与德国、美国、韩国一起,成为国际标准制定的主导国之 209年,江苏太湖流域20个重要水质监测点全部安装上了“全球眼”。“全球眼” 可24h不问断视频监控太湖水质变化情况,并能实时将信息传输到江苏省环保监控平台。 209年8月温总理视察无锡,提出建设“感知中国”中心。江苏、上海、北京等地 迅速作出反应,推进物联网工作。 209年9月国家信标委成立传感网标准化工作组,并筹建产业联盟。 2009年9月10日,全国高校首家物联网研究院在南京邮电大学正式成立 209年10月24日,在中国第四届中国民营科技企业博览会上,西安优势微电子公 司宣布:中国第一颗物联网的中国芯一“唐芯一号”芯片研制成功,中国已经攻克了物 联网的核心技术。 2009年11月1日,中关村物联网产业联盟成立。 2009年11月3日,温总理在《让科技引领中国可持续发展》的讲话中强调,要着 力突破传感网、物联网关键技术.及早部署后IP时代相关技术研发,使信息网络产业 成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。 2009年11月,中国电信物联网应用推广中心在无锡成立。 2009年12月4日,中国物联网联盟筹备工作组在京成立。由同方股份、中国移动、 大唐移动、中国科学院软件所、清华大学、北京大学、北京邮电大学等物联网产业链上 的40余家企业和研发机构共同组建了中关村物联网产业联盟。无锡启动了示范园区建 设,包括智能家居、智能学习、智能建筑、导游导航、湿地保护、物流、智能交通、智 能车场,无锡传感网中心的传感器产品在上海浦东国际机场和上海世博会成功应用 2010年1月4日,无锡物联网产业研究院成立。 2010年3月,“加快物联网的研发应用”第一次写入政府工作报告。 2010年6月7日,国家物联网标准联合工作组宣布成立,包括全国11个部委及下 属的19个标准工作组。 《国家中长期科学与技术规划(2006-2020年)》和“新一代宽带无线移动通信网” 重大专项中均将传感网列入重点研究领域,在物联网方面将重点支持电力、电磁环境和 太湖环境监测等行业应用,并支持地震预报物联网 6、物联网发展趋势 规模化发展:随着世界各国对物联网技术、标准和应用的不断推进,物联网在各行
107 与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的主导国之一。 2009 年，江苏太湖流域 20 个重要水质监测点全部安装上了“全球眼”。“全球眼” 可24h不问断视频监控太湖水质变化情况，并能实时将信息传输到江苏省环保监控平台。 2009 年 8 月温总理视察无锡，提出建设“感知中国”中心。江苏、上海、北京等地 迅速作出反应，推进物联网工作。 2009 年 9 月国家信标委成立传感网标准化工作组，并筹建产业联盟。 2009 年 9 月 10 日，全国高校首家物联网研究院在南京邮电大学正式成立。 2009 年 10 月 24 日，在中国第四届中国民营科技企业博览会上，西安优势微电子公 司宣布：中国第一颗物联网的中国芯—“唐芯一号”芯片研制成功，中国已经攻克了物 联网的核心技术。 2009 年 11 月 1 日，中关村物联网产业联盟成立。 2009 年 11 月 3 日，温总理在《让科技引领中国可持续发展》的讲话中强调，要着 力突破传感网、物联网关键技术．及早部署后 IP 时代相关技术研发，使信息网络产业 成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。 2009 年 11 月，中国电信物联网应用推广中心在无锡成立。 2009 年 12 月 4 日，中国物联网联盟筹备工作组在京成立。由同方股份、中国移动、 大唐移动、中国科学院软件所、清华大学、北京大学、北京邮电大学等物联网产业链上 的 40 余家企业和研发机构共同组建了中关村物联网产业联盟。无锡启动了示范园区建 设，包括智能家居、智能学习、智能建筑、导游导航、湿地保护、物流、智能交通、智 能车场，无锡传感网中心的传感器产品在上海浦东国际机场和上海世博会成功应用。 2010 年 1 月 4 日，无锡物联网产业研究院成立。 2010 年 3 月，“加快物联网的研发应用”第一次写入政府工作报告。 2010 年 6 月 7 日，国家物联网标准联合工作组宣布成立，包括全国 11 个部委及下 属的 19 个标准工作组。 《国家中长期科学与技术规划（2006—2020 年）》和“新一代宽带无线移动通信网” 重大专项中均将传感网列入重点研究领域，在物联网方面将重点支持电力、电磁环境和 太湖环境监测等行业应用，并支持地震预报物联网。 6、物联网发展趋势 规模化发展：随着世界各国对物联网技术、标准和应用的不断推进，物联网在各行
业领域中的规模将逐步扩大,尤其是一些政府推动的国家性项目,将吸引大批有实力的 企业进入物联网领域,大大推进物联网应用进程,为扩大物联网产业规模产生巨大作用。 协同化发展:随着产业和标准的不断完善,物联网将朝协同化方向发展,形成不同 物体间、不同企业间、不同行业乃至不同地区或国家间的物联网信息的互联互通互操作, 应用模式从闭环走向开环,最终形成可服务于不同行业和领域的全球化物联网应用体系。 智能化发展:物联网将从目前简单的物体识别和信息采集,走向真正意义上的物联 网,实时感知、网络交互和应用平台可控可用,实现信息在真实世界和虚拟空间之间的 智能化流动。 优先发展重点行业应用以带动物联网产业:物联网仍处于起步阶段,物联网产业支 撑力度不足,行业需求需要引导,距离成熟应用还需要多年的培育和扶持,发展还需要 国家通过政策加以引导和扶持,未来在电力、交通、物流等战略性基础设施以及能够大 幅度促进经济发展的重点领域,将成为物联网规模发展的主要应用领域。 62物联网的基本组成和体系结构 621物联网与其它网络的关系 物联网是一种关于人与物、物与物广泛互联,实现人与客观世界进行信息交互的信 息网络。物联网与传感网、互联网、泛在网以及其它网络技术之间的关系如图61所示 物联网 感知技术、RFID、智能 传感网、 ZigBee 芯片技术、纳米技术等 蓝牙、UWB等 泛在网 机器通信 (M2M) 移动通信网、WiFi Internet WiMAX、4G、5G等 智能处理 动控制、模式 识别 大数据等 图6.1物联网和其它网络之间的关系 传感网是利用传感器作为节点,以专门的无线通信协议实现物品之间连接的自组织 络;泛在网是面向泛在应用的各种异构网络的集合,强调跨网之间的互联互通和数据 融合/聚类与应用;互联网是指通过TCP/P协议将异种计算机网络连接起来实现资源共
108 业领域中的规模将逐步扩大，尤其是一些政府推动的国家性项目，将吸引大批有实力的 企业进入物联网领域，大大推进物联网应用进程，为扩大物联网产业规模产生巨大作用。 协同化发展：随着产业和标准的不断完善，物联网将朝协同化方向发展，形成不同 物体间、不同企业间、不同行业乃至不同地区或国家间的物联网信息的互联互通互操作， 应用模式从闭环走向开环，最终形成可服务于不同行业和领域的全球化物联网应用体系。 智能化发展：物联网将从目前简单的物体识别和信息采集，走向真正意义上的物联 网，实时感知、网络交互和应用平台可控可用，实现信息在真实世界和虚拟空间之间的 智能化流动。 优先发展重点行业应用以带动物联网产业：物联网仍处于起步阶段，物联网产业支 撑力度不足，行业需求需要引导，距离成熟应用还需要多年的培育和扶持，发展还需要 国家通过政策加以引导和扶持，未来在电力、交通、物流等战略性基础设施以及能够大 幅度促进经济发展的重点领域，将成为物联网规模发展的主要应用领域。 6.2 物联网的基本组成和体系结构 6.2.1 物联网与其它网络的关系 物联网是一种关于人与物、物与物广泛互联，实现人与客观世界进行信息交互的信 息网络。物联网与传感网、互联网、泛在网以及其它网络技术之间的关系如图 6.1 所示。 图 6.1 物联网和其它网络之间的关系 传感网是利用传感器作为节点，以专门的无线通信协议实现物品之间连接的自组织 网络；泛在网是面向泛在应用的各种异构网络的集合，强调跨网之间的互联互通和数据 融合/聚类与应用；互联网是指通过 TCP/IP 协议将异种计算机网络连接起来实现资源共
享的网络技术,实现的是人与人之间的通信。从图61可以看出物联网与其它网络及通 信技术之间的包容、交互作用关系。物联网隶属于泛在网,但不等同于泛在网,它只是 泛在网的一部分;物联网涵盖了物品之间通过感知设施连接起来的传感网,不论它是否 接入互联网,都属于物联网的范畴;传感网可以不接入互联网,但当需要时,随时可利 用各种接入网接入互联网;互联网(包括下一代互联网)、移动通信网等可作为物联网 的核心承载网。 622物联网组成架构 物联网的组成架构可细分为末梢节点(应用采集控制层)、接入层(末梢网络)、承 载网络(现行的通信网络)、应用控制层、用户层(即应用层)。其中计算机网络和通信 网络构成的承载网络是业务的基础网络。图6.2是物联网的组成示意图。 采集控 末梢网络 应用控制k 浏览器 用户 采 应用网关 核心承 载网络 应用控制b 互联网 制 用户 应用控制n 数据采集接入 末梢节点 接入层 承载网络 应用控制层 用户层 图62物联网网络组成示意图 应用控制层由各种应用服务器组成,主要功能包括对采集数据的汇集、转换、分析, 以及用户层呈现的适配和事件的触发等。由于从末梢节点获取大量的原始数据,这些数 据只有经过转换、筛选、分析处理后才有实际价值,这些有实际价值的内容应用服务器 将根据用户的呈现设备不同完成信息呈现的适配,并根据用户的设置触发相关的通知信 息,应用控制层就承担了该项工作。在需要完成对末梢节点控制时,应用控制层将完成 控制指令的生成和指令下发控制功能。针对不同的应用,将设置不同的应用服务器
109 享的网络技术，实现的是人与人之间的通信。从图 6.1 可以看出物联网与其它网络及通 信技术之间的包容、交互作用关系。物联网隶属于泛在网，但不等同于泛在网，它只是 泛在网的一部分；物联网涵盖了物品之间通过感知设施连接起来的传感网，不论它是否 接入互联网，都属于物联网的范畴；传感网可以不接入互联网，但当需要时，随时可利 用各种接入网接入互联网；互联网（包括下一代互联网）、移动通信网等可作为物联网 的核心承载网。 6.2.2 物联网组成架构 物联网的组成架构可细分为末梢节点（应用采集控制层）、接入层（末梢网络）、承 载网络（现行的通信网络）、应用控制层、用户层（即应用层）。其中计算机网络和通信 网络构成的承载网络是业务的基础网络。图 6.2 是物联网的组成示意图。 图 6.2 物联网网络组成示意图 应用控制层由各种应用服务器组成，主要功能包括对采集数据的汇集、转换、分析， 以及用户层呈现的适配和事件的触发等。由于从末梢节点获取大量的原始数据，这些数 据只有经过转换、筛选、分析处理后才有实际价值，这些有实际价值的内容应用服务器 将根据用户的呈现设备不同完成信息呈现的适配，并根据用户的设置触发相关的通知信 息，应用控制层就承担了该项工作。在需要完成对末梢节点控制时，应用控制层将完成 控制指令的生成和指令下发控制功能。针对不同的应用，将设置不同的应用服务器
用户层为用户提供物联网应用用户接口(UI, User Interface),包括用户设备(如 PC、手机)、客户端等。如果把物联网比作一个神经系统,那么,末梢节点、接入层就 构成了外周神经(系统末梢神经系统)、承载网络(物联网的“精髓”)、应用控制层(物 联网的“大脑”)和用户层构成了中枢神经系统。通过神经系统可以实现物联网信息采 集和设备控制功能。 物联网中最关键的设备是终端设备,包括末梢节点和接入层的设备,它们是物联网 的灵魂。然而,这些设备技术目前虽然都已具备了一定的理论基础,部分技术在一定应 用环境下还得到了商用化应用,但如果要在更广泛领域得到普及性应用,在功耗、安全 性、网络可靠性和健壮性等方面还存在很多技术难题需要突破。 构成物联网末梢节点的外围神经系统是物联网设备类型最丰富、数量最多、应用环 境最复杂的一部分。应用环境除了室内外,还包括在不同温度、湿度、电磁干扰下的应 用环境。因此突破末梢节点采集控制设备、接入层技术是物联网的关键和难点。 623物联网软件系统组成 不同类型的物联网,其用途是不同的,其软件系统也不相同,但其实现技术与硬件 密切相关。一般来说,物联网软件系统建立在分层的通信协议体系之上,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(包括嵌入式系统)以及物联网管理和 信息中心(包括机构物联网管理中心、国家物联网管理中心、国际物联网管理中心及其 信息中心)的管理信息系统(MIS, Management Information System)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、RFID、传感器、读写器、控制器、EPC等部分组成。存 储有EPC码的电子标签在经过读写器的感应区域时,其中的物品EPC码会自动被读写 器捕获,从而实现EPC信息采集的自动化,所采集的数据交由上位机信息采集软件进 行进一步处理,如数据校对、数据过滤、数据完整性检查等,这些经过整理的数据可以 为物联网中间件、应用管理系统使用。对于物品电子标签,国际上多采用RFID、EPC 标签,用实体标记语言(PML, Physical Markup Language)来标记每一个实体和物品。 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,这是一个基本条件;二是需 110
110 用户层为用户提供物联网应用用户接口（UI，User Interface），包括用户设备（如 PC、手机）、客户端等。如果把物联网比作一个神经系统，那么，末梢节点、接入层就 构成了外周神经（系统末梢神经系统）、承载网络（物联网的“精髓”）、应用控制层（物 联网的“大脑”）和用户层构成了中枢神经系统。通过神经系统可以实现物联网信息采 集和设备控制功能。 物联网中最关键的设备是终端设备，包括末梢节点和接入层的设备，它们是物联网 的灵魂。然而，这些设备技术目前虽然都已具备了一定的理论基础，部分技术在一定应 用环境下还得到了商用化应用，但如果要在更广泛领域得到普及性应用，在功耗、安全 性、网络可靠性和健壮性等方面还存在很多技术难题需要突破。 构成物联网末梢节点的外围神经系统是物联网设备类型最丰富、数量最多、应用环 境最复杂的一部分。应用环境除了室内外，还包括在不同温度、湿度、电磁干扰下的应 用环境。因此突破末梢节点采集控制设备、接入层技术是物联网的关键和难点。 6.2.3 物联网软件系统组成 不同类型的物联网，其用途是不同的，其软件系统也不相同，但其实现技术与硬件 密切相关。一般来说，物联网软件系统建立在分层的通信协议体系之上，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（包括嵌入式系统）以及物联网管理和 信息中心（包括机构物联网管理中心、国家物联网管理中心、国际物联网管理中心及其 信息中心）的管理信息系统（MIS，Management Information System）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、RFlD、传感器、读写器、控制器、EPC 等部分组成。存 储有 EPC 码的电子标签在经过读写器的感应区域时，其中的物品 EPC 码会自动被读写 器捕获，从而实现 EPC 信息采集的自动化，所采集的数据交由上位机信息采集软件进 行进一步处理，如数据校对、数据过滤、数据完整性检查等，这些经过整理的数据可以 为物联网中间件、应用管理系统使用。对于物品电子标签，国际上多采用 RFID、EPC 标签，用实体标记语言（PML，Physical Markup Language）来标记每一个实体和物品。 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，这是一个基本条件；二是需
要连接到网络操作系统,并且保持运行工作状态。中间件为物联网应用提供一系列计算 和数据处理功能,主要任务是对感知系统釆集的数据进行捕获、过滤、汇聚、计算,数 据校对、解调、数据传送、数据存储和任务管理,减少从慼知系统向应用系统中心传送 的数据量。同时,中间件还可提供与其它RFID支撑软件系统进行互操作等功能。引入 中间件使得原先后台应用软件系统与读写器之间非标准的、非开放的通信接口,变成了 后台应用软件系统与中间件之间,读写器与中间件之间的标准的、开放的通信接口。 般地,物联网中间件系统包括读写器接口、事件管理器、应用程序接口、目标信 息服务和对象名解析服务等功能模块。 ①读写器接口。物联网中间件必须优先为各种形式的读写器提供集成功能。协议处 理器确保中间件能够通过各种网络通信方案连接到RFID读写器。RFID读写器与其应 用程序间通过普通接口相互作用,大多数采用由 EPC-global组织制定的标准 ②事件管理器。事件管理器用来对读写器接口的RFID数据进行过滤、汇聚和排序 操作,并通告数据与外部系统相关联的内容。 ③应用程序接口。应用程序接口是应用程序系统控制读写器的一种接口;此外,需 要中间件能够支持各种标准的协议(例如,支持RFID以及配套设备的信息交互和管理), 同时还要屏蔽前端的复杂性,尤其是前端硬件(如RFID读写器等)的复杂性。 ④目标信息服务。目标信息服务由两部分组成:一是目标存储库,用于存储与标签 物品有关的信息并使之能用于以后查询;另一个是拥有为提供由目标存储库管理的信息 接口的服务引擎。 ⑤对象名解析服务。对象名解析服务(ONS, Object Naming Service)是一种目录 服务,主要是将对每个带标签物品所分配的唯一编码,与一个或者多个拥有关于物品更 多信息的目标信息服务的网络定位地址进行匹配。 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,类似于互联网上的网络管理。目前,物联网大多数是基于SNMP 建设的管理系统,这与一般的网络管理类似,提供ONS是重要的。ONS类似于互联网 l11
111 要连接到网络操作系统，并且保持运行工作状态。中间件为物联网应用提供一系列计算 和数据处理功能，主要任务是对感知系统采集的数据进行捕获、过滤、汇聚、计算，数 据校对、解调、数据传送、数据存储和任务管理，减少从感知系统向应用系统中心传送 的数据量。同时，中间件还可提供与其它 RFID 支撑软件系统进行互操作等功能。引入 中间件使得原先后台应用软件系统与读写器之间非标准的、非开放的通信接口，变成了 后台应用软件系统与中间件之间，读写器与中间件之间的标准的、开放的通信接口。 一般地，物联网中间件系统包括读写器接口、事件管理器、应用程序接口、目标信 息服务和对象名解析服务等功能模块。 ①读写器接口。物联网中间件必须优先为各种形式的读写器提供集成功能。协议处 理器确保中间件能够通过各种网络通信方案连接到 RFID 读写器。RFID 读写器与其应 用程序间通过普通接口相互作用，大多数采用由 EPC-global 组织制定的标准。 ②事件管理器。事件管理器用来对读写器接口的 RFID 数据进行过滤、汇聚和排序 操作，并通告数据与外部系统相关联的内容。 ③应用程序接口。应用程序接口是应用程序系统控制读写器的一种接口；此外，需 要中间件能够支持各种标准的协议（例如，支持 RFID 以及配套设备的信息交互和管理）， 同时还要屏蔽前端的复杂性，尤其是前端硬件（如 RFID 读写器等）的复杂性。 ④目标信息服务。目标信息服务由两部分组成：一是目标存储库，用于存储与标签 物品有关的信息并使之能用于以后查询；另一个是拥有为提供由目标存储库管理的信息 接口的服务引擎。 ⑤对象名解析服务。对象名解析服务（ONS，Object Naming Service）是一种目录 服务，主要是将对每个带标签物品所分配的唯一编码，与一个或者多个拥有关于物品更 多信息的目标信息服务的网络定位地址进行匹配。 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，类似于互联网上的网络管理。目前，物联网大多数是基于 SNMP 建设的管理系统，这与一般的网络管理类似，提供 ONS 是重要的。ONS 类似于互联网