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1、物联网的技术与应用物联网技术与应用毕 业 设 计（论 文）题 目： 姓 名： 学 号： 专 业： 指导教师： 2012 年 5 月 6 日目录摘要1第一章 物联网简介及发展历程21.1 什么是物联网21.2 物联网的发展历程21.3 物联网的网络架构4第二章 物联网关键技术52.1 RFID技术52.2 传感器技术62.3 纳米技术82.4 智能嵌入（Embedded Intelligence）技术9第三章 物联网的典型应用103.1 智能交通103.2 智能医疗123.3 智能物流143.4 智能家居15第四章 物联网发展存在的问题184.1网络信息安全184.2缺乏应用的统一标准184.3
2、亟待掌握核心技术184.4商业模式尚未成熟184.5管理平台的建设19第五章 我国物联网发展的前景展望205.1物联网列入国家发展战略 政府高度重视205.2物联网在高校的发展205.3十大城市“十二五”规划全面布局物联网21参考文献22摘要物联网作为一种新的网络形式，相关理论研究和实践应用正在探索过程中。本文介绍了物联网的概念，给出了基于智能物体层、数据传输层、信息关联层、应用服务层的物联网四层体系架构，最后探讨了物联网在实现过程中所面临的问题和挑战。关键词：物联网，RFIDABSTRACTContent networking as a new network form, the relev
3、ant theories and practice is in the process of exploration. This paper introduces the content of the concept of network, and gives the objects based on intelligence layer, data transmission layer, information association layer, application service layer thing four layers structure of the network, an
4、d finally discusses the content in the process of implementing the system network in the facing problems and challenges. Keywords: things networking, RFID 第一章 物联网简介及发展历程1.1 什么是物联网 目前在国际上对于物联网尚没有一个公认的定义，比较广泛的解释是，物联网是指将各种信息传感设备，如无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Network）节点、射频识别（RFID，Radio Frequency Identifi
5、cation）装置、红外感应器、移动手机、PDA、全球定位系统（GPS，Global Positioning System）、激光扫描器等各种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。在这个网络中，物品变得“有感觉，有思想”，能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质就是将传感器等装置嵌入物体并进行联网以最终接入互联网，通过使物体具有“智慧”，从而延伸人类感知、控制外部世界的能力。 1.2 物联网的发展历程 早在1999年，美国麻省理工学院在建立“自动识别中心”时就前瞻性地提出了“万物均可通过网络互联”的观点，物联网（IOT，The Internet of Things）的概念由此产生。 2
6、005年11月17日，国际电信联盟（ITU，International Telecommunication Union）在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS，World Summit on the Information Society）上，发布了ITU互联网报告2005：物联网（ITU Internet Report 2005: The Internet of Things）。在这份报告中，ITU指出无所不在的物联网通信时代即将来临，泛在通信（Ubiquitous Communication）的形式已经从短距离的移动收发设备扩展到长距离的设备和日常用品，从而促成了人和人、物和物之间的新的
7、通信形式的诞生。信息技术和通信技术的世界中加入了新的维度：由过去的任何人（anyone）之间在任何时间（anytime）、任何地点（any place）的信息交换，发展成了任何物体（anything）之间、任何人之间在任何时间、任何地点的信息交换。 图11 信息交换维度图（ITU发布） 2008年11月，IBM董事长兼CEO彭明盛（Palmisano）在纽约召开的外国关系理事会上，正式提出“智慧地球”（Smart Planet）。IBM指出，世界的基础结构正在朝着“智慧”的方向发展，联网对象即构成物联网的车辆、设备、摄像头、车道、管道等的数量正在迈向一万亿大关。“智慧地球”战略提出要将传感器嵌
8、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，形成所谓物联网，再通过超级计算机和云计算将物联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。2009年01月28日，奥巴马总统在和工商领袖举行的圆桌会议上，对IBM提出的“智慧地球”概念给予积极回应。其中，要形成智慧型基础设施物联网，已被美国人认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。 2009年08月07日，温家宝总理在无锡新区调研时，深入阐述了感知中国、智慧中国的新理念，对无锡市微纳传感网工程技术研究中心给予高度关注，并提出了“把传感网络中心设在无锡、辐射全国”的想法。温家宝总理指出“在传感网发展
9、中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”，“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫感知中国中心”。11月03日上午，温家宝总理又在人民大会堂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，讲话中指出，未来要着力突破传感网、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”。这清晰地指明物联网已经上升为国家战略，其相关技术将得到大力发展。 1.3 物联网的网络架构 图12 物联网架构图在物联网的网络结构中，包括四个层次： 最底层是传感器网络层，即以传感器、RFID以及各种手机、PDA等机器终端
10、为主，完成对底层信息的全面感知和采集功能； 第二层是传输网络层，即通过现有的互联网、广电网络、无线通信网等网络，实现数据的汇聚和传输功能； 第三层是中间件层，通过构建中间件来屏蔽各类传输网络的差异性，为上层应用提供统一的数据调用接口，同时对传输网络层汇聚上来的信息进行理解、推理和决策； 最上层是应用和服务层，即通过对调用数据的处理和解决方案来管理和控制手机、PC等终端设备，实现人们所需要的应用服务；或者与行业专业技术深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化。第二章 物联网关键技术ITU在ITU互联网报告2005：物联网报告中预测RFID技术、传感器技术、纳米技术和智能嵌入技术将在物联网时代得到
11、更加广泛的应用。 2.1 RFID技术 RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）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，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID的基本组成部分如下：（1）标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；（2）阅读器（Reader）：读取（有时也可以写入）标签信息的设备，可设计为移动式或固定式；（3）天线（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。 图21 RFID基本组成图 RFID技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收到
12、阅读器发出的射频信号，无源标签或被动标签（Passive Tag）凭借射频电磁波束中所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，有源标签或主动标签（Active Tag）则主动发送某一频率的信号；阅读器读取信息并解码后，将信息送至中央信息系统进行相关数据处理。 RFID的关键技术如下： （1）标签的能量供应 有源标签自带电池，用于给数据载体供电。而无源标签工作所需能量则从射频电磁波束中获取，和有源射频识别系统相比，无源系统需要较大的发射功率，射频电磁波在标签上经射频检波、倍压、稳压、存储电路处理，转化为标签工作所需的工作电压。 （2）标签到阅读器的数据传输 标签回送到阅读器的数据传输方式可归结为
13、三类： （a）利用负载调制的反射或反向散射方式（反射波的频率与阅读器的发送频率一致）； （b）利用阅读器发送频率的次谐波传送标签信息（标签反射波与阅读器的发送频率不同，为其高次谐波（n倍）或分谐波（1/n倍）； （c）其它形式。 （3）数据传输的完整性与安全性 由于数字信号在传输的过程中会受到干扰，故其传输至接收端可能发生误判，为保证数据的完整性，可以使用校验和法来识别传输错误并进行校正，最常用的是奇偶校验法以及冗余校验法。在与安全相关的领域，例如出入系统、售票系统越来越多地应用射频识别系统，在数据传输的过程中难免不受到攻击，因此必须采取一定的防范措施保证数据安全，例如可以通过在阅读器与标签之
14、间建立密钥来对要传输的数据进行加密，达到安全的目的。 （4）多目标识别技术（反碰撞算法） 当阅读器信号作用范围内存在多个标签，同一时刻有两个或两个以上的标签向阅读器返回信息时，将产生冲突。解决冲突的算法称为反碰撞算法。传统无线电技术（如通信卫星、移动电话网）已有空分多路法、频分多路法、时分多路法以及码分多路法来解决类似问题。但在射频识别系统中，由阅读器和标签构成的无线网络有以下特征： （a）规模：每个阅读器工作区域内可能存在大量标签； （b）体积：标签附着在各种商品上，体积不能太大； （c）成本：粘贴标签的商品本身价值可能很低，所以标签的成本不能太高； （d）通信量：标签内包含的信息量很少，阅
15、读器与标签间的通信时间很短。 所以解决射频识别技术标签冲突的反碰撞算法存在与传统无线电技术不同之处。现有的反碰撞算法主要是ALOHA算法、分隙ALOHA算法、二进制搜索算法等。 2.2 传感器技术 传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其它装置或器官。国家标准GB766587对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。根据传感器工作原理，可将其分为三大类： （1）物理传感器 物理传感器应用某些物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应，将被测信号量的物理量转换成便于处理的电信号。 （2）化学传感器 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电
