英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

物联网:愿景、应用和挑战

Rishika Mehta，Jyoti Sahni，Kavita Khanna

摘要

物联网是射频识别、传感器和无线设备的强大集成，为塑造现有系统从而使其智能化提供了一个具有挑战性但又强大的机会。近年来开发了大量的应用程序。预计数百万个物理对象将被连接起来形成一个系统，创建一个从原始数据中推断出有意义推断的广泛分布网络。物联网起源于传媒领域，是信息科学技术产业的第三次革命。物联网是基于互联网、广播电视网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。“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。

物联网，国内外普遍公认的是MIT Auto-ID中心Ashton教授1999年在研究RFID时最早提出来的。在2005年国际电信联盟（ITU）发布的同名报告中，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。

本调查报告旨在描述物联网及其愿景、可能的应用领域以及实现物联网所面临的关键挑战。本文系统地介绍了物联网的发展现状。

关键词:物联网(IoT)、近场通信、射频识别(RFID)、无线传感器网络(WSNs)、传感器和执行器；

1.简介

今天，超过20亿人正在使用互联网收发电子邮件、访问网络内容、使用社交网络和做更多的活动。随着时间的推移，许多人将能够访问大量可用的信息，将互联网带到一个更高的层次，在这个层次上，小工具和智能设备将相互连接、通信、计算和协调。很明显，在未来几年内，互联网将成长为一个由网络和联网对象组成的巨大网络。有价值的信息和服务将始终可用，使设计新的应用程序更容易，引入新的工作方法；更新的沟通方式；更新的娱乐方式；从而导致新的生活方式。

在这种情况下，互联网的概念将会减少，从而产生互联“智能”设备的新概念。物联网将塑造互联网，以实现机器对机器(M2M)学习。互联网基础设施将作为一个强大的支柱而存在。

重组将通过使物理设备变得“智能”来进行，从而使它们能够独立做事，从而产生“物联网”物联网旨在利用智能技术，随时随地连接事物，实现任何事情。物联网概念于1998年出现，物联网这一术语由KevinAshton于1999年引入。物联网起源于传媒领域，是信息科学技术产业的第三次革命。物联网是基于互联网、广播电视网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。“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。物联网目前国内外普遍公认的是MIT Auto-ID中心Ashton教授1999年在研究RFID时最早提出来的。在2005年国际电信联盟（ITU）发布的同名报告中，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。

物联网基本上允许独立但安全的连接，用于真实世界设备的交互。物联网通过自动化日常杂务来减少体力劳动。连接到互联网的对象正在迅速增长。智能手机嵌入了各种传感器和执行器，这些传感器和执行器可以感知信息，对数据进行计算，并在互联网的帮助下传输收集到的有价值的数据。通过将这种网络与嵌入传感器的各种设备结合使用，我们将能够创建各种更新的应用程序，从而带来令人信服的好处。

物联网中的智能对象可以唯一标识。这些设备具有射频识别（RFID）标签或条形码，由传感器设备检测。传感器通过因特网共享所收集的数据以供处理单元处理。处理结果被传递给决策和动作调用系统以调用适当的动作。

本文讨论了当前的物联网场景及其背景，物联网的原始架构，可能的未来应用以及关键挑战。论文组织如下。第一节简单介绍了物联网的由来；第二节简要介绍了物联网的背景和范围，包括物联网的愿景；第三节显示了物联网的基本架构；第四节讨论了物联网的各种未来应用；第五节讨论了主要挑战；第六节总结了论文。

2.背景和范围

2.1.背景资料

物联网可以被视为一个综合的网络框架，由各种连接的现实世界对象组成，这些对象依赖于感官，通信，网络和信息处理技术。 IOT的基础技术是RFID，它通过允许微芯片通过无线介质将识别数据传输到读取器来工作。通过RFID，任何人都可以分析，跟踪和监控与RFID标签相关的物体。其他基础技术是无线传感器网络（WSN），主要用于传感和监测的智能传感器。自20世纪80年代以来，RFID发现其在向消费者运输商品，药品生产和零售方面的应用，WSN适用于交通，医疗保健和工业监控。这两项技术的进步加速了物联网的发展。许多其他技术和设备，包括条形码，基于位置的服务，SoA，近场通信，Wimax，ZigBee，云计算等也被用于建立一个全面的网络，以支持物联网（参考图1）。

图1.赋予物联网的技术

2.2.物联网愿景

物联网的各种定义共存，因为每个人都根据自己的观点赋予其意义，导致明显的模糊性。该定义是两个术语的混合 - 互联网和物联网。前者为其提供了面向网络的视觉，而后者则将其推向对象，这些对象被组合以在单一架构中得到解决。 物联网标志着“基于标准通信协议唯一可寻址的全球互连对象网络”。 物联网中最大的挑战是与对象之间交换的信息的表示和存储并行地唯一地识别每个对象。

IoT 的三个愿景如图2所示：

1.面向事物的愿景

2.面向互联网的愿景

3.语义导向视觉

图2.物联网的愿景

A.面向事物的愿景

在这个愿景中，使用RFID 通过传感器和技术跟踪物体。每个对象由电子产品代码（EPC）唯一标识。通过基于传感器和传感器的嵌入式系统收集数据。这一愿景取决于基于RFID的传感器网络和其他基于传感器的网络，这些网络集成了基于RFID，传感，计算设备和全球连接的技术。

B.面向互联网的愿景

面向互联网的愿景看到各种物理设备相互作用。可以唯一地确定基于传感器的对象，并且可以定期监视它们的下落。这些智能嵌入式对象可以被视为具有计算资源的微型计算机。

C.语义导向视觉

该愿景表明通过传感器收集的数据将是巨大的。因此，有效地处理所收集的数据。处理原始数据以使其一致且冗余最少，这对于更好的表示和解释是有用的。

从事物的角度来看，物联网专注于将智能设备或对象集成到一个架构中，其中物联网是RFID标签，互联网视角为物联网提供了面向网络的意义。由于IP是全球公认的连接各种通信对象的协议，因此它具有使物联网成为现实的能力。

最后，通过物联网连接的对象数量将是巨大的，因此，与收集的信息的表示，存储，互连，搜索和管理相关的问题将是非常具有挑战性的。为了解决这个问题，语义技术将为物联网产生的大量信息带来解决方案。

3.物联网架构

物联网将数万亿个对象或设备联系起来，这些对象或设备将产生大量流量，并且需要处理庞大的数据存储[12]。在提出物联网寻址可扩展性，互操作性，可靠性，QoS等新架构时，还需要确保安全性和隐私性等问题。物联网的原始架构如图3所示。

图3.物联网架构

物联网的五层架构如图3所示，讨论如下：

1）感知层：感知层也称为“设备层”，由物理设备和传感器组成。传感器包括基于物体识别的RFID或条形码。该层用于通过传感器设备识别和收集信息。基于我们喜欢收集数据的传感器类型，数据可以是地理的，温度特定的，特定方向的等。因此，所收集的数据被发送到网络层以进行安全传输和处理。

2）网络层：网络层也称为“传输层”。该层保证了从传感器收集的信息到信息处理系统的安全传输。传输介质可以是有线或无线的，并且技术可以是基于传感器的3G，UMTS，Wi-Fi，蓝牙，红外，ZigBee等。因此，网络层负责将信息从设备层传输到中间件层。

3）中间件层：每个智能对象只有在实现相同的服务类型时才与其他设备通信。它从网络层获取数据并将其存储在数据库中。它通过分析结果来处理信息并确定解决方案。

4）应用层：该层负责根据中间件层中对象信息的处理来全局管理应用。物联网的各种应用是智能健康，智能农业，智能家居，智能城市，智能交通等。

5）业务层：该层根据应用和服务管理完整的物联网系统。它根据从前一层获得的数据制作商业模型，图表，流程图等。根据结果​​分析，该层将预测未来的行动。

4.应用

物联网应用仍处于初级阶段。但是，它的使用正在迅速蔓延。至于现在，一些应用程序正在医疗保健，物流，库存控制，供应链，运输，安全和隐私领域得到发展。下面讨论关于IoT在各种域中的可能应用的简要概念。

1）自然灾害预测：传感器通过它们的相互作用，协调和模拟可以预测地震，飓风，火山爆发等自然灾害，以便及时启动可行的行动。

2）缺水检测：物联网可以发现可能的位置缺水。这组传感器以及模拟任务不仅可以监测水的调节，还可以识别水流中的污水释放，从而导致严重后遗症的意外危害。

3）智能家居：智能家居是利用先进的计算机技术，运用智能硬件（氦氪wifi、Zigbee、蓝牙、NB-iot等），物联网技术，通讯技术，将与家具生活的各种子系统有机的结合起来，通过统筹管理，让家居生活更舒适，方便，有效，安全。物联网能够通过管理能源消耗，提供家用电器之间的互动，发现紧急情况，确保安全等，使家庭智能化。

4）医疗保健：通过监控与健康相关的指标，管理库存中的药品等，物联网可以在医疗领域提供很大帮助，从而改善许多人的生活。

5）智能农业：通过一组传感器，可以识别不同的土地需求，并根据土地的需要采取特定的行动。各种用例场景包括种子，肥料的智能包装以满足特定的环境条件。智能农业将通过熟悉各种可能的土地条件和气候不稳定性来帮助采用更好的耕作方法。这将通过避免不正确的耕作方法大大提高生产力。

6）智能交通：智能传感器网络将能够有效监控交通，并可实现无休止的电子高速公路收费，执法，监控违规规则，减少环境污染，减少交通等的迷人和急需的功能。智慧交通将物联网、互联网、云计算为代表的智能传感技术、信息网络技术、通信传输技术和数据处理技术等有效地集成，并应用到整个交通系统中，在更大的时空范围内发挥作用。智慧交通是以智慧路网、智慧出行、智慧装备、智慧物流、智慧管理为重要内容，以信息技术高度集成、信息资源综合运用为主要特征的大交通发展新模式。

7）智能城市：物联网还发现其在智能城市设计中的应用，例如，观察和控制良好的空气质量，识别紧急路线等。随着人类社会的不断发展，未来城市将承载越来越多的人口。为解决城市发展难题，实现城市可持续发展，建设智慧城市已成为当今世界城市发展不可逆转的历史潮流。智慧城市是宏观概念，它反映了社会对未来城市的知识化、信息化、高效益的一种愿望，着眼于城市发展整体的总效果。信息化是智慧城市的重要内容，社会对智慧城市的期望并不局限于信息化，社会要求城市具有整体发展的智慧。

8）智能安全：物联网传感器也可以在安全领域找到它们的应用，例如：检查空间，维护基础设施和设备，报警等。

物联网应用将随着时间的推移不断发展，但与此同时，它必须克服许多与隐私，复杂性，用于关联大量智能设备等的足够频谱相关的挑战。下面一节列出了许多可能的关键挑战。

5.主要挑战

物联网可以为互联网提供新的维度，可以带来广泛的财务收益，但也面临一些挑战。其中一些列在下面。

1）唯一身份管理：物联网旨在连接数百万和数十亿的物理对象，这些对象应该可以通过互联网进行唯一识别。因此，需要适当的身份管理方案，其将动态地分配和管理各种物理设备的唯一名称。

2）标准化和互操作性：许多供应商介绍他们的设备具有不为每个人所知的不同技术。应该有一个标准化的机制来确保所有物理和传感器设备的互操作性。

3）信息的隐私：物联网使用各种对象识别技术，如RFID，2D条形码等。由于每个对象都将携带这些标签，因此确保信息的隐私非常重要，从而防止未经授权的访问。

4）物理设备的安全：不论其地理位置如何，都需要防止物体受到物理损坏，未经授权的访问以确保其安全。

5）信息的机密性：传感器设备通过传输介质将信息传输到信息处理系统。传感器应遵循加密机制以确保信息处理系统的数据完整性。

6）网络安全：传感器设备通过有线或无线传输介质发送数据。传输单元应该处理这些庞大的数据而不会丢失任何信息，并应采用严格的措施，以免发生外部干预。

6.结论

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。因此，物联网和互联网概念的关系也是相互依存的关系。离开了互联网，物联网概念就是无本之木，无源之水；有互联网必然在人们头脑中形成与之相对应的物联网概念，不会有：只有物联网，而没有互联网概念的情况出现。这就是物联网和互联网概念的辨证关系。物联网具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。物联网（IoT）的崛起有可能通过互连智能对象、技术和应用来改善我们的日常生活。物联网可以自动化我们周围的几乎所有活动。本文概述了这一概念，赋予它的技术，其愿景和各种可能的应用。

这应该传授良好的知识，并为渴望深入了解物联网，关键

全文共5430字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[2764]