1、物联网技术与标准物联网技术与标准北京理工大学智能信息网络实验室北京理工大学智能信息网络实验室曹元大主要内容物联网概念的提出及发展物联网在世界范围内的发展状况物联网技术体系框架物联网标准体系物联网的应用范例总结主要内容物联网概念的提出及发展物联网在世界范围内的发展状况物联网技术体系框架物联网标准体系物联网的应用范例总结物联网概念的提出1995年，比尔盖茨未来之路中提及到物联网概念。当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。1999年，Electronic Product Code(EPC)global的前身麻省理工Auto-ID中心提出“Internet of Things”的构想
2、：物品上装置的电子标签存储唯一的EPC码，利用射频识别技术(RFID)完成标签数据的自动采集，通过与互联网相连的EPC IS服务器提供对应该EPC的物品信息的物品信息物品信息互联网络物品信息互联网络。2005年，国际电信联盟（ITU）发布名为Internet of Things的技术报告：“物联网”是信息和通信技术（ICTs）中的新维度from anytime，any place connectivity for anyone，we will now have connectivity for anything RFID技术、传感器技术和嵌入式智能技术是物联网的基础技术、传感器技术和嵌入式智能
3、技术是物联网的基础性技术物联网概念英文名称：The Internet of things，简称IOT。“物联网”是指通过装置在物体上的各种信息传感设备，如RFID装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等等，赋予物体智能，并通过接口与互联网相连而形成一个物品与物品相连的巨大的分布式协同网络。物联网实质“物物相连的互联网”：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，进行信息交换和通讯。主要特征：全面感知；可靠传送；智能处理。主要内容物联网概念的提出及发展物联网在世界范围内的发展状况物联网体系结构物联网标准体系物联网的应用范例总
4、结美国：IBM“智慧的地球”战略IBM智能地球战略的主要构成部分：传感器、RFID标标签签和和实时信息处理软件实时信息处理软件如（如（WebSphere RFID Information Center）。典型案例作为一家主营制药和特殊包装的中型企业，GSMS通过与 IBM 及业务合作伙伴 DSS 合作，利用二维码和射频识别设备（RFID）标签设计了一个精密的跟踪系统。每个药品包装上都有独一无二的序列号，这样 GSMS 就能杜绝假冒药品混入供应链。Spolem PSS Polnoc一家波兰的中型连锁超市，引入了波兰首个 IBM 自助服务解决方案。在加快结账速度、节省支出的同时，该智能系统还可以帮
5、助超市更深入地理解顾客的购买偏好，从而更好地满足所需。美国：作为振兴经济的“新武器”2009 年初，美国总统奥巴马就职后，对“智慧地球”构想作出了积极回应，并将其提升为国家层级的发展战略；奥巴马将“新能源”和“物联网”作为振兴经济的两大武器，投入巨资深入研究物联网相关技术。美国7870亿美元经济复苏和再投资法中，鼓励物联网技术发展政策主要体现在推动能源、宽带与医疗三大领域开展物联网技术的应用。欧盟：引领世界物联网“加速跑”2009年6月，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了欧盟物联网行动计划（Internet of Things-An action plan f
6、or Europe），意在引领世界物联网发展。2009年10月，欧盟委员会以政策文件的形式对外发布了物联网战略，将于2011年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，支持物联网相关公私合作短期项目建设。2009年12月，欧盟委员会以政策文件的形式，对外发布了欧盟“数字红利”利用和未来物联网发展战略。为了加强政府对物联网的管理，消除物联网发展的障碍，欧盟制定了12项行动保障物联网的发展。日本u-Japan目标：建设无所不在的网络社会，2010年实现“anytime、anywhere、anything、anyone”都能上网的环境。i-Japan目标：2011年实现日
7、本产业社会、地区与Information and Communications Technology(ICT)融合。韩国2009年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。物联网基础设施构建基本规划提出到2012年实现通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融 合领域超一流信息通信技术强国的目标，并确定了构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境等4大领域、12项详细课题。u-Korea战略&IT839计划韩国：“IT 839”计划2004年，韩国信息通信部制定的IT839计划，是u-Korea的核心：八项信息产业服务
8、、三大基础网络设施建设、九项新增长技术。新加坡：打造物联网未来智慧国2015（iN2015）2005年由资讯通信发展管理局（IDC）负责实施的10年计划改造政府、金融、教育、医疗保健、媒体娱乐、制造与物流、旅游、零售7大行业大行业“利用无所不在的信息通信技术将新加坡打造成一个智慧的国家、全球化的城市”4项政策、7个行业、6大目标中国:2009年中国物联网的元年2009年8月7日，温家宝考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心。强调“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，把传感系统和3G中的TD技术结合起来”。2009年9月21日，工信部在相关会议上，首次明确提出要进一步研究
9、建设物联网、传感网，加快传感中心建设，推进信息技术在工业领域的广泛应用，提高资源利用率、经济运行效益和投入产出效率等。2009年11月1日，中关村物联网产业联盟正式成立，成员包括了北京移动、清华同方股份有限公司、北京邮电大学、中科院软件所、北京交通委信息中心等十二家单位，囊括了政府、院校和企业。2009年底，“中国电信物联网应用和推广中心”、“中国电信物联网技术重点实验室”在江苏无锡成立，标志着中国第一个“物联网城市”在无锡正式启程。中国：物联网的近期发展2010年1月，传感(物联)网技术产业联盟在无锡成立；2010年4月30日，在中国物联网产业发展论坛暨第三届国际无 线传感网产业发展峰会上，
10、“美国硅谷杭州物联网产业创新中心”正式签约落户杭州东部软件园；2010年5月18日，我国首个针对物联网、传感产业融资的中国首个“物联网产业基金”签约设立，由无锡新区创投集团、大唐电信、中科院与无锡国联集团共同发起，计划总规模将达50亿元中国：重点研究领域物联网的建设在我国成为大家普遍关注的热点，得到国家科技部、质检总局、国家标准委员会等政府部门和自动识别技术等相关行业及企业的高度重视；物联网已被明确列入国家中长期科学技术发展规划(2006-2020年)和2050年国家产业路线图；国内研究院所早在1999年就启动了传感网研究，并且已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的较完整的产业链。目前我国传感
11、网标准体系已形成初步框架，向国际标准化组织提交的多项标准提案被采纳，传感网标准化工作已经取得积极进展。中国：研究现状无线传感器网络硬件节点：南京邮电大学无线传感器网络系列节点UbiCell南京邮电大学无线多媒体传感器网络节点UbiCell-MUbiCell-M中国科学院计算技术研究所GAINS 系列节点香港科技大学无线传感器网络节点无线传感器网络软件产品：南京邮电大学的无线传感器网络中间件软件DisWare南京邮电大学的无线传感器网络集成开发平台MeshIDE中国科学院宁波计算所的无线传感器网络分析与管理平台主要内容物联网概念的提出及发展物联网在世界范围内的发展状况物联网技术体系框架物联网标准
12、体系物联网的应用范例总结物联网技术体系框架物联网技术体系主要包括感知延伸层技术、网络层技术、应用层技术和共性支撑技术体系框架。物联网技术体系框架感知延伸层技术感知延伸层技术感知延伸层技术是保证物联网络感知和获取物理世界信息的首要环节，并将现有网络接入能力向物进行延伸。主要可以分为数据采集和感知、无线传输、延伸网三大部分。数据采集和感知数据采集和感知用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，主要包括:传感器、RFID、二维码、多媒体信息采集数据采集和感知（续）传感器:是能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是感知延伸层获取数据的一种设备。R
13、FID:是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。二维码:是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。多媒体信息的采集:多媒体信息采集是对音频、视频信息进行同步采集，并将其存储的技术。无线传输无线传输用于补充和延伸接入网络，使得网络能够把各种物体接入到网络，主要包括各种短距离无线通信技术。无线传输（续）IEEE802.15.4:IEEE802.15.4是一种经济、高效、低数据速率（250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人
14、区域网和对等网络。UWB:UWB（UltraWideband）是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbits至数Gbits的数据传输速率。NFC:NFC技术在单一芯片上集成了非接触式读卡器、非接触式智能卡和点对点的功能，运行在13.56MHz的频率范围内，能在大约10cm范围内建立设备之间的连接，传输速率可为106kbit/s、212kbit/s、424kbit/s，未来可提高到848kbit/s以上。蓝牙:蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、
15、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。延伸网延伸网指附属于传统电信网的用户接入点的网络，主要包括：传感器网、家庭网、个域网、车域网等。延伸网（续）传感器网：由各种传感器和传感器节点组成的网络。家庭网：用户在基于家庭环境的背景下使用的网络。个域网：用户在基于个人环境的背景下使用的网络。车域网：用户在基于汽车环境的背景下使用的网络。网络层技术网络层技术网络层技术主要用于实现物联网信息的双向传递和控制，重点在于适应物物通信需求的无线接入网和核心网的网络改造和优化，以及满足低功耗、低速率等物物通信特点的感知层通信和组网技术。网络层技术网络层技术（续（续1）电信网增强：目前电信网
16、主要用于支持人与人之间的通信。物与物通信和人与人通信在需求和特点上存在差异，为使网络能够更加适应物与物的通信，需要对现有网络能力进行增强或优化。下一代承载网：可以承载并满足包括物与物通信在内的各种泛在业务需求的新型承载网。网络资源虚拟化：利用虚拟化技术屏蔽异构网络在资源形态、资源使用方式等方面上的差异性，将网络的各类资源，如设备、存储、计算、承载传送等各种资源，进行感知、收集、抽象等处理。网络层技术网络层技术（续（续2）物物通信无线接入：实现物与物通信业务流量模式下的无线网络技术。环境感知：用户感知延伸层的个域网、家庭网、车域网网络环境下，网络将根据用户的定制提供无处不在的网络服务。异构网融合
17、：不同接入技术的网络环境下，网络提供的不同接入技术的无缝切换服务或游牧式服务的网络。应用层技术应用层主要包含应用支撑子层和应用服务子层，在技术方面主要用于支撑信息的智能处理和开放的业务环境，以及各种行业和公众的具体应用。应用支撑子层应用支撑平台层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能，主要包括：信息开放平台，环境支撑平台，服务支撑平台，其他中间件平台。应用支撑子层（续）信息开放平台：将各种信息和数据进行统一汇聚、整合、分类和交换，并在安全范围内开放给各种应用服务。环境支撑平台：根据用户所处的环境进行业务的适配和组合。服务支撑平台：面向各种不同的泛在应用，提供综合的业务管
18、理、计费结算、签约认证、安全控制、内容管理、统计分析等功能。其他中间件平台：用于支撑泛在应用的其他平台，例如封装和抽象网络和业务能力，向应用提供统一开放的接口等。应用服务子层物联网服务可以划分为行业服务和公众服务。行业服务通常是面向行业自身特有的需求，由行业系统内企业提供的服务。如智能电力、智能交通、智能环境等。公共服务则是面向公众的普遍需求，由跨行业的企业主体提供的综合性服务，如智能家居等。共性支撑技术共性支撑技术是不属于网络某个特定的层面，而是与网络的每层都有关系，主要包括：网络架构、标识解析、网络管理、安全、QoS等。主要内容物联网概念的提出及发展物联网在世界范围内的发展状况物联网技术体
19、系框架物联网标准体系物联网的应用范例总结物联网物联网标准体系标准体系目前物联网没有形成统一标准，各个企业、行业都根据自己的特长定制标准，并根据企业或行业标准进行产品生产。这为物联网形成统一的端到端标准体系制造了很大障碍。为物联网制定标准，应从以下几个方面入手。物联网标准化对象划分从标准化对象的角度看，物联网标准涉及的标准化对象可为相对独立、完整、具有特定功能的实体，可大至网络、系统，可小至设备、接口、协议，另外还包括业务。各种实体根据需要，可以制定技术要求类标准和测试方法类标准。物联网（泛在网）标准化对象划分物联网标准体系划分标准体系的建立应遵照全面成套、层次恰当、划分明确的原则。物联网标准体
20、系可以根据物联网技术体系的框架进行划分，即分为感知延伸层标准、网络层标准、应用层标准和共性支撑标准。物联网（泛在网）标准体系划分感知延伸层标准短距离无线通信相关标准：基于NFC技术的接口和协议标准、低速物理层和MAC层增强技术标准、基于ZigBee的网络层和应用层标准等。RFID相关标准：空中接口技术标准、数据结构技术标准、一致性测试标准等。无线传感网相关标准：传感器到通信模块接口技术标准、节点设备技术标准等。网络层标准物物通信无线接入标准：面向物物通信的增强UTRA/EUTRA系统设备和接口的技术和测试标准等。电信网增强标准：面向物物通信针对移动核心网络增强的技术标准等。网络资源虚拟化标准：
21、网络资源虚拟化调用技术标准、网络资源虚拟化的管理技术标准、网络虚拟化核心设备技术和测试标准等。环境感知标准：认知无线电系统的技术标准，包括关键技术、未来应用、频谱管理的标准等。异构网融合标准：不同无线接入技术在接入网层面融合标准、不同无线接入技术在核心网层面融合标准等。应用层标准行业应用类标准：智能交通、智能电力、智能环境等相关系列标准。公众应用类标准：智能家居总体技术标准、智能家居联网技术标准、智能家居设备控制协议技术标准等。应用中间件平台标准：物联网信息开放控制平台基本能力标准、物联网信息开放控制平台总体功能架构标准、信息服务发现平台标准、信息处理和策略平台标准等。共性支撑标准网络架构：物
22、联网总体框架标准等。标识解析：物联网络标识、解析与寻址体系标准等。网络管理：物联网络管理平台标准、物联网络延伸网终端远程管理技术标准等。安全：物联网安全防护系列标准、物联网安全防护评估测试标准等。主要内容物联网概念的提出及发展物联网在世界范围内的发展状况物联网技术体系框架物联网标准体系物联网的应用范例总结基于RFID的典型案例（一）的典型案例（一）案例新家坡国家图书馆（图书资产）管理深圳图书馆新馆 2006年7月在全国率先全面应用无线射频技术（RFID），在馆内全面实行包括自助借还的多种形式的自助服务，很快得到了广大读者的认可，并且倍受欢迎，深圳图书馆自助供还量战占全馆问题的比例已超过90%。
23、自助图书馆系统门禁控制使用RFID标识每一本图书利用RFID对每本图书的“唯一”标识读者自助还书（RFID读写器就能立刻确认还书信息）图书分拣由计算机自动完成基于RFID的典型案例（二）的典型案例（二）医疗卫生系统医疗器械管理和追踪病人病情监控与跟踪案例美国新泽西医疗公司家医院安装了RFID系统，用以追踪上千名病人和工作人员，以及多达一万件资产。早在2006年，新泽西州哈肯萨克医学中心将植入式RFID微型标签（芯片）VeriChip植入病患的手臂上臂，用来存取慢性病病人的病况信息。医护人员将使用内置RFID读写器的手持终端扫描病患的VeriChip所在部位，VeriChip上面的16位ID信息
24、及数据库中存储的病患治疗记录，会立刻显示在手持终端上。2008年10月，北京地坛医院北京地坛医院开始了其应用RFID的项目地坛医院追踪管理系统。主要应用在对人员、重要医疗设备以及医疗垃圾车三种对象的实时跟踪管理上。基于RFID的典型案例（三）的典型案例（三）可口可乐RFID 自动装饮料机 Freestyle Freestyle可采用RFID 技术来识别 30 多个调料桶，可提供 100 多种饮料。每种饮料都是由几种配料组成，当顾客下单时，机器将这些成分以适当的比例混合，并注入顾客的杯子里。Freestyle 配备有移动和有线以太网功能，可与可口可乐位于亚特兰大的 Freestyle SAP 数
25、据管理系统通讯，向公司提供商业分析，机器可以将消耗最多的饮料类型、时间和地点数据上传，还可以接收网络指令。举个例子，如果一个调料桶需要召回，网络指令机器立即停止出售含这种调料的饮料。基于传感网的典型案例（一）北京市朝阳区一氧化碳预警系统2009年取暖季期间，朝阳区在流动人口比较集中的崔各庄乡、十八里店乡发放并调试一氧化碳探测器3万只，开展出租房屋一氧化碳无线监测预警系统的试点部署。该系统通过在房屋内安装监控探测器和无线传输模块，对空气中的一氧化碳浓度进行24小时实时监控。一旦一氧化碳浓度超标，系统就自动报警，监控人员会在第一时间通知相关部门上门处理中毒事件。2010年春节期间，各监控中心共收到
26、一氧化碳浓度超标报警信息194例，所有报警全部按照既定流程进行了及时处置，通过防手段减少人防工作量，提高对一氧化碳中毒事件的防控水平，有效确保了百生安居乐业、社会安全稳定。基于传感网的典型案例（二）Nike+IPod套件2006年5月，耐克和苹果公司合作推出创新的Nike IPod系列产品，将运动与音乐完美结合起来。其中，包括一个内置于鞋中的传感器和一个与IPod连接的接收器。通过Nike IPod运动组件，就可以将Nike运动鞋与IPod nano连接，IPod就可以存储并显示运动的时间、距离、热量消耗值和步幅等数据。跑步后将IPOD与电脑相连开始同步，就可以完美地同步你的跑步和健身数据。该
27、产品甚至还有自己的社交网络：它可以自动发布状态消息。基于传感网的典型案例（二）Adidas miCoach PACER这是一套跑步装备，包括心律检测器和一个传感器（跟鞋配套），该装置可以用语音提示跑步者在跑步过程中保持目标心率。此外还有一个提供健身计划、设定目标、跟踪进度的支持网站。基于传感网的典型案例（三）农业监测管理温室环境信息采集和控制自动灌溉系统环境信息和动植物信息监测土壤水分监测物联网智能家电案例三网融合及物联网技术应用后，冰箱、电视、微波炉、洗衣机等电器将进入智能时代3月26日，海尔卡萨帝物联网冰箱在上海亮相。外观上，卡萨帝物联网冰箱搭载了一块液晶触摸屏，不仅可以播放音乐、图片、视
28、频短片，而且还可以上网获取互联网和嫁接在物联网上的各类信息，例如天气、超市货物储备等。海信推出了智能“蓝媒”冰箱，解决了不少家庭主妇的难题。她们可以通过冰箱上的液晶显示屏观看视频资料，还可以一边播放菜谱一边做菜，增加了都市女性下厨的乐趣。美的、海尔、松下等空调厂家推出的变频空调，能够自动感知人体温度，如果主人长时间不在，空调会自动关机。空调还具备多种舒适睡眠模式，开启后用户便可放心休息，空调自动进行智能室内控温。综合应用IBM:智慧的地球我们的地球将变得可感应可度量、互联互通、以及更加智能。世界所想，我们所能智慧的食品食品跟踪方案 IBM同挪威最大食品供应商Nortura附属的IT公司Mati
29、q从农场开始，贯穿供应链，直到超市货架，跟踪家禽和肉类产品。该食品跟踪方案将保证肉和禽类产品在供应链内保持最优状况。智慧的物流IBM和丹麦运输公司Container Centralen使用IBM传感器技术“让园艺植物的供应链参与者跟踪观察植物在欧洲40国内从种植者到批发商到零售商的运输过 程”。运输环节在配备传感器之后，可以让供应链参与者监视运送过程中的状况和天气，这使得运 输过程变得十分透明。智慧的城市、交通、银行、零售应用案例总结目前的物联网应用通过RFID，传感器等技术实现了一定范围内的“物-物”互联，距离庞大的物联网还有很大差距。欧洲EpoSS组织预测物联网的发展是一个漫长的过程，将经历四个阶段：2010年之前，物联网主要表现为RFID技术在物流、零售和制药领域的广泛应用20102015年，电子标签和传感器网络集成，实现物品之间的信息互联 20152020年，互联物品进入半智能化 2020年之后，逐渐进入全面智能化的物联网主要内容物联网概念的提出及发展物联网在世界范围内的发展状况物联网技术体系框架物联网标准体系物联网的应用范例总结总结物联网概念物联网研究在世界范围内如火如荼的展开物联网研究被列为我国未来网络发展的重要方向之一物联网技术是一种集成创新国家标准化协会正在积极制定物联网标准物联网应用潜力巨大物联网技术的发展需要您的参与谢谢！
