目录 第6章物联网及其体系结构 6.1物联网概述 61.1物联网概念及其由来 61.2物联网研究进展 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 622物联网组成架构 623物联网软件系统组成 624物联网产业链基本组成 625物联网体系结构设计的基本原则 626M2M体系结构 627物联网的EPC体系结构 628物联网的体系结构 629物联网与物理信息融合体系结构 6210物联网相关产业体系 63物联网技术体系 631感知与识别技术 632支撑技术 633共性技术 634网络与通信技术 635物联网应用技术 64物联网标准化体系 641国际物联网标准的制定 642国内标准化工作 65物联网的应用 651物联网的应用前景 6.52我国物联网应用现状
102 目 录 第 6 章 物联网及其体系结构 6.1 物联网概述 6.1.1 物联网概念及其由来 6.1.2 物联网研究进展 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 6.2.2 物联网组成架构 6.2.3 物联网软件系统组成 6.2.4 物联网产业链基本组成 6.2.5 物联网体系结构设计的基本原则 6.2.6 M2M 体系结构 6.2.7 物联网的 EPC 体系结构 6.2.8 物联网的体系结构 6.2.9 物联网与物理信息融合体系结构 6.2.10 物联网相关产业体系 6.3 物联网技术体系 6.3.1 感知与识别技术 6.3.2 支撑技术 6.3.3 共性技术 6.3.4 网络与通信技术 6.3.5 物联网应用技术 6.4 物联网标准化体系 6.4.1 国际物联网标准的制定 6.4.2 国内标准化工作 6.5 物联网的应用 6.5.1 物联网的应用前景 6.5.2 我国物联网应用现状
第6章物联网及其体系结构 6.1物联网概述 61.1物联网概念及其由来 物联网(IoT, Internet of things)是信息技术系统性的创新与革命,是多项现代信 息技术的殊途同归与聚合应用。物联网被认为是继计算机、互联网之后,信息产业领域 的第三次发展浪潮,将成为未来社会经济发展的最重要基础设施、新型产业和发展方向, 将促进传统生产和生活方式的根本转变 物联网概念的由来 1995年,物联网概念原型出现于比尔·盖茨《未来之路》一书 1999年,在美国召开的移动计算和网络国际会议提出,传感网是下世纪人类面临的 又一发展机遇。 MIT Auto-ID Center提出物联网思路,即把所有物品通过射频识别等信 息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理 2001年,加利福尼亚的克里斯托弗皮斯特正式提出了“智能灰尘”的概念。 2004年日本提出 U-Japan构想中,希望在2010年将日本建设成一个“任何时间 任何地方、任何东西和任何人”都可以上网的环境。 2005年11月,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSS)上,国际电信联盟发布 了《IU互联网报告2005:物联网》,正式提出了“物联网”的概念, 208年11月,IBM提出“智慧的地球”概念,即“互联网+物联网=智慧地球”, 以此作为经济振兴战略。 209年1月,IBM首席执行官提出“智慧地球”构想,其中物联网为“智慧地球” 不可或缺的部分,奥巴马在就职演讲后已对“智慧地球”(传感器网+互联网)构想提出 积极回应,并提升到国家级发展战略。 在中国,“物联网”最早被称为“传感网”,中国科学院对传感网的研究起步较早 2、物联网的定义 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,是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络;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,物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸,是通过射频识别(RFID)
103 第 6 章 物联网及其体系结构 6.1 物联网概述 6.1.1 物联网概念及其由来 物联网（IoT，Internet of Things）是信息技术系统性的创新与革命，是多项现代信 息技术的殊途同归与聚合应用。物联网被认为是继计算机、互联网之后，信息产业领域 的第三次发展浪潮，将成为未来社会经济发展的最重要基础设施、新型产业和发展方向， 将促进传统生产和生活方式的根本转变。 1、物联网概念的由来 1995 年，物联网概念原型出现于比尔·盖茨《未来之路》一书。 1999 年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出，传感网是下世纪人类面临的 又一发展机遇。MIT Auto-ID Center 提出物联网思路，即把所有物品通过射频识别等信 息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。 2001 年，加利福尼亚的克里斯托弗·皮斯特正式提出了“智能灰尘”的概念。 2004 年日本提出 U-Japan 构想中，希望在 2010 年将日本建设成一个“任何时间、 任何地方、任何东西和任何人”都可以上网的环境。 2005 年 11 月，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSlS）上，国际电信联盟发布 了《ITU 互联网报告 2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。 2008 年 11 月，IBM 提出“智慧的地球”概念，即“互联网+物联网=智慧地球”， 以此作为经济振兴战略。 2009 年 1 月，IBM 首席执行官提出“智慧地球”构想，其中物联网为“智慧地球” 不可或缺的部分，奥巴马在就职演讲后已对“智慧地球”（传感器网+互联网）构想提出 积极回应，并提升到国家级发展战略。 在中国，“物联网”最早被称为“传感网”，中国科学院对传感网的研究起步较早。 2、物联网的定义 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，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；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，物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，是通过射频识别（RFID）
装置、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 何物品通过各种无线(有线)的长(短)距离通信网络实现互联互通、应用大集成的网 络。物联网在网络环境下,进行信息交换、通信、计算、处理,以实现人与物、物与物 信息交互和无缝链接,达到智能化识别、定位、跟踪、监控、报警、联动、精确管理和 科学决策的目的 这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围:要有相应信息的接 收器,要有数据传输通路,要有一定的存储功能,要有CPU,要有操作系统,要有专门 的应用程序,要有数据发送器,遵循物联网的通信协议,在世界网络中有可被识别的唯 编号。 从时一空一物三维视角看,物联网是一个能够在任何时间、地点,实现任何物体和 任何人互联的动态网络,它包括了PC之间、人与人之间、物与人之间、物与物之间的 互联。在物联网中物理的、虚拟的物体都具有可标识性,其物理属性、虚拟特征均可被 读取,并能通过智能接口无缝集成。 从技术理解,物联网是指物体通过智能感应装置,经过传输网络,到达指定的信息 处理中心,最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络 从应用理解,物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中,形成“物联网”, 然后“物联网”又与现有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合,达到更加精 细和动态的方式管理生产和生活。 3、物联网的基本特征 “网络化”、“物联化”、“互联化”、“自动化”、“感知化”、“智能化”是物联网的基 本特征。 “网络化”:网络化是物联网的基础。无论是机器对机器(M2M, Machine to machine) 专网,还是无线、有线传输信息,感知物体,都必须形成网络状态;不管是什么形态的 网络,最终都必须与互联网相联接,这样才能形成真正意义上的物联网(泛在性的)。 目前的物联网,从网络形态来看,多数是专网、局域网,只能算是物联网的雏形。 物联化”:人物相联、物物相联是物联网的基本要求之一。计算机相连接成互联 网,可以帮助人与人之间交流。“物联网”就是在物体上安装传感器、植入微型感应芯 片,然后借助无线或有线网络,让人们和物体“对话”,让物体和物体之间进行“交流”。 可以说,互联网完成了人与人的远程交流,而物联网则完成人与物、物与物的即时交流
104 装置、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 何物品通过各种无线（有线）的长（短）距离通信网络实现互联互通、应用大集成的网 络。物联网在网络环境下，进行信息交换、通信、计算、处理，以实现人与物、物与物 信息交互和无缝链接，达到智能化识别、定位、跟踪、监控、报警、联动、精确管理和 科学决策的目的。 这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：要有相应信息的接 收器，要有数据传输通路，要有一定的存储功能，要有 CPU，要有操作系统，要有专门 的应用程序，要有数据发送器，遵循物联网的通信协议，在世界网络中有可被识别的唯 一编号。 从时—空—物三维视角看，物联网是一个能够在任何时间、地点，实现任何物体和 任何人互联的动态网络，它包括了 PC 之间、人与人之间、物与人之间、物与物之间的 互联。在物联网中物理的、虚拟的物体都具有可标识性，其物理属性、虚拟特征均可被 读取，并能通过智能接口无缝集成。 从技术理解，物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息 处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。 从应用理解，物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”， 然后“物联网”又与现有的互联网结合，实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精 细和动态的方式管理生产和生活。 3、物联网的基本特征 “网络化”、“物联化”、“互联化”、“自动化”、“感知化”、“智能化”是物联网的基 本特征。 “网络化”：网络化是物联网的基础。无论是机器对机器（M2M，Machine to Machine）、 专网，还是无线、有线传输信息，感知物体，都必须形成网络状态；不管是什么形态的 网络，最终都必须与互联网相联接，这样才能形成真正意义上的物联网（泛在性的）。 目前的物联网，从网络形态来看，多数是专网、局域网，只能算是物联网的雏形。 “物联化”：人物相联、物物相联是物联网的基本要求之一。计算机相连接成互联 网，可以帮助人与人之间交流。“物联网”就是在物体上安装传感器、植入微型感应芯 片，然后借助无线或有线网络，让人们和物体“对话”，让物体和物体之间进行“交流”。 可以说，互联网完成了人与人的远程交流，而物联网则完成人与物、物与物的即时交流
进而实现由虛拟网络世界向现实世界的联接转变 互联化”:物联网是一个多种网络接入、应用技术的集成,也是一个让人与自然 界、人与物、物与物进行交流的平台,因此,在一定的协议关系下,实行多种网络融合, 分布式与协同式并存,是物联网的显著特征。与互联网相比,物联网具有很强的开放性 具备随时接纳新器件、提供新的服务的能力,即自组织、自适应能力。 自动化”:通过数字传感设备自动采集数据;根据事先设定的运算逻辑,利用软 件自动处理采集到的信息,一般不需人为的干预;按照设定的逻辑条件,如时间、地点 压力、温度、湿度、光照等,可以在系统的各个设备之间,自动地进行数据交换或通信; 对物体的监控和管理实现自动的指令执行。 “感知化”:物联网离不开传感设备。RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫 描器等信息传感设备,就像视觉、听觉和嗅觉器官对于人的重要性一样,它们是物联网 不可或缺的关键元器件。 智能化”:“智能”是指个体对客观事物进行合理分析、判断及有目的地行动和有 效地处理周围环境事宜的综合能力。物联网的产生是微处理技术、传感器技术、计算机 网络技术、无线通信技术不断发展融合的结果,从其“自动化”、“感知化”要求来看, 它已能代表人、代替人“对客观事物进行合理分析、判断及有目的地行动和有效地处理 周围环境事宜”,智能化是其综合能力的表现 62物联网研究进展 2003年,美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之 首。同时,全球产品电子代码(EPC, Electronic product code)中心在美国成立,管理 和实施EPC,目标是搭建一个可以自动识别任何地方、任何事物的物联网。近年来,欧 盟以及美国、日本、韩国等,投入了大量资金进行物联网研发, 1、欧盟的物联网行动计划 欧盟提出“物联网是我们的未来”,重视欧洲各国技术标准的统一。欧盟在2006年 成立了工作组,专门进行RFID技术的开发。2007年,欧盟采纳了物联网发展战略,并 于2008年发布了物联网未来路线图。2009年制定了《物联网战略研究路线图》和《RFID 与物联网模型》等意见书。欧盟委员会向欧盟议会递交了《欧盟物联网行动计划》,将 物联网确立为欧洲下一代信息技术的发展重点,以确保欧洲在建构物联网的过程中起主 导作用。欧盟委员会还于2011年至2013年间每年新增2亿欧元进一步加强研发力度
105 进而实现由虚拟网络世界向现实世界的联接转变。 “互联化”：物联网是一个多种网络接入、应用技术的集成，也是一个让人与自然 界、人与物、物与物进行交流的平台，因此，在一定的协议关系下，实行多种网络融合， 分布式与协同式并存，是物联网的显著特征。与互联网相比，物联网具有很强的开放性， 具备随时接纳新器件、提供新的服务的能力，即自组织、自适应能力。 “自动化”：通过数字传感设备自动采集数据；根据事先设定的运算逻辑，利用软 件自动处理采集到的信息，一般不需人为的干预；按照设定的逻辑条件，如时间、地点、 压力、温度、湿度、光照等，可以在系统的各个设备之间，自动地进行数据交换或通信； 对物体的监控和管理实现自动的指令执行。 “感知化”：物联网离不开传感设备。RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫 描器等信息传感设备，就像视觉、听觉和嗅觉器官对于人的重要性一样，它们是物联网 不可或缺的关键元器件。 “智能化”：“智能”是指个体对客观事物进行合理分析、判断及有目的地行动和有 效地处理周围环境事宜的综合能力。物联网的产生是微处理技术、传感器技术、计算机 网络技术、无线通信技术不断发展融合的结果，从其“自动化”、“感知化”要求来看， 它已能代表人、代替人“对客观事物进行合理分析、判断及有目的地行动和有效地处理 周围环境事宜”，智能化是其综合能力的表现。 6.1.2 物联网研究进展 2003 年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之 首。同时，全球产品电子代码（EPC，Electronic Product Code）中心在美国成立，管理 和实施 EPC，目标是搭建一个可以自动识别任何地方、任何事物的物联网。近年来，欧 盟以及美国、日本、韩国等，投入了大量资金进行物联网研发。 1、欧盟的物联网行动计划 欧盟提出“物联网是我们的未来”，重视欧洲各国技术标准的统一。欧盟在 2006 年 成立了工作组，专门进行 RFID 技术的开发。2007 年，欧盟采纳了物联网发展战略，并 于 2008 年发布了物联网未来路线图。2009 年制定了《物联网战略研究路线图》和《RFID 与物联网模型》等意见书。欧盟委员会向欧盟议会递交了《欧盟物联网行动计划》，将 物联网确立为欧洲下一代信息技术的发展重点，以确保欧洲在建构物联网的过程中起主 导作用。欧盟委员会还于 2011 年至 2013 年间每年新增 2 亿欧元进一步加强研发力度
同时拿出3亿欧元专款支持协联网相关公私合作短期项目建设。欧洲智能系统集成技术 平台在《物联网2020》报告中分析预测,未来物联网发展将经历4个阶段:2010年之 前,RFID广泛用于物流、零售和制药领域;2010年至2015年,物体互联;2015年至 2020年,物体进入半智能化;2020年之后,物体进入全智能化。 2、美国的智慧地球战略 2008年,美国国家情报委员会将物联网确定为未来对美国产生重要影响的6项重要 技术之一。IBM公司提出的智慧地球构想获得了奥巴马政府的积极回应,被上升为美国 国家发展战略。2009年1月,美国信息技术与创新基金会向政府提交了题为 The digital Road to Recover: A Stimulus Plan to Create Jobs, Boost Productivity and Revitalize America 的报告,推动物联网技术的发展。《2009年美国恢复和再投资法案》提出在智能电网 卫生医疗信息技术应用、教育信息技术等领域投入总金额为7870亿美元予以支持,这 都与物联网技术直接相关。 3、日本的U- Japan计划 2004年,日本提出了 U-Japan战略,计划通过发展“无所不在的网络”技术催生新 代信息科技革命。U- Japan战略的理念是实现所有人与人、物与物、人与物之间的连 接,希望日本建设成一个“实现随时、随地、任何物体、任何人均可连接的泛在网络 2009年2月,日本又推出了 ICT Hatoyma Plan纲要,研发与物联网相关的关键技术,旨 在革新以 T-Engine嵌入式操作系统、山D标准体系为核心的普适计算技术,创造新的ICT 市场和就业机会,使日本信息通信产业的总产值在2020年达到百万亿日元。 4、韩国提出的U- Korea战略 2006年韩国提出了U- Korea战略,旨在建立在民众的生活环境里布建智能型网络、 最新的技术应用等先进的信息基础建设,让民众可以随时随地享有科技智慧服务。为配 合U- Korea战略,韩国信息通信产业部还推出了U-City计划、信息通信业务示范应用发 展计划、u-IT产业集群计划和u-Home计划。2009年10月韩国通信委员会出台了《物 联网基础设施构建基本规划》,将物联网市场确定为新增长动力。 5、我国的“感知中国”研究进展 中国科学院早在1999年就启动了传感网研究,组成了2000多人的团队,在无线智 能传感器网络通信技术、微型传感器、传慼器终端机、移动基站等方面取得重大进展 目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界传感网领域,中国
106 同时拿出 3 亿欧元专款支持协联网相关公私合作短期项目建设。欧洲智能系统集成技术 平台在《物联网 2020》报告中分析预测，未来物联网发展将经历 4 个阶段：2010 年之 前，RFID 广泛用于物流、零售和制药领域；2010 年至 2015 年，物体互联；2015 年至 2020 年，物体进入半智能化；2020 年之后，物体进入全智能化。 2、美国的智慧地球战略 2008 年，美国国家情报委员会将物联网确定为未来对美国产生重要影响的 6 项重要 技术之一。IBM 公司提出的智慧地球构想获得了奥巴马政府的积极回应，被上升为美国 国家发展战略。2009 年 1 月，美国信息技术与创新基金会向政府提交了题为 The Digital Road to Recover：A Stimulus Plan to Create Jobs，Boost Productivity and Revitalize America 的报告，推动物联网技术的发展。《2009 年美国恢复和再投资法案》提出在智能电网、 卫生医疗信息技术应用、教育信息技术等领域投入总金额为 7870 亿美元予以支持，这 都与物联网技术直接相关。 3、日本的 U-Japan 计划 2004 年，日本提出了 U-Japan 战略，计划通过发展“无所不在的网络”技术催生新 一代信息科技革命。U-Japan 战略的理念是实现所有人与人、物与物、人与物之间的连 接，希望日本建设成一个“实现随时、随地、任何物体、任何人均可连接的泛在网络。 2009 年 2 月，日本又推出了 ICT Hatoyma Plan 纲要，研发与物联网相关的关键技术，旨 在革新以 T-Engine 嵌入式操作系统、uID 标准体系为核心的普适计算技术，创造新的 ICT 市场和就业机会，使日本信息通信产业的总产值在 2020 年达到百万亿日元。 4、韩国提出的 U-Korea 战略 2006 年韩国提出了 U-Korea 战略，旨在建立在民众的生活环境里布建智能型网络、 最新的技术应用等先进的信息基础建设，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。为配 合 U-Korea 战略，韩国信息通信产业部还推出了 U-City 计划、信息通信业务示范应用发 展计划、u-IT 产业集群计划和 u-Home 计划。2009 年 10 月韩国通信委员会出台了《物 联网基础设施构建基本规划》，将物联网市场确定为新增长动力。 5、我国的“感知中国”研究进展 中国科学院早在 1999 年就启动了传感网研究，组成了 2000 多人的团队，在无线智 能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机、移动基站等方面取得重大进展， 目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界传感网领域，中国
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