物联网 结课报告.docx
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物联网结课报告
物联网产业与技术导论
结课报告
题目物联网应用分析
班级网络S14-2
姓名高健涛
学号10
摘要
物联网的定义是：
通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、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连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
从技术上理解，物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。
从应用上理解，物联网是指把世界上所有的物体都连接到一个网络中，形成“物联网”，然后“物联网”又与先有的互联网结合，实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和生动的方式管理生产和生活。
【关键词】：
物联网、智能农业、传感器、物联网前景与发展
第一章什么是物联网
1.1物联网的概念
物联网的概念最早是由美国麻省理工学院Auto-ID实验室于1999年，在美国召开的移动计算机和网络国际会议上提出的。
2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟（ITU）正式提出了物联网的概念。
物联网的英文名称是TheInternetofThings，意为“物物相联的互联网”,简称：
IOT。
从名称上看，物联网包含两层意思：
第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，它是一种在互联网基础上扩展的网络；第二，物联网的用户端延伸到了物品，在物品之间进行信息交换和通信。
物联网是通过射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议将物品与互联网相联接，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。
“物联世界，感知天下”是物联网的核心思想。
在国际电信联盟2009年世界电信展的开幕式上，有专家在发言中提到，最新的物联网概念应该具备3个特征：
一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等手段随时随地获取物品信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物品的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等智能计算技术，对海量的数据进行分析处理，对物品实施智能化控制。
因此我们可以说，物联网是把传感网络和RFID等感知技术，通信网与互联网技术，智能运算技术等融为一体，以实现全面感知、可靠传送、智能处理为特性的联接物理世界的网络。
1.2物联网的产生背景
1990年物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机——NetworkedCokeMachine。
1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议首先提出物联网（InternetofThings）这个概念。
2003年美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。
2005年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《ITU互联网报告2005：
物联网》，引用了“物联网”的概念。
物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网。
2008年后为了促进科技发展，寻找经济新的增长点，各国政府开始重视下一代的技术规划，将目光放在了物联网上。
2009年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。
当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。
2009年2009IBM论坛上，IBM大中华区首席执行官钱大群.公布了名为“智慧的地球”的最新策略。
今天“智慧地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。
该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。
1.3物联网的特征
物联网的核心是物与物以及人与物之间的信息通信。
故而物联网的基本特征可概括以下三点：
（1）可感知。
通过射频识别（RFID）、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术对物体进行实时信息收集和获取。
（2）可互联。
先将物体接入信息网络，再借助各种通信网络（如因特网等），可靠地进行信息实时通信和共享。
（3）智能化。
通过各种智能计算技术，对获取的海量数据信息进行分析和处理，从而实现智能化决策和控制。
第二章物联网的作用
总述物联网把新一代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，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。
2.1智能家居
智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体，将各种家庭设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等）通过智能家庭网络联网实现自动化，通过中国电信的宽带、固话和3G无线网络，可以实现对家庭设备的远程操控。
与普通家居相比，智能家居不仅提供舒适宜人且高品位的家庭生活空间，实现更智能的家庭安防系统;还将家居环境由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能。
2.2智能电网
自200l年以来，中国每年的能源消耗量一直以12％的平均速度增长，也就是说能源消耗量增长速率高于GDP增长速度。
由于电网系统效率低下，发电和输电过程中浪费非常严重。
现在，我们可以利用高科技对事物有更透彻的感知和度量，不管是安装在室内的计量器还是发电厂里的涡轮。
所有这些感知和度量支持我们更好的收集信息和数据，透过先进的分析工具产生智能洞察，再以此实时地做出更好的决策。
仪表管理技术的进步使个人和企业可以选择使用能源的方式和时间，这就为使用风能和太阳能等利于环保的能源奠定了基础。
对于电力提供商而一言，智慧的电力意味着更高的电力的可靠性和电力质量，更短的停电恢复时问，进而实现更高生产率和对电力潜在障碍的防护，从而更精确地预测需替换的资产设备及支出。
⑴、减少停电现象：
通过在智慧的电力中安装先进分析和优化引擎，电力提供商可以突破“传统”网络的瓶颈，而直接转向能够主动管理电力故障的“智能”电网。
对电力故障的营理计划不仅考虑到了电网中复杂的拓扑结构和资源限制，还能够识别同类型发电设备，这样，电力提供商就可以有效地安排停电检测维修任务的优先顺序。
如此一来，停电时间和频率可减少约30%，停电导致的收入损失也将减少，而电网的可靠性和客户的满意度也将得到提高。
⑵、智能电表：
在智慧的电力设施的支持下，智能电表可以重新定义电力提供商和客户的关系。
通过安装内容丰富且读取方便的设备，用户可了解在任何时刻的电力费用，并目．用户还可以随时获取一天中任意时刻的用电价格（查看前后的记录），这样电力提供商就为用户提供了很大的灵活性，用户可以根据了解到的信息改变其用电模式。
智能电表不仅可以测量用电量，它还是电网上的传感器，可以协助检测波动和停电。
它还能储存和关联信息，支持电力提供商完成远程开启或关闭服务，也能远程支持使用后支付或提前支付等付费方式的转换。
总而言之，智能电表可大幅度减小系统的峰值负荷，转换电力操作模式，也能重新定义客户体验。
2.3智能医疗
智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备，对家中病人或老人的生理指标进行自测，并将生成的生理指标数据通过中国电信的固定网络或3G无线网络传送到护理人或有关医疗单位。
根据客户需求，中国电信还提供相关增值业务，如紧急呼叫救助服务、专家咨询服务、终生健康档案管理服务等。
智能医疗系统真正解决了现代社会子女们因工作忙碌无暇照顾家中老人的无奈，可以随时表达孝子情怀。
2.4智能城市
智能城市产品包括对城市的数字化管理和城市安全的统一监控。
前者利用"数字城市"理论，基于3S（地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、遥感系统RS）等关键技术，深入开发和应用空间信息资源，建设服务于城市规划、城市建设和管理，服务于政府、企业、公众，服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和信息系统。
后者基于宽带互联网的实时远程监控、传输、存储、管理的业务，利用中国电信无处不达的宽带和3G网络，将分散、独立的图像采集点进行联网，实现对城市安全的统一监控、统一存储和统一管理、为城市管理和建设者提供一种全新、直观、视听觉范围延伸的管理工具。
2.5智能环保
智能环保产品通过对实施地表水水质的自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况，预警预报重大或流域性水质污染事故，解决跨行政区域的水污染事故纠纷，监督总量控制制度落实情况。
太湖环境监控项目，通过安装在环太湖地区的各个监控的环保和监控传感器，将太湖的水文、水质等环境状态提供给环保部门，实时监控太湖流域水质等情况，并通过互联网将监测点的数据报送至相关管理部门。
2.6智能交通
智能交通系统包括公交行业无线视频监控平台、智能公交站台、电子票务、车管专家和公交手机一卡通五种业务。
公交行业无线视频监控平台利用车载设备的无线视频监控和GPS定位功能，对公交运行状态进行实时监控。
智能公交站台通过媒体发布中心与电子站牌的数据交互，实现公交调度信息数据的发布和多媒体数据的发布功能，还可以利用电子站牌实现广告发布等功能。
电子门票是二维码应用于手机凭证业务的典型应用，从技术实现的角度，手机凭证业务就是手机凭证，是以手机为平台、以手机身后的移动网络为媒介，通过特定的技术实现完成凭证功能。
车管专家利用全球卫星定位技术（GPS）、无线通信技术（CDMA）、地理信息系统技术（GIS）、中国电信3G等高新技术，将车辆的位置与速度，车内外的图像、视频等各类媒体信息及其他车辆参数等进行实时管理，有效满足用户对车辆管理的各类需求。
公交手机一卡通将手机终端作为城市公交一卡通的介质，除完成公交刷卡功能外，还可以实现小额支付、空中充值等功能。
测速E通通过将车辆测速系统、高清电子警察系统的车辆信息实时接入车辆管控平台，同时结合交警业务需求，基于GIS地理信息系统通过3G无线通信模块实现报警信息的智能、无线发布，从而快速处置违法、违规车辆。
2.7智能校园
中国电信的校园手机一卡通和金色校园业务，促进了校园的信息化和智能化。
校园手机一卡通主要实现功能包括：
电子钱包、身份识别和银行圈存。
电子钱包即通过手机刷卡实现主要校内消费;身份识别包括门禁、考勤、图书借阅、会议签到等，银行圈存即实现银行卡到手机的转账充值、余额查询。
目前校园手机一卡通的建设，除了满足普通一卡通功能外，还实现了借助手机终端实现空中圈存、短信互动等应用。
中国电信实施的“金色校园”方案，帮助中小学行业用户实现学生管理电子化，老师排课办公无纸化和学校管理的系统化，使学生、家长、学校三方可以时刻保持沟通，方便家长及时了解学生学习和生活情况，通过一张薄薄的“学籍卡”，真正达到了对未成年人日常行为的精细管理，最终达到学生开心，家长放心，学校省心的效果。
第三章物联网的技术框架
3.1物联网的网络分层
物联网可分为三层：
感知层、信息汇聚层和应用层，感知层相当于人体的皮肤和五官、网络层相当于人体的神经中枢和大脑、应用层相当于人的社会分工。
感知层是物联网的皮肤和五官——识别物体，采集信息。
感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。
感知层是物联网发展和应用的基础，RFID技术、传感和控制技术、短距离无线通讯技术是感知层涉及的主要技术。
其中又包括芯片研发，通讯协议研究，RFID材料，智能节点供电等细分技术。
信息汇聚层是物联网的神经中枢和大脑——信息传递和处理。
网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。
网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。
网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。
感知数据管理与处理技术包括传感网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解以及基于感知数据决策和行为的理论和技术。
云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平台，将是物联网网络层的重要组成部分，也是应用层众多应用的基础。
应用层是物联网的“社会分工”——与行业需求结合，实现广泛智能化。
应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。
3.2物联网的核心技术
从物联网的定义及各类技术所起的作用来看，物联网的关键核心技术应该是无线传感器网络（WSN）技术，主要原因是：
WSN技术贯穿物联网的全部三个层次，是其它层面技术的整合应用，对物联网的发展有提纲挈领的作用。
WSN技术的发展，能为其它层面的技术提供更明确的方向。
3.3.1核心技术之感知层：
传感器技术、射频识别技术、二维码技术、微机电系统和GPS技术
1.传感器技术
传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大技术。
从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。
微型无线传感技术以及以此组件的传感网是物联网感知层的重要技术手段。
2.射频识别（RFID）技术
射频识别（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）是通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据的无线通讯技术。
在国内，RFID已经在身份证、电子收费系统和物流管理等领域有了广泛应用。
RFID技术市场应用成熟，标签成本低廉，但RFID一般不具备数据采集功能，多用来进行物品的甄别和属性的存储，且在金属和液体环境下应用受限，RFID技术属于物联网的信息采集层技术。
3.微机电系统（MEMS）
微机电系统是指利用大规模集成电路制造工艺，经过微米级加工，得到的集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。
MEMS技术属于物联网的信息采集层技术。
4.GPS技术
GPS技术又称为全球定位系统，是具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
GPS作为移动感知技术，是物联网延伸到移动物体采集移动物体信息的重要技术，更是物流智能化、智能交通的重要技术。
3.3.2核心技术之信息汇聚层：
传感网自组网技术、局域网技术及广域网技术
1.无线传感器网络（WSN）技术
无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，简称WSN）的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。
WSN技术贯穿物联网的三个层面，是结合了计算、通信、传感器三项技术的一门新兴技术，具有较大范围、低成本、高密度、灵活布设、实时采集、全天候工作的优势，且对物联网其他产业具有显著带动作用。
2.Wi-Fi
Wi-Fi（WirelessFidelity，无线保真技术）是一种基于接入点（AccessPoint）的无线网络结构，目前已有一定规模的布设，在部分应用中与传感器相结合。
Wi-Fi技术属于物联网的信息汇总层技术。
3.GPRS
GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线服务）是一种基于GSM移动通信网络的数据服务技术。
GPRS技术可以充分利用现有GSM网络，目前在很多领域有广泛应用，在物联网领域也有部分应用。
GPRS技术属于物联网的信息汇总层技术
3.3.3核心技术之传输层：
通信网、互联网、3G网络、GPRS网络、广电网络、NGB
1.通信网
通信网是一种使用交换设备、传输设备，将地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交换的系统。
通信最基本的形式是在点与点之间建立通信系统，但这不能称为通信网，只有将许多的通信系统（传输系统）通过交换系统按一定拓扑结构组合在一起才能称之为通信。
也就是说，有了交换系统才能使某一地区内任意两个终端用户相互接续，才能组成通信网。
2.3G网络
3G是英文the3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术。
相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、CDMA等数字手机，第三代手机（3G）是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。
3.GPRS网络
这是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。
通俗的讲，GPRS是一项高速数据处理的科技，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。
虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术，但是它在许多方面都具有显著的优势。
4.广电网络
广电网通常是各地有线电视网络公司（台）负责运营的，通过HFC（光纤+同轴电缆混合网）网向用户提供宽带服务及电视服务网络，宽带可通过CableModem连接到计算机，理论到户最高速率38M，实际速度要视网络情况而定
5.NGB广域网络
中国下一代广播电视网（NGB）是以有线电视数字化和移动多媒体广播（CMMB）的成果为基础，以自主创新的“高性能带宽信息网”核心技术为支撑，构建适合我国国情的、三网融合的、有线无线相结合的、全程全网的下一代广播电视网络。
第四章物联网在智能农业中应用情况分析
4.1什么是智能农业？
农业物联网一般应用是将大量的传感器节点构成监控网络通过各种传感器采集信息以帮助农民及时发现问题并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。
在大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、光传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、PH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。
远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。
采用无线网络来测量获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。
4.2智能农业主要内容？
1、以开发利用智能专家系统为先导，对气候、土壤、水质等环境数据的分析研判，系统规划园区分布、合理选配农产品种，科学指导生态轮作。
2、基于物联网技术，通过各种无线传感器实时采集农业生产现场的光照、温度、湿度等参数及农产品的生长状况等信息，远程监控生产环境。
将采集的参数和信息进行数字化转化后，实时传输网络平台进行汇总整合，利用农业专家智能系统按照农产品生长的各项指标要求，进行定时、定量、定位云计算处理，及时精确地遥控指定农业设备自动开启或者关闭（如远程控制节水浇灌、节能增氧、卷帘开关等）。
3、通过在生产（加工）环节给农产品本身或货运包装中加装RFID电子标签，并在运输、仓储、销售等环节不断添加、更新信息，从而搭建有机农产品安全溯源系统。
有机农产品安全溯源系统加强了农业生产、加工、运输到销售等全流程数据共享与透明管理，实现农产品全流程可追溯，提高了农业生产的管理效率，促进了农产品的品牌建设，提升了农产品的附加值。
4.3物联网在农业中应用有哪些？
4.3.1智能化培育控制
智能化培育控制通过在农业园区安装生态信息无线传感器和其他智能控制系统，可对整个园区的生态环境进行检测，从而及时掌握影响园区环境的一些参数，并根据参数变化适时调控如灌溉系统、保温系统等，确保农作物有最好的生长环境，以提高产量、保证质量。
在保温系统中，通过采集、分析和控制土壤湿度、土壤成分、pH值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等来获得作物生长的最佳条件，将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，为温室精准调控提供科学依据[6]。
在灌溉系统中，通过感应土壤的水分，并在设定条件下与接收器通信，控制灌溉系统的阀门打开、关闭，达到自动节水灌溉的目的。
4.3.2物联网在现代养殖业中的应用
由于现代养殖都大规模化,畜禽养殖的数量也比较大,仅仅靠人工标志和识别工作量大、难度高、效率低,不能满足管理要求。
所以需要一种新的技术那就是网联网中的RFID技术。
在2003年时一套基于远距离系统的RFID牛个体识别系统已经进入了实用阶段。
该系统采用项圈式的应答器,挂在牛颈上,当牛通过系统的自动称重车时,系统中的阅读器将自动读取牛的唯一编号并通过压力传感器完成称重过程。
将这两个一一对应的数据（编号-体重）连同采集时间一起通过无线局域网发送到养殖场的上位服务器,为数字化养殖平台提供了重要的实时数据系统能准确的识别并从数据库中读取资料提供给工作人员使工作人员能按照特定的任务执行相应的操作,从而保证了每一次数据的获取都是合理正确的,减少了人为误操作。
这种技术正越来越广泛地应用月现代养殖业中。
物联网在农作物生长中的应用。
物联网科技在农作物生长中可以实现监视灌溉情况、土壤空气变更以及大面积的地表监测,收集温度、湿度、风力、大气、降雨量和有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤pH值等信息,从而进行科学预测,帮助农民抗灾、减灾,科学种植,提高农业综合效益。
能让农民得到好的经济效益。
4.3.3物联网在农产品质量安全监测中的应用
食品业是典型的流程型制造业,其特点是生产产品不能逆转,产品安全管理包括生产、加工、储存、运输和销售等环节,每一个环节都有可能出现食品安全问题。
最近几年消费者特别关注食品安全问题,也出现很多引起社会关注的奶粉事件。
因此,农产品安全信息化已经成为食品安全监管工作中不可或缺的部分,如何利用信息技术为食品安全生产服务是现在面临的严峻问题。
物联网中的RFID技术易于操控、简单实用,在食品安全管理中得到广泛的应用。
如果发现农产品质量有问题,能够利用RFID技术快速地反应追本溯源,确定问题所在,有效地控制产品质量安全带来的问题。
4.3.4信息监测
信息除在精准农业中监测农作物的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等外，还包括从种子遴选到病虫害防治，从幼苗培育到收割入库等方面。
监测范围涵盖广义农业的各个方面，包括畜牧业、农副产品加工业及渔业。
通过物联网对牲畜家禽、水产养殖、稀有动物的生活习性、环境、生理状况及种群复杂度进行观测研究；对森林环境监测和火灾报警（平时节点被随机密布在森林之中，平常状态下定期报告环境数据，当发生火灾时，节点通过协同合作会在很短的时间内将火源的具体地址、火势大小等信息传送给相关部门）。
总的来说，物联网将从增产增收、节约能源等多方面。
4.4智能农业系统构成
第五章物联网的发展前景
5.1机遇与挑战——物联网应用前景和发展展望
物联网的发展代表了整个社会信息化的发展方向。
就通信产业来说，长期的发展目标是实现人与人之间无缝的联系和沟通。
这个目标发展到现在，已经基本实现了。
2009年开始，以“物联网”、“智慧地球”为代表的信息化概念在全球范围内出现，为通信产业未来的发展指明了方向。
在全球金融危机后期的大背景下，物联网的本质是行业信息化，各国政府大力推动物联网发展的动力在于寻找新的经济增长点
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