物联网的认识.docx

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物联网的认识

一．物联网的概念

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。

顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。

这有两层意思：

第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。

因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、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相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

二．物联网的应用

物联网的应用领域包括航天、通信、智能建筑、医疗健康、生产制造、军事、安全隐私、环境监控、娱乐多媒体和交通运输等。

已有的实际案例包括：

1.医疗辅助系统：

让病人身穿带有射频识别和传感器的衣物。

可以得到病人的心跳电压等健康信息并上传网络，医生可以通过PDA等设备进行远程即时诊断并安排护士帮助病人治疗。

提醒系统的应用大大方便了人们的生活。

2.有文献设计了一种在日常工具上的自动提醒系统。

例如，在雨伞上加了一个小装置，可以通过网络获知室外是否下雨，若下雨或即将下雨，则在用户出门时自动发出士l音，提醒带雨伞出门。

3.文献设计了一个能在电器浪费电能时提醒主人并自动关闭部分电器的家庭节能系统。

老人摔倒提醒系统通过在老年人身上安装加速度与重力传感器，当老人摔倒时发送短信通知家人。

4.智能交通方面：

上海交大的TIG项目在2005年就开始运行。

通过收集上海四干辆出租车的实时信息，结合历史数据来计算实时路况。

该系统还有计算最优路径，公交车到站时间等应用。

5.酒类信息系统：

通过扫描酒类饮品的电子标签，利用收集或其他职能手持设备可以在网络上寻找并显示这一酒类的详细介绍和价格对比，方便用户采购；

6.对象识别系统：

通过摄像头取景，可以辨别出所拍摄景物并给予相关详细信息。

该系统可应用于旅游和迷路情况下。

等

三．RFID与无线传感器功能及应用

RFID即射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，可以通过射频信号自动识别目标对象，获取相关的数据，不需人工接触，不需光学可视即可完成信息输入和处理，并且操作简单快捷。

无线传感器：

传感器就是把自然界中的各种物理量、化学量、生物量转化为可测量的电信号的装置与元件,可见传感器的众多和纷杂。

传感器的定义决定了它本身的复杂性和众多品种。

传感器作用：

由信息采集层和网络层构成的信息感知体系是物联网应用推进的主要领域，而在其中起到关键推动作用的是无线传感器网络（WSN）。

无线传感器网络，定义为部署在监控区域内的大量传感器节点所组成的无线网络，该网络能够协作地实时监测、采集和处理节点分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并将处理后的数据传送到网络中的特定位置。

传感器网络可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域（如受到污染、环境不能被破坏或敌对区域）和一些临时场合（如发生自然灾害时，固定通信网络被破坏）等。

RFID技术与无线传感器网络技术的融合．在一程度上能够促进泛在网络的发展。

无线传感器网一般不关心某一节点的位置，因此对节点一般都采用全局标识．而RFID技术对节点的标识有着得天独厚的优势。

将两者结合共同组成网络可以相互弥补对方的缺陷。

既可以将网络考虑到某个具体节点的信息。

也可以利用RFID的标识功能轻松的找到节点的位置。

三．RFID工作原理及应用

（一）.射频识别系统通常由电子标签、读写器、计算机通信网络三部分组成。

（1）电子标签：

电子标签存储着需要被识别物品的相关信息，通常被放置在需要识别的物品上，它所存储的信息通常可被射频读写器通过非接触方式读/写获取。

（2）读写器：

读写器是可以利用射频技术读/写电子标签信息的设备。

读写器读出的标签信息可以通过计算机以及网络进行管理和信息处理

（3）计算机通信网络：

在射频识别系统中，计算机通信网络通常用于对数据进行管理，完成通信传输功能。

读写器可以通过标准接口与计算机通信网络连接，以便实现通信和数据传输功能。

RFID系统的基本工作流程：

（1）读写器将无线电载波信号经过发射天线向外发射；

（2）当电子标签进入发射天线的工作区时，电子标签被激活，将自身信息的代码经天线发射出去；

（3）系统的接收天线接收电子标签发出的载波信号，经天线的调节器传输给读写器，读写器对接收的信号进行解调解码，送往后台的电脑控制器；

（4）电脑控制器根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设备做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作；

（5）执行机构按照电脑的指令动作；

（6）通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，可以根据不同的项目设计不同的软件完成要实现的功能。

（二）.RFID的应用：

RFID应用范围很广，包括在交通，物流管理，安全防伪，食品安全等领域。

1.在交通领域的应用：

停车场的智能化管理系统：

不需停车，系统就能自动识别车辆的合法性，完成发行（禁止），记录等管理功能。

节约进出场的时间按，提高工作效率，杜绝管理费的流失。

2.在物流管理中的应用：

存储环节：

在仓库中，射频识别技术最广泛的应用是存取货物与库存盘点，它能用来实现自动化的存货和取货等操作，在整个仓库管理中，通过将供应链计划系统指定的收获计划，取货计划，运货计划等与射频识别技术相结合，能后有效地完成各种业务操作，如指定对方区域，上架取货与补货等。

3.安全防伪中的应用：

气瓶管理：

在每一个气瓶上安装一个电子标签，使每个气瓶拥有一个全球唯一的序列号；或在读写操作时使用验证机制和多重加密技术，无法伪造仿制。

同时，保证只有该系统发行的电子标签才能被有效识别。

4.食品安全中的应用:

现阶段把RFID技术与条形码技术结合起来。

就是将RFID技术+条形码技术贯穿于食品安全始终（如种猪—饲养—屠宰—分割—小包装—运输—餐桌），全过程严格控制的产业链，保证向市场提供优质的放心食品。

四．RFID与GPRS的结合、应用系统

GPRS即:

通用无线分组业务，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。

通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以"分组"的形式传送资料到用户手上。

GPS系统全称“全球卫星定位系统”，此系统由空间系统（卫星），地面监控系统（基站）和用户定位设备（GPS接收机）组成。

卫星的主要功能是接收和存储基站的信号和指令，发送时间，识别码记忆导航信息。

基站是保证系统协调运行的核心。

GPS接收机负责接收GPS卫星发送的信号，以获得必要的导航和定位信息及观测量，经过处理完成导航定位工作。

基于固定基站AVI和GPS的防盗网络

本系统由固定式AVI，移动式AVI，GPS定位导航系统，DDN数据传输与交换系统和GSM移动通信系统组成。

当采用这种技术的用户判定车辆被盗后，就向警方报警，警方收到报警后，会发出指令让各个固定式AVI探测过往车辆，读取经过车辆的RFID标签，然后与目标车辆信息进行比较。

如果当前车辆是目标车辆，就通过DDN向警方发送该车的ＩＤ，该固定式AVI位置以及时间信息。

警方收到信号后，就通过GSM发送文字信息给配备有移动式AVI及GPS的警车，警车在确认后在GPS定位及导航系统上通过路径最优来找到最佳路径，经过反复几次信息确认和路径寻优，并不断把自身GPS位置发送给其他警备车辆，最后合力截获被盗车辆。

五．云计算的概念和应用

1.云计算的概念

云计算（英文：

Cloudcomputing），是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。

为了更好地定义云计算，必须从云计算的服务使用者，服务提供者，组织方式和内部实现机制等方面同时定义。

根据这些特征，其定义是：

云计算是由网络计算发展而来的，前台采用付费的方式通过网络向用户提供服务。

运系统后台由大量的集群使用虚拟机的方式，通过高速互联网络互联，组成大型的虚拟资源，这些虚拟资源可自主管理和配置。

用数据冗余的方式保证虚拟资源的高可用性。

并具有分布式存储和计算，高扩展性，用户友好性等特征。

（陈全，邓倩妮，云计算及其关键技术[J].计算机应用,2009（9））

云计算可以认为包括以下几个层次的服务：

基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。

云计算服务通常提供通用的通过浏览器访问的在线商业应用，软件和数据可存储在数据中心。

2.云计算的应用

GoogleDocs是最早推出的云计算应用，是软件即服务思想的典型应用。

它是类似于微软的Office的在线办公软件。

它可以处理和搜索文档、表格、幻灯片，并可以通过网络和他人分享并设置共享权限。

Google文件是基于网络的文字处理和电子表格程序，可提高协作效率，多名用户可同时在线更改文件，并可以实时看到其他成员所作的编辑。

用户只需一台接入互联网的计算机和可以使用Google文件的标准浏览器即可在线创建和管理、实时协作、权限管理、共享、搜索能力、修订历史记录功能，以及随时随地访问的特性，大大提高了文件操作的共享和协同能力。

六.云计算和物联网关系

（一）.通过分析物联网运营平台的功能和性能需求，发现其在以下几个方面显现出了云计算特征。

（1）对资源有大规模、海量需求

未来物联网运营平台需要存储数以亿计的传感设备在不同时间采集的海量信息，并对这些信息进行汇总、拆分、统计、备份，这需要弹性增长的存储资源和大规模的并行计算能力。

（2）资源负载变化大

有些行业应用的峰值负载、闲时负载和正常负载之间差距明显，例如无线POS刷卡应用在白天较忙，而在夜晚较空闲。

不同行业应用的资源负载不同，例如低频次应用一般10min以上甚至1天采集、处理一次数据，而高频次应用会要求30s采集、处理一次数据。

另外，同一行业应用由于是面向多个用户提供服务的，因此存在负载错峰的可行性，例如居民电力抄表可以分时分区上报数据。

（3）以服务方式提供计算能力

虽然不同行业应用的业务流程和功能存在较大差异，但从物联网运营角度来看，其计算控制需求是相同的，都需要对采集的数据进行分析处理，因此可以将这部分功能从行业密切相关的流程中剥离出来，包装成面向不同行业的服务，以平台服务方式提供给客户，客户只要满足服务接口要求，就能享受到这些服务能力。

例如可以在物联网运营平台实现一个大气污染监控的计算模型，并暴露服务接口，行业应用调用这个接口就能够获得监控数据分析结果。

（二）.物联网运营云平台体系架构设计

针对物联网运营平台的云计算特征，考虑引入云计算技术构建物联网运营平台。

基于云计算的物联网运营平台主要包括如下几个部分。

（1）云基础设施

通过引入物理资源虚拟化技术，使得物联网运营平台上运行的不同行业应用以及同一行业应用的不同客户间的资源（存储、CPU等）实现共享。

例如不必为每个客户都分配一个固定的存储空间，而是所用客户共用一个跨物理存储设备的虚拟存储池。

提供资源需求的弹性伸缩，例如在不同行业数据智能分析处理进程间共享计算资源，或在单个客户存储资源耗尽时动态从虚拟存储池中分配存储资源，以便用最少的资源来尽可能满足客户需求，减少运营成本的同时提升服务质量。

引入服务器集群技术，将一组服务器关联起来，使它们在外界从很多方面看起来如同一台服务器，从而改善物联网运营平台的整体性能和可用性。

（2）云平台

这是物联网运营云平台的核心，实现了网络节点的配置和控制、信息的采集和计算功能，在实现上可以采用分布式存储、分布式计算技术，实现对海量数据的分析处理，以满足大数据量且实时性要求非常高的数据处理要求。

例如可采用Hadoop的HDFS技术，将文件分割成多个文件块，保存在不同的存储节点上；采用Hadoop的MapReduce技术将一个任务分解成多个任务，分布执行，然后把处理结果进行汇总。

在具体实现时，需要根据不同行业应用的特点进行具体分析，将行业应用中的计算功能从其业务流程中剥离出来，设计针对不同行业的计算模型，然后包装成服务提供给云应用调用，这样既实现了接入云平台的行业应用接口的标准化，又能为行业应用提供高性能计算能力。

（3）云应用

云应用实现了行业应用的业务流程，可以作为物联网运营云平台的一部分，也可以集成第三方行业应用，但在技术上应通过应用虚拟化技术，实现多租户，让一个物联网行业应用的多个不同租户共享存储、计算能力等资源，提高资源利用率，降低运营成本，而多个租户之间在共享资源的同时又相互隔离，保证了用户数据的安全性。

（4）云管理

由于采用了弹性资源伸缩机制，用户占用的电信运营商资源是在随时间不断变化的，因此需要平台支持按需计费，例如记录用户的资源动态变化，生成计费清单，提供给计费系统用于计费出账。

另外还需要提供用户管理、安全管理、服务水平协议（SLA）等功能。

（三）.物联网运营云平台实施策略

上述基于云计算的物联网运营平台架构是面向各行各业、大数据量、高性能计算的信息处理系统，而在现阶段物联网应用还未大规模普及的情况下，电信运营商在建设物联网运营平台时，不需要也不可能一步到位，因此可以采用分步实施的策略。

首先，从提供无线传输通道、网络节点配置和监控功能入手，与传感器厂商、行业应用厂商共同配合，为客户提供物联网服务。

在这个阶段，可以将物联网运营平台部署在云基础设施上，实现资源的虚拟化和弹性伸缩，从而在小规模应用下最大限度地降低成本。

其次，以1～2个行业为突破口，将云平台的网络节点配置和监控功能向计算功能延伸，采用分布式计算等技术实现行业计算模型，包装成对外服务；同时与行业应用提供商合作，由行业应用提供商按云平台接口标准开发云应用，集成到云平台上，形成物联网运营平台的平台服务化和应用服务化雏形。

最后，不断拓展云应用的行业领域，优化云平台服务和计算模型，提升云管理能力，以增强物联网运营平台应对业务量不断增长的要求。

这是个长期发展的过程，物联网应用和用户的规模越大，构建在云计算上的物联网运营平台的作用越明显，就越能发挥电信运营商在物联网产业链中的价值。

（构建基于云计算的物联网运营平台赵钧（中国电信股份有限公司上海研究院上海200122））

问题：

1.对云计算的理解有些模糊。

2.RFID与GPRS的结合、应用系统