信息技术导论 第二章 物联网技术 笔记
第二章 物联网技术
2.1 物联网概述
2.1.1 物联网的基本概念
物联网的定义是：通过射频识别（RFID）装置、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。当每个而不是每种物品能够被唯一标识后，利用识别、通信和计算等技术，在互联网基础上，构建的连接各种物品的网络，就是人们常说的物联网。物联网中的“物”的涵义要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：
① 要有相应信息的接收器和数据发送器；
② 要有数据传输通路；
③ 要有一定的存储功能；
④ 要有CPU；
⑤ 要有操作系统；
⑥ 要有专门的应用程序；
⑦ 遵循物联网的通信协议；
⑧ 在世界网络中有可被识别的唯一编号。
物联网是典型的交叉学科，它所涉及的核心技术包括IPv6技术、云计算技术传感技术、RFID智能识别技术、无线通信技术等。因此，从技术角度讲，物联网专业主要涉及的专业有：计算机科学与工程、电子与电气工程、电子信息与通讯、自动控制、遥感与遥测、精密仪器、电子商务等。
2.1.2 物联网与互联网的区别
物联网的发展跟互联网是分不开的，主要有两个层面的意思：
第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，它是在互联网基础上的延伸和扩展。
第二，物联网是比互联网更为庞大的网络，其网络连接延伸到了任何的物品和物品之间，这些物品可以通过各种信息传感设备与互联网络连接在一起，进行更为复杂的信息交换和通信。
物联网的三大特征
① 全面感知（感知）：利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。
② 可靠传递（网络）：通过无线网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递给用户。
③ 智能处理（应用）：利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。
物联网从底层到高层分为：感知层、网络层和应用层。
2.2 物联网关键技术
2.2.1 物联网三层体系结构
物联网体系架构
物联网由以下三个部分组成：
① 感知部分
② 传输网络
③ 智能处理
2.2.2 物联网感知层关键技术
1、感知层功能
感知层处于三层架构的最底层，是物联网实现的基础，所以感知层性能的优劣直接影响着物联网系统的整体性能。感知层主要利用各种传感器、RFID等数据采集设备对物理世界进行信息采集，并对自身采集到的数据进行存储和简单的处理，实现对物理世界信息的采集、自动识别和智能控制。
感知层涉及技术众多，主要包括EPC（Electronic Product Code）技术、RFID技术、传感技术和短距离无线通信技术等。
2、感知层关键技术
1） 传感器技术
传感器是一种检测装置，能感受到被测的信息，并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、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。在物联网系统中，对各种参量进行信息采集和简单加工处理的设备，被称为物联网传感器。传感器可以独立存在，也可以与其他设备以一体方式呈现，但无论哪种方式，它都是物联网中的感知和输入部分。
2） RFID技术
① 介绍
RFID是射频识别（Radio Frequency Identification）的英文缩写，是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，它利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息实现物体识别。
RFID系统由三部分组成：分别是电子标签（Tag）、天线（Antenna）和阅读器（Reader）。
② 工作原理
电子标签进入读写器产生的磁场后，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签）；读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
③ 优点
① 非接触操作，长距离识别，有效识别距离可达30米以上。
② 无机械磨损，寿命长，应用范围广。
③ 识别速度快，可实现批量识别。
④ 读写器具有不直接对最终用户开放的物理接口。
⑤ 更好的安全性，读取方便快捷。
⑥ 数据容量大：RFID标签开根据用户的需要扩充到数10K。
⑦ 动态实时通信。
3） 二维码技术
① 产生背景
人们日常见到的印刷在各种商品外包装上的条形码，是一维条码，也就是平常所说的传统条形码。由于受信息容量的限制，一维条码仅仅是对“物品”的标识，而不是对“物品”的描述，所以一维条码的使用不得不依赖数据库的存在。在没有数据库和不便联网的地方，一维条码的使用受到了极大的限制，有时甚至变得毫无意义。另外，要用一维条码表示汉字的场合，显得十分不方便，且效率很低。二维码正是为了解决一条维码无法解决的问题而产生的。
② 发展
国外对二维条码技术的研究始于20世纪80年代末，在研究出多种二维条码符号的同时，在二维条码标准化研究方面也有着突出表现，二维码技术已经发展到相当成熟的阶段。而我国对二维条码技术的研究开始于1993年，起步比较晚。中国物品编码中心立项进行了二维条码码制设计、编码原理等方面的探索研究工作，通过对二维条码图像处理识别、解码算法以及隐形码等关键技术的研究，取得了初步成果。为使二维条码技术能够在我国的证照管理领域得到应用，在国外应用软件平台的基础上，该中心开发了人像照片和指纹数据压缩算法。由于大多数二维条码标准都是从国外引进，不能完全适应国内的应用环境，并且这些二维条码标准没有为中国汉字进行特别的优化设计，编码效率较低。同时，相关的识读设备核心技术几乎都掌握在国外厂商手中，在国内进行销售的大多是国外厂商的代理或组装产品，不仅生产成本高昂，严格的专利保护更导致了国内的二维条码识读设备价格昂贵。
③ 特点
① 高密度编码，信息容量大。
② 编码范围广。
③ 容错能力强，具有纠错功能。
④ 译码可靠性高。
⑤ 可引入加密措施。
⑥ 成本低，易制作，持久耐用。
⑦ 条码符号形状、尺寸大小比例可变。
⑧ 二维码可以使用激光或CCD摄像设备识读，十分方便。
4） EPC编码
① 介绍
电子产品编码（Electronic Product Code，简称EPC）物联网概念一经提出，立即受到各国政府、企业和学术界的重视，在需求和研发的相互推动下，迅速热遍全球。目前国际上对物联网的研究逐渐明朗起来，最典型的用于物联网标识解决方案有欧美的EPC系统和日本的UID系统。
EPC即电子产品编码，是一种编码系统。EPC是指人们按照一定的编码格式，对需要编码的物品进行编码，这个编码号是唯一的。它建立在EAN.UCC（即全球统一标识系统）条形编码的基础之上，并对该条形编码系统做了一些扩充。EPC由分别代表版本号、制造商、物品种类以及序列号的编码组成。EPC是唯一存储在RFID标签中的信息。这使得RFID标签能够维持低廉的成本并具有灵活性，这是因为在数据库中无数的动态数据能够与EPC相链接。EPC系统使用PML实体标记语言（Physical Markup Language）作为编语言。
② EPC编码结构
EPC的目标是为每一物理实体提供唯一标识，它是由一个头字段和另外三段数据（依次为EPC管理者、对象分类、序列号）组成的一组数字。头字段标识EPC的版本号，它使得以后的EPC可有不同的长度或类型；EPC管理者是描述与此EPC相关的生产厂商的信息，例如“可口可乐公司”；对象分类记录产品精确类型的信息，例如：“美国生产的330m罐装减肥可乐（可口可乐的一种新产品）”；序列号唯一标识货品，它会精确的指明所说的究竟是哪一罐330ml罐装减肥可乐。
③ EPC编码分类
目前，EPC的位数有64位、96位或者更多位。为了保证所有物品都有一个EPC并使其载体——标签成本尽可能降低，建议采用96位，这样它可以为2.68亿个公司提供唯一标识，每个生产厂商可以有1600万个对象分类并且每个对象分类可有680亿个序列号，这对未来世界所有产品已经十二分的够用了。
2.2.3 物联网网络层关键技术
1、网络层功能
在物联网中，要求网络层能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，它解决的是把感知层所获得的数据在一定范围内，尤其是远距离地传输的问题。同时，物联网网络层将承担比现有网络更大的数据量和面临更高的服务质量要求。
2、网络层关键技术
1） Internet
Internet，中文译为因特网，广义的因特网叫互联网，是以相互交流信息资源为目的，基于一些共同的协议，并通过许多路由器和公共互联网连接而成，它是一个信息资源和资源共享的集合。Internet采用了目前最流行的客户机/服务器工作模式，凡是使用TCP/IP协议，并能与Internet中任意主机进行通信的计算机，无论是何种类型、采用何种操作系统，均可看成是Internet的一部分，可见Internet覆盖范围之广。物联网也被认为是Internet的进一步延伸
2） 移动通信网
移动通信网由无线接入网，核心网和骨干网三部分组成。从通信技术层面看，移动通信网的基本技术可分为传输技术和交换技术两大类。在移动通信网中，当前比较热门的接入技术有3G、Wi—Fi和WiMAX。
3） 无线传感器网络
无线传感器网络（WSN）的基本功能是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。
4） 紫蜂技术（ZigBee）
ZigBee是一种短距离、低功耗的无线传输技术，是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术，它是IEEE 802.15.4协议的代名词。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
ZigBee技术主要包括以下特点：
① 数据传输速率低
② 低功耗
③ 低成本
④ 网络容量大
⑤ 有效范围小
⑥ 工作频段灵活
⑦ 可靠性高
⑧ 时延短
⑨ 安全性高
5） 蓝牙
蓝牙（Bluetooth）是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，和ZigBee一样，也是一种短距离的无线传输技术。其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的短距离无线接口，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种设备在无电线或电缆相互连接的情况下，能在短距离范围内实现相互通信或操作的一种技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。
蓝牙除了有和ZigBee一样可以全球范围适用、功耗低、成本低、抗干扰能力强等特点外，还有许多它自己的特点：
① 同时可传输语音和数据。
② 可以建立临时性的对等连接（Ad hoc Connection）。
③ 开放的接口标准。
6） Wi—Fi
1、无线局域网WLAN
无线局域网（WirelessLAN，WLAN）是使用无线连接把分布在数公里范围内的不同物理位置的计算机设备连在一起，在网络软件的支持下可以相互通信和资源共享的网络系统。与有线网络相比，WLAN具有以下优点：
① 安装便捷
② 使用灵活
③ 经济节约
④ 易于扩展
2、无线局域网标准
IT产业力推的无线局域网技术就是所谓的IEEE 802.11规范。802.11为IEEE（美国电气和电子工程师协会，The Institute of Electrical and Electronics Engineers）于1997年公告的无线区域网路标准，适用于有线站台与无线用户或无线用户之间的沟通连接。
① Wi—Fi和WLAN的区别
Wi—Fi是基于IEEE 802.11标准的WLAN。WLAN（Wireless Local Area Network无线局域网）有许多标准协议，如IEEE 802.11 协议族、HiperLAN协议族等。
② 频段、信道、带宽
工作频段：将频率划分成多段，如2.4GHz频段（2.412GHz—2.484GHz）。
无线信道：将频段划分多个信道，信道是用于传输无线电波信号的通道，一个信道在同一时间内只有一台设备能发送信号。
信道带宽：模拟信道的带宽W=f2—f1，f2信道为能通过的最高频率，f1为信道能通过的最低频率。带宽越大，数据传输速率越大。
③ IEEE 802.11常见的技术标准：
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Standard |
Transfer Rates |
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802.11b |
11 Mbps |
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802.11a |
54 Mbps |
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802.11g |
54 Mbps |
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802.11n（WiFi 4） |
600 Mbps |
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802.11ac（WiFi 5） |
3400 Mbps |
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802.11ax（WiFi 6） |
9600 Mbps |
④ 2.4GHz和5GHz频段比较
2.4GHz频段，中心频率范围2.412GHz——2.484GHz，共划分14个信道，中国可用13个信道（1—13），美国可用11个信道（1—11）信道有效带宽20MHz，实际带宽22MHz，其中2MHz为隔离频带，相邻信道中心频点间隔5MHz，相邻的多个信道存在频率重叠，相互不干扰的信道有三组（1、6、11或2、7、12或3、8、13）。优点是信号强、衰减小、穿墙强、覆盖距离远，缺点是带宽较窄，速度较慢，干扰较大。
5GHz频段，中心频率范围4.915GHz——5.865GMz，共划分约两百个信道，各国可用信道可参考。优点是带宽较宽，速度较快，干扰较小，缺点是信号弱、衰减大、穿墙差、覆盖范围近。
3、Wi—Fi联盟
Wi—Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi—Fi联盟（Wi—Fi Alliance）所持有，是一种可以将个人计算机、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。
4、Wi—Fi技术的特点
① 较广的无线电波的覆盖范围，Wi—Fi的覆盖半径则可达100m，适合办公室及单位楼层内部使用。而蓝牙技术只能覆盖15m左右。
② 传输速度快，可靠性高。
③ 无需布线，Wi—Fi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，具有广阔市场前景。在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去，甚至开始进入家庭及教育机构等领域。
④ 健康安全，IEEE 802.11规定的发射功率不可超过100mW，实际发射功率约60——70mw，手机的发射功率约200mw——1w，手持式对讲机高达5W，而且无线网络使用方式并非像手机直接接触人体，Wi—Fi产品的辐射更小，是绝对安全的。
Wi—Fi技术也有它的缺点，首先是它的覆盖面有限，一般的Wi—Fi网络覆盖面只有100m左右。其次它的移动性不佳，只有在静止或者步行的情况下使用才能保证其通信质量。
2.2.4 物联网应用层关键技术
1、应用层功能
应用层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。
物联网技术的融合，物联网要达到感知世界的目的，需要借助于高度智能化的处理技术。智能技术是为了有效地达到某种预期目的，利用知识所采用的各种方法和手段。通过在物体中植入智能系统，可以使得物体具备一定的智能性，能够主动或被动地实现物体与用户的沟通。
2、应用层关键技术
1） M2M机器对机器通信
M2M是Machine—to—Machine（机器对机器）的缩写，根据不同应用场景，往往也被解释为Man—to—Machine（人对机器）、Machine—to—Man（机器对人）、Mobile—to—Machine（移动网络对机器）、Machine—to—Mobile（机器对移动网络）。M2M是机器对机器通信的简称，M2M的核心目标就是使生活中所有的机器设备都具备联网和通信的能力，是物联国实现的基础平台。M2M是基于特定行业终端，以公共无线网络为接入手段，为客户提供机器到机器的通信解决方案，满足客户对生产过程监控、指挥调度、远程数据采集和测量、远程诊断等方面的信息化需求。M2M不是简单的数据在机器和机器之间的传输，更重要的是，它是机器和机器之间的一种智能化、交互式的通信，具有广泛的应用前景。M2M技术是物联网实现的关键，是无线通信和信技术的整合，用于双向通信，适用范围较广，可以结合CSM/GPRS/UMTS等远距传输技术，同样也可以结合Wi—Fi、BlueTooth、ZigBee、RFID和UWB等近距离连接技术，应用在各种领域。
物联网是物物相连的网络，机器与机器之间的对话成为切入物联网的关键，M2M正是解决机器开口说话的关键技术，其宗旨是增强所有机器设备的通信和网络能力。机器的互连、通信方式的选择、数据的整合成为M2M技术的关键。M2M不是简单的数据在机器和机器之间的传输，更重要的是，它是机器和机器之间的一种智能化、交互式的通信。也就是说，即使人们没有实时发出信号，机器也会根据既定程序主动进行道信，并根据所得到的数据智能化地做出选择，对相关设备发出正确的指令。可以说，智能化、交互式成为了M2M有别于其他应用的典型特征，这一特征下的机器也被赋予了更多的“思想”和“智慧”。
2） 云计算
1.云计算的基本概念和特点
云计算（Cloud Computing）是分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）和网格计算（Grid Computing）的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。云计算通过共享基础资源（硬件、平台、软件）的方法，将巨大的系统池连接在一起以提供各种IT服务。云计算特点：
①超大规模
②虚拟化
③高可靠性
④通用性
⑤高可扩展性
⑥按需服务
⑦极其廉价
⑧潜在的危险性
2.云计算与物联网的关系
云计算是物联网发展的基石，并且从两个方面促进物联网的实现。首先，云计算是实现物联网的核心，运用云计算模式使物联网中以兆计算的各类物品的实时动态管理和智能分析变得可能。其次，云计算促进物联网和互联网的智能融合，从而构建智慧地球。
把物联网和云计算放在一起，是因为物联网和云计算的关系非常密切。物联网的四大组成部分——感应识别、网络传输、管理服务和综合应用，其中中间两个部分就会利用到云计算，特别是“管理服务”这一项。因为这里有海量的数据存储和计算的要求，使用云计算可能是最省钱的一种方式。云计算与物联网的结合方式可以分为以下几种：
① 单中心，多终端。
② 多中心，大量终端。
③ 信息、应用分层处理、海量终端。
3） 人工智能
1、人工智能的基本概念
人工智能（Artificial Intelligence）是探索研究使各种机器模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等），使人类的智能得以物化与延伸的一门学科。人工智能是指应用机器（设备）实现人类的智能。它是在计算机科学、控制论、信息论、神经科学、心理学、哲学、语言学等多种学科研究的基础上发展起来的一门综合性很强的边缘性学科。
随着物联网产业的不断发展，对各种小型智能设备的需求不断增加，嵌入式技术已经越来越得到人们的重视。智能化处理技术主要是通过嵌入式技术实现的，即把感应器或传感器嵌入和装备到电网、铁路、公路、桥梁、隧道、建筑、大坝、油气管道和供水系统等各种物体中，形成物与物之间可以进行信息交换的物联网，并与现有的互联网整合起来，形成一个强大的智能系统或充满“智慧”的生活体系。
物联网是一个十分复杂的系统，构建一个高效的物联网，单纯依靠人工是不能现实的。物联网的终端要有感知能力，能够在无人干预的情况下实现自我控制：一切物体都可以成为物联网的一部分，任何物体都可以信息化，比如物体的位置、大小、颜色等，都可以通过物联网转化为信息进行存储，这样就产生了海量数据，这些海品的数据需要高效地存储、组织与管理，基于海量数据进行智能分析，可以将数据转化为有价值的信息、知识，进而提供智能化的决策；处于物联网中的物体之间并不是独立的个体，它们需要进行沟通、合作与协调，才能使物联网成为一个有机的整体；物联网的最终目的是为人类提供更好的智能服务，满足人们的各种需求，让人们享受美好的生活。
2、人工智能的基本特点
物联网是一个物物相连的巨大网络，一切物体都可以成为物联网的一部分使得物联网称为一个名副其实的开放复杂智能系统。开放复杂智能系统是指具有开放性特征、与环境之间存在交互、系统成员较多、系统有多个层次、系统可能涉及人的参与的智能系统。
开放复杂智能系统具有一般智能系统所具有的性质，如自主性、灵活性、反应性、预操作能力等。另一方面，从系统复杂性的角度分析，开放复杂智能系统还表现出一些特别的系统复杂性特征，包括：
① 开放性：指系统在求解实际问题时与外部环境及其他系统之间存在物质、能量或信息的交互。
② 层次性：体现在整个系统的层次很多，甚至有几个层次也还尚未认识清楚；系统组成的模式多种多样，如有平行结构、线型结构、矩阵形结构、环形结构等，有的甚至不清楚具体模式。
③ 社会性：体现在系统是由时空交叠、分布式、灵活、自主的组件构成，甚至是社会主体（人）构成的；肩负不同角色的组件之间通过多种交互模式与通信语言，按照一定的行为法则开展合作，相互影响，履行责任，共同求解问题；时间上的交叠表现为并发性；时空的分布性表现为各种资源的分布性。
④ 演化性：体现在系统的组成、组件类型（可能是异构的）、组件状态组件之间的交互以及系统行为随时间不断改变，无法在设计时确定运行时的上述要素；演化具有层次性，可能是局部，也可能是整体；系统中子系统之间的局部交互，在整体上演化出一些独特的、新的性质，体现出整体的智能行为与问题求解能力。
⑤ 人机结合：体现在开放复杂智能系统的突出特点是在系统体系中存在人；通过人机交互，实现人的认知和智能与机器的计算和推理智能共同作用；人机协作产生智能行为，问题的求解不能仅靠机器完成，需要发挥人的作用。
⑥ 综合集成：体现在开放复杂智能系统存在着多种智能，各种智能各自发挥着重要的、不可替代的作用，如人的智能所展现的形象思维等定性智能，领域智能所具有的关于问题本身的信息，机器计算智能所具有的定量计算能力，网络智能所表现出的面向广域网的计算、知识搜索与发现能力，数据智能所隐含的内在知识与模式等。同时，开放复杂智能系统表现出的社会智能行为与问题求解能力是上述多种智能相互协作、共同作用的结果。
3、人工智能的研究与应用
物联网作为一个复杂的系统，它的推广与普及给智能系统带来了新的挑战，促使我们在指导思想、技术路线、系统体系结构、计算模式等方面为智能系统的研究融入新的思想与技术源泉，使得智能系统的研究迈入新的阶段，即以开放复杂智能系统特别是开放巨型复杂智能系统为研究对象、以社会智能为研究重点的综合集合阶段。
智能技术是利用经验知识所采用的各种自学习、自适应、自组织等智能方法和手段以有效地达到某种预期的目的。通过在物体中植入智能系统，可以使得物体具备一定的智能性，能够主动或被动地实现与用户的沟通，也是物联网的关键技术之一。主要的研究内容和方向包括：
① 人工智能理诊研究，主要包括4个方面：智能信息获取的形式化方法；海量信息处理的理论和方法；网络环境下信息的开发与利用方法；机器学习。
② 先进的人—机交互技术与系统，对先进的人—机交互技术与系统主要研究内容体现在3个方面：声音、图形图像、文字及语言处理；虚拟现实技术与系统；多媒体技术。
③ 智能控制技术与系统，物联网就是要给物体赋予智能，可以实现人与物体的沟通和对话，甚至实现物体与物体互相间的沟通和对话。为了实现这样的目标，必须要对智能控制技术与系统实现进行研究。例如：研究如何控制智能服务机器人完成既定任务（运动轨迹控制、准确的定位和跟踪目标等）。
④ 智能信号处理，对智能信号处理方面的研究主要是信息特征识别和融合技术、地球物理信号处理与识别。
4、数据融合技术
信息融合（information fllsion）技术是20世纪70年代提出来的，基于科学发展，特别是微电子技术、集成电路及其设计技术、计算机技术、近代信号处理技术和传感器技术的发展，信息融合技术已经发展成为一个新的学科方向和研究领域。早期对信息融合方法是针对数据处理的，所以也将信息融合称为数据融合。信息融合是针对一个系统中使用多种传感器（多个/多类）这一特定问题而展开的一种信息处理的新研究方同，从这个角度上讲，数据融合又可以成为多传感器信息融合，又称多源息融合。
4） 数据挖掘
数据挖掘（Data Mining）是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的及随机的实际应用数据中，挖掘出隐含的、未知的、对决策有潜在价值的数据的过程。
5） 中间件
中间件是指网络环境下处于操作系统、数据库等系统软件和应用软件之间的一种起连接作用的分布式软件，主要解决异构网络环境下分布式应用软件的互联与互操作问题，提供标准接口、协议，屏蔽实现细节，提高应用系统易移植性。
2.3 物联网主要应用领域
2.3.1 物联网主要应用领域
我国的物联网应用领域主要有智能交通、环境保护、政府工作、公共安全平安家居、智能消防、工业监测、机械制造等。
1、物联网在物流行业的应用
物联网技术最早应用于物流行业，它在物济领域的全面发展提高了物流行业的发展速度和服务水平，其具体特点如下：
① 物联网应用能够提升物流行业的整体效率；
② 物联网应用可以推进物流行业专业化规模化发展；
③ 物联网应用可以推动物流行业集成化精细化发展。
2、物联网在医疗保健中的应用
基于物联网技术的智慧医疗可以及时获取被监测者的各项生命体征，做到对疾病的预防和早发现，提升医疗机构的工作效率和服务质量，满足人民群众对医疗卫生服务的多元化要求。
基于物联网技术的智慧医疗系统可以使处于网络内部的医疗系统实现互联互通，对于医疗数据在整个医疗网络内可以做到资源共享。
基于物联网技术的智慧医疗系统可以优化目前就诊过程中出现的就诊流程繁杂无序等问题，减少患者排队挂号等候时间，为患者及时就诊节省时间，同时也可以提高医生看病的效率。实行挂号、检验、交费、取药等一站式、无胶片、无纸化服务，简化看病流程，有效解决群众“看病难”的倚题，同时还可以提高医疗机构的运营效率。
家庭社区远程医疗监护系统的主要目的是为一些老年人和慢性病人提供及时预防和实时监测，通过家庭社区远程医疗监护系统平台，处于联网状态的医生随时可对病人进行远程医疗和指导，发现异常时进行及时的医疗监护。
3、物联网在智能交通中的应用
我国道路交通系统面临的挑战，目前随着我国国民经济水平提高，车辆的拥有量也在与日俱增，所以会给道路交通带来以下几个问题：
① 汽车车速慢、路网运行改率低
② 汽车能耗高尾气排放量大
③ 交通安全事故发生频率高
智能交通的发展将带动多个产业的发展，分别包括智能汽车、导航、车辆远程信息系统、运载工具与同种运载工具或者不同运载工具之间的通信技术、动态实时交通信息发布技术等。还会对多个相关行业的运营模式发生改变，分别包括汽车保险行业、汽车维修行业、交通运输管理行业等，具有很广泛的应用需求。
智能交通系统（Intelligent Tranpclhertem，ITS）是一个信息化的系统，它的各个组成部分和各种功能都是以道路交通安全运行，以交通信息合理应用为中心展开的，因此，实现城市交通得能化要求道路交通信息可以做到实时监测与发布、合理规划与稳定传输。交通采集设备采集到的原始交通数据，经过一系列的数据处理形成准确的交通数据。然后，基于交通流量历史数据库、行程时间历史数据库、城区路网地理数据库等基本信息，根据预先设定的自动诱导模型进得处理，运算及预测，自动生成旅行时间、拥堵状况托交通诱导信息。最后通过车载号航设备、车辆终端、Internet、用户手持终端设备、电视广播等各种媒体将有效诱导信息发布给出行者。
4、物联网在智能家居中的应用
将物联网技术应用于管理家居设施，存在如下优势：
① 高效节能：在物联网技术的作用下，各种家用电器、照明灯具等能源消耗施都可以得到合理的监控，可以在自然环境不需要时自动关闭，或处于休眠或低能耗运行状态。
② 使用方便：通过物联网技术与互联网技术相结合，可以使所有家居设施进行信息互联，用户可以通过手机或其他手持终端对各用电设备进行远程和更加灵活的控制，既可以在随身携带的移动手机，也可以直接在互联网上操作。
③ 安全性高。智能家居中的安防系统可以有效防范非法入侵，在意外事故等紧急情况下可以及时对现场进行记录并发出报警，而且用户可以在网络条件良好的情况下不受时间和地点的限制监控家庭安全状况。
用物联网技术完成智能家居的集成，需要解决两个问题：
① 解决家庭内部如何组网的问题。使得各种家具内部设备，如包括灯控模块、电动窗帘、安防系统、音频/视频设备、数码设备、计算机、智能电器等，都具有良好的通信和联网能力，形成统一的智能家居网络。
② 如何解决智能家庭网络与外部通信网络连接的问题。其目的是使人们能够通过手机、互联网更方便的远程监视和控制自己的家居，为用户提供方便
提供一套完整版的家庭娱乐、信息共享、家庭管理和互联网接入及远程监控等服务功能是建立家庭局域网的目的。家庭局域网是一种混合型网络。根据设备类型及实际需要，实际家庭局域网的物理接口可以分为4类：高速局域主干网、控制子网现场总线、视频线、电话线。
5、物联网应用新视野
① 车联网
车联网的设想如下：所有连进网络的车都采用动驾驶技术。这样即使是盲人也可以开车穿行于城市中。“车联网”的引入使人们不再被交通事故所困扰将车联网与城市交通信息网络、智能电网以及社区信息网络相连接，司机再也不会担心拥挤和道路施工带来的堵车现象的心境。借助于车联网，司机也不再为找不到加油站、停车位而烦恼。车联网正蓄势得发，它将改变以往的交通体系，使未来的交通体系更安全、更环保、更高效、更舒适。有了车联网，交通信号灯以及交警就只是为行人而被的，因为车联网可以实现车辆的自动驾驶和自动导航，汽车就像被一只无形的手所掌控，可以自由穿梭于大街小巷。
② 人体感知网
人体感知网如果狭义的理解可以理解为智慧医疗的扩展和外延，从应用角度也可以看作是智慧医疗在人类日常生活中的应用。人体感知网主要包括用于感知和采集人体各参数的传感器节点，这些传感器功能强大，不但具有基本的感知和采集数据的功能，还具有一定的数据存储和处理能力，这种网络最重要特征之一是可以不限制使用者的常规活动，而对其生理和心理状态持续监测成为可能。如目前最常见、使用最为广泛的智能手环，使用者佩戴在身上运动的时候智能手环就可以记录使用者的运动步数、运动距离和热量消耗等信息。还有现在出现的具有数据存储和传输能力的电子秤，通过数据存储能力可以讲使用者每次的体重数据进行记录，通过数据传输能力可以将这些数据发送至具有数据处理能力的设备上进行数据分析。
2.3.2 物联网技术未来发展趋势
1、物联网和人工智能相互促进
物联网是由网络传输数据的设备组成，这些设备会产生难以想象的大量数据，而许多企业对如何管理这些数据一无所知。当然，如果这些数据与客户及其个人信息有关，任何企业都不会忽视它的价值。
机器学习是一种人工智能（AI），它可以在不编程的情况下自主学习。计算机从设备接收到数据，并对这些数据进行学习，以了解客户的偏好并相应地进行调整。为了处理这些大量的客户数据，物联网构建设备和人工智能之间的数据流，并且帮助管理这些数据，避免任何人为错误。此外，人工智能被认为是物联网革命的关键推动力。
2、5G成为物联网必需的燃料
从2020年到2030年的十年间，物联网设备将从750亿增长到1000多亿，从4G到5G的提升对物联网增长来说是最重要的。4G网络在单个cell上可以支持5500到6000个NB—IOT设备。在5G网络中，一个cel1最多可以处理100万个设备。
3、路由器将变得更加安全，以阻止不安全的访问
当物联网的安全性得以有效保护时，它会让你的家庭更智能、更高效。智能家用设备与互联网相连，如智能电视、安全摄像头、门锁等，可以为你的生活增添奢华和舒适，同时也会带来不安全的网络攻击。因此在这里，路由器将扮演一个重要的角色，作为互联网进入家庭的入口点。当你的智能物联网设备受到攻击时，路由器将通过密码验证、防火墙来保护网络安全，并允许在网络上配置特定的设备。
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