物联网知识概述基础知识.docx

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物联网知识概述基础知识

物联网基础知识概述

物联网被称作第三次信息产业革命，受到各国政府重视，自从温家宝总理2009年在无锡提出“感知中国”以来中国物联网产业经过三年多的发展，已经具有一定规模，到底什么是物联网，都有哪些核心技术，现在的发展状况如何等等，带着这些疑问，笔者对物联网基础知识做的简单整理，希望能够帮助大家解决这些疑问。

（本文仅供大家参考学习）

一、什么是物联网

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。

其英文名称是“TheInternetofthings”。

由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。

这有两层意思：

第一，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；第二，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。

因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

二、物联网认识误区

由于物联网属于新兴的朝阳产业，到目前还没有一股真正意义的概念，目前对其认识存一下误区。

误区之一

把传感网或RFID网等同于物联网。

事实上传感技术也好、RFID技术也好，都仅仅是信息采集技术之一。

除传感技术和RFID技术外，GPS、视频识别、红外、激光、扫描等所有能够实现自动识别与物物通信的技术都可以成为物联网的信息采集技术。

传感网或者RFID网只是物联网的一种应用，但绝不是物联网的全部。

误区之二

把物联网当成互联网的无边无际的无限延伸，把物联网当成所有物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台。

实际上物联网绝不是简单的全球共享互联网的无限延伸。

即使互联网也不仅仅指我们通常认为的国际共享的计算机网络，互联网也有广域网和局域网之分。

物联网既可以是我们平常意义上的互联网向物的延伸；也可以根据现实需要及产业应用组成局域网、专业网。

现实中没必要也不可能使全部物品联网；也没必要使专业网、局域网都必须连接到全球互联网共享平台。

今后的物联网与互联网会有很大不同，类似智慧物流、智能交通、智能电网等专业网；智能小区等局域网才是最大的应用空间。

误区之三

认为物联网就是物物互联的无所不在的网络，因此认为物联网是空中楼阁，是目前很难实现的技术。

事实上物联网是实实在在的，很多初级的物联网应用早就在为我们服务着。

物联网理念就是在很多现实应用基础上推出的聚合型集成的创新，是对早就存在的具有物物互联的网络化、智能化、自动化系统的概括与提升，它从更高的角度升级了我们的认识。

误区之四

把物联网当成个筐，什么都往里装；基于自身认识，把仅仅能够互动、通信的产品都当成物联网应用。

如，仅仅嵌入了一些传感器，就成为了所谓的物联网家电；把产品贴上了RFID标签，就成了物联网应用等等。

三、实现物联网主要核心技术

以下是实现物联网的五大核心技术：

　　核心技术之感知层：

传感器技术、射频识别技术、二维码技术、微机电系统和GPS技术

　　1.传感器技术

　　传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大技术。

从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。

微型无线传感技术以及以此组件的传感网是物联网感知层的重要技术手段。

　　2.射频识别（RFID）技术

　　射频识别（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）是通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据的无线通讯技术。

在国内，RFID已经在身份证、电子收费系统和物流管理等领域有了广泛应用。

RFID技术市场应用成熟，标签成本低廉，但RFID一般不具备数据采集功能，多用来进行物品的甄别和属性的存储，且在金属和液体环境下应用受限，RFID技术属于物联网的信息采集层技术。

RFID技术工作原理及应用频率

目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和甚高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。

其中感应器有无源和有源两种方式，下面详细介绍无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用。

RFID应用频率图

低频（从125KHz到134KHz）

其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。

该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作,也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用.通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流,可作供电电压使用.磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。

特性：

1.工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz,TI的工作频率为134.2KHz。

该频段的波长大约为2500m.

2.除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。

3.工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。

4．低频产品有不同的封装形式。

好的封装形式就是价格太贵，但是有10年以上的使用寿命。

5．虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。

6．相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢。

7．感应器的价格相对与其他频段来说要贵。

主要应用：

1．畜牧业的管理系统

2．汽车防盗和无钥匙开门系统的应用

3．马拉松赛跑系统的应用

4．自动停车场收费和车辆管理系统

5．自动加油系统的应用

6．酒店门锁系统的应用

7．门禁和安全管理系统

符合的国际标准：

a）ISO11784RFID畜牧业的应用－编码结构

b）ISO11785RFID畜牧业的应用－技术理论

c）ISO14223-1RFID畜牧业的应用－空气接口

d）ISO14223-2RFID畜牧业的应用－协议定义

e）ISO18000-2定义低频的物理层、防冲撞和通讯协议

f）DIN30745主要是欧洲对垃圾管理应用定义的标准

高频（工作频率为13.56MHz）

在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作天线。

感应器一般通过负载调制的方式的方式进行工作。

也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。

如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。

特性：

1.工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m。

2.除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。

感应器需要离开金属一段距离。

3.该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。

4.感应器一般以电子标签的形式。

5.虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。

6.该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。

7.可以把某些数据信息写入标签中。

8.数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。

主要应用：

1．图书管理系统的应用

2．瓦斯钢瓶的管理应用

3．服装生产线和物流系统的管理和应用

4．三表预收费系统

5．酒店门锁的管理和应用

6．大型会议人员通道系统

7．固定资产的管理系统

8．医药物流系统的管理和应用

9．智能货架的管理

符合的国际标准：

a）ISO/IEC14443近耦合IC卡，最大的读取距离为10cm.

b）ISO/IEC15693疏耦合IC卡，最大的读取距离为1m.

c）ISO/IEC18000-3该标准定义了13.56MHz系统的物理层，防冲撞算法和通讯协议。

d）13.56MHzISMBandClass1定义13.56MHz符合EPC的接口定义。

超高高频（工作频率为860MHz到960MHz之间）

超高频系统通过电场来传输能量。

电场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不是很好进行定义。

该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。

主要是通过电容耦合的方式进行实现。

特性：

1．在该频段，全球的定义不是很相同－欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz，北美定义的频段为902到905MHz之间，在日本建议的频段为950到956之间。

该频段的波长大概为30cm左右。

2．目前，该频段功率输出目前统一的定义（美国定义为4W，欧洲定义为500mW）。

可能欧洲限制会上升到2WEIRP。

3．甚高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。

相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来。

4．电子标签的天线一般是长条和标签状。

天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求。

5．该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。

6．有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。

主要应用：

1．供应链上的管理和应用

2．生产线自动化的管理和应用

3．航空包裹的管理和应用

4．集装箱的管理和应用

5．铁路包裹的管理和应用

6．后勤管理系统的应用

符合的国际标准：

a）ISO/IEC18000-6定义了甚高频的物理层和通讯协议；空气接口定义了TypeA和TypeB两部分；支持可读和可写操作。

b）EPCglobal定义了电子物品编码的结构和甚高频的空气接口以及通讯的协议。

例如：

Class0,Class1,UHFGen2。

c）UbiquitousID日本的组织，定义了UID编码结构和通信管理协议。

　　3.微机电系统（MEMS）

　　微机电系统是指利用大规模集成电路制造工艺，经过微米级加工，得到的集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。

MEMS技术属于物联网的信息采集层技术。

　　4.GPS技术

　　GPS技术又称为全球定位系统，是具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

GPS作为移动感知技术，是物联网延伸到移动物体采集移动物体信息的重要技术，更是物流智能化、智能交通的重要技术。

　　核心技术之信息汇聚层：

传感网自组网技术、局域网技术及广域网技术

　　1.无线传感器网络（WSN）技术

　　无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，简称WSN）的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。

　　WSN技术贯穿物联网的三个层面，是结合了计算、通信、传感器三项技术的一门新兴技术，具有较大范围、低成本、高密度、灵活布设、实时采集、全天候工作的优势，且对物联网其他产业具有显著带动作用。

　　2.Wi-Fi

　　Wi-Fi（WirelessFidelity，无线保真技术）是一种基于接入点（AccessPoint）的无线网络结构，目前已有一定规模的布设，在部分应用中与传感器相结合。

Wi-Fi技术属于物联网的信息汇总层技术。

　　3.GPRS

　　GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线服务）是一种基于GSM移动通信网络的数据服务技术。

GPRS技术可以充分利用现有GSM网络，目前在很多领域有广泛应用，在物联网领域也有部分应用。

GPRS技术属于物联网的信息汇总层技术。

核心技术之传输层：

通信网、互联网、3G网络、GPRS网络、广电网络、NGB

　　1.通信网

　　通信网是一种使用交换设备、传输设备，将地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交换的系统。

通信最基本的形式是在点与点之间建立通信系统，但这不能称为通信网，只有将许多的通信系统（传输系统）通过交换系统按一定拓扑结构组合在一起才能称之为通信。

也就是说，有了交换系统才能使某一地区内任意两个终端用户相互接续，才能组成通信网。

　　2.3G网络

　　3G是英文the3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术。

相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、CDMA等数字手机，第三代手机（3G）是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。

　　3.GPRS网络

　　这是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。

通俗的讲，GPRS是一项高速数据处理的科技，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。

虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，但是它在许多方面都具有显著的优势。

　　4.广电网络

　　广电网通常是各地有线电视网络公司（台）负责运营的，通过HFC（光纤+同轴电缆混合网）网向用户提供宽带服务及电视服务网络，宽带可通过CableModem连接到计算机，理论到户最高速率38M，实际速度要视网络情况而定。

　　5.NGB广域网络

　　中国下一代广播电视网（NGB）是以有线电视数字化和移动多媒体广播（CMMB）的成果为基础，以自主创新的“高性能带宽信息网”核心技术为支撑，构建适合我国国情的、三网融合的、有线无线相结合的、全程全网的下一代广播电视网络。

　　核心技术之运营层：

专家系统、云计算、API接口、客户管理、GIS、ERP

　　1.企业资源计划（ERP）

　　ERP是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。

ERP技术属于物联网的信息处理层技术。

　　2.专家系统（ExperSystem）

　　专家系统是一个含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和经验来处理该领域问题的智能计算机程序系统。

属于信息处理层技术。

　　3.云计算

　　云计算概念间由Google提出的，这是一个美丽的网络应用模式，是指IT基础设施的交付和使用，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源。

　　核心技术之应用层：

垂直行业应用、系统集成、资源打包

　　应用层主要是根据行业特点，借助互联网技术手段，开发各类的行业应用解决方案，将物联网的优势与行业的生产经营、信息化管理、组织调度结合起来，形成各类的物联网解决方案，构建智能化的行业应用。

　　如交通行业，涉及的就是智能交通技术；电力行业采用的是智能电网技术；物流行业采用的智慧物流技术等。

行业的应用还要更多涉及系统集成技术、资源打包技术等。

四、物联网发展状况

物联网（InternetofThings）1999年由MIT提出。

2005年11月国际电信联盟ITU发布了《国际电信联盟互联网报告2005：

物联网》，开始聚焦这个词。

它是指：

把任何物品通过信息传感设备（如RFID）与互联网连接起来，进行信息交换和通信，可实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

物联网本身的结构复杂，主要包括三大部分：

首先是感知层，承担信息的采集，可以应用的技术包括智能卡、RFID电子标签、识别码、传感器等；其次是网络层，承担信息的传输，借用现有的无线网、移动网、固联网、互联网、广电网等即可实现；第三是应用层，实现物与物之间，人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。

无锡物联网产业研究院院长刘海涛

无锡物联网产业研究院院长刘海涛

“近两年，国内物联网产业以超乎想象的速度膨胀同时，已在国际标准领域占据了主导性话语权”，国家973物联网首席科学家刘海涛2012年10月25日在此间召开的中国国际物联网博览会期间表示，中国有望凭借国际标准化制高点，率先于全球开启大规模产业化及应用，领航新一轮“万亿级”产业。

日前全球物联网尚处于起步阶段之时，中国已初步具备了一定产业化规模基础。

刘海涛认为，尤其在物联网市场应用技术瓶颈上，其团队担任国际物联网标准工作组期间，所提出的标准体系、系统架构等67项核心提案被国际标准组织采纳，数量居全球首位，也因此为中国物联网产业在国际标准上赢得了垄断性话语权。

【出处：

中国物联网智慧谷资料链接：

】

中国物联网研究发展中心主任叶甜春

中国物联网研究发展中心主任叶甜春

2012年10月25日，中国物联网研究发展中心主任叶甜春在无锡举行的第三届中国国际物联网（传感网）博览会上表示，物联网产业发展预期的"爆炸式增长"还未到来，但随着资源的集聚，新业务和新市场正在生成，机遇正在到来。

商业模式创新、市场培育和产业链建设是下阶段需要解决的重点问题。

从物联网发展阶段来看，它还远远没有达到爆发式增长的程度，但到底要经历几个阶段？

我大概划了一下：

2010年之前是概念阶段。

也就是RFID在物流、零售、医药产业的应用；建立不同系统间交互的框架。

2010-2015年，物与物之间联网和传感器联网，只有大规模的铺设应用之后，要管理的物品、物体达到百万量级、千万量级才具备真正的物联网特征。

2015-2020年，进入第三阶段，也就是半智能化无限传感网。

与民生相关的医疗卫生相关体系你会发觉越来越综合，从一个医院到一个地区到一个省到全国，整个医疗系统会建立起来。

第四阶段是2020恩年后，人和物服务网络融合；产业整合。

PPT：

移动互联网—物联网的主要接入方式。

这个片子我要特意提一下，物联网需要一个无处不在的通信网络。

物联网的终端都需要以某种方式连接起来，发送或者接收数据。

移动互联网将成为物联网的主要接入方式。

　　全球物联网还是处于初级阶段，但相对于去年和前年基础会更好，增长曲线一直是上升的。

根据我们自己物联网产业发展蓝皮书统计，2011年全球物联网市场规模为1271亿美元，预计2012年全球市场规模约为1580亿美元，到2016年将达到4320亿美元，2012年至2016年！

，年均增长率将接近28%。

　　M2M市场规模绝大部分增长来自于软件集成和IT服务。

同时我们可以看到各国政府云计算在加大投入。

　　说到云计算我还要说那个观点，我们只看到联通、电信等运营商的云计算中心是非常丰富的，我们甚至看到一些中小企业开始面向行业做服务的时候，那么从私有云向共有云过渡，建立未来商业模式来讲，可能还是有待于探索。

在全球产业链环节当中，物联网大企业分布在产业链各环节，通常为全球性的传统信息化或IT领域企业。

越往下面走到系统集成、到软件、硬件的企业还是非常小。

将来在相当长一段时间内他们还是引领物联网服务模式和商业模式的。

【资料出处：

中国物联网智慧谷】

【原文链接：

】

五、物联网信息安全的五大挑战

物联网的安全和互联网的安全问题一样，永远都会是一个被广泛关注的话题。

由于物联网连接和处理的对象主要是机器或物的相关数据，其“所有权”特性导致物联网信息安全要求比以处理“文本”为主的互联网更高，对“隐私权”保护的要求也更高。

此外还有可信度问题，包括“防伪”和防DoS（DenialofServices）攻击，因此有很多人呼吁要特别关注物联网的安全问题。

　　当全世界互联成一个超级系统时，系统安全性将直接关系到国家安全。

如果中国在建设“智慧地球”的过程中，不能坚持“自主可控”原则，国家风险将会凸显，失去“信息主权”。

笔者认为，物联网安全和以往的信息安全并无本质区别，我们需要高度重视，面对挑战制定对策。

　　物联网系统的安全和一般IT系统的安全基本一样，主要有8个尺度：

读取控制、隐私保护、用户认证、不可抵耐性、数据保密性、通信层安全、数据完整性、随时可用性。

前4项主要处在物联网DCM三层架构的应用层，后4项主要位于传输层和感知层。

其中“隐私权”和“可信度”（数据完整性和保密性）问题在物联网体系中尤其受关注。

如果我们从物联网系统体系架构的各个层面仔细分析，我们会发现现有的安全体系基本上可以满足物联网应用的需求，尤其在其初级和中级发展阶段。

　　物联网应用特有（比一般IT系统更易受侵扰）的安全问题有如下几种。

　　1．Skimming：

在末端设备或RFID持卡人不知情的情况下，信息被读取。

　　2．Eavesdropping：

在一个通道的中间，信息被中途截取。

　　3．Spoofing：

伪造复制设备数据，冒名输入到系统中。

　　4．Cloning：

克隆末端设备，冒名顶替。

　　5．Killing：

损坏或盗走末端设备。

　　6．Jamming：

伪造数据造成设备阻塞不可用。

　　7．Shielding：

用机械手段屏蔽电信号,让末端无法连接。

　　针对上述问题，物联网发展的中、高级阶段面临如下五大特有（在一般IT安全问题之上）的信息安全挑战。

　　1．四大类（有线长、短距离和无线长、短距离）网络相互连接组成的异构、多级、分布式网络导致统一的安全体系难以实现“桥接”和过渡。

　　2．设备大小不一、存储和处理能力的不一致导致安全信息（如PKICredentials等）的传递和处理难以统一。

　　3．设备可能无人值守、丢失、处于运动状态、连接可能时断时续，可信度差，种种这些因素增加了信息安全系统设计和实施的复杂度。

　　4．在保证一个智能物件要被数量庞大甚至未知的其他设备识别和接受的同时，又要同时保证其信息传递的安全性和隐私性。

　　5．用户单一Instance服务器SaaS模式对安全框架的设计提出了更高的要求。

对于上述问题的研究和产品开发，目前国内外都还处于起步阶段，在WSN和RFID领域有一些针对性的研发工作，统一标准的物联网安全体系的问题目前还没提上议事日程，比物联网统一数据标准的问题更滞后。

这两个标准密切相关，甚至合并到一起统筹考虑，其重要性不言而喻。

六、物联网就业前景分析

物联网专业是教育部允许高校增设新专业后，高校申请最多的学校，这也说明了国家对物联网经济的重视和人才培养的迫切性。

　　【就业前景】本专业培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广的专业知识的高级工程技术人才。

据测算，物联网的产业规模比互联网产业大20倍以上，而物联网技术领域需要的人才每年也将在百万人的量级。

　　传感网技术

　　传感网技术，主要由传感器、通讯网络和信息处理系统三部分构成，具有实时数据采集、监督控制等功能。

凭借这种技术，通过网络实时监控各种环境、设施及内部运行机理等成为可能。

　　举个例子：

手机、电脑等设备可以通过网络查询地图、天气等资料，前提是这些资料必须已经存在于你所访问的服务器上。

而传感网不同，如果你身处火灾现场，传感技术会通过周围已经布好的传感器，根据现场实际情况为你制定出一条最佳逃生路线。

借助传感技术，消防员也不必挨个房间寻找被困的人，从而能更高效地灭火。

　　【就业前景】传感网涉及城市公共安全、公共卫生、安全生产、智能交通、智能家居、环境监控等领域。

国内从事传感网应用的大企业目前为数不多，小企业则呈现出蓬勃发展的势头。

【摘编：

中国物联网智慧谷】

【资料来源：

】

注：

部分资料来源于网络本文由中国物联网智慧谷编辑整理