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1、南京信息职业技术学院毕业论文作者 康晶晶 学号 40832P06 系部 计算机与软件学院 专业 计算机网络 题目 物联网及其未来 指导教师 史律 评阅教师 完成时间： 2011年4月20日 毕业论文中文摘要题目：通过信息传感设备按约定的协议把物体与互联网相连接摘要：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网络。其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。物联网是将物体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
2、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。 关键词：计算机 互联网 生产力 人与自然毕业论文外文摘要 Title Information as agreed by the protocol sensing device connected to the Internet to the objectAbstractThings are still the core and foundation of the Internet, is based on the extension of the Internet and networ
3、k. Extension and expansion of its client to any object and between objects, information exchange and communication. Objects and things is to integrate the existing Internet to achieve human society and the integration of physical systems, which in this integrated network, there is a strong central a
4、bility to super-computer cluster, can be integrated within the network of people, machinery, equipment and infrastructure management and control in real time, on this basis, the human can be more refined and dynamic management of production and life, to smart state, improve resource utilization and
5、productivity levels, improve the relationship between man and nature.Keywords: Computer Internet productivity of man and nature目录引言1990年施乐公司的网络可乐贩售机Networked Coke Machine，是物联网的最早实践。物联网是以互联网为核心的一种网络。它通过射频识别（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，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一门技术。物联
6、网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道，构成未来互联网。物联网要实现的是将不会说话的机器、商品、车辆、家具装上“心脏”，有思想，能对人类的指挥、遥控有响应或者提供相应的统计数据，实现从静向动的转变或者从无序向有序的转变。物联网的未来，将是一个动感的时代、疯狂的时代，将是一个颠覆人的常规思维、传统观念的时代。以互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机科学的一项伟大成果，它给我们的生活带来了深刻的变化，然而在目前，网
7、络功能再强大，网络世界再丰富，也终究是虚拟的，它与我们所生活的现实世界还是相隔的，在网络世界中，很难感知现实世界，很多事情还是不可能的，时代呼唤着新的网络技术。无线传感网络正是在这样的背景下应运而生的全新网络技术。从智慧城市到智慧地球，从感知城市到感知中国、感知世界，信息网络和移动信息化开辟了人与机、机与机/ 传感器网融合的可能，使我们的工作生活时时联通、事事链接，物联网将成为信息化建设的下一个机遇，也将成为世界经济复苏的新亮点。第一章：概述1.1 物联网的相关概念1.1.1 什么是物联网物联网这个概念，在中国早在1999年就提出来了。当时叫传感网。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应
8、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，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。1.1.2 物联网背景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(Internet of Things)这个概念，是1999年MIT Auto-ID中心的Ashton教授在研究RFID时最早提出来的。他提出了结合物品编码、RFID和互联网技术的解决方案。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机
9、互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of things”（简称物联网），这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。传感网是基于感知技术建立起来的网络。中科院早在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。 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11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（I
10、TU）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。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。物联网概念的兴起，很大程度上得
11、益于国际电信联盟。2005 年以物联网为标题的年度互联网报告。然而，ITU的报告对物联网缺乏一个清晰的定义。虽然目前国内对物联网也还没有一个统一的标准定义，但从物联网本质上看，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。物联网技术被称为是信息产业的第三次革命性创新。物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信（M2M）的功能；三是智能化特征
12、，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。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。在中国，同年11月在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新2.0”提出移动技术、物联网技术的发展代表着新一代信息技术的形成，并带动了经济社会形态、创新形态的变革，推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新（创新2.0）形态的形成，创新与发展更加关注用户、注重以人为本。而创新2.0形态的形成又进一步推动新一代信息技术的健康发展。2009年1月28日，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
13、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2月24日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。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代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，并且被普遍连接，形
14、成物联网。 在策略发布会上，IBM还提出，如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。IBM希望“智慧的地球”策略能掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技产业革命。IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔15年发生一次变革。这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律”。1965年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前后以个人计算机的普及为标志，而1995年前后则发生了互联网革命。每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联
15、网革命一定程度上是由美国“信息高速公路”战略所催熟。20世纪90年代，美国克林顿政府计划用20年时间,耗资2000亿-4000亿美元,建设美国国家信息基础结构，创造了巨大的经济和社会效益。而今天，“智慧地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有物联网示意图许多相似之处，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。2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物联网应用也提出了一些看法和要求。自温总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作
16、报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。物联网的概念与其说是一个外来概念，不如说它已经是一个“中国制造”的概念，他的覆盖范围与时俱进，已经超越了1999年Ashton教授和2005年ITU报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。截至2010年，发改委、工信部等部委正在会同有关部门，在新一代信息技术方面开展研究，以形成支持新一代信息技术的一些新政策措施，从而推动我国经济的发展。1.1.3物联网系统的基本组成物联网系统的基本组成包括硬件和软件平台硬件平台组成成分(1) 物联网是以数据为中心的面向应用的网络，主要完成信息感知、数据处理、数
17、据回传，以及决策支持等功能，其硬件平台可由传感网、核心承载网和信息服务系统等几个大的部分组成。系统硬件平台组成示意图如图1-1所示。其中，传感网包括感知节点（数据采集、控制）和末稍网络（汇聚节点、接入网关等）；核心承载网为物联网业务的基础通信网络；信息服务系统硬件设施主要负责信息的处理和决策支持。（点击查看大图）图1-1 物联网硬件平台示意图1)感知节点感知节点由各种类型的采集和控制模块组成，如温度传感器、声音传感器、振动传感器、压力传感器、RFID读写器、二维码识读器等，完成物联网应用的数据采集和设备控制等功能。感知节点的组成包括4个基本单元：传感单元（由传感器和模数转换功能模块组成，如RF
18、ID、二维码识读设备、温感设备）、处理单元（由嵌入式系统构成，包括CPU微处理器、存储器、嵌入式操作系统等）、通信单元（由无线通信模块组成，实现末梢节点间以及它们与会聚节点间的通信），以及电源/供电部分。感知节点综合了传感器技术、嵌入式计算技术、智能组网技术及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到接入层的基站节点和接入网关，最终到达信息应用服务系统。2)末稍网络末稍网络即接入网络，包括汇聚节点、接入网关等，完成应用末稍感知节点
19、的组网控制和数据汇聚，或完成向感知节点发送数据的转发等功能。也就是在感知节点之间组网之后，如果感知节点需要上传数据，则将数据发送给汇聚节点（基站），汇聚节点收到数据后，通过接入网关完成和承载网络的连接；当用户应用系统需要下发控制信息时，接入网关接收到承载网络的数据后，由汇聚节点将数据发送给感知节点，完成感知节点与承载网络之间的数据转发和交互功能。感知节点与末稍网络承担物联网的信息采集和控制任务，构成传感网，实现传感网的功能。3) 核心承载网核心承载网可以有很多种，主要承担接入网与信息服务系统之间的数据通信任务。根据具体应用需要，承载网可以是公共通信网，如2G、3G、4G移动通信网，WiFi，W
20、iMAX，互联网，以及企业专用网，甚至是新建的专用于物联网的通信网。4)信息服务系统硬件设施物联网信息服务系统硬件设施由各种应用服务器（包括数据库服务器）组成，还包括用户设备（如PC、手机）、客户端等，主要用于对采集数据的融合/汇聚、转换、分析，以及对用户呈现的适配和事件的触发等。对于信息采集，由于从感知节点获取的是大量的原始数据，这些原始数据对于用户来说只有经过转换、筛选、分析处理后才有实际价值。对这些有实际价值的信息，由服务器根据用户端设备进行信息呈现的适配，并根据用户的设置触发相关的通知信息；当需要对末端节点进行控制时，信息服务系统硬件设施生成控制指令并发送，以进行控制。针对不同的应用将
21、设置不同的应用服务器。软件平台组成成分在构建一个信息网络时，硬件往往被作为主要因素来考虑，软件仅在事后才考虑。现在人们已不再这样认为了。网络软件目前是高度结构化、层次化的，物联网系统也是这样，既包括硬件平台也包括软件平台系统，软件平台是物联网的神经系统。不同类型的物联网，其用途是不同的，其软件系统平台也不相同，但软件系统的实现技术与硬件平台密切相关。相对硬件技术而言，软件平台开发及实现更具有特色。一般来说，物联网软件平台建立在分层的通信协议体系之上，通常包括数据感知系统软件、中间件系统软件、网络操作系统（包括嵌入式系统）以及物联网管理和信息中心（包括机构物联网管理中心、国家物联网管理中心、国际
22、物联网管理中心及其信息中心）的管理信息系统（Management Information System，MIS）等。1数据感知系统软件数据感知系统软件主要完成物品的识别和物品EPC 码的采集和处理，主要由企业生产的物品、物品电子标签、传感器、读写器、控制器、物品代码（EPC）等部分组成。存储有EPC 码的电子标签在经过读写器的感应区域时，其中的物品EPC 码会自动被读写器捕获，从而实现EPC信息采集的自动化，所采集的数据交由上位机信息采集软件进行进一步处理，如数据校对、数据过滤、数据完整性检查等，这些经过整理的数据可以为物联网中间件、应用管理系统使用。对于物品电子标签，国际上多采用EPC标签，
23、用PML语言来标记每一个实体和物品。2物联网中间件系统软件中间件是位于数据感知设施（读写器）与在后台应用软件之间的一种应用系统软件。中间件具有两个关键特征：一是为系统应用提供平台服务，这是一个基本条件；二是需要连接到网络操作系统，并且保持运行工作状态。中间件为物联网应用提供一系列计算和数据处理功能，主要任务是对感知系统采集的数据进行捕获、过滤、汇聚、计算，数据校对、解调、数据传送、数据存储和任务管理，减少从感知系统向应用系统中心传送的数据量。同时，中间件还可提供与其他RFID 支撑软件系统进行互操作等功能。引入中间件使得原先后台应用软件系统与读写器之间非标准的、非开放的通信接口，变成了后台应用
24、软件系统与中间件之间，读写器与中间件之间的标准的、开放的通信接口。一般，物联网中间件系统包含有读写器接口、事件管理器、应用程序接口、目标信息服务和对象名解析服务等功能模块。（1）读写器接口。物联网中间件必须优先为各种形式的读写器提供集成功能。协议处理器确保中间件能够通过各种网络通信方案连接到RFID 读写器。RFID 读写器与其应用程序间通过普通接口相互作用的标准，大多数采用由EPC-global 组织制定的标准。（2）事件管理器。事件管理器用来对读写器接口的RFID数据进行过滤、汇聚和排序操作，并通告数据与外部系统相关联的内容。（3）应用程序接口。应用程序接口是应用程序系统控制读写器的一种接
25、口；此外，需要中间件能够支持各种标准的协议（例如，支持RFID以及配套设备的信息交互和管理），同时还要屏蔽前端的复杂性，尤其是前端硬件（如RFID读写器等）的复杂性。（4）目标信息服务。目标信息服务由两部分组成：一是目标存储库，用于存储与标签物品有关的信息并使之能用于以后查询；另一个是拥有为提供由目标存储库管理的信息接口的服务引擎。（5）对象名解析服务。对象名解析服务（ONS）是一种目录服务，主要是将对每个带标签物品所分配的唯一编码，与一个或者多个拥有关于物品更多信息的目标信息服务的网络定位地址进行匹配。3网络操作系统物联网通过互联网实现物理世界中的任何物品的互联，在任何地方、任何时间可识别任
26、何物品，使物品成为附有动态信息的智能产品，并使物品信息流和物流完全同步，从而为物品信息共享提供一个高效、快捷的网络通信及云计算平台。4物联网信息管理系统物联网也要管理，类似于互联网上的网络管理。目前，物联网大多数是基于SNMP建设的管理系统，这与一般的网络管理类似，提供对象名解析服务（ONS）是重要的。ONS类似于互联网的DNS，要有授权，并且有一定的组成架构。它能把每一种物品的编码进行解析，再通过URL服务获得相关物品的进一步信息。物联网管理机构（包括企业物联网信息管理中心、国家物联网信息管理中心以及国际物联网信息管理中心）的信息管理系统软件：企业物联网信息管理中心负责管理本地物联网，它是最
27、基本的物联网信息服务管理中心，为本地用户单位提供管理、规划及解析服务。国家物联网信息管理中心负责制定和发布国家总体标准，负责与国际物联网互联，并且对现场物联网管理中心进行管理。国际物联网信息管理中心负责制定和发布国际框架性物联网标准，负责与各个国家的物联网互联，并且对各个国家物联网信息管理中心进行协调、指导、管理等工作。1.2物联网和互联网的区别和联系 互联网的出现极大地推动了人类社会的发展，对促进社会信息化，实现工业化与信息化的融合发展起到了不可替代的作用。而物联网的出现及其初步应用似乎也与互联网有直接或间接的关系，因此可以说从物联网诞生的那一天起，似乎就和互联网有着千丝万缕的联系。 作为现
28、代社会中人们耳熟能详的一个名词“互联网”，已经成为人与人交流沟通、传递信息的纽带，然而细心的用户可以发现，虽然互联网有着丰富的内容和成熟的应用，但这些内容与应用仅是针对人与人这个特定的领域并且是虚拟的，那么人和物、物和物之间是不是也能有这样一种对话工具并且反映真实的物理世界呢？针对这个思路和启示，物联网应运而生，它的提出和使用让人与物、物与物之间的有效通信变为可能，这不仅可以降低管理的成本，而且更为重要的是大大提高了物品和各种自然资源使用的效率，是实现社会信息化的重要举措。互联网和物联网的结合，将会带来许多意想不到的有益效果，最终实现整个生态系统高度的智能特性和智慧地球的美好愿景。 从以上的描
29、述和分析不难看出，从某种意义上来说互联网是物联网灵感的来源；反之，物联网的发展又进一步推动互联网向一种更为广泛的“互联”演进，南京邮电大学校长杨震举了一个生动的例子，可以说是对上述思想的最好诠释：目前想要通过互联网了解一个东西，必须通过人去收集这个东西的相关信息，数字化后再放置到互联网络（服务器）上供人们浏览，人在其中要做很多的工作，且难以动态了解其变化；物联网则不需要，它是物体自己“说话”，通过在物体上植入各种微型感应芯片、借助无线通信网络，与现在的互联网络相互联接，让其“开口”。这样一来，人们不仅可以和物体“对话”，物体和物体之间也能“交流”。所以说，互联网连接的是虚拟世界网络，物联网是连
30、接物理的、真实的世界网络。 1.3 目的物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。国际电信联盟于2005年的一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。亿博物流咨询生动的介绍物联网在物流领域内的应用，例如一家物流公司应用了物联网系统的货车，当装载超重时，汽车会自动告诉你超载了，并且超载多少，但空间还有剩余，告诉你轻重货怎样搭配；当搬运人员卸货时，一只货物包装可能会大
31、叫“你扔疼我了”，或者说“亲爱的，请你不要太野蛮，可以吗？”；当司机在和别人扯闲话，货车会装作老板的声音怒吼“笨蛋，该发车了！”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。第
32、二章 物联网体系结构2.1 物联网的自主体系结构为了适应异构物联网无线通信环境需要，Guy Pujolle 在An autonomic-oriented architecture for the Internet of Things（IEEE John Vincent Atanasoff 2006 International Symposium on Modern Computing）中，提出了一种采用自主通信技术的物联网自主体系结构，如图1-4所示。所谓自主通信是指以自主件（Self Ware）为核心的通信，自主件在端到端层次以及中间节点，执行网络控制面已知的或者新出现的任务，自主件可以确保
33、通信系统的可进化特性。图2-1 物联网的一种自主体系结构由图2-1可以看出，物联网的这种自主体系结构由数据面、控制面、知识面和管理面4个面组成。数据面主要用于数据分组的传送；控制面通过向数据面发送配置信息，优化数据面的吞吐量，提高可靠性；知识面是最重要的一个面，它提供整个网络信息的完整视图，并且提炼成为网络系统的知识，用于指导控制面的适应性控制；管理面用于协调数据面、控制面和知识面的交互，提供物联网的自主能力。在图2-1所示的自主体系结构中，其自主特征主要是由STP/SP协议栈和智能层取代了传统的TCP/IP协议栈，如图2-2所示，其中STP表示智能传输协议（Smart Transport P
34、rotocol），SP表示智能协议（Smart Protocol）。物联网节点的智能层主要用于协商交互节点之间STP/SP的选择，优化无线链路之上的通信和数据传输，以满足异构物联网设备之间的联网需求。图2-2实现STP/SP协议栈的自主体系结构这种面向物联网的自主体系结构所涉及的协议栈比较复杂，只能适用于计算资源较为充裕的物联网节点。2.2物联网的EPC体系结构随着全球经济一体化和信息网络化进程的加快，为满足对单个物品的标识和高效识别，美国麻省理工学院的自动识别实验室（Auto-ID）在美国统一代码协会（UCC）的支持下，提出要在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线通信技术，构造一个覆盖世
35、界万物的系统；同时还提出了电子产品代码（Electronic Product Code，EPC）的概念，即每个对象都将赋予一个唯一的EPC，并由采用射频识别技术的信息系统管理，彼此联系，数据传输和数据储存由EPC网络来处理。随后，国际物品编码协会（EAN）和美国统一代码协会（UCC）于2003 年9 月联合成立了非营利性组织EPC Global，将EPC纳入了全球统一标识系统，实现了全球统一标识系统中的GTIN编码体系与EPC概念的完美结合。EPC Global对于物联网的描述是，一个物联网主要由EPC编码体系、射频识别系统及信息网络系统三部分组成。1EPC编码体系物联网实现的是全球物品的信息
36、实时共享。显然，首先要做的是实现全球物品的统一编码，即对在地球上任何地方生产出来的任何一件物品，都要给它打上电子标签。在这种电子标签携带有一个电子产品代码，并且全球唯一。电子标签代表了该物品的基本识别信息，例如，表示A公司于B时间在C地点生产的D类产品的第E件。目前，欧美支持的EPC编码和日本支持的UID（Ubiquitous Identification）编码是两种常见的电子产品编码体系。2射频识别系统射频识别系统包括EPC标签和读写器。EPC标签是编号（每件商品唯一的号码，即牌照）的载体，当EPC标签贴在物品上或内嵌在物品中时，该物品与EPC标签中的产品电子代码就建立起了一对一的映射关系。
37、EPC标签从本质上来说是一个电子标签，通过RFID读写器可以对EPC标签内存信息进行读取。这个内存信息通常就是产品电子代码。产品电子代码经读写器报送给物联网中间件，经处理后存储在分布式数据库中。用户查询物品信息时只要在网络浏览器的地址栏中，输入物品名称、生产商、供货商等数据，就可以实时获悉物品在供应链中的状况。目前，与此相关的标准已制定，包括电子标签的封装标准，电子标签和读写器间数据交互标准等。3EPC信息网络系统EPC信息网络系统包括EPC中间件、发现服务和EPC信息服务三部分。EPC中间件通常指一个通用平台和接口，是连接RFID读写器和信息系统的纽带。它主要用于实现RFID读写器和后端应用
38、系统之间信息交互、捕获实时信息和事件，或向上传送给后端应用数据库软件系统以及ERP系统等，或向下传送给RFID读写器。EPC信息发现服务（Discovery Service）包括对象名解析服务（Object Name Service，ONS）以及配套服务，基于电子产品代码，获取EPC数据访问通道信息。目前，根ONS系统和配套的发现服务系统由EPC Global委托Verisign公司进行运维，其接口标准正在形成之中。EPC信息服务（EPC Information Service，EPC IS）即EPC系统的软件支持系统，用以实现最终用户在物联网环境下交互EPC信息。关于EPC IS的接口和标准
39、也正在制订中。可见，一个EPC物联网体系架构主要由EPC编码、EPC标签及RFID读写器、中间件系统、ONS服务器和EPC IS服务器等部分构成，如图2-3所示。图2-3 EPC物联网体系架构示意图由图2-3可以看到一个企业物联网应用系统的基本架构。该应用系统由三大部分组成，即RFID识别系统、中间件系统和计算机互联网系统。其中RFID识别系统包含EPC标签和RFID读写器，两者通过RFID空中接口通信，EPC标签贴于每件物品上。中间件系统含有EPC IS、PML 以及ONS 及其缓存系统，其后端应用数据库软件系统还包含ERP系统等，这些都与计算机互联网相连，故可及时有效地跟踪、查询、修改或增
40、减数据。RFID读写器从含有一个EPC或一系列EPC的标签上读取物品的电子代码，然后将读取的物品电子代码送到中间件系统中进行处理。如果读取的数据量较大而中间件系统处理不及时，可应用ONS 来储存部分读取数据。中间件系统以该EPC 数据为信息源，在本地ONS 服务器获取包含该产品信息的EPC信息服务器的网络地址。当本地ONS不能查阅到EPC编码所对应的EPC信息服务器地址时，可向远程ONS发送解析请求，获取物品的对象名称，继而通过EPC信息服务的各种接口获得物品信息的各种相关服务。整个EPC网络系统借助计算机互联网系统，利用在互联网基础上发展产生的通信协议和描述语言而运行。因此，也可以说物联网是
41、架构在互联网基础上的关于各种物理产品信息服务的总和。综上所述，EPC物联网系统是在计算机互联网基础上，通过中间件系统、对象名解析服务（ONS）和EPC信息服务（EPC IS）来实现物物互联的。2.3物联网的UID体系结构鉴于日本在电子标签方面的发展，早在20世纪80年代中期就提出了实时嵌入式系统（TRON），其中的T-Engine是其体系的核心。在T-Engine论坛领导下，UID中心设立于东京大学，于2003 年3月成立，并得到日本政府以及大企业的支持，目前包括微软、索尼、三菱、日立、日电、东芝、夏普、富士通、NTT、DoCoMo、KDDI、J-Phone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光
42、等诸多企业。组建UID中心的目的是为了建立和普及自动识别物品所需的基础性技术，实现计算无处不在的理想环境。UID是一个开放性的技术体系，由泛在识别码（uCode）、泛在通信器（UG）、信息系统服务器和uCode解析服务器等部分构成。UID使用uCode作为现实世界物品和场所的标识，它从uCode电子标签中读取uCode获取这些设施的状态，并控制它们，类似于PDA终端。UID 可广泛应用于多种产业或行业，它能将现实世界用uCode标识的物品、场所等各种实体与虚拟世界中存储在信息服务器中的各种相关信息联系起来，实现物物互联。2.4构建物联网体系结构的建议物联网概念的问世，打破了传统的思维模式。在提
43、出物联网概念之前，一直是将物理基础设施和IT 基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而另一方面是数据中心、个人计算机、宽带等。在物联网时代，将把钢筋混凝土、电缆与芯片、宽带整合为统一的基础设施。在这种意义上的基础设施就像是一块新的地球工地，世界在它上面运转，包括经济管理、生产运行、社会管理以及个人生活等。研究物联网的体系结构，首先需要明确架构物联网体系结构的基本原则，以便在已有物联网体系结构的基础之上，形成参考标准。1. 物联网体系结构架构原则物联网有别于互联网，互联网的主要目的是构建一个全球性的计算机通信网络；物联网则主要是从应用出发，利用互联网、无线通信技术进行业务数据的传送，是互联网
44、、移动通信网应用的延伸，是自动化控制、遥控遥测及信息应用技术的综合展现。当物联网概念与近程通信、信息采集、网络技术、用户终端设备结合之后，其价值才能逐步得到展现。因此，设计物联网体系结构应该遵循以下几条原则：（1）多样性原则。物联网体系结构必须根据物联网的服务类型、节点的不同，分别设计多种类型的体系结构，不能也没有必要建立起唯一的标准体系结构。（2）时空性原则。物联网尚在发展之中，其体系结构应能满足在时间、空间和能源方面的需求。（3）互联性原则。物联网体系结构需要平滑地与互联网实现互联互通，如果试图另行设计一套互联通信协议及其描述语言，那将是不现实的。（4）扩展性原则。对于物联网体系结构的架构
45、，应该具有一定的扩展性，以便最大限度地利用现有网络通信基础设施，保护已投资利益。（5）安全性原则。物物互联之后，物联网的安全性将比计算机互联网的安全性更为重要，因此物联网的体系结构应能够防御大范围的网络攻击。（6）健壮性原则。物联网体系结构应具备相当好的健壮性和可靠性。2. 一种实用的层次性物联网体系结构以上从具体应用角度讨论了物联网的系统结构，但这类结构无法构成一个通用的物联网系统。根据物联网的服务类型和节点等情况，下面给出一个由感知层、接入层、网络层和应用层组成的4层物联网体系结构，如图2-4所示。1）感知层感知层的主要功能是信息感知与采集，主要包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器
46、、摄像头、各种传感器（如温度感应器、声音感应器、振动感应器、压力感应器等）、视频摄像头等，完成物联网应用的数据感知和设施控制。图2-4 物联网体系结构示意图2）接入层接入层由基站节点或汇聚节点（Sink）和接入网关（Access Gateway）等组成，完成末梢各节点的组网控制和数据融合、汇聚，或完成向末梢节点下发信息的转发等功能。也就是在末梢节点之间完成组网后，如果末梢节点需要上传数据，则将数据发送给基站节点，基站节点收到数据后，通过接入网关完成和承载网络的连接；当应用层需要下传数据时，接入网关收到承载网络的数据后，由基站节点将数据发送给末梢节点，从而完成末梢节点与承载网络之间的信息转发和交
47、互。接入层的功能主要由传感网（指由大量各类传感器节点组成的自治网络）来承担。3）网络层网络层是核心承载网络，承担物联网接入层与应用层之间的数据通信任务。它主要包括现行的通信网络，如2G、3G/B3G、4G移动通信网，或者是互联网、WiFi、WiMAX、无线城域网（Wireless Metropolitan Area Network，WMAN）、企业专用网等。4）应用层应用层由各种应用服务器组成（包括数据库服务器），其主要功能包括对采集数据的汇聚、转换、分析，以及用户层呈现的适配和事件触发等。对于信息采集，由于从末梢节点获取了大量原始数据，且这些原始数据对于用户来说只有经过转换、筛选、分析处理后才有实际价值。这些应用服务器根据用户的呈现设备完成信息呈现的适配，并根据用户的设置触发相关的通告信息。同时，当需要完成对末梢节点的控制时，应用层还能完成控制指令生成和指令下发控制。应用层要为用户提供物联网应用UI接口，包括用户设备（如PC、手机）、客户端浏览器等。除此之外，应用层还包括物联网管理中心、信息中心等利用下一代互联网的能力对海量数据进行智能处理的云计算功能。第三章 物联网关键技术射频识别技术3.1 射频识别技术概念射频技术（RFID）是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别
