【正文】 專 業(yè)： 通信工程 層 次： 專升本 姓 名： 馬昀 學(xué) 號(hào)： w0313090121016 指導(dǎo)教師： 宋建華 2021 年 3 月 15 日 1 摘要 物聯(lián)網(wǎng)是 在互聯(lián)網(wǎng)（ Inter）基礎(chǔ)上， 利用射頻識(shí)別（ RFID）技術(shù)、無線通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等， 構(gòu)造的一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的網(wǎng)絡(luò)。 它使得機(jī)器之間不需要人的參與即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息交互，大大方便了人們的工作和生活。 本文研究了物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用前景。其次 ,本文總結(jié)了現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)初級(jí)應(yīng)用 ,并提出了適用于物 聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式和物聯(lián)網(wǎng)帶來的新型商業(yè)模式。 根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的特征 ,具體研究這兩大行業(yè)的行業(yè)優(yōu)勢(shì)、發(fā)展機(jī)會(huì)和發(fā)展方向建議。傳感技術(shù)、 RFID 和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟使人與物品 ,物品與物品之間的通信成為可能 ,這就帶來了物聯(lián)網(wǎng)概念。另一方面可以為全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇提供技術(shù)動(dòng)力。為了促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè) 健康、有序、規(guī)?；目焖侔l(fā)展 ,具有先天優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商和 終端設(shè)備商更應(yīng)該在新興的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中找準(zhǔn)位置 ,發(fā)揮自己應(yīng)有的作用和價(jià) 值。 問題的提出 由于盈利模式和產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)還在發(fā)展之中 ,物聯(lián)網(wǎng)還有很多發(fā)展問題需要 解決?；谖锫?lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在建設(shè)過程中遭遇的種種問題 ,有必要對(duì)現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行深入的研究和分析 ,以指導(dǎo)未來物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的建設(shè)。 其次 ,本文總結(jié)了現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)初級(jí)應(yīng)用 ,并提出了適用于物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè) 模式和物聯(lián)網(wǎng)帶來的新型商業(yè)模式。 現(xiàn)實(shí)意義 本論文的現(xiàn)實(shí)意義在于 : 分析物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)新興產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用 ,探索商業(yè)模式。 研究思路、方法和主要內(nèi)容 研究思路 本文按照問題的提出、分析、解決的方法進(jìn)行寫作。同時(shí)分析物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)組成以及促使其發(fā)展的 各方面的推動(dòng)力量 ,分析影響物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的政策、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和技術(shù)環(huán)境。 研究方法 1． 通過廣泛的資料收集、實(shí)際考察等工作了解物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的建設(shè)現(xiàn)狀 ,總結(jié)基本的應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展方向。 6 研究?jī)?nèi)容 整篇論文共分為三 章 ,研究?jī)?nèi)容如下 : 第一章 ,前言 。 第二章 ,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。 第三章 ,物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用 ， 總結(jié)目前行業(yè)的主要應(yīng)用 及前景 。 物聯(lián)網(wǎng)的概念 物聯(lián)網(wǎng)基本定義 物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為“ Inter of Things”，簡(jiǎn)稱 IOT，由此可見，物聯(lián)網(wǎng)有兩層含義，一方面，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)，另一方面，其延伸和擴(kuò)展到了任何人與人，人與物，物與物之間進(jìn)行信息交換和通信。它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)”。 ITUT Y. 2221 建議 [2]中定義傳感器網(wǎng)是包含互聯(lián)的傳感器節(jié)點(diǎn)的 網(wǎng)絡(luò)，這些節(jié)點(diǎn)通過有線或無線通信交換傳感數(shù)據(jù)。而傳感器是感知物理?xiàng)l件或化學(xué)成分并且傳遞與被觀察的特性成比例的電信號(hào)的電子設(shè)備。 8 泛在網(wǎng)的英文名是“ ubiquitous work”，在全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)網(wǎng)站上給出這樣一個(gè)定義：泛在網(wǎng)是指“可以隨時(shí)隨地供給人使用，讓人想用無處不在服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，其通信服務(wù)對(duì)象由人擴(kuò)展到任何東西?？傊窃谠芯W(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，根據(jù)人們的需求來實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間（ Anytime）、任何地點(diǎn)（ Anywhere）、任何人（ Anyone）、任何物（ Anything）都能通信的 4A 化通訊，這能夠極大方便人們的生活。它的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：全面感知，可靠傳遞以及智能處理三方面： 1． 全面感知 ：物聯(lián)網(wǎng)是通過傳感器、射頻識(shí)別系統(tǒng)、二維碼等感知、獲取數(shù)據(jù)的，處于物聯(lián)網(wǎng)中的人或物上都會(huì)有傳感器或者 RFID 標(biāo)簽，亦或是二維碼等識(shí)別設(shè)備，因此物聯(lián)網(wǎng)可以隨時(shí)隨地的對(duì)這些人或物的信息進(jìn)行感知，這些信息都具有實(shí)時(shí)性，使得物聯(lián)網(wǎng)中心數(shù)據(jù)庫(kù)不斷更新。物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是非常龐大的也是很重要的，為了保證物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的安全性，數(shù)據(jù)的傳輸必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。 10 物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu) 由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，各自領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)需求也不同，隨著近幾年物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各應(yīng)用領(lǐng)域都初步有自己的技術(shù)方案，但是這些方案都沒有統(tǒng)一的規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)，這極不利于物聯(lián)網(wǎng)的長(zhǎng)期發(fā)展，因此，現(xiàn)在急需建立一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)體系，此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，各種新技術(shù)也正在融入物聯(lián)網(wǎng)中，物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)將直接決定著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖如果下圖 23 所示： 圖 23 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 感知層被稱為是物聯(lián)網(wǎng)的五官，用來感知采集外界的數(shù)據(jù)信息，它主要包括 RFID 讀寫器、 RFID 標(biāo)簽、傳感器節(jié)點(diǎn)（如傳感器攝像頭）、二維碼，智能終端等構(gòu)成。 網(wǎng)絡(luò)層被稱為是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦，網(wǎng)絡(luò)層主要由互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、行業(yè)專用網(wǎng)等構(gòu)成，它負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)的傳遞提供異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口，從而將來自于感知層的數(shù)據(jù)信息高效、可靠地傳遞給應(yīng)用層。 應(yīng)用層被稱為是物聯(lián)網(wǎng)的“社會(huì)分工”，它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最終目的，感知層主要負(fù)責(zé)信息的分析處理，來做出正確的控制，實(shí)現(xiàn)智能化應(yīng)用 服務(wù)。 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)并不是一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)，它是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的融合，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也是多種前沿技術(shù)的聚合。 感知層關(guān)鍵技術(shù) 1．傳感器技術(shù) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB766587 對(duì)傳感器的一個(gè)定義是：能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成 [4]。傳感器按照功能可以劃分為：力敏傳感器、光敏傳感器、聲敏傳感器、氣敏傳感器、化學(xué)傳感器、能耗傳感器等。 傳感器技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中具有重要的地位，它是物聯(lián)網(wǎng)獲取感知、獲取數(shù)據(jù)信息的窗口，是物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的信息采集手段。 2． ZigBee 技術(shù) ZigBee 是一種近距離、低速率、低功耗的無線通訊技術(shù)，它的物理層和 MAC 層的協(xié)議類似于 。這樣， ZigBee 可以支持多種架構(gòu)，并且能夠提高無線通信的可靠性。目前， ZigBee 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中， ZigBee 模塊的加入使得無線傳感網(wǎng)的性能大大提高， ZigBee 無線傳感網(wǎng)的特點(diǎn)下表 21 所示： 特點(diǎn) 描述 低延遲 15ms— 30ms 低速率 1KB/s— 250KB/s 網(wǎng)絡(luò)容量大 能夠支持多達(dá) 255 種設(shè)備 多頻段 、 868MHz、 915MHz 安全性高 支持?jǐn)?shù)據(jù)完整性檢驗(yàn)及 AES128 加 密算法 低功耗 兩節(jié)普通 5 號(hào)電池可以以用 6 個(gè)月 到 2 年（待機(jī)模式下） 表 21 ZigBee 無線傳感網(wǎng)的特點(diǎn) 由于 ZigBee 無線傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率低、通信范圍較小的特點(diǎn)，使得它適合應(yīng)用于家庭自動(dòng)化，數(shù)字農(nóng)業(yè)，工業(yè)控制，醫(yī)療監(jiān)測(cè)等適合傳感器密集使用的領(lǐng)域和場(chǎng)所， ZigBee 技術(shù)的低成本、低功耗性及高安全性都有利于 ZigBee無線傳感網(wǎng)的大規(guī)模部署應(yīng)用，其作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分自然對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的推廣使用起到舉足輕重的作用。一個(gè) RFID 系統(tǒng)由三部分組成： RFID 標(biāo)簽、讀寫器、后端數(shù)據(jù)庫(kù)。 RFID 系統(tǒng)自身具有的非接觸性及 RFID 標(biāo)簽的唯一標(biāo)識(shí)性使得它能實(shí)現(xiàn)對(duì)13 實(shí)體的自動(dòng)掃描和唯一標(biāo)識(shí)，因此， RFID 系統(tǒng)替代條形碼系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè) 必然的趨勢(shì)。移動(dòng)通信技術(shù)克服了固定網(wǎng)絡(luò)中用戶的通信終端位置固定的限制，使得信息能夠及時(shí)快速的傳遞，大提高了通信效率，方便了人們的生活?；究刂破骱突緲?gòu)成了基站子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)無線資源的管理，固定網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)用戶之間的通信都是通過基站子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。 移動(dòng)通信系統(tǒng)的種類繁多，比較常用的有：蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)、集群通信系統(tǒng)等 。然而，目前移動(dòng)通信技 術(shù)主要關(guān)注于語(yǔ)音通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)通信技術(shù)還需要做一些改進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的完美融合。無線傳感網(wǎng)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)等。通過各種微型傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)各種環(huán)境信息進(jìn)行感知檢測(cè)，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(diǎn)，然后將經(jīng)過嵌入 計(jì)算模塊處理的信息傳送到監(jiān)控中心。 感知檢測(cè)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(diǎn)還要承擔(dān)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理。 （ 2）網(wǎng)絡(luò)規(guī)模更加龐大，節(jié)點(diǎn)部署更加密集。 （ 3）節(jié)點(diǎn)資源有限，計(jì)算處理能力較小。如何提高節(jié)點(diǎn)能源的利用率也是傳感網(wǎng)絡(luò)再設(shè)計(jì)的過程中必須要考慮的問題。 一方面由于無線傳感網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的位置的不確定性，另一方面收到節(jié)點(diǎn)能源的限制，有的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)在某個(gè)時(shí)間失效，這就導(dǎo)致傳感網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生動(dòng)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(luò)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(yùn)行。 3．云計(jì)算技術(shù) 云計(jì)算是一種并行的、分布式的系統(tǒng)，由虛擬化的計(jì)算資源構(gòu)成，能夠根據(jù)服務(wù)提供者和用戶事先商定好的服務(wù)等級(jí)協(xié)議動(dòng)態(tài)提供服務(wù)。 云計(jì)算有三種服務(wù)形式：軟件即服務(wù)（ SaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（ PaaS）以及基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（ Iaas）， SaaS 旨在基于互聯(lián)網(wǎng)提供軟件服務(wù)， PaaS 則是將服務(wù)器平臺(tái)作為一種服務(wù)來提供， IaaS 按計(jì)量為客戶提供由多臺(tái)服務(wù)器組成的“云端”基礎(chǔ)設(shè)施（即內(nèi)存、 I/O 設(shè)備，計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間等組成的一個(gè)虛擬資源池）。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(jì)算技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)能夠大規(guī)模推廣發(fā)展必不可少的基石。 應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù) 1．中間件技術(shù) 中間件是一種獨(dú)立的基于分布式處理的服務(wù)程序，它應(yīng)用于客戶機(jī)、服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，用來管理計(jì)算機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)通信、連接兩個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序或者獨(dú)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]。 中間件可以運(yùn)行于多種硬件和操作系統(tǒng)平臺(tái)，支持分布計(jì)算，提供跨網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)平臺(tái)的透明的應(yīng)用和服務(wù)的交互，它的這些特性使得它成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的關(guān)鍵部分，它實(shí)現(xiàn)了各種傳感器、 RFID 系統(tǒng)等感知設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換，開發(fā)人員只需要提供一個(gè)中間件的接口就可以保證應(yīng)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(yīng)用開發(fā)難度。 人工智能技術(shù)是研究使計(jì)算機(jī)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(xué)科，比如，學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等，它綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生