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1、第八章 物联网与智能家居在过去的几年，全世界都把目光投向一个新名词物联网。它原本只是ITU提出的一个默默无闻的概念，但随着2009年初美国在IBM的倡议下，将物联网正式引入美国国家战略，全球掀起了一场物联网热潮。欧盟、日韩、中国纷纷跟进，将物联网作为各自信息产业领域的国家级战略，物联网也有望成为继计算机、互联网之后信息产业的第三次革命。第一节 物联网的基本概念1.1 物联网的由来物联网概念最早出现于比尔盖茨1995年出版的未来之路一书。该书提出了“物-物”相联的物联网雏形，只是当时受限于无线网络、硬件级传感器设备的发展，未引起世人的注意。1998年，MIT创造性地提出了当时被称为EPC（Ele
2、ctronic Product Code）系统的“物联网”构想。1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念，主要建立在物品编码、射频识别技术和互联网的基础上。这时对物联网的定义很简单，主要是指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。也就是说，物联网是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的一种新技术。2005年，ITU在ITU互联网报告2005：物联网中，正式提出了“物联网”的概念。该报告指出，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互联网主动进行交换。射频识别技术、传感器技术、智能嵌入式技术将得到更
3、加广泛的应用。2008年3月在苏黎世举行了全球首个国际物联网会议“物联网2008”，探讨了“物联网”的新理念和新技术，以及如何推动“物联网”的发展。2009年1月，奥巴马就任总统后，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了“智慧地球”的概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施，并阐明了其短期和长期效益。奥巴马给予了积极回应：“经济刺激资金将会投入到宽带网络等新兴技术中去，毫无疑问，这就是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式”。2009年8月7日温家宝总理在无锡微纳传感网工程技术研发中心视察并发表重要讲话，“在传感网发展中，要早一点谋划
4、未来，早一点攻破核心技术”，提出了“感知中国”的理念，这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。2009年9月11日，“传感器网络标准工作组成立大会暨感知中国高峰论坛”在北京举行，会议提出了传感网发展的一些相关政策。2009年11月12日，中国移动与无锡市人民政府签署“共同推进TD-SCDMA与物联网融合”战略合作协议，中国移动将在无锡成立中国移动物联网研究院，重点开展TD-SCDMA与物联网融合的技术研究与应用开发。2010年初，我国正式成立了传感（物联）网技术产业联盟。同时，工信部也宣布将牵头成立一个全国推进物联网的部际领导协调小组，以加快物联网产业化进程。2010年3
5、月2日，上海物联网中心正式揭牌。更为重要的是，温家宝总理在2010政府工作报告中明确指出：“要大力发展新能源、新材料、节能环保、生物医药、信息网络和高端制造产业。积极推进新能源汽车、“三网”融合取得实质性进展，加快物联网的研发应用；加大对战略性新兴产业的投入和政策支持。”1.2 物联网的不同定义由于物联网概念出现不久，其内涵还在不断发展、完善。目前，对于“物联网”这一概念的准确定义尚未形成比较权威的表述。1、 物联网的定义关于物联网比较准确的定义是：物联网是通过各种信息传感设备及系统（传感网、射频识别系统、红外感应、激光扫描器等）、条码与二维码、全球定位系统，按约定的通信协议，将物与物、人与物
6、、人与人连接起来，通过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。这个定义的核心是，物联网的主要特征是每一个物件都可以寻址，每一个物件都可以控制，每一个物件都可以通信。物联网的上述定义包含了以下三个主要含义：（1） 物联网是指对具有全面感知能力的物体及人的互联集合。两个或两个以上物体如果能交换信息即可以称为物联。使物体具有感知能力需要在物品上安装不同类型的识别装置，如电子标签、条码与二维码等，或通过传感器、红外传感器等感知其存在。同时，这一概念也排除了网络系统中的主从关系，能够自组织。（2） 物联必须遵循约定的通信协议，并通过相应的软、硬件实现、互联
7、物品要互相交换信息，就需要实现不同系统中的实体的通信。为了成功地通信，它们必须遵守相关的通信协议，同时需要相应的软件、硬件来实现这些规则，并可以通过现有的各种接入网与互联网进行信息交换。（3） 物联网可以实现对各种物品（包括让你）进行智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能。也就是说，物联网是指通过接口与各种无线接入网相连，进而联入互联网，从而给物体赋予智能，可以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体相互间的沟通和对话，即对物体具有全面感知能力，对数据具有可靠传送和智能处理能力的连接物与物的信息网络。2、 有关物联网的其他定义目前，存在着物联网、传感网和泛在网络等相关概念，而且对于支持
8、人与人、人与物、物与物广泛互联，实现人与客观世界的全面信息交换的全新网络如何命名，也存在着物联网、传感器、泛在网三个概念之争。以下是关于物联网比较有代表性的几种表述。（1）麻省理工学院（MIT）最早提出的物联网概念。早在1999年，MIT的Auto-ID研究中心首先提出：把所有物品通过射频识别（RFID）和条码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。这种表述的核心是RFID技术和互联网的综合应用。RFID标签是早期物联网最为关键的技术与产品，当时认为物联网最大规模、最有前景的应用就是在零售和物流领域。利用RFID技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别、互联与信息资源共享
9、。（2）国际电信联盟（ITU）对物联网的定义。2005年，ITU在“The Internet of Things”报告中对物联网概念进行了扩展，提出了任何时刻、任何地点、任意物体之间的互联，无所不在的网络和无所不在的计算的发展愿景，如图1所示。图1显示：物联网是在任何时间、环境，任何物品、人、企业、商业，采用任何通信方式（包括汇聚、连接、收集、计算等），以满足所提供的任何服务的要求。按照ITU给出的这个定义，物联网主要解决物品到物品（Things to Things，T2T）、人到物品（Human to Things，H2T）、人到人（Human to Human，H2H）之间的互联。图1 I
10、TU物联网示意图（3）欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）报告对物联网的阐释。2008年5月27日，欧洲智能系统集成技术平台在其发布的报告Internet of Things in 2020中，分析预测了物联网的发展趋势。该报告认为：由具有标识、虚拟个性的物体/对象所组成的网络，这些标识和个性等信息在智能空间使用智慧的接口与用户、社会和环境进行通信。显然，对物联网的这个阐释说明RFID和相关的识别技术是未来物联网的基石，并侧重于RFID的应用及物体的智能化。（4）欧盟第7框架下RFID和物联网研究项目组对物联网的解释。欧盟第7框架下RFID和物联网研究项目组对RFID和物联网进行了比较系统的
11、研究后，在其2009年9月15日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。（5）工业和信息化部和江苏省联合向国务院上报的报告中的定义。工业和信息化部和江苏省联合向国务院上报的关于支持无锡建设国家传感器创新示范区（国家传感网信息中心）情况的报告中指出。物联网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突出特征是通过各种感知方式来获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等进行信息的传递与交
12、互，再采用智能技术对信息进行分析处理，从而提升人们对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。总而言之，通过以上对物联网的几种表述可知，“物联网”的内涵起源于由RFID对客观物体进行标识并利用网络进行数据交换这一概念，不断扩充、延展、完善而逐步形成，并且还在丰富、发展、完善之中。1.3 物联网的基本特征尽管关于物联网的定义众说纷纭，但人们对物联网应该具备的核心要素归纳为“感知、传输、智能、控制”8个字。也就是说，物联网具有以下4个属性：（1）全面感知：利用RFID、传感器、二维码等智能感知设施，可随时随地感知、获取物体的信息；（2）可靠传输：通过各种电信网络与计算机网络的融合，将物体的信息实
13、时准确地传送到目的地；（3）智能处理：利用数据融合及处理、云计算等各种计算技术，对海量的分布式数据信息进行分析、融合和处理，向用户提供信息服务；（4）自动控制：利用模糊识别等智能控制技术对物体实施智能化控制和利用。最终形成物理、数字、虚拟世界和社会共生互动的智能社会1.4 物联网的发展近年来全球主要发达国家和地区均十分重视物联网的研究，纷纷抛出相关信息化战略。韩国于2002年4月提出了e-Korea（电子韩国）战略；日本于2004年提出“u-Japan”计划；新加坡于2006年6月提出了“智慧国2015”蓝图；IBM于2008年底向美国政府提出了“智慧地球”战略；欧盟于2009年6月启动了“物
14、联网行动计划”；2009年8月，温家宝总理提出了“感知中国”等，这些都是利用各种信息技术来突破互联网的物理限制，以大规模的实现物联网络。目前，各国正处于技术研发阶段，投入巨资深入研究物联网。根据2008年3月欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）在Internet of Things in 2020报告中分析预测，未来物联网的发展将经历4个阶段：2010年之前，RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域；2010年-2015年实现物体互联；2015年-2020物体进入半智能化；2020年之后，物体进入全智能化。1、智慧地球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
15、桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM公司首席执行官彭明盛首次提出了“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。2009年2月24日，IBM公司大中华区首席执行官钱大群在2009 IBM论坛上公布了名为“智慧地球”的最新策略。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。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中，具体地说，就是把传感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。然后将物联网与互
16、联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。IBM公司认为建设“智慧地球”需要3个步骤：第一，各种创新的感应科技开始被嵌入到各种物体和设施中，从而令物质世界被极大程度的数据化；第二，随着网络的高度发达，人、数据和各种事物都将以不同方式被接入网络；第三，先进的技术和超级计算机可以对大量的数据进行整理、加工和分析，将数据转化为实在的信息和消息，并帮助人们做出正确的行动决策。该战略预言，“智慧地球”能够带来长短兼顾的良好效益，尤其是在当前的局势下，对于美国经济甚至世界经济走出困境具有重大意义。在短期经济刺激方面，首先该战略要求政府投资于诸如智能铁路、智能高速路、智能电网等基础设施，能够刺激短期经济增长，创造大量就业机会；其次，新一代智能基础设施将为未来的科技创新开拓巨大的空间，有利于增强国家的长期竞争力；第三，能够提高对于有限的资源与环
