传感网与物联网技术

JIANGSUUNIVERSITY《传感网与物联网技术》—读书笔记学院：电气信息工程学院班级：电气学1402班姓名：杨心学号：S1407069日期：2015.71目录摘要........................................2第一章.课程综述...................................3第二章.学习笔记..................................62.1心得与体会...................................62.2发展与展望...................................82.3传感网与物联网应用实例.......................102摘要对传感网与物联网技术这门课程进行的研究综述分析。首先介绍了传感网与物联网的起源、国内外物联网的研究和应用现状,然后通过对课程的学习总结出自己的学习笔记和心得体会以及传感网与物联网在未来的应用及发展前景。最后给出了物联网成功应用在实际生活中的实例。3第一章.课程综述通过学习了传感网与物联网技术这门课程，了解到这课程的理论知识及相应的发展前景。传感网的定义为随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络，它的功能在于借助于节点中内置的传感器测量周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等物质现象。以互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机科学的一项伟大成果，它给我们的生活带来了深刻的变化，然而在，网络功能再强大，网络世界再丰富，也终究是虚拟的，它与我们所生活的现实世界还是相隔的，在网络世界中，很难感知现实世界，很多事情还是不可能的，时代呼唤着新的网络技术。传感网络正是在这样的背景下应运而生的全新网络技术，它综合了传感器、低功耗、通讯以及微机电等等技术，可以预见，在不久的将来，传感网络将给我们的生活方式带来革命性的变化。而物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internetofthings（IoT）”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为4继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。此外，这门课程还介绍了传感网和物联网的起源，传感网起源于2000年左右的英特尔与加利福尼亚州大学伯克利分校正领导着微尘技术的研究工作，而物联网相对于传感网有着更长久的历史，可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机——NetworkedCokeMachine。随着科学技术的飞速发展，传感网与物联网技术也得到了更加的完善。本课程还介绍了传感网与物联网的工作原理及相应的组成部分，更多的篇幅介绍了传感网与物联网的应用邻域和未来的发展前景，发展这门技术，就是为了更好地应用于人类。比如说，对象的智能标签。通过NFC、二维码、RFID等技术标识特定的对象，用于区分对象个体，例如在生活中我们使用的各种智能卡，条码标签的基本用途就是用来获得对象的识别信息；此外通过智能标签还可以用于获得对象物品所包含的扩展信息，例如智能卡上的金额余额，二维码中所包含的网址和名称等。物联网基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络用获取的数据进行决策，改变对象的行为进行控制和反馈。例如根据光线的强弱调整路灯的亮度，根据车辆的流量自动调整红绿灯间隔等。传感网作为物联网的其中一部分，作用于物联网中。在物联网技术中，其中核心应用技术为传感器技术、RFID标签和嵌入式系统技术三项关键技术：51、传感器技术：这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。2、RFID标签：也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。3、嵌入式系统技术：是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见；小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。如图1.其中物联网涉及到的关键邻域是：(1)RFID，（2）传感网，（3）M2M，（4）两化融合。图1.物联网4大关键领域6第二章.学习笔记2.1心得与体会通过对传感网与物联网技术的学习，有了自己的心得与体会。物联网的主要作用是缩小物理世界和信息系统之间的距离,它可以通过射频识别(RFID)、传感器、全球定位系统、移动电话等设备,按约定的协议,将世界上的所有物体全部连接到信息网络中,使得它们在事件处理中成为积极的参与者,体现了物理空间和信息空间的融合。服务可以和这些智能物体通过网络进行交互,获得与这些物体相关的任何信息。而传感网可以看作是物联网的末端延伸网之一。无线传感器网络由大量随意分布的、能耗及资源受限的传感节点组成,它具有感知能力、计算能力和通信能力,通过自组织方式构成无线网络,协作地实时采集和处理物理世界的大量信息,实现物联网全面感知的功能。物联网发展中最重要的理念是融合。物联网通过设备融合、网络融合、平台融合实现服务融合、业务融合和市场融合。设备融合指研发出一体化的感知终端。网络融合指用户可使用任意终端(移动台、PDA、PC等)通过任一方式接入网络(WLAN、GPRS、3G网络等),而且号码唯一、帐单唯一。平台融合指用户数据集中管理、公用的业务平台、分类的管理平台和应用平台,支撑用户跨业务系统的互操作,形成统一认证系统,实现基于统一账号、统一密码的集中认证。服务融合指在服务层面实现融合,例如在固话和移动网络之间共享收信人的地址、电话号码、用户名称等。业7务融合指物联网同时提供语音、数据、视频等多种业务。市场融合就是以市场机制为引导,把各类通信和信息产品和服务捆绑起来打包销售。云计算是物联网智能信息分析的核心要素。云计算技术的运用,使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可能。随着物联网应用的发展、终端数量的增长,可借助云计算处理海量信息,进行辅助决策,提升物联网信息处理能力。因此,云计算作为一种虚拟化、硬件\软件运营化的解决方案,可以为物联网提供高效的计算、存储能力,为泛在链接的物联网提供网络引擎。业务和应用层是物联网的信息处理和应用,面向各类应用,实现信息的存储、数据的挖掘、应用的决策等,涉及海量信息的智能处理、分布式计算、中间件、信息发现等多种技术。网络层是物联网的神经系统,主要进行信息的传递,包括接入网和核心网。网络层要根据感知延伸层的业务特征,优化网络特性,更好地实现物与物之间的通信、物与人之间的通信以及人与人之间的通信,这就要求必须建立一个端到端的全局物联网络。物联网中有很多设备的接入,是一个泛在化的接入、异构的接入。接入方式多种多样,接入网有移动网络、无线接入网络、固定网络和有线电视网络。移动通信网具有覆盖广、建设成本低、部署方便、具备移动性等特点,使得移动网络将成为物联网主要的接入方式,通信网络就要是通过多种方式提供广泛的互联互通。除此以外,物体是可以移动的,而它们的要求是随时随地都可以“上网”。因此在局部形成一个自主的网络,还要连接大的网络,这是一个层次性的组网结构。这要借助有线和无线的技8术,实现无缝透明的接入。虽然传感网与物联网技术应用已将很广泛了，但是仍然存在安全隐患。物联网使得所有的物体都连接到全球互联网中,并且它们可以相互进行通信,因此物联网除了具有传统网络的安全问题外,产生了新的安全性和隐私问题。例如对物体进行感知和交互的数据的保密性、可靠性和完整性,未经授权不能进行身份识别和跟踪等。物联网容易遭受攻击的原因有以下三点:首先感知节点多数部署在无人监控的场合中,人类会将基本的日常管理统统交给人工智能去处理,那么可以设想,如果哪天物联网遭到病毒攻击,也许就会出现工厂停产、社会秩序混乱现象,甚至于直接威胁人类的生命安全;其次在物联网的感知末端和接入网中,绝大部分采用了无线传输技术,很容易被偷听;最后是由于物联网末梢设备的在能源和处理能力有限,不能采用复杂的安全机制。确保信息数据的安全和隐私是物联网必须解决的问题,如果信息的安全性和隐私得不到保证,人们将不会将这项新技术融入他们的环境和生活中。2.2发展与展望物联网处于起步阶段,关键技术有待突破,应用和市场有待于发展。未来10年中物联网技术和应用将会获得长足进步。物联网领域主要研究内容我们认为有下述几个方面:(1)物联网的网络架构:物联网是基于现有网络的泛在融合网络,它应该既与现有网络兼容,又有自己独特的网络架构。那么物联网的网9络架构究竟应该是怎样的?现有的架构如何演进到物联网?(2)物联网的通信技术:无线通信、无线智能传感器网络、微型传感器、网络通信、多媒体通信及宽带通信等已经相对成熟,但这些技术与物联网的关系、物联网给通信技术带来的新的问题等还未有深入的研究。与此相关的技术包括传感技术、识别技术、发现技术、计算技术、网络通信技术、嵌入式智能技术、软件技术等。(3)物联网的数据融合:物联网中有海量的物体信息数据,如何处理海量的多样的数据信息,并将不同类型的数据进行融合是物联网的技术难题之一。(4)物联网的异构网络融合:物联网本质上是泛在网络,需要融合现有的各种通信网络,并引入新的通信网络。要实现泛在的物联网,异构网络的融合是一个重要的技术问题。(5)物联网的智能终端:智能终端的研究关系到物联网的感知延伸层能否得以实现。现有的智能终端主要有智能手机、PDA等,如何将现有的智能终端用到物联网中或者开发物联网需要的智能终端是一个重要研究内容。(6)物联网的信息安全和保密:安全和隐私将会是物联网面临的最大挑战。需要研究物联网的网络安全体系结构和安全技术,主要包括物联网的物理安全策略、访问控制策略、信息加密策略以及网络安全管理策略、系统安全技术、网络安全技术、应用安全技术、安全管理体系结构等。(7)物联网相关标准研究:物联网还没有全球统一的标准,标准的缺10失将大大制约技术的发展和规模化应用。标准建立是物联网产业发展的首要先决条件。2.3传感网与物联网应用实例EPC(产品电子代码)是目前一种比较典型的物联网应用体系结构。EPC体系结构如图2所示图2EPC系统的基本组成EPC体系结构涉及到EPC编码标准、EPC标签、读写器、对象名解析服务(ObjectNamingService,ONS）、理标记语言(PhysicalMarkupLan-guage,PML)等。EPC编码对物体及其相关信息进行代码化,从而建立全球通用的产品电子代码。EPC标签上存储有物体的产品电子代码和其他信息,安装在物体上。读写器通过射频方式读取物体标签中的有关信息,或者往标签中写入有关信息。对象名解析服务则将产品电子代码匹配到相应的商品信息,其功能类似于互联网中的域名解析服务(DNS)。物理标记语言为物理实体的远程监控和环境监控提供一种通用标准的描述语言。目前EPC在物流中有着重要的应用。