不是互联网的翻版, 也不是互联网的一个接口，而是互联网的一种延伸。作为互联网的扩展，物联网具备互联网 的特性，但也具有互联网当前所不具有的特征。物联网不仅能够实现由人找物，而且能够实

12、现以物找人，通过对人的规范性回复进行识别，还能够作出方案性的选择。另一方面，合作性与开放性以及长尾理论的适用性，是互联网在应用中的重要特征，引 发了互联网经济的蓬勃发展。对物联网来说，通过人物一体化，就能够在性能上对人和物的 能力都进行进一步的扩展，就犹如一把宝剑能够极大地增加人类的攻击能力与防御能力；在 网络上可以增加人与人之间的接触，从中获得更多的商机，就好像通信工具的出现，可以增 加人们之间的交流与互动，而伴随着这些交流与互动的增加，产生出了更多的商业机会；如 同在人物交汇处建立起新的节点平台，使得长尾在节点处显示出最高的效用，如在互联网时 代，各式各样的大型网站由于汇聚了大量的人气，从

13、而形成了一个个的节点，通过对这些节 点进行利用，使得长尾理论的效应得到大幅的提高，就好像亚马逊作为一个节点在图书销售 中所起到的作用一样。合作性与开放性指的是不仅仅是物与物之间，而且发生在人与物之间。互联网之所以有 现在的繁荣，是与它的合作性与开放性这两大特征分不开的，开放性使得无数英雄通过互联 网得以实现了他们的梦想，可以说没有开放性所带来的创新激励机制，就不可能有互联网今 天的多姿多彩；合作性使得互联网的效用得到了倍增，使得其运作更加符合经济原则，从而 给它带来竞争上的先天优势，没有合作性,互联网就不可能大面积地取代传统行业成为主流。 这样一来，在物联之后，就不仅能够产生出新的需求，而且还

14、能够产生新的供给，更可以 让整个网络在理论上获得进一步的扩展和提高，从而创造出更多的机会。正是由于这些特性, 将使物联网在功能上得到更大的扩展，而并不仅仅局限于传感功能。这里需要强调的是，如果认为物联网是传感网的概念，则会使得物联网的外延缩小。如 1999年时所提出的物联网的概念，是把所有物品通过RFID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。其中没有人、物之间的相联、沟通与互动。如果仅仅作为传感 网，物在联网之后，只需服从控制中心的指令，而各系统的控制中心则是互相分离的。如果 是作为互联网的延伸，则可以将所有在网络内的系统与点有机地联成一个整体，起到互帮互 助的作用。换句话说

15、，传感网完全可以将其包容在作为互联网的扩展形式的物联网的概念之 内。1.1.4 物联网概念辨析物联网概念辨析由于物联网概念出现不久，其内涵在不断的发展、完善。有人认为，物联网是基于互联 网和RFID技术发展的网络，是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技 术，构造一个覆盖世界上万事万物的网络。其实质就是利用RFID技术，通过计算机互联网 以实现全球物品的自动识别，达到信息的互联与实时共享。由此可以看出，物联网主要涉及 RFID和传感器两项技术。RFID技术用于标识物，给每个物品一个“身份证”；传感器技术用 于感知物，包括采集实时数据(如温度、湿度)、执行与控制(打开空调、关上电

16、视)等。 因此，可以进行如下划分：(1)从RFID技术出发，在RFID网络的基础上，构建基于RFID的物联网；(2)从传感器技术出发，在传感网络的基础上，构建基于传感器的物联网；(3)将RFID技术和传感器技术融合，构建更广义的物联网，即泛在网。目前，对于物物互联的网络这一概念的准确定义业界一直未达成统一的认识，存在着以 下几种相关概念：物联网、无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)以及泛在网 (Ubiquitous Network)(亦称 U 网络)。1 .物联网定义1：把所有物品通过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。该

17、定义最早于1999年由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出，实质上等于RFID技术 和互联网的结合应用。RFID标签可谓是早期物联网最为关键的技术与产品环节，当时认为 物联网最大规模、最有前景的应用就是在零售和物流领域。利用RFID技术，通过计算机互 联网实现物品/商品的自动识别和信息的互联与共享。定义2： 2005年，ITU在The Internet of Things这一报告中对物联网概念进行扩展，提 出任何时刻、任何地点、任意物体之间的互联，无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景, 除RFID技术外，传感器技术、纳米技术、智能终端等技术将得到更加广泛的应用。定义3：由具有标识、虚拟个性

18、的物体/对象所组成的网络，这些标识和个性等信息在智 能空间使用智慧的接口与用户、社会和环境进行通信。该定义出自欧洲智能系统集成技术平台(EPoSS)在2008年5月27日发布的报告Internet of Things in 2020 o该报告分析预测了未来物联网的发展，认为RFID和相关的识别技术是未 来物联网的基石，因此更加侧重于RFID的应用及物体的智能化。定义4：物联网是未来互联网的一个组成部分，可以被定义为基于标准的和可互操作的 通信协议，且具有自配置能力的、动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、 物理属性和实质上的个性，使用智能接口实现与信息网络的无缝整合。这个定义来源

19、于欧盟第7框架下RFID和物联网研究项目组在2009年9月15日发布的 研究报告。该项目组的主要研究目的是便于欧洲内部不同RFID和物联网项目之间的组网， 协调RFID的物联网研究活动、专业技术平衡与研究效果最大化，以及项目之间建立协同机 制等。从上述4种定义不难看出，物联网的内涵是起源于由RFID对客观物体进行标识并利用 网络进行数据交换这一概念，并不断扩充、延展、完善而逐步形成的。这种物联网主要由 RFID标签、读写器、信息处理系统、编码解析与寻址系统、信息服务系统和互联网组成。 通过对拥有全球唯一编码的物品的自动识别和信息共享，实现开环环境下对物品的跟踪、溯 源、防伪、定位、监控以及自动

20、化管理等功能。通常在生产和流通(供应链)领域，为了实 现对物品的跟踪、防伪等功能，需要给每一个物品一个全球唯一的标识。在这种情形下， RFID技术是主角，基于RFID技术的物联网能够满足这种需求。止匕外，冷链物流、危险品 物流等特殊物流，对仓库、运输工具/容器的温度等有特殊要求，可将传感器技术融入进来, 将传感器采集的信息与仓库、车辆、集装箱的RFID信息融合(例如，在厢式冷藏货车内安 装温度传感器，将温度信息、GPS信息等通过车载终端采用短信息方式发送到企业监控中 心)，构建带传感器的基于RFID的物联网。目前，基于RFID的物联网的典型解决方案是 美国的EPC。2 .无线传感器网络定义5：

21、无线传感器网络是由若干具有无线通信能力的传感器节点自组织构成的网络。此定义最早由美国军方提出，起源于1978年美国国防部高级研究计划局资助卡耐基 梅 隆大学进行分布式传感器网络的研究项目。在当时缺乏互联网技术、多种接入网络以及智能 计算技术的条件下，该定义局限于由节点组成的自组织网络。定义6：泛在传感器网络(Ubiquitous Sensor Network, USN)是由智能传感器节点组成 的网络，可以以“任何地点、任何时间、任何人、任何物”的形式被部署。该技术具有巨大的 潜力，可以用于广泛领域内推动新的应用和服务，从安全保卫、环境监控到推动个人生产力 和增强国家竞争力。此定义出自2008年

22、2月ITU-T的研究报告Ubiquitous Sensor Networkso该报告中提出 了泛在传感器网络体系架构，自下而上分为底层传感器网络、接入网络、基础骨干网络、中 间件、应用平台等5个层次。底层传感器网络由传感器、执行器、RFID等各种信息设备组 成，负责对物理世界的感知与反馈；接入网络实现底层传感器网络与上层基础骨干网络的连 接，由网关、sink节点等组成；基础骨干网络基于互联网、NGN构建；中间件处理、存储 传感数据并以服务的形式提供对各类传感数据的访问；应用平台实现各类传感器网络应用的 技术支撑。定义7：传感器网络以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务，以网络为信息传 递载

23、体，实现物与物、物与人之间的信息交互，提供信息服务的智能网络信息系统。该定义出自我国信息技术标准化技术委员会所属传感器网络标准工作组2009年9月的 工作文件，该文件认为传感器网络具体表现为：它综合了微型传感器、分布式信号处理、 无线通信网络和嵌入式计算等多种先进信息技术，能对物理世界进行信息采集、传输和处理, 并将处理结果以服务的形式发布给用户”。定义8：传感网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突 出特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等进行信息 的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力， 实现智

24、能化的决策和控制。此定义出自工业和信息化部、江苏省联合向国务院上报的关于支持无锡建设国家传感 网创新示范区（国家传感信息中心）情况的报告。此外，“传感网”这一名词最早出自业界 专家对于无线传感器网络的简称，即定义5的中文简称。随着物物互联相关概念的受关注度 不断提升，传感器网络逐渐演进为定义8所描述的内容。比较传感器网络的4种定义，同样可以发现传感器网络其内涵起源于”由传感器组成通 信网络，对所采集到的客观物体信息进行交换”这一概念。定义6提出了相对完整的体系架 构，并且描述了各个层次在体系架构中的位置及功能。定义7、8尽管与定义6文字描述不 同，但其内涵基本一致，并未对定义6进行实质性的突破

25、与完善。定义6、7、8都是将定义 5所定义的“网络”作为底层的、对于客观物质世界信息获取交互的技术手段之一，并对其进 行了更为精确的文字描述。显然，由传感器、通信网络和信息处理系统为主构成的传感网，具有实时数据采集、监 督控制和信息共享与存储管理等功能，它使目前的网络技术的功能得到极大拓展，使通过网 络实时监控各种环境、设施及内部运行机理等成为可能。也就是说，原来与网络相距甚远的 家电、交通管理、农业生产、建筑物安全、旱涝预警等都能够得到有效的网络监测，有的甚 至能够通过网络进行远程控制。目前，无线传感网络仍旧处在闭环环境下应用的阶段，比如, 用无线传感器监控金门大桥在强风环境下的摆幅。而基于

26、传感技术的物联网主要采用嵌入式 技术（嵌入式Web传感器），给每个传感器赋予一个IP地址，应用于远程防盗、基础设施 监控与管理.、环境监测等领域。3 .泛在网络定义9：泛在网络指无所不在的网络。最早提出U战略的日本和和韩国给出的定义是：无所不在的网络社会将是由智能网络、 最先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态。根据这样的 构想，U网络将以“无所不在“、“无所不包“、“无所不能”为基本特征，帮助人类实现4A化 通信，即在任何时间（Anytime）、任何地点（Anywhere）、任何人（Anyone）、任何物（Anything） 都能顺畅地通信。4 .各概念之间的关系

27、目前，对于支持人与物、物与物广泛互联，实现人与客观世界的全面信息交互的全新网 络的命名，一直存在着物联网、传感网、泛在网这3个概念之争。这3个概念之间的关系如等数据采集设备都是一种特殊的传感器，则范围扩展后的传感器网络即简称为与物联网概念 并列的”传感网，从ITU-T、ISO/IECJTC1 SC6等国际标准组织对传感器网络、物联网定义 和标准化范围来看，传感器网络和物联网其实是一个概念的两种不同表述，其实质都是依托 于各种信息设备实现物理世界和信息世界的无缝融合。可见无论从哪个角度看，都可以认为 目前为人所熟知的“物联网“和“传感网”都是以传感器、RFID等客观世界标识和感知技术， 借助于无

28、线传感器网络、互联网、移动网等实现人与物理世界的信息交互。泛在网是面向泛 在应用的各种异构网络的集合，也被称为“网络的网络”，更强调跨网之间的互联互通和信息 聚合与应用。另外，泛在化、智能化是物联网的两大特征。所谓泛在化，是指传感器网络部 署和移动通信网络覆盖的泛在化以及各类物联网业务与应用的泛在化。各种信息的协同处理 以及基于数据挖掘、专家系统、商业智能的决策支持是智能化的集中体现。1.2.1 物联网与互联网的不同囹1.2物联网的特点与演进随着互联网的不断发展，互联网的泛在化成为其新的发展趋势。RFID技术为互联网的 泛在化提供了必要条件，反过来互联网将促成RFID技术应用发展的又一次飞跃。

29、如同互联 网可以把世界上不同角落的人紧密地联系在一起一样，采用RFID技术的Internet也可以把 世界上所有物品联系在一起，而且彼此之间可以互相“交流”，从而组成一个全球性实物相互 联系的“物联网”。如果说RFID为物品提供了自我表达的能力，物品之间交流则需要一个网 络即物联网来实现。从某种意义上可以说，物联网的实质是利用RFID技术，通过计算机互 联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。当然，除RFID外，红外感应、实 时定位、激光扫描等技术也同样用于将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以 实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理等功能。1.2.1 物联网与互联网的不同

30、物联网是射频识别技术与互联网结合而产生的新型网络，主要解决物品到物品(Thing to Thing, T2T)、人到物品(Human to Thing, H2T)、人到人(Human to Human, H2H)之 间的互连。其中，H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接，H2H是指人之间不依赖于 个人电脑而进行的互连。物联网具有与互联网类同的资源寻址需求，以确保其中联网物品的 相关信息能够被高效、准确和安全地寻址、定位和查询，其用户端是对互联网的延伸和扩展, 即任何物品和物品之间可以通过物联网进行信息交换和通信。因此，物联网又在以下几个方 面有别于互联网。1 .不同应用领域的专用性互联网的主

31、要目的是构建一个全球性的信息通信计算机网络，通过TCP/IP技术互联全 球所有的数据传输网络，在较短时间实现了全球信息互联、互通，但是也带来了互联网上难 以克服的安全性、移动性和服务质量等一系列问题。而物联网则主要从应用出发，利用互联 网、无线通信网络资源进行业务信息的传送，是互联网、移动通信网络应用的延伸，也是自 动化控制、遥控遥测及信息应用技术的综合展现。不同应用领域的物联网均具有各自不同的 属性。例如，汽车电子领域的物联网不同于医疗卫生领域的物联网，医疗卫生领域的物联网 不同于环境监测领域的物联网，环境监测领域的物联网不同于仓储物流领域的物联网，仓储 物流领域的物联网不同于楼宇监控领域的

32、物联网，等等。由于不同应用领域具有完全不同的 网络应用需求和服务质量要求，物联网节点大部分都是资源受限的节点，只有通过专用联网 技术才能满足物联网的应用需求。物联网的应用特殊性以及其他特征，使得它无法再复制互 联网成功的技术模式。2 .高度的稳定性和可靠性物联网是与许多关键领域物理设备相关的网络，必须至少保证该网络是稳定的。例如, 在仓储物流应用领域，物联网必须是稳定的，不能像现在的互联网一样，时常网络不通，时 常电子邮件丢失等，仓储的物联网必须稳定地检测进库和出库的物品，不能有任何差错。有 些物联网需要高可靠性，例如医疗卫生的物联网，必须要求具有很高的可靠性，保证不会因 为由于物联网的误操作

33、而威胁病人的生命。3 .严密的安全性和可控性物联网的绝大多数应用都涉及到个人隐私或机构内部秘密，因而物联网必须提供严密的 安全性和可控性：物联网系统具有保护个人隐私、防御网络攻击的能力，物联网的个人用户 或机构用户可以严密控制物联网中信息采集、传递和查询操作，不会由于个人隐私或机构秘 密的泄露而造成对个人或机构的伤害。尽管物联网与互联网有很大的区别，但是从信息化发展的角度看，物联网的发展与互联 网的发展密不可分，而且和移动电信网络的发展、下一代网络以及网络化物理系统、无线传 感网络等都有千丝万缕的联系。物联网在信息化发展中的位置1.2.2 物联网在信息化发展中的位置从烽火台到电报电话，再到互联

34、网和移动互联网，人们对信息的渴求成为推动信息化发 展的原动力，而一次又一次技术的飞跃正帮助人们不断获取新的知识和信息。这样，可以把 现代信息通信比作一张拼图（如图L2所示），从电报开始，逐步探究更便捷、更大容量的 信息传递，随着拼图一张张被翻开，人与人通信的未知领域不断缩小，目前已经发展到了” 移动互联网”的阶段。图L2现代信息技术演进示意图在人们不断探索人与人之间的现代通信技术的同时.，拼图又从物与物通信的角度也被悄悄地 翻开。为了更好地服务于信息的传递，最初一部分物体被打上条码，这大大提高了物品的识 别效率，随着近场通信（Near Field Communication）技术（如RFID、

35、蓝牙、ZigBee等）的 发展，RFID、二维码等各种现代识别技术逐步得到推广应用，在摩尔定律的推动下，芯片 的体积不断缩小，功能更加强大，物品自身的网络与人的网络相互联通已经成为大势所趋。 在未来网络的发展过程中，拼图将逐步被揭开，从人的角度和从物的角度对信息通信的探索 将实现融合，最终实现无所不在的“泛在网络”（如图1.3所示），而这也就是终极意义上的 物联网。图1.3未来的泛在网络示意图1.2.3 物联网的演进路径于物联网的演进路径物联网的未来1.5.1 物联网及其服务类型1.5.2 物联网的节点和互联类型1.5.3 物联网通用设计原则1.6.1 物联网应用1.6.2 物联网应用发展1.

36、6.3 物联网应用发展模式1.6.4 协同推进物联网业务发展1.6.5 物联网应用面临的挑战物联网技术导论前言咫前百“物联网”的概念最早出现于1995年，至今已有15年的时间，但是当时并没有引起世人 的关注。自2008年出现金融危机之后，以美国为首的发达国家纷纷抛出新的高科技概念， 期望通过新一轮的科技创新引领经济走出低谷。于是物联网作为新一轮经济振兴计划的核 心，得到了美国、欧洲和日本、韩国等发达国家和地区的高度重视。我国20世纪末即启动 了射频识别的重大工程项目，从那时至2004年，每年都有相应的重点工程项目组织实施。 同时，在国家中长期科学与技术发展规划（2006 2020年）和“新一代

37、宽带移动无线通 信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域，凸显了我国对物联网的高度重视。2009年 温总理视察无锡微纳传感网工程技术研发中心并发表重要讲话，“物联网”的概念在国内学术 界、企业界乃至政府部门迅速升温。物联网所涉及的技术众多，对于学科而言是一个新型交叉学科，包括电子通信、物流、 计算机、交通、供应链等多项内容。当前，对于物联网的研究已经逐步走出实验室，面向大 众化的物联网应用也开始渗透到人们的日常生活中。本书重点就电子产品编码（EPC）主导的物联网进行全面阐述和总结，共分9章，内容 包括：物联网概述，物联网的工作原理与组成，射频识别系统，中间件，对象名称解析服务, 实体标记语言

38、，物联网信息服务，物联网管理，以及中国物联网建设。为了展现物联网相关 领域国内外最新研究成果，本书参考或引用了大量相关文献，其大多数已在书中注明了出处, 但难免有所疏漏。在此，向有关作者和专家表示感谢，并对没有注明出处的表示歉意。应该指出，“物联网”是一个新概念，物联网技术正处在一个蓬勃发展的时期，尽管本书 力求反映最新研究成果，但是随着时间的推移，新的成果还会不断涌现。本书旨在使读者较物联网的演进路径分为电信网主导和传感网主导两种模式，发展的初期由传感网络主 导，但是当传感网技术成熟后，将以电信网为主导，实现信息的可控可管、安全高效。在图 1.2中，把人类信息通信网分成实现人与人通信的电信网

39、，以及实现物与物通信的近场通信 网或者传感网，两者的发展并行推进，但是电信网比传感网成熟更早。经过上百年、无数人 的研究发明、推广应用，电信网已经建立了一整套科学的、可控可管的信息通信网络体系， 安全、高效地服务于人类的信息通信。电信网的发展主要有两大方向：一个是移动化，人们为了追求信息通信的自由，逐步由 移动电话替代固定电话，实现位置上的自由通信；另一个方向是宽带化，通信从电路交换转 变为分组交换为主，从电报电话到互联网，逐步实现宽带化的通信，实现传输容量上的自由 通信。传感网的发展也有两大趋势：一个是智能化，物品要更加智能，能够自主地实现信息交 换，才能真正实现物联网。而这需要对海量数据的

40、处理能力，随着“云计算”技术的不断发展 成熟，这一难题将得到解决。另一个趋势是IP化，未来的物联网将给所有的物品都设定一 个标识，实现”IP到末梢”，这样人们才能随时随地了解物品的信息，”可以给每一粒沙子都 设定一个TP地址”的IPv6担负着这项重担，将在全球得到推广。电信网主导模式就是由传统的电信运营商主导，推动物联网的发展；传感网主导模式是 以传感网产业为主导，逐步实现与电信网络的融合。在当前状况下，由于传感器的研发瓶颈 制约了物联网的发展，应当大力加强传感网络的发展，但是从战略角度看，针对未来会出现 的信息安全和信息隐私的保护问题，应当选择电信网主导的模式，而且通信产业具有强大的 技术基

41、础、产业基础和人力资源基础，能实现海量信息的计算分析，保证网络信息的可控可 管，最终保证在信息安全和人们的隐私权不被侵犯的前提下实现泛在网络的通信。另一方面，物联网是连接物品的网络，有些学者在讨论物联网时常常提到M2M的概念, 可以解释为人到人(Man to Man)、人到机器(Man to Machine)、机器到机器(Machine to Machine)。实际上，M2M的所有解释在现有的互联网中都可以实现，人到人之间的交互可 以通过互联网进行，有时也通过其他装置间接地实现，如第三代移动电话，可以实现十分完 美的人到人的交互。人到机器的交互一直是人体工程学和人机界面领域研究的主要课题，而

42、机器与机器之间的交互已经由互联网提供了最为成功的方案。从本质上说，在人与机器、机 器与机器的交互，大部分是为了实现人与人之间的信息交互。万维网(WorldWideWeb) 技术成功的动因在于：通过搜索和链接，提供了人与人之间异步进行信息交互的快捷方式。 这里强调的物联网指基于RFID的物联网，传感网指基于传感器的物联网。而对于物联网、 传感网、广电网、互联网、电信网等网络相互融合形成的网络，称为泛在网，即”无处不在, 无所不包，无所不能”网络。因此，通常在物联网研究中不宜采用M2M概念，容易造成思 路混乱，应该采用国际电信联盟(ITU)定义的T2T、H2T和H2H的概念。1.3物联网与下一代网

43、络1.3物联网与下一代网络按照ITU物联网研究组的研究结论，物联网的核心技术主要是普适网络、下一代网络 和普适计算。这3项核心技术的简单定义如下：普适网络是无处不在的、普遍存在的网络; 下一代网络，可以在任何时间、任何地点，互联任何物品，提供多种形式信息访问和信息管 理的网络；普适计算是无处不在的、普遍存在的计算。其中下一代网络中”互联任何物品” 的定义是ITU物联网研究组对下一代网络定义的扩展，这是对下一代网络发展趋势的高度 概括。从现在已经成为现实的多种装置的互联网络，如手机互联、移动装置互联、汽车互联、 传感器互联等，都揭示了下一代网络在”互联任何物品”方面的发展趋势。从以上的定义可以

44、看出，下一代网络从某种角度看，就是可以连接任何物品的物联网。按照传统的定义，下一 代网络是在任何时间、任何地点，以任何方式提供信息访问和管理的服务，侧重于为人提供 服务，可以称为信息网络；而从互联角度看，这种传统的下一代网定义还是局限在传统互联 网的范畴，仅仅强调人与人之间的信息交互。物联网与CPS固物联网与CPS按照ITU的定义，把物联网研究和开发纳入下一代网络的范畴，而不是把下一代网络 仅仅作为引入IP核心网、移动性和个性化服务的网络。人与人之间的信息交互是具有百年 发展历史的电信网主要业务范畴，引入了物联网理念的下一代网，从根本上扩展了电信网的 业务范畴，可以真正推动电信业务和电信网络的

45、全面变革，可以为电信网(包括固定电信网 和移动电信网)创造新的发展机遇。随着处理器、存储器、网络带宽等成本的下降，嵌入式 系统广泛应用于许多领域，特别是广泛应用于各类物理设备中，如飞机、汽车、家电、工业 装置、医疗器械、监控装置和日用物品。国际上把利用计算技术监测和控制物理设备行为的 嵌入式系统称为网络化物理系统(Cyber Physical Systems, CPS)或者深度嵌入式系统(Deeply Embedded Systems, DES) , CPS也可以翻译为“物理设备联网系统”。美国总统的科学技术 咨询委员会(PCAST)在2007年8月发布的题为“挑战下的领导地位：在世界竞争中的

46、信息 技术研发”的咨询报告中，明确建议把CPS作为美国联邦政府研究投入最高优先级的课题， 由此启动了美国高校和研究机构的CPS研发热潮。PCAST咨询报告认为，CPS的设计、构造、测试和维护难度较大、成本较高，通常涉 及到无数联网软件和硬件部件，在多个子系统环境下的精细化集成。在监测和控制复杂的、 快速动作的物理系统(如医疗设备、武器系统、制造过程、配电设施)运行时，CPS在严格 的计算能力、内存、功耗、速度、重量和成本的约束下，必须可靠和实时地操作。绝大部分 CPS系统都是安全关键的系统，必须在外部攻击和打击下能够继续正常工作。CPS这种融合信息世界和物理世界的技术具备以下特征。1) CPS

47、是未来经济和社会发展的革命性技术CPS是信息领域的网络化技术、信息化技术，与物理系统中控制技术、自动化技术的融 合。CPS可以连接原来完全分割的虚拟世界和现实世界的关联，使得现实的物理世界与虚拟 的网络世界连接，通过虚拟世界的信息交互，优化物理世界的物体传递、操作和控制，构成 一个高效、智能、环保的物理世界。从这个角度看，CPS技术是可以改变未来经济和社会发 展的革命性技术。2)信息材料本身就是一种CPS技术材料技术与信息技术融合构成的信息材料技术本身就是一种CPS技术，它是最为基础 的网络化世界与物理世界连接的技术。例如，小型化、低成本、环保节能的新型材料传感器、 显示器等技术，都是CPS发

48、展中的关键技术。3) CPS要求计算技术与控制技术的融合为了把网络世界与物理世界连接，CPS必须把已有的、处理离散事件的、不关心时间和 空间参数的计算技术，与现有的、处理连续过程的、注重时间和空间参数的控制技术融合起 来，使得网络世界可以采集物理世界与时间和空间相关的信息，进行物理装置的操作和控制。4) CPS要求开放的嵌入式系统CPS系统中的计算技术主要是嵌入式系统，CPS中的嵌入式计算系统不是传统的封闭 性系统，而是需要通过网络，与其他信息系统进行互联和互操作的系统。CPS要求的嵌入式 系统是一种开放的嵌入式系统，需要提供标准的网络访问接口和交互协议、标准的计算平台 和服务调用接口、标准的

49、计算环境和管理界面。5) CPS要求可靠和确定的嵌入式系统CPS把计算技术带入了与国家基础设施、人们日常生活密切相关的领域，CPS大部分 应用领域是与食品卫生一样的安全敏感的领域,CPS的技术和产品需要经过政府严格的安全 监督和认证。原来信息技术领域习以为常的“免责”条款将不再适用，CPS技术和产品必须成 为高可靠的、行为确定的产品，由此需要可靠和确定的嵌入式系统。对照ITU有关物联网的定义以及PCAST咨询报告有关CPS定义，可以认为CPS是物 联网的专业称呼，侧重于物联网内部的技术内涵；而物联网是CPS的通俗称呼，侧重于CPS 在日常生活中的应用。从专业角度看,CPS提供了物联网研究和开发所需的理论和技术内涵; 从应用角度看