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1、 物联网的技术与应用专业技术人员继续教育汇总大全1.1概念物联网被业界普遍认为是继计算机、互联网之后，引领世界信息产业革命的第三次浪潮。但是目前，物联网还没有一个精确公认的定义。首先，关于物联网的理论体系学术界还在研究中，对其本质的认识还有待深入；其次，物联网与互联网、移动通信网络、无线传感网都密切相关，不同领域的研究者理解和认识物联网的立足点各异，尚未达成完全共识。以下列举了一些权威机构对物联网的定义：维基百科中关于物联网的定义是：一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。国际电信联盟（ITU）对物联网做了如下定义：通过二维码识读设备、射频
2、识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统和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，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。欧盟第七框架下RFID和物联网研究项目组发布的研究报告中指出：物联网是未来互联网的一个组成部分，可以定义为基于标准的和交互通信协议的且具有自配置能力的动态全球网络基础设施，在物联网内物理的和虚拟的“物件”具有身份、物理属性、拟人化等特征，它们能够被一个综合的信息网络所连接。此外，还有两个经常与物联网相提并论的概念：M2M和CPS。M2M是MachinetoMachine的简称，即“机器对机器”，也有人理解为人对
3、机器（MantoMachine）、机器对人（MachinetoMan）等，旨在通过通信技术来实现人、机器和系统三者之问的智能化、交互式无缝连接 。M2M通信与物联网的核心理念一致，不同之处是物联网的概念、所采用的技术及应用场景更宽泛。而M2M则聚焦在无线通信网络应用上，是物联网应用的一种主要方式。CPS是Cyber Physical System的简称，常被译为信息物理融合系统或人机物融合系统。CPS是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C技术，即计算（Computation）、通信（Communication）和控制（Control）的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时
4、感知、动态控制和信息服务。通过计算、通信与物理系统的一体化设计，以使系统更加可靠和高效。美国总统的科学技术咨询委员会（PCAST）在2007年8月发布的咨询报告中，明确建议把CPS作为美国联邦政府研究投入最高优先级的课题，由此启动了美国高校和研究机构的CPS研发热潮。对照物联网和CPS的定义，可以认为CPS是物联网的专业称呼，侧重于物联网内部的技术内涵；而物联网是CPS的通俗称呼，侧重于CPS在日常生活中的应用。从专业角度看，CPS提供了物联网研究和开发所需的理论和技术内涵；从应用角度看，物联网提供了CPS未来应用的一个直观画面，更加适合于普及CPS方面的科学知识。物联网与CPS是虚拟世界与物
5、理世界融合的不同侧面。虽然上述对物联网及其相关概念的描述不尽相同，但是综合起来，不难发现物联网的三个基本特征，即物理对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化。通俗地说，就是物联网上的每个物件可以被寻址，每个物件都可以通信，每个物件都可以被控制。如果说互联网实现了人与人、人与信息、人与系统的融合，那么物联网则进一步实现了人与物、物与物的融合，使人类对物理世界具有更透彻的感知能力、更全面的认识能力和更智慧的处理能力。1.2起源与发展物联网智能感知和计算的理念最早可以追溯到泛在计算的提出。泛在计算，或称为普适计算或环境智能，由前施乐帕克研究中心的首席科学家马克维瑟在20世纪80年代后期提出。他认为
6、计算机技术的发展趋势是计算和环境融为一体，而计算机本身则从人们的视线里消失。在泛在计算环境中，人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理，而这个过程是在计算设备的帮助下高度自动化完成的。物物相连的理念可以追溯到1995年比尔盖茨的未来之路一书。比尔盖茨在书中设想了物联网时代的部分场景，但是受限于当时无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起世人的重视。1998年，美国麻省理工学院（MIT）创造性地提出了当时被称作EPC系统的物联网构想。1999年，美国AutoID中心首先提出“物联网”的概念，主要是建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上。那时的物联网概念仅限于物流追踪和优
7、化物流供应链。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2005：物联网，正式提出了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。欧洲智能系统集成技
8、术平台（EPoSS）于2008年在题为物联网2020的报告中分析预测了未来物联网的发展阶段。2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。奥巴马对此给予了积极回应。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网。这一构想后来上升至美国国家战略，并在世界范围内引起轰动。2009年6月欧
9、盟执委会发布了以物联网欧洲行动计划为题的物联网行动方案，给出了未来515年欧盟物联网发展的基础性方针和实施策略。2009年7月，日本政府IT战略本部发布了面向2015年的“iJapan”信息技术战略规划，该战略旨在到2015年让数字信息技术如同空气和水一般融入每一个角落，聚焦电子政务、医疗保健和人才教育三大核心领域，激活产业和地域的活性并培育新产业，整顿数字化基础设施。2009年，韩国通信委员会出台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，目标是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。2009年8月7日温家宝总理在无锡微纳传感网工程技
10、术研发中心视察并发表重要讲话，提出了“感知中国”的战略构想，表示中国要抓住机遇，大力发展物联网技术。2009年11月3日，温家宝总理向首都科技界发表了题为让科技引领中国可持续发展的讲话，再次强调科学选择新兴战略性产业非常重要，并指示要着力突破传感网、物联网关键技术。2012年2月14日，国家工业和信息化部正式发布了物联网“十二五”发展规划。各国政府高层的一系列举动标志着政府对物联网产业的关注和支持力度已提升到国家战略层面。美国权威咨询机构FORRESTER预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到301。因此，物联网被称为是下一个万亿级的通信业务。1.3关键技术物
11、联网是一个非常庞大、复杂的系统，涵盖了众多技术、众多行业、众多领域。物联网有别于互联网，互联网的主要目的是构建一个全球性的计算机通信网络，而物联网则是从应用出发，利用互联网、无线通信技术进行业务数据的传送，并综合利用感知识别技术、信息处理技术和自动控制技术实现其对物理世界感、传、知、控的目标。类似于将互联网分层解构的学习方法，我们首先也会给出物联网的一般体系结构，然后逐一介绍每一层次的功能和关键技术，使读者对物联网技术有一个从宏观到微观的认识。1.3.1体系结构根据信息采集、传输、处理和应用这条主线，可以把物联网看作一个4层模型：感知识别层、网络层、管理服务层和应用层，每一层对应的关键技术如图
12、1-1所示。下面分别介绍这4个层次的功能和关键技术。图1-1物联网体系结构1.3.2感知识别层通过感知识别技术，让物品“开口说话、发布信息”，是融合物理世界和信息世界的重要一环，也是物联网区别于其他网络的最独特的部分。感知识别层包括条码、RFID、传感器节点、GPS、各种智能设备等。条码、RFID等可以实现物品的识别和管理。传感器节点上集成了各种类型的微型传感器，可以对物品性质、环境状态、行为模式等信息开展长期、大规模、实时的采集。GPS可以感知人或物品的位置信息，提供与位置相关的服务。近年来层出不穷的智能设备，如智能手机、智能电视、可穿戴设备等，集成了多种传感器，并同时具备联网功能，丰富了物
13、联网终端。信息生成方式多样化是物联网感知层的重要特征。感知与识别技术将在第二章具体展开介绍。1.3.3网络层网络是物联网最重要的基础设施之一。网络层在物联网四层模型中连接感知识别层和管理服务层，具有纽带作用，它负责向上层传输感知信息和向下层传输命令。如图1-1所示，互联网以及下一代互联网（包括IPv6技术）是物联网的核心网络，处在边缘的各种无线网络则提供随时随地的接入服务。其中，无线广域网（WWAN）包括现有的移动通信网络及其演进技术（3G、4G、LTE等），提供广阔范围内连续的网络接入服务；无线城域网（WMAN）包括现有的WiMAX技术（对应IEEE 802.16标准系列），提供城域范围的高
14、速数据传输服务；无线局域网（WLAN）包括广为流行的WiFi技术（对应IEEE 802.11标准系列），为局部范围（家庭、校园、餐厅等）的用户提供网络接入；无线个域网（WPAN）包括蓝牙、IEEE 802.15.4/Zigbee等通信技术，提供低功耗、低传输速率、短距离的无线通信，一般用于个人电子产品互联和工业设备控制领域。各种类型的无线网络适用于不同的环境，它们相互补充、协同工作，为物联网提供了有力的通信和组网技术支持，是实现物物相连的重要保障。通信与组网技术将在第三章具体展开讨论。1.3.4管理服务层管理服务层主要解决数据如何存储、如何被检索、如何挖掘出有用信息、如何保障安全和隐私等问题。
15、涉及的关键技术包括海量数据存储、检索、数据挖掘、智能决策、信息安全和隐私保障等。简而言之，管理服务层就是把收集到的信息进行有效整合和利用，这个层面往往就是物联网的精髓所在。感知识别层生成的大量数据经过网络层传输汇聚，在管理服务层需要大范围的支撑平台以支持海量数据的处理。云计算是一种可提供动态可伸缩虚拟化资源的商业化计算模式，将管理服务层架构在云计算平台之上，可以将大规模数据高效、可靠地组织起来，既能够降低初期成本，又能够解决物联网海量数据的存储和计算问题，为上层行业应用提供各种保障。因此，云计算平台是为物联网实现规模化应用的重要支撑。管理与服务相关技术将在第四章具体介绍。1.3.5应用层物联网
16、丰富的内涵催生出更加多样化的外延应用。传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心的转化，典型应用包括文件传输、电子邮件、万维网、电子商务、视频点播、在线游戏和社交网络等，而物联网应用以“物”或者物理世界为中心，涵盖的应用更加广泛，包括物流监控、远程医疗、精准农业、污染监控、智能电网、智能交通、智能家居等。一言以蔽之，物联网应用目前正处于快速增长期，具有多样化、规模化、行业化等特点。这些所谓的智能，其实正是基于感知识别层收集到的、网络层传输的、管理服务层挖掘利用的信息，然后再把特定信息反馈给基层物体完成指定命令以实现的。物联网的典型应用案例将在第五章具体展开讨论。1.4应用前景物联网能有效整合通信基础设施和行业基础设施资源，使信息通信基础设施资源服务于各个行业的业务系统，提高各个行业的信息化
