【文章內(nèi)容簡介】 絡(luò)層 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層將建立在現(xiàn)有的移動通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上。物聯(lián)網(wǎng)通過各種接入設(shè)備與移動通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相連，如手機付費系統(tǒng)中由刷卡設(shè)備將內(nèi)置手機的 RFID 信息采集上傳到互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層完成后臺鑒 權(quán)認(rèn)證并從銀行網(wǎng)絡(luò)劃帳。 網(wǎng)絡(luò)層也包括信息存儲查詢，網(wǎng)絡(luò)管理等功能。 網(wǎng)絡(luò)層中的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)是實現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心 第 12 頁 技術(shù)。感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)包括傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策和行為的理論和技術(shù)。云計算平臺作為海量感知數(shù)據(jù)的存儲、分析平臺，將是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的重要組成部分，也是應(yīng)用層眾多應(yīng)用的基礎(chǔ)。 應(yīng)用層 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供豐富的特定服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可分為監(jiān)控型（物流監(jiān)控、污染監(jiān)控），查詢型（智能檢索、遠(yuǎn)程抄表） ，控制型（智能交通、智能家居、路燈控制），掃描型（手機錢包、高速公路不停車收費）等。 應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目的，軟件開發(fā)、智能控制技術(shù)將會為用戶提供豐富多彩的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。各種行業(yè)和家庭應(yīng)用的開發(fā)將會推動物聯(lián)網(wǎng)的普及，也給整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈帶來利潤。 目前已經(jīng)有不少物聯(lián)網(wǎng)范疇的應(yīng)用，譬如通過一種感應(yīng)器感應(yīng)到某個物體觸發(fā)信息，然后按設(shè)定通過網(wǎng)絡(luò)完成一系列動作。當(dāng)你早上拿車鑰匙出門上班，在電腦旁待命的感應(yīng)器檢測到之后就會通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)自動發(fā)起一系列事件：通過短信或者喇叭自動報今天的天氣，在電腦上顯示快捷通暢的開車路徑 并估算路 上所花時間，同時通過短信或者即時聊天工具告知你的同事你將馬上到達(dá) ?? 又譬如已經(jīng)投入試點運營的高速公路不停車收費系統(tǒng)，基于 RFID 的手機錢包付費應(yīng)用等。 物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系與服務(wù)體系 目前 ， 物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個廣泛認(rèn)同的體系結(jié)構(gòu) ,最具代表性的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是歐美支持的 EPCGlobal“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu)和日本的 泛在 ID 中心 (Ubiquitous ID center)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。 EPCglobal 和 UID 都是為推進 RFID 標(biāo)準(zhǔn)化而建立的國際標(biāo)準(zhǔn)化團體 ， 我國也積極參與了上述物聯(lián)網(wǎng)體系 ， 正在積極制定符合我國發(fā) 展情況的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)。 EPCGlobal“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu) EPC Global 是由美國統(tǒng)一代碼協(xié)會 (UCC)和國際物品編碼協(xié)會 (EAN)于2021 年 9 月共同成立的非營利性組織 ， 其前身是 1999 年 10 月 1 日在美國麻省理工學(xué)院成立的非營利性組織 AutoID 中心。 AutoID 中心以創(chuàng)建“物聯(lián)網(wǎng)”(Inter of Things)為使命 ， 與眾多成員企業(yè)共同制訂一個統(tǒng)一的開放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 EPC 系統(tǒng)由 EPC 編碼體系、射頻識別系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 3 部分組成 ， 主要包括 6 個方面 ， 如表 1 所示。 第 13 頁 EPC“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu)由 EPC 編碼、 EPC 標(biāo)簽及讀寫器、 EPC 中間件、ONS 服務(wù)器和 EPCIS 服務(wù)器等部分構(gòu)成 。 表 1 EPC 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)構(gòu)成 名稱 說明 EPC 編碼體系 EPC 代碼 用來標(biāo)識目標(biāo)的特定代碼 射頻識別系統(tǒng) EPC 標(biāo)簽 貼在物品之上或內(nèi)嵌在物品之中 讀寫器 識讀 EPC 標(biāo)簽 EPC 中間件 信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 對象名稱解析服務(wù)（ ONS） EPC 系統(tǒng)的軟件支持系統(tǒng) EPC 信息服務(wù) UID 技術(shù)體系結(jié)構(gòu) 日本在電子標(biāo)簽方面的發(fā)展，始于 20 世紀(jì) 80 年代中期的實時嵌 入式系統(tǒng)TRON。 TEngine 是其中核心的體系架構(gòu)。在 T－ Engine 論壇領(lǐng)導(dǎo)下 ， UID 中心設(shè)立在東京大學(xué) ， 于 2021 年 3 月成立 ， 并得到日本政府經(jīng)產(chǎn)省和總務(wù)省以及大企業(yè)的支持 ， 目前包括微軟、索尼、三菱、日立、日電、東芝、夏普、富士通、NTT、 DoCoMo、 KDDI、 JPhone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等重量級企業(yè)。 UID 中心建立的目的是為了建立和普及自動識別“物品”所需的基礎(chǔ)技術(shù) ， 最終實現(xiàn)“計算無處不在”的理想環(huán)境。 UID 技術(shù)體系架構(gòu)由泛在識別碼 (uCode)、泛在通信器、信息系統(tǒng)服務(wù)器 、和 ucode 解析服務(wù)器等 4 部分構(gòu)成。 UID 使用 uCode 作為現(xiàn)實世界物品和場所的標(biāo)識 ， UC 從 uCode 電子標(biāo)簽中讀取 uCode 獲取這些設(shè)施的狀態(tài) ， 并控制它們 ， UC 類似于 PDA 終端。 UID 能在多種行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用 ， UID 是將現(xiàn)實世界用 uCode 標(biāo)簽的物品、場所等各種實體和虛擬世界中存儲在信息服務(wù)器中各種相關(guān)信息聯(lián)系起來 ， 實現(xiàn)“物物互聯(lián)”。而且 ， UID 是一個開放的架構(gòu) ， 它的規(guī)范是對大眾公開的。 第 14 頁 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù) 2021 年 ， 國際電聯(lián)發(fā)表了一份題為“物聯(lián)網(wǎng)”的報告 ,其第一作者勞拉斯里瓦斯塔瓦說：“我 們現(xiàn)在站在一個新的通信時代的入口處 ， 在這個時代中 ， 我們 所 知道的因特網(wǎng)將會發(fā)生根本性的變化。因特網(wǎng)是人們之間通信的一種前所未有的手段 ， 現(xiàn)在因特網(wǎng)又能把人與所有的物體連接起來 ,還能把物體與物體連接起來”。國際電聯(lián)報告提出物聯(lián)網(wǎng)主要有四個關(guān)鍵性的應(yīng)用技術(shù)：標(biāo)簽事物的RFID， 感知事物的傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ， 思考事物的智能技術(shù) ， 微縮事物的納米技術(shù)。 物聯(lián)網(wǎng)包含的關(guān)鍵技術(shù) — RFID 技術(shù) (1) RFID 簡介 RFID(radio frequency identification， 射頻識別 )射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù) ， 它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù) ， 識別過程無須人工干預(yù) ， 可工作于各種惡劣環(huán)境。 RFID 技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽 ， 操作快捷方便。 RFID 技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合 ， 可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享 。 與目前廣泛使用的自動識別技術(shù)例如攝像、條碼、磁卡、 IC 卡等相比，射頻識別技術(shù)具有很多突出的優(yōu)點：第一，非接觸操作，長距離識別 （ 幾厘米至幾十米 ） ，因此完成識別工作時無須人工干預(yù)，應(yīng)用便利；第二，無機械磨損，壽命長，并可工作于各種油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境；第三，可識 別高速運動物體并可同時識別多個電子標(biāo)簽；第四，讀寫器具有不直接對最終用戶開放的物理接口，保證其自身的安全性；第五，數(shù)據(jù)安全方面除電子標(biāo)簽的密碼保護外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實現(xiàn)安全管理；第六，讀寫器與標(biāo)簽之間存在相互認(rèn)證的過程，實現(xiàn)安全通信和存儲。 目前， RFID 技術(shù)在工業(yè)自動化、物體跟蹤、交通運輸控制管理、防偽和軍事用途方面已經(jīng)有著廣泛的應(yīng)用。 (2) 基本構(gòu)成及其工作原理 最基本的 RFID 系統(tǒng)由以下幾部分 部分組成 ： 1. 電子標(biāo)簽 (Tag)： 由耦合元件及芯片組成，且每個電子標(biāo)簽具有全球唯一的識別號，無法 修改、無法仿造，這樣提供了安全性。電子標(biāo)簽附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。電子標(biāo)簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識別物體的表面。 2. 閱讀器 (Reader)： 讀取 （ 或?qū)懭?） 電子標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式。 第 15 頁 3. 天線 (Antenna)：是 RFID 標(biāo)簽和讀寫器之間實現(xiàn)射頻信號空間傳播和建立無線通訊連接的設(shè)備。 4. 中間件 (Middleware)：是一種面向消息的、可以接受應(yīng)用軟件端發(fā)出的請求、對指定的一個或者多個讀寫器發(fā)起操作并接收、處理后向應(yīng)用軟件返回結(jié)果數(shù)據(jù)的 特殊化軟件。 5．應(yīng)用軟件 (application software)： 是直接面向 RFID 應(yīng)用最終用戶的人機交互界面，協(xié)助使用者完成對讀寫器的指令操作以及對中間件的邏輯設(shè)置，逐級將 RFID 原子事件轉(zhuǎn)化為使用者可以理解的業(yè)務(wù)事件，并使用可視化界面進行展示。 RFID 技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽）；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù) 據(jù)處理。 (3) RFID 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概述 RFID 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要由 ISO 和 IEC 制定的。目前可供射頻卡使用的幾種射頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有 ISO/IEC1053 ISO/IEC 1444 ISO/IEC 15693 和 ISO/IEC18000。應(yīng)用最多的是 ISO/IEC 14443 和 ISO/IEC15693， 這兩個標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議 4 部分組成。 WSN 技術(shù) (1) WSN 簡介 WSN 是 wireless sensor work 的簡稱，即 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多 跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作 感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個要素。 傳感器網(wǎng)絡(luò)將能擴展人們與現(xiàn)實世界進行遠(yuǎn)程交互的能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取平臺， 能夠?qū)崟r監(jiān)測和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種 檢測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，以實現(xiàn)復(fù)雜的指定范圍內(nèi)目標(biāo)檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強等特點，有著廣闊的應(yīng)用前景。美國商業(yè)周刊和 MIT 技術(shù)評論在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為 21 世紀(jì)最有影響的 21 項技術(shù)和改變世界的 10 大技術(shù)之一。 (2) WSN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) WSN 網(wǎng)絡(luò)通常分為物理層、 MAC 層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層，應(yīng)用層。物理層 第 16 頁 定義 WSN 中的通信物理參數(shù)，使用哪個頻段，使用何種信號調(diào)制解調(diào)方式等。MAC 層定義各節(jié)點的初始化，通過收發(fā) beacon,request,associate 等消息完成自身網(wǎng)絡(luò)定義，同時定義的 MAC 幀的調(diào)試策略，避免多個收發(fā)節(jié)點間的通信沖突。在網(wǎng)絡(luò)層，完成邏輯路由信息采集，使收發(fā)網(wǎng)絡(luò)包裹能夠按照不同策略 ，使用最優(yōu)化路徑到達(dá)目標(biāo)節(jié)點。傳輸層提供包裹傳輸?shù)目煽啃?，為?yīng)用層提供入口。應(yīng)用層最終將收集后的節(jié)點信息整合處理，滿足不同應(yīng)用程序計算需要。 (3) WSN 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織 IEEE 該組織致力于無線個人網(wǎng) (WPAN)網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定，其分表的 IEEEStd — 2021 詳細(xì)定義了 PHY 和 MAC 層實現(xiàn)的各種機制，在最近的 IEEE — 2021c 中添加了對中國 WPAN 頻段支持 (314— 316 MHz,430— 434 MHz,and779— 787 MHz bands)以及 OQPSK 調(diào)制的支持。 ZigBee Alliance Zigbee 是基于 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)建立的針對 WPAN的整套協(xié)議棧。 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)與 ZigBee Alliance 的關(guān)系相當(dāng)于 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)與 WIFI Alliance 的關(guān)系?；?ZigBee 的 RF 芯片在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信，這些傳感器只需要 很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以的通信效率非常高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)場景。 IETF 6LoWPAN該工作組的任務(wù)是定義在如何利用 IEEE 基于 IPv6 的通信的同時，遵守開放標(biāo)準(zhǔn)以及保證與其他 IP 設(shè)備的互操作性。該協(xié)議中使用了 IP 報頭壓縮技術(shù)，將龐大的 128 位 IPv6 源或目的地址壓縮或刪除，同時在 MAC 與 IP 層之間使用適配層，使得 1280 比特的 IPv6 的 MTU能夠在 127 字節(jié)的 MAC frame 上傳輸。 IPSO Alliance 該聯(lián)盟為各大 IT廠商結(jié)合產(chǎn)物，致力于推動 IP 協(xié)議在智能物體上的普及。 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)： ZigBee 協(xié)議棧底層是基于 IEEE 2021 的 PHY 層和MAC 層機制構(gòu)成，而上層包括應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)層和安全服務(wù)層。 第 17 頁 術(shù)語 簡稱 定義 應(yīng)用層 APL 應(yīng)用層包括 APS 子