智能物联网论文

物联网 (Internet of Things IOT)在大数据 (Big Data) 之后顺理成章的响应起来, 比起较为看不见的大数据，物联网看得见摸得着，而且也是人类从19世纪第一次工业革命之后，第一次考虑地球永续的产业升级。为什么是物联网？ 因为大数据。首先，包含这三个阶段才称得上大数据： 统计分析 预测和推荐 智能优化。统计分析是目前为止普罗大众对于大数据的理解(或说是误解)，而后两者需要大量且不间断的数据搜集和分类，才能够帮助操作人员/管理人员提供有效的预测或推荐，再基于3-5年的预测推荐实施结果，不停的搜集案例，最终提供自动优化和分配资源的能力。越细的资料反馈就会让分析统计的精准度越高。 大数据现在就像是张有残缺的乐谱，中间丢失很多细节，而物联网可以帮助把乐谱丢失的细节补完。因为现在人类所拥有的情报并不足以支撑大数据变成有力的辅助工具，所以让所有的产业内的人，以及物理资产的零部件都能帮助提供数据，则成为大数据打底的基础工作。基于不同国家有不同的优势和战略，物联网革命也在不同的国家有不同的应用。例如最早感知到并且开始启动的是德国, 政府称之为工业0，从去年就为其拟定了白皮书，目标是智能的工厂产线；在美国更着重在智慧交通和智能电网，中国则把目标放在智慧城市。第一次工业革命是蒸汽机的发明；第二次工业革命是机械的使用，帮助产线劳动力解放，以及劳工分级；第三次工业革命是开始使用电力和机器人帮助大量自动化生产；第四次工业革命，则是希望利用无数的传感器，帮助遍布在全球的协作工厂去预测并优化生产，避免匮乏与过量。这就是为什么物联网被放在下一轮各个国家重要的战略方针内，物联网的将建立所有物理资产零组件的联网沟通能力，物联网和互连网虽然相辅相成，但在规模上远远不同。首先物理资产上亿乃至数十亿, 控管和数据吞吐处理能力将成为一大考验，更别提上下游各层人员的需求分析。举例以某省想实施智能电网来说，目前该省已经部属大量的智能电表到各个家户中，但其电厂能够处理的智能电表只能一次取回数十万个电表数据，并且一小时才能取一次，利用率可说凄惨。因此，部属物联网世界不只是硬件工程产业的工作，同时也需要软件解决方案和体验设计专业人员一同共同打造。

前言第1章绪论1定义2发展概况3框架结构4标准体系5关键技术和难点6应用领域本章小结习题与思考题参考文献第2章EPC和RFID技术1EPC编码1EPC编码协议2EPC系统结构3条形码技术4条形码、RFID和EPC的区别2RFID系统1应答器原理2阅读器部分3RFID天线部分4RFID中间件本章小结习题与思考题参考文献第3章传感器技术1传感器基础知识1传感器的概念2传感器的作用3传感器的组成4传感器的分类5传感器的基本特性2几种常用传感器介绍1温度传感器2湿度传感器3超声波传感器4气敏传感器3智能传感器1智能传感器的基本概念2智能传感器的组成3智能传感器的功能与特点4基于IEEE1451的网络化智能传感器5智能传感器标准体系6智能传感器的应用7智能传感器发展趋势4MEMS技术1MEMS概述2MEMS特点3MEMS应用4常用的MEMS传感器5传感器接口技术1传感器接口特点2常用传感器接口电路3传感器与微机接口的一般结构4接口电路应用实例本章小结习题与思考题参考文献第4章无线传感器网络技术1无线传感器网络概述1无线传感器网络介绍2传感器网络体系结构3传感器网络的发展2无线传感器网络的技术体系1自组网技术2节点定位技术3时间同步技术4安全技术3无线传感器网络的通信协议1无线传感器网络的路由协议2无线传感器网络的MAC协议4无线传感器网络的技术标准1IEEE4标准2ZigBee协议规范5多传感器网络的信息融合1无线传感器网络数据融合2无线传感器网络数据融合分类模型本章小结习题与思考题参考文献第5章M2M技术1概述1M2M起源及现状2M2M标准化工作2M2M的体系结构、协议、内容1M2M系统架构2M2M关键技术3M2M应用模式4WMMP介绍3M2M模块1几种M2M模块介绍2华为的M2M模块——MC4M2M应用1医疗保健2电力系统3智能家居5M2M的前景和挑战1M2M市场的前景预测2当前M2M应用模式所存在的问题本章小结习题与思考题参考文献第6章云计算技术1云计算简介1云计算的起源2云计算的基本概念3云计算的特点4云计算与相关技术的关系2云计算与物联网3云计算实现技术1云计算工作原理2云计算体系结构3云计算服务层次4云计算关键技术5云计算的派生技术本章小结习题与思考题参考文献第7章智能处理技术1开放复杂智能系统2知识的获取、表达与推理1知识概述2信息与知识获取3知识表示4知识推理5知识与智能涌现3数据库技术1数据库概述2数据模型3分布式数据库4移动数据库5数据仓库、数据挖掘与知识发现6常见数据库产品4分布智能1分布智能概述2智能A3多智能A4移动Agent本章小结习题与思考题参考文献第8章物联网安全技术1物联网安全性概述1物联网的安全技术分析2RFID标签安全性概述2物联网身份识别技术1电子ID身份识别技术2个人特征的身份证明3基于零知识证明的识别技术4物联网密钥管理技术1对称密钥的管理2非对称密钥的管理5物联网密钥管理系统1密钥的分配2物联网密钥分配方法3密钥注入4密钥存储5密钥更换和密钥吊销6物联网密钥产生技术1密钥产生的硬件技术2密钥产生的软件技术7密钥的分散管理与托管8物联网中的消息鉴别和数字签名1消息一致性2数字签名3数字签名的应用例子9信息隐藏概述10信息隐藏基本原理11数字水印12物联网IP安全13密钥交换（IKE）协议本章小结习题与思考题参考文献第9章物联网的理论基础1物联网下的控制理论基础1经典控制理论2现代控制理论3几种常见的控制方式4基于网络的控制理论基础2信息论基础1信息论分类及发展2信息论基础3物联网语境下的信息论——感知信息论3网络科学基础1研究网络科学的三个阶段2研究网络科学的工具和方法3无尺度网络和Barabasi?Albert模型4CPS理论基础1CPS—物联网的技术内涵2CPS的体系结构3CPS发展的科学技术瓶颈分析5物联网关键的科学问题6物联网建模探究本章小结习题与思考题参考文献缩略语

欧洲委员会[1]提出“物联网是未来因特网的综合部分之一，可以被定义为一个动态的全球网络基础。基于标准的和互操作的通信协议，无论物理的还是虚拟的“物”均有身份、物理属性和虚拟特质，具备自配置能力且使用智能接口，可以无缝地集成到信息网络中去。” 本文认为，物联网实质上是将真实世界映射到虚拟世界的过程：真实世界中的事物，通过传感器采集一定的数据，在虚拟世界中形成与之对应的事物。“相关物体可能在虚拟电子空间中被创造出来，源于物理物体空间，且与物理空间的物体有关联。”[2]传感器采集到数据的详细程度，将影响到该事物在虚拟世界中的抽象程度。在虚拟世界中，对该事物最简单也最重要的描述是物体提供了一个ID用于识别（如使用RFID标签），最详细的描述则是真实世界中该事物的所有属性和状态均可在虚拟世界中被观察到。进一步的，在虚拟世界中对该物体做出控制，则可通过物联网改变真实世界中该物体的状态。对于一个真实的事物，其所需的各种应用与操作，只需在虚拟世界中对与之对应的虚拟事物进行应用和操作，即达到目的。 这样将会对世界带来巨大的改变：实地实时监测和控制一个事物的成本是高昂的，通过物联网，所有事物都将在虚拟世界中被找到，以较低的成本被监测和控制，从而实现4A（anytime, any place, anyone, anything）[3]连接。虚拟世界提供了对所有事物的实时追踪的可能，所有的信息都不是孤立的，这将为各种海量运算和分析提供了最基础和最重要的信息源。真实世界存在于某一时刻，而当物联网发展到能将真实世界中的所有事物都映射到虚拟世界中时，无数个某一时刻的世界汇集起来，在虚拟世界中将形成一个可以追溯的历史，如同过去以纸质保存历史事件的发生，将来将以电子数据对所有事物进行全息描述的形式存储世界的历史。 二、体系架构 目前, 物联网还没有一个广泛认同的体系结构，最具代表性的物联网架构是欧美支持的EPCglobal和日本的UID物联网系统。EPC系统由EPC 编码体系、射频识别系统和信息网络系统3 部分组成。UID 技术体系架构由泛在识别码(uCode)、泛在通信器、信息系统服务器、和ucode 解析服务器等4部分构成。EPCglobal 和UID上只是RFID 标准化的团体，离全面的“物联网”体系架构相去甚远。 美国的IBM公司在2008年提出“智慧的地球”这一与物联网概念相近的概念，并提出通过INSTRUMENTED，INTERCONNECTED和INTELLIGENT这三个层面来实现智慧地球。在文献基础上，本文提出了物联网体系架构。 1、智能物体层：通过传感器捕获和测量物体相关数据，实现对物理世界的感知。同时具备局部的互动性，需要一定的存储和计算能力。 2、数据传输层：以有线或无线的方式实现无缝、透明、安全的接入，提供并实施编码、认知、鉴权、计费等管理。 3、信息关联层：通过云计算实施对海量数据的存储和管理、数据处理与融合，屏蔽其异质性与复杂性，形成一个与真实世界对应的虚拟世界。 4、应用服务层：从虚拟世界中提取信息，提供丰富的面向服务的应用。如智能交通、智能电网、智能医疗等等。 需要指出的是，数据由底部的传感器通过网络到达应用服务层面，而实际上，在服务应用层面，各个中心、用户可以反向的通过网络由执行器对物体进行控制。 在该体系结构中，感知层面的各种传感器、执行器都是具体的，随着技术的发展会不断升级，新设备不断引入物联网。而服务应用层的各种需求也是不断提出的，并不是一层不变的。若是每个具体的服务应用和传感设备都形成一个独立的网络，最后可能形成许多套特殊的网络，这不利于推广和不便于维护。因此这需要物联网的网络层有一定前瞻性，物体设备层可以变化，服务应用层可以变化，但它们都是通过一个普适的网络进行连接，这个网络可以在一定的时间内保持稳定。 三、面临的挑战 1、统一标准 物联网其实就是利用物体上的传感器和嵌入式芯片，将物质的信息传递出去或接收进来，通过传感网络实现本地处理，并联入到互联网中去。由于涉及到不同的传感网络之间的信息解读，所以必需有一套统一的技术协议与标准，而且主要是集中在互联上，而不是传感器本身的技术协议。现在很多所谓的物联网标准，实际上还是将物联网作为一种独立的工业网络来看待的具体技术标准，而应对互联需要的技术协议，才是真正实现物联网的关键。 2、安全、隐私 在物联网中所有“事物”都连接到全球网络，彼此间相互通信，这也带来了新的安全和隐私问题，例如可信度，认证，以及事物所感知或交换到的数据的融合。人和事物的隐私应该得到有效保障，以防止未授权的识别和攻击。安全与隐私这个问题，是人类社会的问题，不论是物联网还是其他技术，都是面临这两个问题。