物聯網技術[10]

技術定義

通過 信息感測設備，將 所有物品 連線 網際網路，實現 智慧型化 識別 管理

誕生髮展

1999年 誕生，2005年 普及，2009年 大發展。

物聯網(Internet of Things)這個詞，國內外普遍公認的是MIT Auto-ID中心Ashton教授1999年在研究RFID時最早提出來的。在2005年國際電信聯盟（ITU）發布的同名報告中，物聯網的定義和範圍已經發生了變化，覆蓋範圍有了較大的拓展，不再只是指基於RFID技術的物聯網。

自2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”以來,物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一，寫入“政府工作報告”，物聯網在中國受到了全社會極大的關注，其受關注程度是在美國、歐盟、以及其他各國不可比擬的。

物聯網的概念與其說是一個外來概念，不如說它已經是一個“中國製造”的概念，他的覆蓋範圍與時俱進，已經超越了1999年Ashton教授和2005年ITU報告所指的範圍，物聯網已被貼上“中國式”標籤。

“中國式”物聯網定義

物聯網(Internet of Things)指的是將無處不在（Ubiquitous）的末端設備（Devices）和設施（Facilities），包括具備“內在智慧型”的感測器、移動終端、工業系統、樓控系統、家庭智慧型設施、視頻監控系統等、和“外在使能”(Enabled)的，如貼上RFID的各種資產（Assets）、攜帶無線終端的個人與車輛等等“智慧型化物件或動物”或“智慧型塵埃”（Mote），通過各種無線和/或有線的長距離和/或短距離通訊網路實現互聯互通（M2M)、套用大集成（Grand Integration)、以及基於雲計算的SaaS營運等模式，在區域網路（Intranet）、專網（Extranet）、和/或網際網路（Internet）環境下，採用適當的信息安全保障機制，提供安全可控乃至個性化的實時線上監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防範、遠程維保、線上升級、統計報表、決策支持、領導桌面（集中展示的cockpit Dashboard)等管理和服務功能，實現對“萬物”的“高效、節能、安全、環保”的“管、控、營”一體化[4]。

英譯別稱

The Internet of things、 感測網、“智慧的地球”。

其他相關術語

　M2M, 感測網路（WSN,USN,BSN等），智慧地球（Smarter Planet)，兩化融合(Digital Convergence)，pervasive Computing(普適計算）, Ambient Intelligence，Haptic和Ubiquitous Computing、X-internet（可執行的網際網路），Building2.0，Smart Grid（智慧型電網）[4]。。。

“Internet of Things”這個組合詞不符合英文縮寫習慣，在美國或國外並未成為一個像中國的“物聯網”一樣“家喻戶曉”的“buzzword”，美國更關注一些具體行業套用，如M2M， Smart Grid， Telematics, Telehealth等等。

技術概述

把 網路技術 運用於 萬物，組成“物聯網”
如把 感應器 嵌入 裝備 到 油網、電網、路網、水網、建築、大壩、等 物體中
然後將“物聯網”與“網際網路”整合起來，實現 人類社會 與 物理系統 的整合
超級計算機群 對“整合網”的 人員、機器設備、基礎設施 實施 實時管理控制
以精細動態方式 管理生產生活,提高資源利用率和生產力水平,改善人與自然關係

物聯網四大支柱技術與業務群

1. RFID: 電子標籤屬於智慧卡的一類，物聯網概念是1998年MIT Auto-ID中心主任Ashton教授提出來物聯網4大業務群的，RFID技術在物聯網中重要起“使能”（Enable)作用；

物聯網4大支柱技術與業務群

2.感測網：藉助於各種感測器，探測和集成包括溫度、濕度、壓力、速度等物質現象的網路，也是溫總理“感知中國”提法的主要依據之一；

3. M2M：這個詞國外用得較多，側重於末端設備的互聯和集控管理，X-Internet，中國三大通訊營運商在推M2M這個理念；

4. 兩化融合：工業信息化也是物聯網產業主要推動力之一，自動化和控制行業是主力，但目前來自這個行業的聲音相對較少[4]。

技術原理

在網際網路基礎上，利用RFID、數據通信技術
組成一個 覆蓋世界 萬事萬物 的 整合網路
網中萬物 自動識別，信息共享，彼此“交流”，無需人為干預

物聯網DCM三層架構

物聯網DCM三層架構

Devices—末端設備，資產，或子系統；

Connect—有線或無線通訊連線系統；

Manage —總控管理和套用系統[4]。

技術標準

物聯網的最大瓶頸是沒有統一的HTML那樣的數據交換標準

物聯網的最大瓶頸既不是IP位址不夠問題，也不是一定要攻克下什麼關鍵技術才能發展。
三網合一，IPv6固然重要，但物聯網的很多底層通訊介質根本不能運行IP Stack，可以通過UID等軟體標準解決。一些感測器和感測器網路關鍵技術的攻關也很重要，但那是“點”的問題，不是“面”的問題。 大面的問題還是數據表達、交換，與處理的標準以及套用支撐的中間件架構問題。 同方從2004年起就推出了ezM2M物聯網業務基礎中間件產品和oMIX數據交換標準（產品中還實現了中國移動的WMMP標準），但是一個企業的力量是有限的，既然物聯網產業已經被提到國家戰略的高度，如果以國家層面的高度來推物聯網數據交換標準和中間件標準，一定能夠發揮整體效果，而且要比制定其他通訊層和感測器的技術攻關見效快。
數據交換標準主要落地在物聯網DCM三層體系的套用層和感知層，配合傳輸層通道，目前國外已提出很多標準，如EPCGlobal的ONS/PML標準體系，還有Telematics行業推出的NGTP標準協定及其軟體體系架構，以及EDDL, M2MXML, BITXML, obix等，感測層的數據格式和模型也有TransducerML, SensorML, IRIG, CBRN, EXDL, TEDS等等，目前的挑戰是把這些現有標準融合，實現一個統一的物聯網數據交換大集成套用標準，如果國家能夠整合資源， 這個標準的建立具備一定的可行性。不過由於其涉及面廣，整體協調難度大，只有受到監管層和高層領導的高度重視，委託國家級的綜合性物聯網標準委員會 （目前的一些標準組織多半還是更多的關注於傳輸層標準，或行業套用標準， 如RFID和WSN無線通訊標準等，統籌能力不夠，視野不夠寬）具體實施才有可能實現這個目標【5】。

信息安全

物聯網的安全和網際網路的安全問題一樣，永遠都會是一個被廣泛關注的話題。由於物聯網連線和處理的對象主要是機器或物以及相關的數據，其“所有權”特性導致物聯網信息安全要求比以處理“文本”為主的網際網路要高，對“隱私權”(Privacy)保護的要求也更高（如ITU物聯網報告中指出的），此外還有可信度(Trust)問題，包括“防偽”和DoS（Denial of Services）（即用偽造的末端冒充替換（eavesdropping等手段）侵入系統，造成真正的末端無法使用等），由此有很多人呼籲要特別關注物聯網的安全問題。
物聯網系統的安全和一般IT系統的安全基本一樣，主要有8個尺度： 讀取控制，隱私保護，用戶認證，不可抵耐性，數據保密性，通訊層安全，數據完整性，隨時可用性。 前4項主要處在物聯網DCM三層架構的套用層，後4項主要位於傳輸層和感知層。其中“隱私權”和“可信度”（數據完整性和保密性）問題在物聯網體系中尤其受關注。如果我們從物聯網系統體系架構的各個層面仔細分析，我們會發現現有的安全體系基本上可以滿足物聯網套用的需求，尤其在其初級和中級發展階段。
物聯網套用的特有（比一般IT系統更易受侵擾）的安全問題有如下幾種：
1. Skimming：在末端設備或RFID持卡人不知情的情況下，信息被讀取
2. Eavesdropping: 在一個通訊通道的中間，信息被中途截取
3. Spoofing：偽造複製設備數據，冒名輸入到系統中
4. Cloning: 克隆末端設備，冒名頂替
5. Killing:損壞或盜走末端設備
6. Jamming: 偽造數據造成設備阻塞不可用
7. Shielding: 用機械手段禁止電信號讓末端無法連線
主要針對上述問題，物聯網發展的中、高級階段面臨如下五大特有（在一般IT安全問題之上）的信息安全挑戰【4】：
1. 4大類（有線長、短距離和無線長、短距離）網路相互連線組成的異構（heterogeneous）、多級(multi-hop)、分散式網路導致統一的安全體系難以實現“橋接”和過度
2. 設備大小不一，存儲和處理能力的不一致導致安全信息（如PKI Credentials等）的傳遞和處理難以統一
3. 設備可能無人值守，丟失，處於運動狀態，連線可能時斷時續，可信度差，種種這些因素增加了信息安全系統設計和實施的複雜度
4. 在保證一個智慧型物件要被數量龐大，甚至未知的其他設備識別和接受的同時，又要同時保證其信息傳遞的安全性和隱私權
5. 多租戶單一Instance伺服器SaaS模式對安全框架的設計提出了更高的要求
對於上述問題的研究和產品開發，目前國內外都還處於起步階段，在WSN和RFID領域有一些針對性的研發工作，統一標準的物聯網安全體系的問題目前還沒提上議事日程，比物聯網統一數據標準的問題更滯後。這兩個標準密切相關，甚至合併到一起統籌考慮，其重要性不言而喻。

技術意義

突破傳統思維---過去是將 物理設施 和 IT設施 分開
一路是 機場、公路、建築物 等等 現實的 世間萬物
另一路 是 數據 電腦、寬頻 等等 虛擬的“網際網路”
而在“物聯”時代，“現實的世間萬物” 將與 “虛擬的網際網路”
整合為 統一的“整合網路”，全球全世界的運轉 以此 為基礎 ---
經濟管理 生產運行 社會管理 乃至 個人生活---全球世界---互聯物聯---整合大同

技術發展

2005.11.17,在突尼西亞舉行的信息社會世界峰會WSIS上
國際電信聯盟ITU發布了《ITU網際網路報告2005物聯網》
報告指出，無所不在的“物聯網”通信時代 即將來臨
世上萬物 從輪胎到牙刷 都可 通過 網際網路 主動交換
RFID、感測器、納米、智慧型嵌入技術 更加廣泛的套用

物聯網發展的三個階段

1.初級階段：已存在的一些各行業基於各種行業數據交換和傳輸標準的連網監測監控，兩化融合[1]引等MAI套用系統;

2.中級階段：在物聯網理念推動下，基於局部統一的數據交換標準實現的跨行業、跨業務綜合管理大集成系統，包括一些基於SaaS模式和“私有雲”的M2M營運系統;

3.高級階段：基於物聯網統一數據標準，SOA,Web Service,雲計算虛擬服務的on Demand系統， 最終實現基於“共有雲”TaaS: “Thing as a Service”【4】。

中國發展

中國在‘物聯網’領域 享有 國際話語權
中國的無線通信網路 已覆蓋了 廣大城鄉
無線網路 是 實現“物聯網”必不可少 的 基礎設施
安置在 動植物、機器產品上的 電子介質 產生的 數位訊號
可 隨時隨地 通過 無處不在的 無線網路 傳送交流
雲計算---使 世間萬物的 實時 動態 管理 變得可能

物聯網專業與課程設定

2010年初教育部下達了高校設定物聯網專業申報通知，眾多高校爭相申報。由於物聯網涉及的領域非常廣泛，從技術角度，主要涉及的現有高校院系與專業有：計算機科學與工程，電子與電氣工程，電子信息與通訊，自動控制，遙感與遙測，精密儀器，電子商務等等。物聯網專業可能會在上述這些院系中開設。 與物聯網套用相關的專業， 如建築與智慧型化，土木工程，交通運輸與物流，節能與環保等等，可能會考慮開設選修課或在研究生、博士生階段設定相關交叉學科的學位。
物聯網可以是一個“專業”，但不一定是一個“學科”。國內有些專家反對設定“物聯網專業”，因為定位不清，一個學校往往有好幾個院系爭奪“物聯網專業“的申報，又不是一個明確的學科，難以培養出真正的專業人才，培養出來的人可能是“萬精油”，懂得多但是不精，尤其是本科階段，建議只作為研究生專業，像MBA一樣的模式。和目前許多高校設定的“電子商務”專業一樣，“電子商務”也有同樣的定位不清問題，只要高校設定的物聯網專業能夠培養出社會需要的專業人才，尤其是跨專業複合型人才，就應該可以設定，不必拘泥於它究竟屬於哪個現有的“學科”。 下表列出了一個高校物聯網專業課程設定的初步建議，算是拋磚引玉。

課程1、 物聯網產業與技術導論 使用電子工業出版社《物聯網：技術、套用、標準和商業模式》等等教材。 在學完高等數學，物理，化學，通信原理，數字電路，計算機原理，程式設計原理等課程後開設本課程，全面了解物聯網之RFID、M2M、感測網、兩化融合等技術與套用。
課程2、C語言程式設計 使用清華大學出版社《C語言程式設計》等教材。 物聯網涉及底層編程，C語言為必修課，同時需要了解OSGI，OPC，Silverlight等技術標準。
課程3、Java程式設計 ，使用 機械工業出版社《JAVA語言程式設計教程》等教材。 物聯網套用層，伺服器端集成技術，開放Java技術也是必修課，同時需要了解Eclipse,SWT, Flash, HTML5,SaaS等技術。
課程4、無線感測網路概論，使用 無線龍通訊科技出版社《現代無線感測器網路概論》、北京航空航天大學出版社《短距離無線通訊入門與實戰》等教材。 學習各種無線RF通訊技術與標準，Zigbee, 藍牙，WiFi，GPRS,CDMA，3G, 4G, 5G等等 。
課程5、 TCP/IP網路與協定 ，《TCP/IP網路與協定》，清華大學出版社，等教材。 TCP/IP以及OSI網路分層協定標準是所有有線和無線網路協定的基礎，Socket編程技術也是基礎技能，為必修課。
課程6、嵌入式系統技， 《嵌入式系統技術教程》，人民郵電出版社等教材。 嵌入式系統（包括tinyos等IoT系統）,是物聯網感知層和通訊層重要技術， 為必修課。
課程7、感測器技術概論， 《感測器技術》，中國計量出版社，等教材。 物聯網專業學生需要對感測器技術與發展，尤其是在套用中如何選用有所了解，但不一定需要了解感測器的設計與生產，對相關的材料科學，生物技術等有深入了解。
課程8、RFID技術概論，《射頻識別（RFID）技術原理與套用》，機械工業出版社，等教材。 RFID作為物聯網主要技術之一，需要了解，它本身（與智慧卡技術融合）可以是一個細分專業或行業，也可以是研究生專業選題方向。
課程9、工業信息化及現場匯流排技術，《現場匯流排技術及套用教程》，機械工業出版社，等教材。 工業信息化也是物聯網主要套用領域，需要了解，它本身也可以是一個細分專業或行業，也可作為研究生專業選題方向。
課程10、M2M技術概論 ， 《M2M: The Wireless Revolution》，TSTC Publishing，等教材。 本書是美國“Texas State Techinical College”推出的M2M專業教材，在美國首次提出了M2M專業教學大綱，M2M也是物聯網主要領域，需要了解，建議直接用英文授課。
課程11、物聯網軟體、標準、與中間件技術 ，《中間件技術原理與套用》，清華大學出版社，《物聯網：技術、套用、標準和商業模式》，電子工業出版社，等教材。 物聯網產業發展的關鍵在於套用，軟體是靈魂，中間件是產業化的基石，需要學習和了解，尤其是對畢業後有志於物聯網技術發展的學生[7]。

中國技術

中國的 技術研發水平 處於 世界前列，具有 重大的 影響力
中科院 1999年 就啟動了 感測網研究，與 其它國家 相比 具有 同發優勢
該院 組成了 2000多人 的 團隊，先後 投入 數億元
在 無線智慧型感測器 網路通信技術、微型感測器、感測器終端機、移動基站 等 取得 重大進展
目前 已擁有 從材料、技術、器件、系統 到 網路 的 完整 產業鏈
在 世界感測網 領域，中國 與 德國、美國、韓國 一起，成為 國際標準 制定的 主導國 之一

技術產業

掌握“物聯網”的世界話語權，不僅 體現在技術領先，更在於 我國是世界上少數能實現產業化的國家之一

研發核心

中科院 無錫微納感測網 工程技術 研發中心 (無錫感測網中心) 是 國內 研究 物聯網 的 核心單位
09.8.7 溫總理 調研無錫時，對該中心 高度關注，提出 把感測網路中心設在無錫、輻射全國的想法
溫家寶指出：在 感測網發展中 早一點 謀劃未來 --- 早一點攻破核心技術
在國家 重大科技專項中，加快推進感測網發展，儘快建立 中國的感測信息中心--感知中國中心
江蘇省委省政府 落實 溫總理指示，熱情擁抱“物聯網”，突出抓好 平台建設 和套用示範工作
迅速 形成 “研發 安全感” 與 “產業 突破” 的 “先發優勢”
無錫作出部署：舉全市之力搶占新1輪科技革命制高點--把無錫建成--感測技術創新高地--人才高地--產業高地

中間件是物聯網軟體的核心

如果軟體是物聯網的核心和靈魂，中間件（Middleware）就是這個靈魂的核心。中間件與作業系統和資料庫並列作為三足鼎立的“基礎軟體”的理念經過多年的探討已經被國內業界和政府主管部門認可，但在國內長期“重硬輕軟”的大環境下，中間件產業並未受到足夠的重視，或更確切地說可能是不知道如何抓。
除OS，資料庫，和直接面向用戶的客戶端軟體以外，凡是能批量生產，高度可復用的軟體都可以算是中間件。中間件有很多種類，如通用中間件，嵌入式中間件，數位電視中間件，RFID中間件，和M2M物聯網中間件等等，中間件無處不在。IBM, Oracle, 微軟等軟體巨頭都是引領潮流的中間件生產商。 SAP等大型（ERP）套用軟體廠商的產品也是基於中間件架構。國內的用友，金蝶等軟體廠商也都有中間件部門或分公司。在OS和資料庫市場格局早已確定的情況下，中間件，尤其是面向行業的業務基礎中間件，也許是各國軟體產業發展唯一的機會。可以毫不誇張地說，能否做大做強中間件，是整箇中國IT產業能否做大做強的關鍵。

物聯網中間件處於物聯網的集成伺服器端和感知層、傳輸層的嵌入式設備中。 伺服器端中間件稱為物聯網業務基礎中間件，一般都是基於傳統的中間件（套用伺服器，ESB/MQ等）構建，加入設備連線和圖形化組態展示等模組(如同方的ezM2M物聯網業務中間件）。嵌入式中間件是一些支持不同通訊協定的模組和運行環境。中間件的特點是它固化了很多通用功能，但在具體套用中多半需要“二次開發”來實現個性化的行業業務需求，因此所有物聯網中間件都要提供快速開發（RAD）工具。

在物聯網概念被大眾理解和接受以後，大家早已發現，物聯網並不是什麼全新的東西，上萬億的末端“智慧型物件”和各種套用子系統早已經存在於工業和日常生活中。物聯網產業發展的關鍵在於把現有的智慧型物件和子系統連結起來，實現套用的大集成（Grand Integration）和“管控營一體化”，為實現“高效、節能、安全、環保”的和諧社會服務，要做到這一點，軟體（包括嵌入式軟體）和中間件將作為核心和靈魂起至關重要的作用。這並不是說發展感測器等末端不重要，在大集成工程中，系統變得更加智慧型化和網路化，反過來會對末端設備和感測器提出更高的要求，如此循環螺旋上升推動整個產業鏈的發展。 因此，要占領物聯網制高點，軟體和中間件的作用至關重要，應該得到國家層面決策和扶持政策的高度重視。
在包括物聯網軟體在內的軟體領域，美國長期引領潮流，基本上壟斷了世界市場，歐盟（世界級的軟體廠商只有SAP一家在歐洲）早已看到了軟體和中間件在物聯網產業鏈中的重要性，從2005年開始資助了HYDRA項目，這是一個研發物聯網中間件和“網路化嵌入式系統軟體”的組織，已取得不少成果。目前在中國有很多感測器，感測網，RFID研究中心及產業（生產）基地，也有很多人呼籲建立物聯網標準，唯獨沒有物聯網軟體和中間件研發基地和組織，這種本末倒置的現象很讓人擔心。 如果我們的軟體不夠強，制定物聯網標準也一定是紙上談兵，物聯網產業基地一定是低層次重複建設造成生產過剩，我們在物聯網產業永遠不會有話語權，更談不上占領什麼制高點【6】。

技術運用

日前，無錫感測網中心 的 感測器產品 在 上海浦東國際機場 和 上海世博會 被 成功套用---首批
1500萬元的 感測安全防護設備銷售成功，設備由10萬個微小感測器組成，散布在牆頭牆角及路面
感測器能根據聲音、圖像、震動頻率 等 信息 分析判斷，爬上牆的 究竟是人 還是 貓狗 等 動物
多種 感測手段 組成 一個 協同系統 後，可以防止 人員的翻越、偷渡、恐怖攻擊 等 攻擊性入侵
由於 效率 高於 美國 和 以色列 的 “防入侵 產品”
國家民航總局 正式發文要求，全國民用機場 都要採用 國產感測網 防入侵系統
目前，浦東機場直接採購 感測網產品金額為4000多萬元，加上配件共5000萬元
若 全國 近200家 民用機場 都 加裝 防入侵系統，將產生 上百億 的 市場規模