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衢州市专业技术人员继续教育公需课讲义物联网技术衢州市人力资源开发服务中心目录第一章：绪论···························································1第二章：射频识别技术···············································5第三章：传感器及检测技术·······································12第四章：物联网通信与网络技术·································17第五章：无线传感网················································24第六章：物联网数据融合及管理·································30第七章：云计算······················································34第八章：物联网规划设计与构建·································391第一章绪论一、物联网的基本概念1．物联网概念的提出物联网概念最早出现于比尔盖茨1995年出版的《未来之路》一书，当时并未引起世人的重视。1998年，美国麻省理工学院（MIT）创造性地提出了EPC系统的“物联网”构想。1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念。2005年，国际电信联盟（ITU）正式提出了物联网的概念。2008年在苏黎世举行了全球首个国际物联网会议“物联网2008”。IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”的概念。2009年8月温家宝总理在无锡提出“感知中国”的理念，标志着中国政府对物联网产业的关注已提升到国家战略层面。2009年9月，“传感器网络标准工作组成立大会”在北京举行，11月中国移动与无锡市人民政府签署“共同推进TD-SCDMA与物联网融合”的战略合作协议，成立中国移动物联网研究院。2010年，我国正式成立传感（物联）网技术产业联盟。2．物联网的定义物联网通过各种信息传感设备及系统（传感网，射频识别系统，红外感应器，激光扫描器）、条码与二维码、全球定位系统，按约定的通信协议，将物与物、人与物、人与人连接起来，通过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。该定义的核心是物联网的主要特征是每个物件都可以寻址，每个物件都可以控制，每个物件都可以通信。3．物联网的基本属性物联网的核心要素可归纳为“感知、传输、智能、控制”，具体有四个基本属性：（1）全面感知：利用RFID、传感器、二维码等智能感知设施，可随时随地感知、获取物体的信息；（2）可靠传输：通过各种信息网络与计算机网络的融合，将物体的信息实时准确地传送到目的地；（3）智能处理：利用数据融合及处理、云计算等各种计算技术，对海量的分布式数据信息进行分析、融合和处理，向用户提供信息服务；（4）自动控制：利用模糊识别等智能控制技术对物体实施智能化控制和利用。4.物联网的主要类型按物联网的用户范围分，可分为公用物联网和专用物联网；按接入网络的复杂程度分，可分为简单接入和多跳接入网络；按应用类型分，可分为数据采集应用、自动化控制应用、日常便利性应用及定位类型应用等。二、物联网的体系结构1.物联网的自主体系结构一种采用自主通信技术的物联网自主体系，所谓自主通信是指以自主件为核心的通信。物联网自主体系结构由四个部分组成：数据面、控制面、知识面和管理面。数据面主要用于数据分组的传送；控制面通过向数据面发送配置信息，优化数据面的吞吐量，提高可靠性；知识面是最重要的一个面，它提供整个网络信息的完整视图，并且提炼成为网络系统的知识，用于指导控制面的适应性控制；管理面用于协调数据面、控制面和知识面的交互，提供物联网的自主能力。2其自主特征主要是由STP/SP协议栈和智能层取代了传统的TCP/IP协议栈。2．物联网的EPC体系结构EPC即电子产品代码，物联网的EPC体系结构主要由EPC编码体系、射频识别系统及信息网络系统三个部分组成。EPC物联网系统是在计算机互联网基础之上，通过中间件系统、对象名解析服务和EPC信息服务来实现物物互联。3．物联网的UID体系UID体系是一个开放性的技术体系，目的是为了建立和普及自动识别物品所需的基础性技术，实现计算无处不在。三、物联网体系结构构架1．一种实用的层次结构性物联网体系结构：如下图所示，根据物联网服务类型和节点等情况，物联网由感知层、接入层、网络层和应用层组成。感知层接入层网络层应用层信息感知采集:条码识读器、RFID读写器、传感器、视频摄像头等接入网：汇聚节点、接入网关、M2M终端、末梢网络，以及分布式数据融合与处理等核心承载网络：3G/B3G、4G网络、WiFi、WiMAX、互联网等应用及控制:浏览器、各类用户移动终端（如手机）、信息管理中心（编码、认证、授权、计费）、数据库、计算能力集等2．物联网体系结构架构原则物联网的主要目的是从应用出发，利用互联网、无线通信技术等进行业务数据的传送，是互联网、移动通信、自动化控制等技术的综合应用，设计物联网体系结构时应遵循以下原则：多样性、时空性、互联性、扩展性、安全性、健壮性原则。四、物联网系统基本组成从物联网系统组成来看，可分为硬件平台和软件平台两大部分。1．物联网硬件平台组成物联网是以数据为中心的面向应用的网络，主要完成信息感知、数据处理、数据回传，以及决策支持等功能。如下图所示：其硬件平台由传感网、核心承载网和信息服务系统等几个大的部分组成。其中传感网包括感知节点（数据采集、控制）3和末稍网络（汇聚节点、接入网关等））；核心承载网为物联网业务的基础通信网络；信息服务系统主要负责信息的处理和决策支持。核心承载网络电池RIFD射频读写器控制器传感器末稍网络汇聚节点接入网关感知节点信息服务系统2G、3G、4G移动通信网、互联网、WiFi、WiMAX、企业专网等物联网硬件平台示意图（1）感知节点感知节点由各种类型的采集和控制模块组成，如温度传感器、声音传感器、振动传感器、压力传感器、RFID读写器、二维码识读器等，完成物联网应用的数据采集和设备控制等功能。（2）末稍网络末稍网络即接入网络，包括汇聚节点、接入网关等，完成应用末稍感知节点的组网控制和数据汇聚，或完成向感知节点发送数据的转发等功能。（3）核心承载网核心承载网络可以有很多种，主要承担接入网与信息服务系统之间的数据通信任务。根据具体应用需要，承载网络可以是公共通信网，譬如2G、3G、4G移动通信网、WiFi、WiMAX、互联网，以及企业专用网，甚至是新建的专用于物联网的通信网。（4）信息服务系统硬件设施物联网信息服务系统硬件设施由各种应用服务器（包括数据库服务器）组成，还包括用户设备（如PC、手机）、客户端等。2．物联网软件平台组成一般来说，物联网软件平台建立在分层的通信协议体系上，通常包括数据感知系统软件、中间件系统软件、网络操作系统（嵌入式系统）以及物联网管理和信息中心的管理信息系统等。（1）数据感知系统软件数据感知系统软件主要完成物品的识别和物品EPC码的采集和处理，主要由企业生产的物品、物品电子标签、传感器、读写器、控制器、物品代码（EPC）等部分组成。（2）物联网中间件系统软件中间件是位于数据感知设施（读写器）与在后台应用软件之间的一种应用系统软件。中间件具有两个关键特征：一是为系统应用提供平台服务，这是基本条件；二是需要连接到网络操作系统，并保持运行工作状态。（3）网络操作系统物联网通过互联网实现物理世界中的任何物品的互联，在任何地方、任何时间可识别任何物品，使物品成为附有动态信息的“智能产品”，并使物品信息流和物流完全同步，从而为物品信息共享提供一个高效、快捷的网络通信及云计算平台。（4）物联网信息管理系统物联网也要管理，类似于互联网上网络管理。4五、物联网的关键技术物联网关键技术可分为感知技术、网络通信技术、数据融合与智能技术、云计算等。1．节点感知技术节点感知技术是实现物联网的基础。它包括用于对物质世界进行感知识别的电子标签、新型传感器、智能化传感网节点技术等。（1）电子标签在感知技术中，电子标签用于对采集点信息进行标准化标识，通过射频识别读写器、二维码识读器等实现物联网应用的数据采集和设备控制。RFID（射频识别）通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别过程无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID与条形码相比，优势是1）阅读器可以同时识读多个RFID标签2）阅读时不需要光线，不受非金属覆盖的影响，恶劣条件下可读取3）存储容量大，可反复读写4）可以在高速运动中读取。RFID主要存在的技术难点有1）反碰撞、防冲突问题2）天线研究3）工作频率的选择4）安全与隐私问题。（2）新型传感器传统传感器正向微型化、智能化、信息化、网络化发展。六、节点组网及通信网络技术1.传感网技术传感网（WSN）是集分布式数据采集、传输和处理技术于一体的网络系统，以低成本、微型化、低功耗和灵活的组网方式、铺设方式和适合移动目标等特点受重视。目前，面向物联网的传感网主要涉及以下几个关键技术：（1）传感网体系结构及底层协议（2）协同感知技术（3）对传感网自身的监测与自组织（4）传感网安全（5）Zigbee技术2.核心承载网通信技术核心承载网有多种，可以是公共通信网，如2G、3G移动通信网、互联网、无线局域网、企业专用网等。3.互联网技术;若将物联网建立在数据分组交换技术基础之上，则将采用数据分组网（即IP网）作为核心承载网。七、数据融合与智能技术1．数据融合与处理所谓数据融合是指将多种数据或信息进行处理，组合出高效、符合用户要求的信息的过程。2．海量数据智能分析与控制海量数据智能分析与控制是指依托先进的软件工程技术，对物联网的各种数据进行海量存储与快速处理，并将处理结果实时反馈给网络中的各种“控制”部件。智能分析与控制技术主要包括人工智能理论、先进的人-机交互技术、智能控制技术与系统等。5八、云计算云计算是一个美好的网络应用模式，由Google首先提出。云计算最基本的概念是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给用户。云计算是分布式计算技术的一种，可以从狭义和广义两个角度理解。狭义的云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源；广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT与软件、互联网相关的，也可以是任意其它的服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功效。云计算的核心是要提供服务。如Microsoft的云计算有三个典型特点：即软件+服务、平台战略和自由选择。未来的互联网世界将会是“云+端”的组合，用户可以便捷地使用各种终端设备访问云端中的数据和应用，这些设备可以是便携式计算机和手机，甚至是电视等大家熟悉的各种电子产品，同时用户在使用各种设备访问云中服务时，得到的是完全相同的无缝体验。物联网的发展需要“软件即服务”、“平台即服务”、按需计算等云计算模式的支撑，云计算是物联网应用发展的基石。云计算以下面几种方式支撑物联网的应用发展：1．单中心、多终端应用模式2．多中心、多终端应用模式3．信息与应用分层处理，海量终端应用模式云计算的关键技术是虚拟化技术。通过虚拟化技术，单个服务器可以支持多个虚拟机运行多个操作系统和应用，从而提高服务器的利用率。虚拟机的核心技术是虚拟机监控程序。第二章射频识别技术传感网技术是物联网技术中一项格外重要的技术。物联网正是通过遍布在各个角落和物体上的形形色色的传感器节点以及由他们组成的传感网，来感知整个物质世界的。物联网与互联网的业务是不同的，互联网是全球化的，只要计算机接入互联网就与全球相连。物联网是区域性的，它建设在互联网之上，但并不是任何人、