物联网与“互联网+”

第五章　物联网与“互联网+”

一、物联网基础

1.物联网的概念

国际电信联盟2005年发布的《ITU互联网报告2005：物联网》将物联网的概念定义为：物联网是通过二维码识别设备、射频识别装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，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。

其目的是实现物与物、物与人、所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

2.物联网的架构

根据信息生成、传输、处理和应用的原则，可以把物联网分为三层：感知层、网络层和应用层。

　  ● 感知层：主要实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制。

　  ● 网络层：主要实现信息的传递、路由和控制，包括延伸网、接入网和核心网。

　  ● 应用层：包括应用基础设施/中间件和各种物联网应用。

3.物联网的特征

全面感知、可靠传送、智能处理等特征。

4.物联网与互联网区别与联系

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。物联网是比互联网更为庞大的网络，其网络连接延伸到实物和实物之间。

互联网处理的信息都是人所创造的信息，但物联网所要处理的信息不仅是人所创造的信息，还包括物理世界反映出来的信息。

互联网大部分连接并不是随时在线，而物联网几乎随时都处在连接中。

物联网不仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力。

5.物联网的发展历程

　  ● 第一阶段（2010年前）：物体间的连接。基于RFID技术实现低功耗、低成本的单个物体间的互联。

　  ● 第二阶段（2010—2015年）：网络化的物物连接。利用传感网与无处不在的RFID标签实现物与物之间的广泛互联。

　  ● 第三阶段（2015—2020年）：半智能化。具有可执行指令的RFID标签广泛应用，物体实现半智能化。

　  ● 第四阶段（2020年之后）：全智能化。物体具有完全的智能，异构系统能够实现协同工作，人、物、服务与网络达到深度融合。

6.物联网的应用与影响

　  ● 应用：智能城市、智能交通、智能物流、智能家居、环境监测、金融与服务业、智能医疗、智慧工业、智能电网、智慧农业、国防军事等。

　  ● 影响：促使社会生产方式的变化；改变了人们的生活方式；引起文化领域的变化。

二、识别技术与短距离通信技术

1.识别技术及其应用

感知识别技术主要实现识别物体、定位物体等，常采用二维码识别技术、RFID 技术、传感技术等。

（1）二维码识别技术

使用黑白矩形图案表示二进制数据，二维码的长度、宽度均记载着数据，并有“定位点”和“容错机制”。

二维码的生成过程又称为编码过程。二维码的识别原理就是一个解码的过程。

通常情况下，二维码可以存储的数据类型包括文本、网址、电子邮件地址等，但并不直接存储图片或视频。如果需要通过二维码存储图片或视频，可能需要将媒体文件的链接或路径编码到二维码中，而不是直接存储媒体文件本身。

（2）RFID技术（无线射频识别技术）

RFID技术是利用射频信号实现无接触自动识别的技术，其是物联网的核心技术之一。

最基本的RFID系统由电子标签、阅读器和主机系统三部分构成。电子标签是RFID系统的核心，是RFID系统真正的数据载体。阅读器用以产生发射无线电射频信号并接收由电子标签反射回来的无线电射频信号。主机系统的任务是实现对所收集数据信息的存储、管理以及对电子标签的读写控制。

（3）传感器技术

如果将物联网比作一个人，那么传感器就是人体的五官，是全面感知外界的核心元件。传感器的作用是把非电学量转化为电学量或电路的通断，从而方便实现测量、传输、处理和控制。

传感器是物联网实现自动检测和自动控制的首要环节，是连接真实世界和虚拟世界的桥梁。

传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成，有时还加上辅助电源。

2.短距离无线通信技术及其应用

短距离无线通信技术主要包括蓝牙（Bluetooth）技术、NFC（近场通信）技术、ZigBee（紫蜂）技术和Wi­Fi技术等。

（1）蓝牙技术

蓝牙技术是一种以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接的短程无线电技术。

蓝牙技术具有成本低、设备体积小、功耗低和适合近距离通信的特点。

蓝牙的标准是IEEE802.15，工作频率为2.4 GHz，有效范围大约在10 m半径内，以约1 Mbps的速率相互传递数据。

（2）NFC技术（近场通信）

NFC技术是一种短距离的高频无线通信技术。NFC技术由RFID及互联互通技术整合演变而来，是一种非接触式识别和互联技术。

其在单一芯片上集成了感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能。

配置了NFC功能的智能手机可以用作机场登机验证、大厦的门禁钥匙、智能交通一卡通、代替信用卡进行电子支付等。

NFC终端主要有三种工作模式：主动模式、被动模式、双向模式。在主动模式下，NFC终端可以作为一个读卡器，被动模式下时NFC终端则被模拟成一张卡，双向模式下NFC终端双方都主动发出射频场来建立点对点的通信，相当于两个NFC设备都处于主动模式。常见的NFC工作模式是被动模式。例如，刷手机乘公交、进行电子支付等，都是将NFC终端模拟成一张卡片。主动模式常见于读取NFC标签信息等，双向模式多用于信息交换，如交换电子名片。

（3）ZigBee技术（紫蜂技术）

ZigBee技术是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。

ZigBee的标准是IEEE802.15.4，工作频率为2.14 GHz（全球流行）、868 MHz（欧洲流行）和915 MHz（美国流行），其最大数据传输速率是250 Kbps，传输距离从标准的75米到几百米、几千米。

依靠ZigBee技术可以组建一个低数据传输速率的个人域网络，ZigBee网络具有自愈功能，不会因为一个或几个节点坏掉而瘫痪，也不会因为增加一个或几个节点而影响整个网络的工作。ZigBee技术被广泛应用于智能家居、工业自动化、数字化医疗等领域。

（4）Wi⁃Fi技术

Wi‑Fi的主要特点是传输速率高、可靠性高、建网快速便捷、可移动性好、网络结构弹性化、组网灵活、组网价格较低等。

三、物联网的安全风险与防范策略

1.安全风险

物联网的安全问题可以根据物联网的架构分为感知层安全、网络层安全和应用层安全问题。

2.防范策略

　  ● 感知层安全策略：建立有效的密钥管理体系、合理的安全架构、专用的通信协议来确保感知层信息的安全、可靠和稳定。

　  ● 网络层安全策略：第一是利用点对点加密技术，第二是运用端对端加密技术，第三是加快跨网认证，尽快攻克技术环节。简化认证手续，减少认证期间的等待时间。第四是加强安全路由协议研究与应用。

　  ● 应用层安全策略：加强数据应用的安全管理，同时加强不同网络之间的融合。

四、“互联网+”及其应用

1.“互联网+”的特点

　  ● 跨界融合；

　  ● 重塑经济结构；

　  ● 驱动技术创新。

2.“互联网+”的应用与影响

　  ● “互联网+工业”使生产制造更智能化。

智能制造技术是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成，是制造业的第四次革命，是工业4.0的核心之一，也是“中国制造2025”的主攻方向。

　  ● “互联网+农业”推动农业现代化。

　  ● “互联网+医疗”使看病方便快捷。

　  ● “互联网+教育”促进教育均衡与创新发展。

　  ● “互联网+交通”的共享出行模式。

　  ● 此外，“互联网+贸易”“互联网+金融”“互联网+政务”“互联网+民生”等新兴领域也呈现方兴未艾之势。随着“互联网+”战略的深入实施，互联网必将与更多传统行业进一步融合，助力人们的未来生活、工作与学习。“互联网+” 让人们生活更为便捷，让学习更个性化，让生产更具智能化，让企业更具发展活力。

A.应用层    B.感知层 C.网络层    D.终端层

2.物联网的发展大致经历了（　　）个阶段。

A.1 B.2 C.3 D.4

3.二维码的生成过程属于（　　）过程。

A.解码  B.编码 C.采样  D.量化

4.二维码是以（　　）个小方块一组分割还原成二维方块矩阵，一个黑色小方块对应一个“1”，一个白色小方块对应一个“0”，每一个二维方块矩阵再还原成二进制编码。

A.2 B.4 C.6 D.8

5.（　　）是RFID系统的核心，是RFID系统的数据载体。

A.主机系统    B.电子标签 C.阅读器    D.天线

6.下列传输器不是按物理量分类的是（　　）。

A.温度传感器   B.电阻

C.速度传感器  D.位移传感器

7.通常情况下，蓝牙有效传输距离大约为（　　）m。

A.1 B.5 C.10  D.100

8.通常情况下，公交车使用的NFC属于（　　）模式。

A.主动  B.被动 C.双向  D.远程

9.下面不属于ZigBee网络拓扑结构的是（　　）。

A.层次型    B.星型 C.树型  D.网状型

10.使用某款App打车，属于互联网+（　　）。

A.教育  B.交通 C.制造  D.物流

二、判断题

11.物联网不存在安全问题。（　　）

12.物联网的数据采集主要依靠网络技术。（　　）

13.二维码可以存储任何信息。（　　）

14.物联网是互联网的扩展应用。（　　）

15.物联网的网络层的主要作用是保证数据的精确传输。（　　）

三、填空题

16.物联网的实现步骤主要包括：　　　　　　　　，由识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式，将物体信息通过网络传输到信息处理中心，完成智能处理。

17.通常情况下，二维码的左上角有较其他部分更大的方块，这个方块的作用是 　　　　。

18.传感器通常由　　　　、转换元件和转换电路三部分组成。

19.NFC的中文意思是　　　　　　　　。

20.实施农产品的跟踪与追溯，需要在农产品供应链的各个环节上对农产品信息进行标识、采集、传递和关联管理。其实质就是要形成一条完整的　　　　，使得农产品的信息流、物流联系起来，并可根据农产品的信息追踪农产品企业的信息。