物联网技术及其应用

IT·服务·创新物聯網技術及其應用2010.08IT·服务·创新物聯網概述物聯網架構EPC物聯網核心技術物聯網應用糧食倉儲物聯網建設思路物聯網技術及其應用IT·服务·创新物聯網（IOT）的起源1998年，美國麻省理工大學（MIT）的Sarma、Brock、Siu創造性地提出將資訊互聯網路技術與RFID技術有機地結合，即利用全球統一的物品編碼（EPC，ElectronicProductCode）作為物品標識，利用RFID實現自動化的“物品”與Internet的聯接，無需借助特定系統，即可在任何時間、任何地點、實現對任何物品的識別與管理。1999年，由美國統一代碼委員會（UCC）吉列和寶潔等組織和企業共同出資，在美國麻省理工大學成立Auto-IDCenter，在隨後的幾年中，英國、澳大利亞、日本、瑞士、中國、韓國等國的6所著名大學相繼加入Auto-IDCenter，對“物聯網”相關研究實行分工合作，開展系統化研究，提出最初物聯網系統構架：•射頻標籤•識讀器•Savant軟體•物件名稱解析服務（ONS）•實體標記語言伺服器（PML-Server）2003年11月1日，國際物品編碼組織（GS1）出資正式接管EPC系統，並組成EPCGlobal進行全球推廣與維護。與此同時，原6所大學的AUTO-ID實驗室轉到EPCGlobal下的技術組，作為EPC實驗室，繼續對EPC系統的應用提供技術支援，提出物聯網系統架構：•EPC編碼•EPC標籤•讀寫器•中介軟體•物件名稱解析服務（ONS）•EPC資訊服務（EPCIS）IT·服务·创新物聯網（IOT）的定義早在1995年，比爾·蓋茨在《未來之路》一書中就已經提及物聯網概念。但是，“物聯網”概念的真正提出是在1999年，由EPCglobal的Auto-ID中心提出，被定義為：把所有物品通過射頻識別等資訊傳感設備與互聯網連接起來，實現智慧化識別和管理。2005年，國際電信聯盟（ITU）正式稱“物聯網”為“TheInternetofthings”，並發表了年終報告《ITU互聯網報告2005：物聯網》。報告指出，無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過網際網路主動進行交換；並描繪出“物聯網”時代的圖景：當司機出現操作失誤時汽車會自動報警；公事包會提醒主人忘帶了什麼東西；衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求等等。現在較為普遍的理解是，物聯網是將各種資訊傳感設備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統、鐳射掃描器等種種裝置與互聯網結合起來而形成的一個巨大網路。通過裝置在各類物體上的電子標籤（RFID）、感測器、二維碼等經過介面與無線網路相連，從而給物體賦予智慧，可以實現人與物體的溝通和對話，也可以實現物體與物體互相間的溝通和對話。IT·服务·创新廣義的物聯網涵義利用條碼、射頻識別（RFID）、感測器、全球定位系統、鐳射掃描器等資訊傳感設備，按約定的協定，實現人與人、人與物、物與物的在任何時間、任何地點的連接（anything、anytime、anywhere），從而進行資訊交換和通訊，以實現智慧化識別、定位、跟蹤、監控和管理的龐大網路系統。普適計算泛在網路物聯網RFID感測器網路IT·服务·创新•IBM提出的“智慧地球”概念（建議政府投資新一代的智慧型基礎設施）已上升至美國的國家戰略。該戰略認為IT產業下一階段的任務是把新一代IT技術充分運用在各行各業之中，具體地說，就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋樑、隧道、公路、建築、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中，並且被普遍連接，形成“物聯網”。2008年-美國智慧地球•物聯網行動計畫。具體而務實，強調RFID的廣泛應用，注重資訊安全。2009年6月，歐盟委員會向歐盟議會、理事會、歐洲經濟和社會委員會及地區委員會遞交了《歐盟物聯網行動計畫》（InternetofThings-AnactionplanforEurope），以確保歐洲在建構物聯網的過程中起主導作用。行動計畫共包括14項內容，主要有管理、隱私及資料保護、“晶片沉默”的權利、潛在危險、關鍵資源、標準化、研究、公私合作、創新、管理機制、國際對話、環境問題、統計資料和進展監督等一系列工作。2009年-歐盟物聯網行動•i-Japan戰略。在u-Japan的基礎上，強調電子政務和社會資訊服務應用。2004年，日本資訊通信產業的主管機關總務省（MIC）提出2006～2010年間IT發展任務——u-Japan戰略。該戰略的理念是以人為本，實現所有人與人、物與物、人與物之間的連接，即所謂4U=ForYou（Ubiquitous,Universal,User-oriented,Unique），希望在2010年將日本建設成一個“實現隨時、隨地、任何物體、任何人（anytime,anywhere,anything,anyone）均可連接的泛在網路社會”。2009年-日本i-Japan戰略•繼日本提出u-Japan戰略後，韓國也在2006年確立了u-Korea戰略。u-Korea旨在建立無所不在的社會（ubiquitoussociety），也就是在民眾的生活環境裡，布建智慧型網路（如IPv6、BcN、USN）、最新的技術應用（如DMB、Telematics、RFID）等先進的資訊基礎建設，讓民眾可以隨時隨地享有科技智慧服務。其最終目的，除運用IT科技為民眾創造食衣住行育樂各方面無所不在的便利生活服務，亦希望扶植IT產業發展新興應用技術，強化產業優勢與國家競爭力。2009年-韓國u-Korea戰略•感知中國。2009年8月7日家寶總理在無錫考察時提出要儘快建立中國的傳感資訊中心或者叫“感知中國”中心。2009年-中國感知中國各國物聯網戰略或計畫IT·服务·创新•經濟長波理論：每一次的經濟低谷必定會催生出某些新的技術，而這種技術一定是可以為絕大多數工業產業提供一種全新的使用價值，從而帶動新一輪的消費增長和高額的產業投資，以觸動新經濟週期的形成。•過去的10年間，互聯網技術取得巨大成功。目前的經濟危機讓人們又不得不面臨緊迫的選擇，物聯網技術成為推動下一個經濟增長的特別重要推手。經濟危機下的推手•隨著微電子技術的發展，涉及人類生活、生產、管理等方方面面的各種感測器已經比較成熟。例如常見的無線感測器（WSN）、RFID、電子標籤等。傳感技術的成熟•目前，隨著網路接入多樣化、IP寬頻化和電腦軟體技術的飛躍發展，基於海量資訊收集合分類處理的能力大大提高。網路接入和資訊處理能力大幅提高物聯網（IOT）提出的背景IT·服务·创新十五年週期定律1965年前後發生的變革以大型機為標誌，1980年前後以個人電腦的普及為標誌，1995年前後則發生了互聯網革命。2010年前後？物聯網？IBM前首席執行官郭士納提出一個重要的觀點：計算模式每隔15年發生一次變革。每一次這樣的技術變革都引起企業間、產業間甚至國家間競爭格局的重大動盪和變化。而互聯網革命一定程度上是由美國“資訊公路”戰略所催熟。IT·服务·创新從Internet到IOTIT·服务·创新物聯網（IOT）的特徵全面感知可靠傳輸智慧處理感知傳輸智能利用RFID、感測器、二維碼等能夠隨時隨地採集物體的動態信息。通過網路將感知的各種資訊進行即時傳送。利用電腦技術，及時地對海量的資料進行資訊控制，真正達到了人與物的溝通、物與物的溝通。IT·服务·创新物聯網（IOT）的特徵全面感知可靠傳輸智慧處理感知傳輸智能利用RFID、感測器、二維碼等能夠隨時隨地採集物體的動態信息。通過網路將感知的各種資訊進行即時傳送。利用電腦技術，及時地對海量的資料進行資訊控制，真正達到了人與物的溝通、物與物的溝通。IT·服务·创新物聯網（IOT）結構示意圖IT·服务·创新IOT基本理論模型智慧卡條碼二維碼GPS感測器技術閘道設備近距離通信網際網路跟蹤定位高速數據網路IT·服务·创新智慧星球IT·服务·创新感知中國1999年•中國開始傳感網研究。2009年8月7日•溫家寶在無錫視察中科院“物聯網”技術研發中心時指出，要儘快突破核心技術，把傳感技術和TD的發展結合起來。2009年8月24日•王建宙訪台期間解釋了“物聯網”概念。2009年9月11日•“感測器網路標準工作組成立大會暨”感知中國’高峰論壇”在北京舉行，會議提出傳感網發展相關政策。2009年9月14日•在中國通信業發展高層論壇上，中國移動總裁王建宙高調表示：“物聯網”商機無限，中國移動將以開放的姿態，與各方竭誠合作。2009年10月11日•工業和資訊化部部長李毅中部長在科技日報上發表題為《我國工業和資訊化發展的現狀與展望》的署名文章，首次公開提及傳感網路，並將其上升到戰略性新興產業的高度，指出資訊技術的廣泛滲透和高度應用將催生出一批新增長點。2009年11月3日•溫家寶總理在人民大會堂向首都科技界發表了題為“讓科技引領中國可持續發展”的講話，首度提出發展包括新能源、新材料、生命科學、生命醫藥、資訊網路、海洋工程、地質勘探等七大戰略新興產業的目標，並將”物聯網”併入資訊網路發展的重要內容，並強調資訊網路產業是世界經濟復蘇的重要驅動力。而在《國家中長期科學與技術發展規劃(2006－2020年)》和“新一代寬頻移動無線通訊網”重大專項中均將傳感網列入重點研究領域。中國物聯網發展IT·服务·创新面臨五個主要技術問題（1）技術標準問題世界各國存在不同的標準。中國資訊技術標準化技術委員會於2006年成立了無線感測器網路標準專案組。2009年9月，感測器網路標準工作組正式成立了PG1(國際標準化)、PG2(標準體系與系統架構)、PG3(通信與資訊交互)、PG4(協同資訊處理)、PG5(標識)、PG6(安全)、PG7(介面)和PG8(電力行業應用調研)等8個專項組，開展具體的國家標準的制定工作。（2）安全問題資訊採集頻繁，其資料安全也必須重點考慮。（3）協議問題物聯網是互聯網的延伸，在物聯網核心層面是基於TCP/IP，但在接入層面，協議類別五花八門，GPRS/CDMA、短信、感測器、有線等多種通道，物聯網需要一個統一的協定棧。（4）IP位址問題每個物品都需要在物聯網中被定址，就需要一個位址。物聯網需要更多的IP地址，IPv4資源即將耗盡，那就需要IPv6來支撐。IPv4向IPv6過渡是一個漫長的過程，因此物聯網一旦使用IPv6地址，就必然會存在與IPv4的相容性問題。（5）終端問題。物聯網終端除具有本身功能外還擁有感測器和網路接入等功能，且不同行業需求千差萬別，如何滿足終端產品的多樣化需求，對運營商來說是一大挑戰。IT·服务·创新物聯網概述物聯網架構EPC物聯網核心技術物聯網應用糧食倉儲物聯網建設思路物聯網技術及其應用IT·服务·创新物聯網的體系架構IT·服务·创新物聯網的體系架構應用層•應用層是構建在物聯網技術架構之上的應用系統，包括商業貿易、物流、農業、軍事等等不同的應用系統。網路層•網路層，即進行資訊交換的通信網路，包括有Internet、WIFI網以及無線通訊網路等網路。資訊採集層•資料獲取指通過包括條碼、射頻識別、無線感測器、藍牙等在內的自動識別與近場通信技術獲取物品編碼資訊的過程。編碼層•編碼層是物聯網的基石，是物聯網資訊交換內容的核心和關鍵字。•編碼是物品、設備、地點、屬性等的數位化名稱。IT·服务·创新物聯網概述物聯網架構EPC物聯網核心技術物聯網應用糧食倉儲物聯網建設思路物聯網技術及其應用IT·服务·创新EPC物聯網：系統結構物聯網概念一經提出，立即受到各國政府、企業和學術界的重視，在需求和研發的相互推動下，迅速熱遍全球。目前國際上對物聯網的研究逐漸明朗起來，最典型的解決方案有歐美的EPC系統和日本的UID系統。這裡著重介紹EPC物聯網。EPC系統是一個先進的、綜合性的和複雜的系統。它由EPC編碼體系、RFID系統及資訊網路系統三個部分組成，主要包括六個方面：EPC編碼、EPC標籤、讀寫器、EPC中介軟體、物件名稱解析服務（ONS）和EPC資訊服務（EPCIS）。PML：實體標記語言（Phy