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物联网论文
物联网课程论文
题目：
物联网状况及发展
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姓名：
王猛
专业：
软件工程
班级：
1201
学号：
3120608010
日期：
2015/6/13
物联网状况及发展
一、概述
1.定义
物联网（IOT：
InternetofThings）是一个通过信息技术将各种物体与网络相连，以帮助人们获取所需物体相关信息的巨大网络。
物联网通过使用射频识别RFID、传感器、红外感应器、视频监控、全球定位系统、激光扫描器等信息采集设备，通过无线传感网、无线通信网络（如Wi-Fi、WLAN等）把物体与互联网连接起来，实现物与物、人与物之间实时的信息交换和通讯，以达到智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的目的。
简单的说：
物联网是互联网的未来。
互联网是人与人的互联，实现人与人之间的信息交换和无缝对接；而物联网是物与物、人与物、人与人之间的互联，实现人与物、物与物信息交互和无缝链接；是互联网发展的高级阶段和必然，五到十年后的时代，必然是物联网的时代。
物联网是未来互联网的组成部分，是互联网的应用延伸和拓展。
未来进一步发展，将可能成为工作平台，因为互联网的发展趋势是从连接人到物。
最早是连接人的，后来连接各种各样的服务，现在连接各种各样的物体。
它是有着自我配置能力的全球动态网络，在其中，物质和虚拟的“物”都有着自己的身份、物质属性、虚拟特性和可使用的智能接口，并无缝集成到信息网络。
它涉及从信息获取、传输、存储、处理、应用的全过程，材料、器件、软件、系统、网络各方面的创新都会促进物联网的发展。
传感网是指“随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络”。
现在谈到的传感网，一般指的是无线传感器网络，严格来说应当称为wirelesssensornetwork（WSN）。
传感网实际上由传感器＋短距离传输模块共同构成。
传感器种类非常多，常见的有温度传感器、压力传感器、湿度传感器、振动传感器、位移传感器、角度传感器等，据说传感器的种类有3万余种。
目前我国从信息化发展新阶段的角度提出传感网，其研究和探讨的重点其实并不是传感器本身，而是聚焦在通过各种低功耗、短距离无线传输技术构成自组织网络来传输数据。
分类
2.分类
物联网的分类有多种，如按照接入方式、应用类型等方式进行分类，类似于计算机网络划分为专用网网络和公众网络，我们从物联网的用户范围不同，可分为公众物联网和专用物联网两种。
公众物联网是指为满足大众生活和信息的需求提供的物联网服务，而专用物联网就是满足企业、团体或个人特色应用需求，有针对性地提供的专业性的物联网业务应用。
专用物联网可以利用公众网络（如：
Internet）、专网（局域网、企业网络或移动通信互联网中公用网络中的专享资源）等进行信息传送。
二、技术简介
三、
1射频别（RFID）技术
射频识别（RFID）技术在物联网中位于最前端，是最关键的技术。
RFID俗称电子标签，可以快速读写、长期跟踪管理，被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一。
RFID与传感器、嵌入式软件等，结合已有的网络、数据库、中间件技术，就构筑起了一个由无数联网的阅读器和移动标签组成的、比Internet更为庞大的物联网。
2传感器技术
传感器技术是利用能感受规定被测量的敏感元件或转换元件，按照一定的规律，将人类无法直接获取或识别的信息转换成可识别的信息数据的技术。
传感器技术不仅能感受到被测量的信息，并且还能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、控制等要求，这是实现物联网感知技术的首要环节。
近年来，智能化和网络化已成为传感器发展的主要趋势，并且进入了由传统的传感器逐渐向着智能传感器及嵌入式Web传感器发展。
无线传感器网络是由各种微型的在监测区内进行有效布置的传感器节点组成，通过无线通信的方式连接成有序的组织网络。
目前我国物联网传感器技术发展的主要方向有：
先进测试技术和网络化测控；智能化传感器网络节点探究；传感器网络组织结构与底层协议研究；传感器网络的自身检测和控制；传感器网络安全问题研究。
3认知计算和智能控制技术
认知计算来源于脑科学研究，目的是模拟并效仿人脑的感觉、观念、行为、互动以及认识能力，同时消耗更少的能量、占用更小的空间。
认知计算是当前人工智能的最新研究方向，其研究成果将为智能控制提供理论支持。
目前，认知计算理论已开始在智能控制领域有了初步应用。
PalisR等人提出一种基于认知技术的机器人智能控制方法，并利用该方法解决了对于环境学习的短期记忆和对行为学习的长期记忆问题。
在此基础上，KazahikoK提出一种机器人任务执行的认知控制方法，实现了对机器人智能化控制的满足。
上述方法对物联网系统智能控制具有一定的借鉴作用。
未来物联网要想实现“以物控物”的目标，从物对外界环境信息的感知学习，到物体自身行为习惯的觉察发现，都将成为策略调用的判断依据。
通过对认知计算理论的深入研究及其在智能控制领域的全方位、多角度应用，随着相关技术的不断深化、完善，将为“认知物联网”的建设奠定坚实的基础。
4纳米技术
纳米技术通常研究结构尺寸在0.1-100nm范围材料的性质和应用，其研究内容涉及学科广阔，包括纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等；其应用领域包括材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。
由于用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便，因此，纳米技术在近几年得到飞速发展。
随着传感器技术的快速发展，小体积、低功耗、高性能的微传感器开始得到人们的重视，并开始大规模应用。
而利用纳米技术制造的“纳米传感器”更可完成现有传感器所不能完成的功能。
例如，利用纳米技术制作的细胞修复或者血管修复传感器，在基于认知计算的智能控制技术支持下，根据受损的程度、方位快速修复，将为现代外科手术提供全新解决方案。
纳米技术在物联网中的应用使得物联网由宏观走向微观，为实现物联网的“感知”、“以物控物”目标做好“物”的准备。
5网络融合技术
网络融合起源于对电信网、电话网及因特网在业务层面的融合。
随着当前网络标准的不断增多，网络复杂度及异构度的增加，给跨网业务提供造成了极大的困难。
网络融合技术旨在通过对各种网络在网络层面进行融合，实现不同网络间的无缝切换。
目前，网络融合技术已成为热门研究领域。
具有代表性的包括欧盟IST第六框架计划（FP6）的MobyDick项目，MobyDick项目对未来全IP网络中的移动性和Qos解决提供方案，并以WCDMA、WLAN和以太网为主要的接入方式，搭建了横跨欧洲的试验网，目标是在IPv6的基础上集成了移动性支持、Qos、AAA和全IP体系结构，支持在不同接入网络或者管理域之间的无缝切换。
从上述项目的实施情况来看，网络融合技术已取得重大进展，尤其是3G-WiMax、WCD-MA-WLAN以及UMTS-WLAN的融合已成为现实，从而为实现不同网络间的“物物”互联以及全球物联网的形成奠定基础。
6支撑技术
物联网支撑技术包括嵌入式系统、微机电系统（MicroElectroMechanicalSystems，MEMS）、软件和算法、电源和储能、新材料技术等。
微机电系统可实现对传感器、执行器、处理器、通信模块、电源系统等的高度集成，是支撑传感器节点微型化、智能化的重要技术。
嵌入式系统是满足物联网对设备功能、可靠性、成本、体积、功耗等的综合要求，可以按照不同应用定制裁剪的嵌入式计算机技术，是实现物体智能的重要基础。
软件和算法是实现物联网功能、决定物联网行为的主要技术，重点包括各种物联网计算系统的感知信息处理、交互与优化软件与算法、物联网计算系统体系结构与软件平台研发等。
电源和储能是物联网关键支撑技术之一，包括电池技术、能量储存、能量捕获、恶劣情况下的发电、能量循环、新能源等技术。
新材料技术主要是指应用于传感器的敏感元件实现的技术。
传感器敏感材料包括湿敏材料、气敏材料、热敏材料、压敏材料、光敏材料等。
新敏感材料的应用可以使传感器的灵敏度、尺寸、精度、稳定性等特性获得改善。
物联网总体性标准：
包括物联网导则、物联网总体架构、物联网业务需求等。
感知层标准体系：
主要涉及传感器等各类信息获取设备的电气和数据接口、感知数据模型、描述语言和数据结构的通用技术标准、RFID标签和读写器接口和协议标准、特定行业和应用相关的感知层
技术标准等。
网络层标准体系：
主要涉及物联网网关、短距离无线通信、自组织网络、简化IPv6协议、低功耗路由、增强的机器对机器（MachinetoMachine，M2M）无线接入和核心网标准、M2M模组与平台、网
络资源虚拟化标准、异构融合的网络标准等。
应用层标准体系：
包括应用层架构、信息智能处理技术、以及行业、公众应用类标准。
应用层架构重点是面向对象的服务架构，包括SOA体系架构、面向上层业务应用的流程管理、业务流程之间的通信协议、元数据标准以及SOA安全架构标准。
信息智能处理类技术标准包括云计算、数据存储、数据挖掘、海量智能信息处理和呈现等。
云计算技术标准重点包括开放云计算接口、云计算开放式虚拟化架构（资源管理与控制）、云计算互操作、云计算安全架构等。
共性关键技术标准体系：
包括标识和解析、服务质量（QualityofService，QoS）、安全、网络管理技术标准。
标识和解析标准体系包括编码、解析、认证、加密、隐私保护、管理，以及多标识互通标准。
安全标准重点包括安全体系架构、安全协议、支持多种网络融合的认证和加密技术、用户和应用隐私保护、虚拟化和匿名化、面向服务的自适应安全技术标准等。
三、物联网发展现状和趋势
1、物联网产业发展前景分析
最近几年，物联网的发展呈现虚热。
各地在物联网发展上缺少战略性、全局性的眼光，似乎和网络有关、和信息化有关的工程或项目都冠以“物联网”的名义，对整个全局性、前瞻性、深入性的，包括前瞻的技术等没有深入研究和落实。
现阶段物联网企业一般是中小企业，缺少核心的、旗帜性企业;物联网的核心技术体系，包括编码体系、应用的标准都没有形成，超高频芯片、高精度传感器技术弱;物联网与经济社会融合发展的应用模式亟待创新。
虽然技术门槛不高，但物联网核心环节和关键技术成熟度的参差不齐，导致了近几年发展迟缓，特别是在终端应用层面上一直没有得到广泛应用.
物联网产业应用广泛
物联网是互联网的延伸，是新一代信息技术的重要组成部分。
物联网实现了物体与物体的互联、物体和人的互联，具备全面感知、可靠传送、智能处理特征，使人类可以用更加精细和动态的方式管理生产、生活，从而提高整个社会的信息化能力。
物联网泛指物与物之间互连的网络及应用，广泛应用于交通、物流、安防、电力、家居等领域，分为感知层、网络层和应用层三部分，感知层主要包括各种感知器件和终端设备，感知器件包括RFID标签、二维码、各种传感器、摄像机等，网络层分为接入、传输两部分，应用层包括各种应用服务平台。
较为成熟的应用领域有智能物流、智能交通、智能电网、安防监控、智能卡系统等。
从产业链来看，硬件企业负责生产各层次的硬件设备，如感知器件、终端设备、网络硬件、服务器等。
软件企业负责各环节软件编写，以实现数据采集、传输、存储、处理和显示等功能。
系统集成商通过有机结合硬件和软件来搭建物联网系统，并交付给物联网服务商，实现具体应用。
目前我国物联网产业处于发展初期，系统集成企业一般都兼备软件开发能力，并直接为客户提供服务，硬件企业相对较为独立。
国家支持物联网产业发展
中国物联网应用市场研究年度报告显示，2009年开始，物联网产业逐步受到各国政府的大力扶持。
当前世界主要国家纷纷把发展物联网作为摆脱金融危机、实现经济复苏和占领全球竞争制高点的重要手段。
目前全球物联网产业体系正在建立和完善中，预计2015年全球物联网市场规模将达3300亿美元，年增长率将达25%。
我国物联网产业产值规模将达到7500亿元，年均复合增长率超过30%。
物联网行业市场深度调研及发展预测报告统计显示，目前我国物联网产业以闭环应用为主，产业较为分散，其原因是物联网产业缺乏统一标准，在国家物联网战略规划基础上，我国相继成立国家级标准组、工作组和物联网研究发展中心。
2011年5月份，工信部和财政部下发《关于做好2011年物联网发展专项资金项目申报工作的通知》，明确表示2011年物联网发展专项资金将重点支持物联网关键核心技术及重点产品的研发和产业化，支持重点领域的应用示范和推广。
地方政府如上海市印发的《上海推进物联网产业发展行动方案（2009-2012年）》，重点支持智能交通、物流管理、智能安防等子产业。
2.我国物联网发展面临的机遇和挑战
物联网发展需求和机遇
物联网可以广泛应用于经济社会发展的各个领域，引发和带动生产力、生产方式和生活方式的深刻变革，成为经济社会绿色、智能、可持续发展的关键基础和重要引擎。
物联网是转变经济发展方式的重要引擎。
作为信息通信技术的突破方向，物联网蕴含巨大的增长潜能，是重要的战略性新兴产业。
物联网将智能赋予经济活动的各个环节和主体，使人依靠机器生产产品变成机器围绕人生产产品成为可能，使个性化制造和规模化协同创新有机结合成为重要的生产方式，有力推动信息化与工业化深度融合，提升传统产业，推动经济结构战略性调整和发展方式的深刻转变。
物联网是全面建设小康社会的关键基础。
物联网在社会发展、公共服务、城市管理和人民生活中的应用将有效提升政府管理效能、基础设施和城市管理水平、资源环境利用效率，实现社会公共服务和人民生活的智能化、便捷化、绿色化，推进经济、社会、人和自然的协调可持续发展。
我国经济社会各领域蕴含巨大的物联网应用需求。
工业领域，可用于工业过程控制、工业生产环境监测、制造供应链跟踪和产品全生命周期监测等各个环节，从而实现智能制造、精益生产。
农业领域，可用于农业生产规划阶段的农业资源信息实时感知获取，农业生产过程管理的精细化、知识化与智能化，农产品流通过程中的质量安全追溯体系等。
电网领域，可用于电网的智能运行、智能控制和智能调度，从而实现分布式清洁能源利用和用电、配电、输电、发电等各环节的智能适配，实现能源生产方式的变革。
交通运输领域，可用于各种运输方式的综合无缝衔接和整体智能调度，交通设施和运输工具的智能化改造，交通运输信息资源的动态采集和共享应用，从而实现安全便捷以及人、车、环境和谐的智能交通。
物流领域，可用于物流管理调度和物流活动的网络化智能化，通过全球范围内全环节可视化的智能物流，实现分散物流资源的高度集约化和智能优化配臵，大幅降低物流成本、提高物流效率。
医疗卫生领域，可用于社区医疗资源共享、医疗用品管理、医疗和医保信息共享、医疗环境安全、医疗模式创新、远程医疗服务等各个方面，从而推动公共医疗服务的均等化。
节能环保领域，可用于生态环境监测、污染源监控、危险废弃物管理等方面。
公共安全领域，可用于煤矿等安全生产、药品和食品安全监控、城市和社区安全、重要设施安全保障等方面。
我国面临物联网技术创新突破和新兴产业发展的重大机遇。
技术方面，我国网络通信技术在已有能力基础上，极有可能在向物联网网络通信全面拓展过程中形成国际领先优势。
感知识别和智能处理虽是我国瓶颈所在，但其与网络融合集成发展的趋势，以及大量应用需求带来的市场空间，将在网络化智能化感知器件与设备、云计算技术等领域带来跨越突破的良好机遇。
产业方面，物联网应用将带动传感器、RFID、仪器仪表等物联网相关产业向中高端的转型升级，创造出M2M、应用基础设施服务、行业物联网应用服务等新业态、新市场，同时也将给软件和集成服务、智能处理服务、通信网络设备和服务器等带来巨大的扩展空间，并为培育我国物联网企业群体、形成具有国际水平综合基础服务能力的龙头企业创造良好条件。
面临物联网存在的问题
（1）统一的技术标准。
由于物联网是互联网的延伸,同样基于TCP/IP,但在接入层面,协议类别就十分繁杂,如TD-SCDMA、GPRS、传感网等多种通道而标准化是大规模部署和扩展的必不可少的技术,如果没有大规模部署就谈不上物联网。
欧洲电信标准论坛等组织呼吁增加国际电联来参与统一RFID协议。
EPCglobal在2004年年底提出了第一个全球RFID标准的建议,它定义了多种类型的RFID标签及相应的工作频率[15]。
（2）寻址问题[16]。
每个物品都会在物联网中出现,那么每个物品都需要一个地址。
在IPv4资源即将耗尽的背景下,物联网需要更多的IP地址。
需要IPv6的支持,但由于IPv4网络的庞大规模导致IPv4向IPv6过渡存在一个漫长的过程,因此物联网一旦使用IPv6地址,就必然会存在与IPv4的兼容性问题。
物联网的特性也使得物联网中的寻址与互联网不完全一样,文献[17]解决了多种产品代码标准引起的寻址冲突。
（3）安全性能。
一方面，我国物联网发展的安全挑战来自两个方面，一是物联网应用模式带来的全球普遍性安全问题。
物联网将经济社会活动、战略性基础设施资源和人们生活全面架构在全球互联互通的网络上，所有活动和设施理论上透明化，一旦遭受攻击，安全和隐私将面临巨大威胁。
二是我国的特殊国情带来的安全挑战，如果核心技术和关键装备受制于人的局面得不到根本扭转，将导致物联网自主权缺失，国家经济社会命脉信息有可能被发达国家和少数跨国企业所掌控。
另一方面，RFID当初的设计是完全开放的,所以信息安全机制存在严重缺陷。
对RFID标签加密将使标签成本增加。
云服务的透明度也是安全隐患,黑客正是通过操作系统的漏洞来攻击它所服务的应用程序载入内存中的数据。
提供内存数据的保护和隔离是云计算的重要安全需求之一。
目前可以通过服务级别协议向用户担保,但如何做到安全服务SLA的可审计性[18],这是云计算必须面临的挑战[19]。
无线传感网络受到的安全威胁与传统网络不同,现有的网络安全机制无法应用于无线传感网络,需要开发专门协议。
现有的思想是从维护路由安全的角度出发,寻找尽可能安全的路由以保证网络的安全,另一种思想是把着重点放在安全协议方面。
目前现行有效的传统网络安全协议例如SSL和IPSec,也存在着缺陷比如难以实施在嵌入式设备中[20]。
因此一个完整统一的安全系统呼之欲出。
（4）实时性与同步性。
无所不在的物联网对时钟同步的要求明显高于传统的无线网络。
它与实际的物理环境联系密切,所以必须采用物理时钟同步,无法使用相对简单的逻辑时钟。
但是物理时钟的同步仍然存在着很多问题,例如:
无线传感器要求必须采用低能耗工作,时间同步的数据交换受到限制同时无线媒介连接方式不可靠,时钟的不同步性将会给物联网的实现带来巨大的障碍[9,20]。
（5）传统网络的协议算法局限。
物联网与传统网络有明显不同的技术要求,前者以数据为中心,后者以传输数据为目的。
传统网络的设计依照着端到端的边缘论思想,强调将一切与功能相关的处理都放在网络的端系统上,中间节点仅仅负责数据分组的转发。
对于物联网,这未必是一种合理的选择。
例如一些为自组织的Ad-hoc网络设计的协议和算法,未必适合物联网的特点和应用的要求。
在密集性极高的物联网中,相邻节点间的距离非常短,低功耗的多跳通信模式节省功耗,同时增加了通信的隐蔽性,避免了长距离无线通信易受外噪声干扰的影响。
这些独特的要求和制约因素为物联网的提出了新的技术问题[20]。
（6）商业可行性。
建立物联网,需要大量的资金投入,如RFID标签,RFID标签数据管理中间件,解读器及计算机的购入等。
成本的提高使得人们的可接受度和企业的回报率都成为未知数。
另外,标准的争夺是抢占市场先机的关键。
尽管物联网的发展还处于起步阶段,已有很多公司开始抢占市场先机,推广自己的标准并申请相关专利。
在中国开展物联网,首先要获得政府的支持,有了实质资金后能找到应用物联网的商品,搭建无线网络及系统平台,再进行物品的信息存储,然后进行传感设备的安装,但是现阶段推广物联网应用的商品仍属于风险投资,因为国内在物联网上缺乏核心技术的累积,同时,国内传感器产业化水平较低,高端产品被国外厂商垄断。
另一方面我国的宽带建设目前还处于初级阶段,大规模的普及无线传感网络短期内还难以实现,所以物联网在中国的普及还需要做多方面的努力。
三大难题
物联网的发展分为三个阶段，第一阶段是传感网，第二阶段是物联网，第三阶段是泛在网。
按照这一说法，传感网应该是物联网发展的第一阶段，也是我们在发展物联网的问题上的基本出发点。
但是目前产业发展的状态并不是十分理想，主要是资源进入物联网领域的势头比较猛，但缺乏系统性的统筹和调配，使得无序性逐渐加大。
按照罗杉的分析，目前发展物联网还面临着三个方面的难题。
首先是传感网的发展问题。
信息采集感应器是目前最低端的物联网的必要组成部分，但由于感应器的终端标准化没有完善，使得目前的开发成本很高，而且推广难度也很大。
另外，如果把感应器采集的信息加到当前的信息通信网上，会对现有的网络承载能力提出极大的挑战，因为感应器上传的信息量极大，如果现有网络的传输能力无法满足需求，将严重影响物联网的发展。
因此，我们需要像对待P2P一样，通过智能化的方法把一些无效信息过滤掉，这就需要在感应器的节点加入计算能力，通过协同计算过滤无效信息，这就是感应器的信息协同处理问题。
其次是应用。
目前产业界已经在从事物联网应用的开发，但现有的应用属于非常垂直的应用，即从终端到整个应用都是彼此隔离、相对封闭的，基本没有考虑到应用之间的协同。
如果每一个应用都独立，那对于今后大规模的应用推广而言意味着太长的开发周期和太高的开发成本，而且封闭的应用体系难以吸引业界的参与。
此外，一种应用就要定制一批终端，形成了业务和终端的高耦合度，这也使得终端的通用性、开放性无从谈起。
这和当时通信网发展的某一阶段十分相像，业务对应独立的业务网，最终使得网络“烟囱林立”。
“烟囱林立”的模式目前已被证明不符合网络发展的长期需要。
再次就是物联网的运营和推广。
如果物联网真的进入市场，并且形成符合商业化需求的产业，一个前提就是规模性和经济性。
但目前在国内谈这个话题为时尚早。
原因在于几个方面，一是客户认知度很低，甚至很多专家对物联网的认知度也不高。
二是业务模式不够清晰，目前业界没有找到很有效的业务模式去推动物联网。
三是产业链协同做得不够，产业链和产业链之间的定位不清楚，如何把产业链做大，彼此之间还缺乏默契。
3、2014年发展趋势
1、传感器趋于小型化、廉价化。
传感器正变得越来越小，价格更加低廉，也越来越稳定。
随着传感器技术的进步，即使是看似平凡的日常用品如桌椅等也将可能被连入互联网，并且会变得更加“智能”，能通过对温度、光、距离、压力等参数的监测告知我们周围环境的变化。
同时，它们不仅各自独立工作，更进行着机器到机器间（M2M）通信，在已联网的设备间自动进行着数据交换。
2、数据互联。
将实现相互独立的数据孤岛的互联。
当来源不同的数据相互结合时，全新的服务将会出现，成为互联网和物联网之间的一个重要接口，不仅是机器间数据连接的问题，更可以结合来自Internet的数据。
3、物联网将提供更加丰富的服务。
以往专注于商业机器到机器间的公司将进一步转向生活各领域的网络解决方案，其中首先就包括电信服务提供商。
电信服务提供商现如今其已成为网络生态系统的先驱，不仅提供了网络连接，也可以为几乎所有的行业和用户提供全面的网络解决方案，包括智能家庭报警系统等。
再比如开发移动支付、连接社会化媒体平台、进行数据评估及预测未来的业务、进行大数据分析等。
4、美国思科、高通、英特尔以及更多的主要科技公司都在关注物联网，这意味着所有的科技设备都会形成某种形式上的连接，
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