【文章內容簡介】 自主完成指定任務的智能網(wǎng)絡系統(tǒng)。無線傳感網(wǎng)綜合了傳感器技術、嵌入式技術、無線通信技術等。 典型的傳感網(wǎng)絡一般由傳感器節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點、傳輸網(wǎng)絡和遠程監(jiān)控中心四部分構成。通過各種微型傳 感器節(jié)點對各種環(huán)境信息進行感知檢測，經(jīng)過初步的分析處理之后通過自組多跳的方式傳送到匯聚節(jié)點，然后將經(jīng)過嵌入計算模塊處理的信息傳送到監(jiān)控中心。 無線傳感網(wǎng)作為一種集成了感知、控制盒無線通信的新型的無線網(wǎng)絡，與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡相比，具有以下特點： （ 1）以數(shù)據(jù)為中心。 感知檢測區(qū)域的信息是無線傳感網(wǎng)的主要目的，而且其中間節(jié)點還要承擔相關的數(shù)據(jù)處理。無線傳感網(wǎng)中的用戶只關心獲取到的數(shù)據(jù)，而不關心數(shù)據(jù)具體是來自于哪個節(jié)點。 （ 2）網(wǎng)絡規(guī)模更加龐大，節(jié)點部署更加密集。 無線傳感網(wǎng)中的節(jié)點數(shù)量能夠達到成千上萬，大量節(jié)點的 部署，一方面增強了檢測覆蓋面，減少了盲區(qū)，另一方面也提高了檢測的精度。 （ 3）節(jié)點資源有限，計算處理能力較小。 由于節(jié)點數(shù)量龐大而且是處于無人監(jiān)守狀態(tài)，甚至有的節(jié)點是位于危險的環(huán)境中，節(jié)點自身攜帶的電池能量有限，耗盡之后可能不能更換，這就使得各個節(jié)點的計算能力不能太大以減小功耗，維持節(jié)點的使用壽命。如何提高節(jié)點能源的利用率也是傳感網(wǎng)絡再設計的過程中必須要考慮的問題。 （ 4）無線傳感網(wǎng)是一種自組織網(wǎng)絡。 一方面由于無線傳感網(wǎng)中各節(jié)點的位置的不確定性，另一方面收到節(jié)點能源的限制，有的節(jié)點可能會在某個時間失效，這就導致傳感網(wǎng)的拓撲結構會發(fā)生動態(tài)的變化，這就要求無線傳感網(wǎng)必須有自組能力，能夠自己通過網(wǎng)絡協(xié)議快速建立自組網(wǎng)，這樣才能保證無線傳感網(wǎng)的正常運行。 除了以上特性，無線傳感網(wǎng)還具有低成本、布設靈活、實時采集等特點，這些特點使得她成為物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的支撐技術。 3．云計算技術 云計算是一種并行的、分布式的系統(tǒng)，由虛擬化的計算資源構成，能夠根據(jù)服務提供者和用戶事先商定好的服務等級協(xié)議動態(tài)提供服務。它融合了網(wǎng)格計算、分布式計算、并行計算、網(wǎng)絡存儲、虛擬化等傳統(tǒng)的計算機技術和網(wǎng)絡技術，它15 將計算 任務分布在大量的分布式計算機資源池中使企業(yè)用戶或者大眾用戶根據(jù)需求獲取計算力、存儲空間以及各種軟件服務。 云計算有三種服務形式：軟件即服務（ SaaS）、平臺即服務（ PaaS）以及基礎設施服務（ Iaas）， SaaS 旨在基于互聯(lián)網(wǎng)提供軟件服務， PaaS 則是將服務器平臺作為一種服務來提供， IaaS 按計量為客戶提供由多臺服務器組成的“云端”基礎設施（即內存、 I/O 設備，計算能力、存儲空間等組成的一個虛擬資源池）。 云計算技術提供了一種高效的計算模式，它可以將數(shù)據(jù)集中起來，有云中心提供集中服務，解決了傳統(tǒng)計 算機系統(tǒng)零散計算帶來的低效率問題，它旨在將數(shù)據(jù)資源聚集、優(yōu)化、動態(tài)分配，從而節(jié)約信息化成本、降低功耗、提高信息處理效率，能夠大大提高海量數(shù)據(jù)的處理效率。而這符合物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心海量數(shù)據(jù)處理的需求，所以，云計算技術是物聯(lián)網(wǎng)能夠大規(guī)模推廣發(fā)展必不可少的基石。實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與云計算的融合是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。 應用層關鍵技術 1．中間件技術 中間件是一種獨立的基于分布式處理的服務程序，它應用于客戶機、服務器的操作系統(tǒng)之上，用來管理計算機資源和網(wǎng)絡通信、連接兩個獨立的應用程序或者獨立系統(tǒng)，能夠使相連接的系統(tǒng)即使擁有不同的接口仍然能相互交換信息 [8]。它主要是用來屏蔽網(wǎng)絡硬件平臺的差異性以及操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡協(xié)議的異構性，是應用軟件能夠比較平滑的運行于不同的平臺之上。 中間件可以運行于多種硬件和操作系統(tǒng)平臺，支持分布計算，提供跨網(wǎng)絡、硬件、操作系統(tǒng)平臺的透明的應用和服務的交互，它的這些特性使得它成為物聯(lián)網(wǎng)應用中的關鍵部分，它實現(xiàn)了各種傳感器、 RFID 系統(tǒng)等感知設備與應用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸轉換，開發(fā)人員只需要提供一個中間件的接口就可以保證應用軟件在物聯(lián)網(wǎng)中的正常使用，這就很大程度上降低了應用開發(fā)難度。 2．人工智能技術 2020 年 IBM 公司提出的“智慧地球”概念，得到了世界各國的普遍認可，這里“智慧地球”即指物聯(lián)網(wǎng)，而要實現(xiàn)智慧物聯(lián)網(wǎng)，那么物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的處理自然少不了人工智能技術。 人工智能技術是研究使計算機模擬人的某些思維過程和智能行為，使人類的16 智慧得以物化與延伸的一門學科，比如，學習、推理、思考、規(guī)劃等，它綜合了計算機科學、控制論、信息 論、神經(jīng)生理學、心理學、仿生學等多種學科。人工智能技術研究領域主要包括自然語言理解、數(shù)據(jù)庫的智能檢索、專家系統(tǒng)、機器人、語言識別、圖像識別等。在物聯(lián)網(wǎng)中，人工智能技術通過對感知信息的分析及智能處理來實現(xiàn)物 聯(lián)網(wǎng)的智能化。 本章 小結 目前，物聯(lián)網(wǎng)的定義和架構還沒有一個統(tǒng)一的標準，本章節(jié)首先通過介紹物聯(lián)網(wǎng)的定義、特點以及與傳感網(wǎng)泛在網(wǎng)的比較全面闡述了物聯(lián)網(wǎng)的概念，然后介紹了當前被業(yè)界普遍認同的物聯(lián)網(wǎng)的三層體系結構，并分別介紹了物聯(lián)網(wǎng)三層結構中各自的關鍵技術。 17 第三章 物聯(lián)網(wǎng)典型 應用 物聯(lián) 網(wǎng)的應用需要智能化信息處理技術的支撐，主要需要針對大量的數(shù)據(jù)通過深層次的數(shù)據(jù)挖掘，并結合特定行業(yè)的知識和前期科學成果，建立針對各種應用的專家系統(tǒng)、預測模型、內容和人機交互服務，專家系統(tǒng)利用業(yè)已成熟的某領域專家知識庫，從終端獲得數(shù)據(jù)，比對專家知識，從而解決某類特定的專業(yè)問題。預測模型和內容服務等基于物聯(lián)網(wǎng)提供的對物理世界精確、全面的信息，可以對物理世界的規(guī)律（如洪水、地震）進行更加深入的認識和掌握，以做出準確的預警，以及應急聯(lián)動管理。人機交互與服務也體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)“為人類服務”的宗 旨。人機交互提供了人與物理世界的互動接口。物聯(lián)網(wǎng)能夠為人類提供的各種便利也體現(xiàn)在服務之中。 雖然目前物聯(lián)網(wǎng)處在零散應用的產(chǎn)業(yè)啟動期 ,但是應用己經(jīng)較為廣泛 ,目前己經(jīng)較為成熟的應用包括環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、物流信息化系統(tǒng)、智能交通 、 食品溯源、系統(tǒng)及基礎設施安全系統(tǒng)等。 典型應用 環(huán)境監(jiān)測 環(huán)境監(jiān)測是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要應用領域，物聯(lián)網(wǎng)自動、智能的特點非常適合環(huán)境信息的監(jiān)測。一般來講，環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結構包括下面幾個部分： ： 該層的主要功能是通過傳感器節(jié)點等感知設備，獲取環(huán)境監(jiān)測的信息，如溫度、 濕度、光照度等。 由于環(huán)境監(jiān)測需要感知的地理范圍比較大，所包含的信息量也比較大，該層中的設備需要通過無線傳感組成一個自治網(wǎng)絡，采用協(xié)同工作的方式，提取出有用的信息，并通過接入設備與互聯(lián)網(wǎng)中的其它設備實現(xiàn)資源共享與交流互通。 ： 該層的主要功能是通過現(xiàn)有的公用通信網(wǎng)（始有線 Inter 網(wǎng)絡、WLAN 網(wǎng)絡、 GSM 網(wǎng)、 TDSCDMA 網(wǎng) ） 、衛(wèi)星網(wǎng)等基礎設施，將來自感知層的信息傳送到互聯(lián)網(wǎng)中。 ： 該層的主要功能是以 IPv6/ IPv4 為核心建立的互聯(lián)網(wǎng)平臺，將網(wǎng)絡內的信息資源整合成一個可以互聯(lián)互通的大型智能網(wǎng)絡，為上層服務管理和大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測應用建立起一個高效、可靠、可信的基礎設施平臺。 18 ： 該層的主要功能是通過大型的中心計算平臺（如高性能并行計算平臺等），對網(wǎng)絡內的環(huán)境監(jiān)測獲取的海量信息進行實時的管理和控制，并為上層應用提供一個良好的用戶接口。 ： 該層的主要功能是集成系統(tǒng)底層的功能，構建起面 向環(huán)境監(jiān)測的行業(yè)實際應用，如生態(tài)環(huán)境與自然災害時監(jiān)測、趨勢預測、預警及應急聯(lián)動等。 通過上面幾個部分，環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)就可以實現(xiàn)協(xié)同環(huán)境信息，進行態(tài)勢分析，并預測發(fā)展趨勢。 智能交通 智能交通是指采用先進的信息技術、數(shù)據(jù)通信傳輸技術、電子傳感技術、控制技術和計算機技術，使車輛和道路智能化，以實現(xiàn)安全快速的道路交通環(huán)境，從而達到緩解道路交通擁堵、減少交通事故、節(jié)約交通能源和減輕駕駛疲勞等目的。智能交通是一個綜合性體系，包含的子系統(tǒng)分為以下幾個方面： 該系統(tǒng)包括： 指揮控制 件管理系統(tǒng) 該系統(tǒng)包括： 公共交通 該系統(tǒng)通過電子卡或 RFID 電子標簽由計算機實現(xiàn)自動收費，大大提高車輛通行能力，降低收費口擁堵風險。 該系統(tǒng)通過汽車的車載電腦、管理中心計算機與 GPS、傳感器等設備聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)駕駛員與調度管理中心之間的雙向通信、信息查詢、自動售票和車輛自動定位等功能，來提高商業(yè)車輛、公共汽車和出租汽車的運營效率。 該系統(tǒng)包括： 緊急告警與人員安全 、 應急車輛管理 、 危險品應急處理 、 應急響應和疏散 。 19 圖 31 智能公共交通系統(tǒng)示意圖 在以上眾多智能交通子系統(tǒng)中，有兩點功能為每個系統(tǒng)所共有且必備：首先要求每個智能交通控制系統(tǒng)需要具備數(shù)據(jù)感知和采集功能，其次要求每個系統(tǒng)需要具備數(shù)據(jù)分析處理和匯總分發(fā)功能。智能交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢將表現(xiàn)為綜合化、社會化的發(fā)展模式。由于智能交通體系涉及相關的市民、公安交通管理、交通部門車輛管理、城市建設、通信等相關部門，因而未來智能交通必然是一個涉及以交通與公安為主的多部門驅動的發(fā)展過程。 智能物流 智能物流是將 RFID 技術、數(shù)據(jù)通信傳輸技術、控制技術及計算機技術等應用在物流配送系統(tǒng)中，幫助實現(xiàn)物品跟蹤與信息共享，提高物流企業(yè)的運行效率，實現(xiàn)可視化供應鏈管理，提升物流信息化程度。 RFID 作為前端 的自動識別和數(shù)據(jù)采集技術，被應用在物流的零售、存儲、運輸、配送 /分銷和生產(chǎn)等各主要作業(yè)環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)智能物流的重點。 （ 1） 提高物流基礎設施的信息化和自動化水平 通過將 RFID 標簽放置在貨柜、集裝箱、車輛等物流基礎設施內，在物流企業(yè)倉庫內部、出入庫口、物流關卡等安裝 RFID 讀寫器，實現(xiàn)物品自動化出入庫、盤點、交接環(huán)節(jié)中的 RFID 信息采集，達到對物品庫存的透明化管理。通過 RFID20 技術與物流運輸設備的結合，可以進行物流基礎設施信息化的升級，提高其信息化和自動化水平。 （ 2） 促進物流功能的整合 通過 RFID 技術整合物流系統(tǒng)的功能，提升原系統(tǒng)效率。 RFID 有助于實現(xiàn)物流系統(tǒng)內部多個業(yè)務環(huán)節(jié)之間的信息共享和自動化，整合多個業(yè)務功能，從而有效提升系統(tǒng)的整體運作效率。 （ 3） 提高物流市場流通效率，規(guī)范物流市場秩序 RFID 技術能夠快速、準確地采集相關數(shù)據(jù)，保證企業(yè)及供應鏈內數(shù)據(jù)信息的及時性、可靠性、有效性和安全性，實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)信息的全程監(jiān)管，改善諸多領域（如糧食物流、應急物流、食品安全）缺乏有效監(jiān)管的現(xiàn)狀。此外，將RFID 與傳感器技術及無線通信技術相結合，還能夠實現(xiàn)對重要物品（如危險品、藥品）的在途監(jiān)控，便于進行管理和監(jiān)督。 (1)貨運集裝箱追蹤與管理 實時記錄箱、貨、流信息，開關箱時間和地理位置信息，實現(xiàn)集裝箱物流信息的全程實時在線監(jiān)控。 (2)貨運車輛的跟蹤與管理 為道路貨運車輛貼上 RFID 標簽，標簽中記錄車牌號、運輸起訖地點、運輸線路、車輛所屬運輸企業(yè)、貨物基本信息等。 (3)配送中心管理 在貨品包裝箱外加貼 RFID 標簽，并在配送中心收貨處、倉庫入口 /出口處等地安裝固定 RFID 讀寫器，在搬運設備上安裝移動 RFID 讀寫器，以及配合使用手持讀寫器，實現(xiàn)對配送中心貨物的出入庫管理。 (4)航空集裝設備及行李追蹤 通過使用 RFID 電子標簽和讀寫設備，機場可以建立起自動管理行李的新流程，用以追蹤旅客行李，保證其安全流動，同時縮短行李處理時間，提升行李標簽的識別率。 21 物聯(lián)網(wǎng) 終端行業(yè)發(fā)展分析 物聯(lián)網(wǎng)終端分類 ,但是由于移動設備也可以放在固定位置使用 ,因此后面的討論將基于移動式終端進行。 。數(shù)據(jù)采集感知層的終端功能簡單 ,例如中國移動推出的 TD－ SCDMA 物聯(lián)網(wǎng)模塊 ,功能僅限于數(shù)據(jù)采集與傳輸。而智能控制端需要具有人機界面 ,控制輸入 ,包括電腦 ,移動電話 ,RFID 手持機 ,PDA 等多種形式。它們具備的基本功能特征 :物體信息采集 ,無線通信 ,人機界面。移動電話 (手機 )已經(jīng)成為必不可少的通信工具 ,并以每年 6000 萬新用戶的速率增長。傳統(tǒng)的 PDA 產(chǎn)品是早期的智能終端的典型代表。目前 PDA 的功能主要仍以個人日常生活及信息管理功能為主 ,如通訊錄、工作錄、備忘錄等 ,也具備了簡單的計算、匯率換算及個人理財功能 ,隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展 ,PDA 也可以連線上網(wǎng)收發(fā)電子郵件 ,或以紅 外線傳輸與其他的 PDA 交換資料。在擴充功能部分上 ,目前互聯(lián)網(wǎng)上有許多的軟件可以加強 PDA 的使用性能 ,使用者可以視需求上網(wǎng)下載 ,當成家庭萬用遙控器 ,用來遙控家電等。下一階段 ,PDA 與其他信息家電產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢將在聯(lián)網(wǎng)與通訊功能上 ,隨著智能手機的普及 ,PDA 市場受到擠壓 ,將使 PDA 和智能手機走向融合。 物聯(lián)網(wǎng)移動終端特點 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將使移動的終端成為主要的終端存在形式 ,因為移動物聯(lián)網(wǎng) 基于移動的互聯(lián)思路 :任何地方、任何時間 ,處于任何狀態(tài)。在這樣的界定中 , 所攜帶設備具有移動電子產(chǎn)品的特征 ,是成為人們生活中不可缺少的部分。 ,通常其重量不超過 500 克。移動物聯(lián)網(wǎng)設備的屏幕和體積都必須是合適的 ,通常介于 4－ 10 英寸之間。當它的屏