毕业设计（论文）物联网技术的发展与展望

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1、无锡科技职业学院软件测试专业 毕业设计（论文）毕业设计（论文）题 目 物联网技术的发展与展望 系 别软件与服务外包学院.专 业 软件测试 . 班 级 0801 . 学生姓名 .学 号 100080777 指导教师 2011年 4 月物联网技术的发展与展望摘要： 本文基于物联网的现状及发展方向。详细讲解物联网的概念，物联网的基本构成及工作原理。分析了中国电信作为全业务运营商发展家庭物联网的思路及需求，同时基于RFID和物联网技术综述了物联网国内外发展现状，设计了一种中国物联网体系架构，并综合此结构提出了RFID-IS的设计方法，为中国物联网的架构，发展和研究提供了参考。同时介绍了传感网的基本概念

2、并列举了支撑物联网发展的关键技术。传统的物联网应用仅仅是孤立系统。未来物联网的发展必须实现和电信网的融合。实现相互之间的互通和应用融合。物联网和电信网的融合对于电信网自身在网络管理、业务管理、位置管理等方面提出了新的能力要求。本文最后给出了电信网和物联网的融合举措建议。关键词:物联网；RFID-IS；家庭物联网；UPnP;Content development and outlook of networking technologiesAbstract： Based on the present situation and development of thing networking dir

3、ection. Explained the concept of that thing networking, networking the basic composition and working principle. Analyzes the whole business operators China telecom as the development of thought and family content networking needs while rfid-enabled and physical networking technologies at home and ab

4、road were summarized development situation, thing networking designed a kind of Chinese content networking system framework, and comprehensive this structure puts forward the design method of RFID - IS that for China, the structure, development and networking research offers reference. Meanwhile int

5、roduces the basic concept of sensor network. And lists the key technology of propping networking. The traditional content networking application merely isolated system. The development of future content networks and telecommunications networks must realize the integration. Realize mutual interchange

6、 and application integration. Networking and telecommunications networks that fusion of themselves in network management for telecommunications, business management, location management etc. To put forward new capacity requirements. Finally, the paper puts forward that the fusion of telecommunicatio

7、n and network suggestion. Initiatives .Keywords: content networking；RFID - IS; Family content networking; UPnP; 目录前言5第1章 物联网的定义及具体概念61.1 物联网的概念61.2 物联网的关键技术71.2.1传感器与传感节点技术71.2.2 射频识别技术71.2.3网络和通信技术8第2章 物联网的现状及RFID-IS92.1 物联网的现状92.1.1 RFID的定义92.1.2 物联网在国外的研究112.1.3 中国在物联网方面的研究122.1.4 中国物联网信息服务系统架构13

8、2.2 RFID-IS的概念142.3 物联网信息服务系统管理协议（RFID-MP）152.3.1 RFID-MP模型介绍152.3.2 Agent的分类162.3.3 物联网信息服务管理系统16第3章 家庭物联网的应用与展望183.1家庭物联网的业务需求183.2 家庭物联网实现方案183.2.1家庭物联网网关183.2.2 立体化家庭物联网应用服务体系213.3家庭物联网的实施难点及建议223.3.1关键技术尚需突破223.3.2体系架构仍未建立223.3.3缺乏完整的标准体系和成熟的商业模式223.3.4政策环境不够完善23第4章 物联网和电信网的融合需求及架构244.1网络管理254.

9、2业务信息(pmfile)管理264.3设备信息管理264.4业务注册和发现管理264.5服务质量(QoS)保障264.6连接管理274.7移动性管理274.8其他要求27第5章 物联网和电信网的融合举措28谢辞29参考文献30前言随着IT技术、互联网技术和电信技术的不断融合。对于全社会生态系统的智能化。即所有物品的智能化识别和管理以实现人类社会与物理系统的整合的需求日益强烈。在此背景下物联网孕育而生。在互联网技术迅猛发展的今天，用户对家庭网络的需求已经体现出更为系统化的转变。对于家庭网络中的信息、通信、娱乐和生活4类子网，所包含的各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等设备，需要通过

10、不同的互连方式进行通信及数据交换，以实现各子网间的互联互通。然而现阶段的家庭网络中的4类子网分别处于孤岛状态互联互通非常有限。这使得它们之间迫切需要一个信息汇聚及核心控制单元通过该单元以各种无线方式实现子网设备以及子网之间的互联，再以统一的IP方式实现家庭网络与外部网络的互联。该单元可提供集成的语音、数据、多媒体、传感控制和管理等功能，达到信息在家庭内部终端之间以及与外部公网的充分流通和共享的目的。作为综合信息服务提供商。中国电信希望通过提供完整的家庭物联网实现方案。在未来的家庭物联网应用领域占有一席之地，甚至在该领域处于主导地位。第1章 物联网的定义及具体概念1.1 物联网的概念 物联网(I

11、ntemet ofthings)黼1999年由美国麻省理工大学提出，目前业界并没统一、精确的定义。早期的物联网是依托射频识别(R兀D)技术的物流网络，随着技术和应用的发展物联网的内涵已经发生了较大变化。在新的时代，物联网是指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力和执行能力的嵌入式芯片和软件。使之成为“智能物体”，通过网络设施实现信息传输、协同和处理，从而实现物与物、物与人之间的互联。把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来实现智能化识别和管理。在感知领域的另外一个术语就是传感网，它将大量、多种类传感器节点(传感、采集、处理、收发、网络于一体)组成自治的网络。实现对物理世界

12、的动态协同感知。可以看出，传感网是以感知为目的的物物互联网络从用户或产业应用的角度也被称为物联网，因此传感网和物联网的概念本质上是相同的。两个概念的使用场景存在一定差异。传感网是实现物物通信的重要手段和基础设施，因此更多的是从实现的角度来描述网络本身，而物联网则从应用的角度来描述物物通信的网络，在本文中根据实际情况，两种概念均会使用。明确的物联网发展已有56年历史日本最早于2004年提出以发展泛在网络社会为目标的U-Japan构想。计划于20042007年共投入29亿美元预计到2010年将带来371亿美元的直接收益。韩国提出了UKorea战略及IT839战略计划到2010年共投入700亿美元，

13、物联网发展是其中三大基础建设之一。2009年4月，美国政府公布了40亿美元智能电网投资计划，智能电网在现有电网基础上，通过在发电、输电等各个环节引入先进的传感和测量技术、控制方法以及决策支持系统实现电网高可靠、高效运行。智能电网可以实现高压输电线安全监控、电力设备工作情况监控、智能用户需求响应、实时定价、停电检测、电能质量监测等目标。美国能源部预计这一计划在未来20年内将节省投资800亿美元。1.2 物联网的关键技术 物联网的几个关键环节可以归纳为“感知、传输、处理”，实现“及时、精确、全面地获取和处理信息，达到科学决策、降低成本、提高效率、保护环境、增强安全等目标，更加有利于人类的可持续性发

14、展”。其中，传感技术、纳米技术、嵌入式智能技术、射频识别技术以及网络和通信技术为物联网的发展和广泛应用提供了基础。1.2.1传感器与传感节点技术传感器是指能感知预定的被测指标并按照一定的规转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器的类型多样可以按照用途、材料、输出信号类型、制造工艺等方式进行分类。常见的传感器有速度传感器、热敏传感器、压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器等。随着技术的发展，新的传感器类型也不断产生。传感器的应用领域非常广泛，包括工业生产自动化、国防现代化、航空技

15、术、天技术、能源开发、环境保护与生物科学等。随着纳米技术和微机电系统(MEMS)技术的应用传感器尺寸的减小和精度的提高，也大大拓展了传感器的应用领域。物联网中的传感器节点由数据采集、数据处理、数据传输和电源构成。节点具有感知能力、计算能力和通信能力，也就是在传统传感器基础上，增加了协同、计算、通信功能，构成了传感器节点。智能化是传感器的重要发展趋势之一。嵌入式智能技术是实现传感器智能化的重要手段，其特点是将硬件和软件结合，利用了嵌入式微处理器的低功耗、体积小、集成度高和嵌入式软件的高效率、高可靠性等优点同时结合人工智能技术，推动物联网中智能环境的实现。1.2.2 射频识别技术射频识别(RFID

16、)技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID为物体贴上电子标签，实现高效灵活管理，是物联网的支撑技术之一。典型的砌D系统由电子标签、读写器和信息处理系统组成。当带有电子标签的物品经过特定的信息读写器时标签被读写器激活并通过无线电波将标签中携带的信息传送到读写器以及信息处理系统，完成信息的自动采集工作。信息处理系统根据需求承担相应的信息控制和处理工作。1.2.3网络和通信技术传感网依托网络和通信技术实现感知信息的传递和协同。传感网的网络技术分为两类：近距离通信和广域网络通信技术等。在广域网络通信方面。IP互联网、2G3G移动通信、卫星通信技术等实现了信

17、息的远程传输特别是以IPv6为核心的下一代互联网的发展将为每个传感器分配IP地址创造可能，也为传感网的发展创造了良好的基础网条件。在近距离通信方面，以IEEE 802154为代表的近距离通信技术是目前的主流技术，805154规范是IEEE制定的用于低速近距离通信的物理层和媒体接入控制层规范工作在工业科学医疗(ISM)频段，免许可证的24 GHz ISM频段全世界都可通用。802154的低功耗、低速率和短距离传输的特点使它非常适宜支持计算和存储能力有限的简单器件。随着互联网的进一步扩展，业界开始研究如何通过一种新型的低功耗网络连接技术将IP的使用扩展到资源受限的传感器节点设备上，IETF 6Lo

18、wPAN工作组负责研究的IPv6over 802154协议在应用层和MAC层之间增加了一个适配层使得IPv6可以在802154网络上实现高效通信，从而逐步实现物联网和互联网的融合。目前IE7IF在该领域已经形成两个RFC：RFC 4919和RFC 4944。物联网能够整合上述所有技术的功能实现一个完全交互式和反应式的网络环境。第2章 物联网的现状及RFID-IS2.1 物联网的现状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(nTU)发布了(rru互联网报告2005：物联网，正式提出了“物联网”的概念。目前，多个发达国家已将发展物联网提升为国家战略。温家宝总

19、理2009年在无锡考察传感网产业时对促进物联网发展做出了重要指示：“着力突破传感网、物联网关键技术。及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机。”现阶段物联网的发展，是基于特定终端以IPCDMA等为接人手段，为行业和家庭客户提供机器到机器的解决方案满足客户对生产过程，家居生活监控、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。它有以下几个主要特征。全面感知：即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。可靠传递：通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时、准确地传递出去。智能处理：利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海

20、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。基于此对物联网的研究应聚焦在民生应用和行业应用方面，而民生应用。也就是家庭物联网，是与人类的日常生活息息相关、密不可分的。家庭物联网应用的发展对未来构建数字家庭起到了决定性的作用。2.1.1 RFID的定义R兀D(射频识别)技术是一种无线自动识别技术，又称为电子标签技术RFID技术具有众多优点，广泛应用于交通、物流、安全、防伪等领域1 2|，作为条形码等识别技术的升级换代产品近年来巨大的市场需求使得RFID迅速发展起来通常的RFID系统包括前端的射频终端和后台的计算机信息管理系统射频终端由读写器和标签组成标签用于存储所标识物品的身份和属性的

21、信息；读写器作为信息采集终端，利用射频信号对标签进行识别并与计算机信息系统进行通信【3J将RFID技术与Intemet相结合，将读写器安装到任何需要采集信息的地方，通过Intemet就能全程跟踪贴有电子标签的物品这样所有的物品和Intemet就组成了“物联网”典型的物联网结构如图2-1所示每一个物品都被赋予一个独一无二的代码，将这个代码存储在电子标签中贴在物品上，同时将这个代码所对应的详细信息和属性存储在RFID信息服务系统的服务器中当物品从生产到流通的各个环节中被识别并记录时，通过ONS(对象名解析服务，Object NamingService)的解析可获得物品所属信息服务系统的URI(统一

22、资源标识，Universal Resource Identifier)，进而通过网络从RFID信息服务器中获得其代码所对应的信息和属性，以进行物品的识别和达到对物流供应链自动追踪管理的目的物联网的最终目标是为每一个物品建立全球的、开放的标识标准，它的发展不仅能够实现对物品的实时跟踪，而且能够提高物流运输物联网概念一经提出，立即受到了各国政府、企业和学术界的重视，在需求和研发的相互推动下，迅速热遍全球本文在综述物联网发展现状和关键技术的同时，提出了我国物联网的框架，并在这个框架下对中国物联网信息服务系统进行了研究，提出了其信息服务(RFID-IS：RFID Information Service

23、)和管理架构(RFID-MP：RFID Management Protoc01)的解决方案图2-1 物联网结构示意图2.1.2 物联网在国外的研究目前国际上对物联网的研究逐渐明朗起来，最典型的解决方案有欧美的EPC系统和日本的UID系统等1999年麻省理工学院Auto-ID中心在美国统一代码委员会的支持下提出了EPC(Electronic Product Code)的概念2003年11月1日Auto-ID中心更名为AutoID实验室，致力于自动识别技术的开发和研究工作，倡导为能够跨越整个供应链的操作方案制定公共的标准EPC系统使用了数据接口组件的方式解决数据的传输和存储问题，用标准化的计算机语

24、言来描述物品的信息2003年9月Auto-ID中心发布的规范10版【4J中将这个组件命名为PML(物品标识语言，PhysicalMarkup Iamguage)Server作为EPC系统中的信息服务关键组件，PML成为描述自然物体、过程和环境的统一标准在其后的一年中，技术小组依照各个组件的不同标准和作用以及它们之间的关系修改了规范，于2004年9月发布了修订的EPC网络结构方案，EPCIS(EPC信息服务，EPC Infornmtion Service)代替了原来的PML Server这个方案提出了EPCIS在EPC系统中的作用和具体功能，如图2-2所示目前一些系统原型已经建立起来，但是具体针

25、对EPCIS的规范仍在制定中图2-2 EPC网络结构图日本在电子标签方面的发展，始于20世纪80年代中期的实时嵌入式系统TRON，T-En巧ne是其中核心的体系架构在TEn异i论坛领导下，UID Center(泛在识别中心，Ubiquitous ID center)中心于2003年3月成立，具体负责研究和推广自动识别的核心技术，即在所有的物品上植入微型芯片，组建网络进行通信UID得到了日本政府经济产业省和总务省以及大企业的支持U1D提出一种UID技术终端来支持用户和泛在识别计算机环境的通信，叫做泛在通讯器(UbiquitousCommunicator)，简称UCUC提供了多制式的通信接口以处理

26、不同种标签和读写器的信息，无论是本地还是网络都可以通过嵌入式的接口连接UID信息把服务系统由于涉及到很多重要领域和国家信息安全，很多国家都重视信息服务系统的建设。希望提出自主知识产权的RFID标准和物联网标准，不再像Internet那样主要由美国主导2.1.3 中国在物联网方面的研究目前我国的商品制造和出口量非常巨大，如果采用国外的识别体系和技术规范，则必须使用其中央数据库和解析服务器等相关设施，我国企业商业秘密就无从保护，给国家信息安全及经济情报造成安全隐患一旦国外的主服务器发生意外，我国的国民经济活动将受到严重影响另一方面，如果电子标签采用国外的标准，我国数百亿美元的电子标签产业中最关键的

27、核心部分：编码规则、传输协议、中央数据库等规则只能随之来制定，我国物流业的发展战略将依附予国外作为世界最大的制造业基地，我国不但每年要支付昂贵的专利费，同时也很难做出适合中国国情的修改所以，确立我国自有知识产权的商品编码及网络管理制式标准非常重要物联网的建设在我国日益受到重视，制定我国自主知识产权的标准体系和网络系统的呼声越来越强烈2006年6月9日，由中华人民共和国科学技术部等十五部委联合编写的中国射频识别(RFID)技术政策白皮书发布，对RFID产业化和应用方面的关键技术进行了探讨，为中国RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，应用于物流制造业的发展指明了道路我国的研究人员对物联网信息服务

28、的研究较发达国家稍晚，在跟踪发达国家研究的同时已经逐渐有了自己的创新参与这方面研究的有中国物品编码中心、中国标准协会、AIM China、复旦大学Auto-ID中国实验室、北京航空航天大学等科研机构及一些企业，并取得了一些初步的成果同时，有国内从事RFID研发的知名企业在2005年两会期间提交了适应社会经济发展需求，建立中国物流互联网工程的提案，提出了开展中国物联网研究和规划的建议，目前有关部委领导已就此提案进行了考察和论证一些刊物和网站成为物联网信息服务的讨论阵地2.1.4 中国物联网信息服务系统架构目前，我国已成为世界制造业中心，信息技术发展迅速，物联网技术研究已迫在眉睫本文提出的中国物联

29、网信息服务系统分为四层，其架构如图2-3所示图2-3 我国物联网信息服务系统架构国家物联网管理中心是一级管理中心，制定和发布总体标准，负责与国际物联网互联，并对二级物联网管理中心进行管理二级物联网管理中心分为各行业的物联网管理中心(如公路运输、航运等)和专用物联网(如军用、海关等)管理中心，制定各行业、各领域的标准和规范各行业和领域内部的统计信息可以存储在二级物联网管理中心，其他行业和领域根据一定权限可以进行查询，同时方便国家管理中心的管理第三级为本地物联网管理中心，负责管理各企业、各单位内部的物流信息这一级是最基本的物联网信息服务管理中心，对本企业或本系统物品进行追踪和信息存储，一方面可以了

30、解物品的去向和仓储销售情况，作好生产计划；另一方面在出现事故或丢失时还可以追踪物品制造和流通环节第四级为各种RFID应用系统，负责前端的标签识别、读写和信息管理工作，将读取的信息通过计算机或直接通过网络传送给上级物联网信息服务系统每一级信息管理中心负责本级中各节点的信息传输、存储与发布；管理各节点接口的用户权限与数据安全；监控各节点的运转，及时报告和排除故障，保障物联网信息服务系统的安全畅通2.2 RFID-IS的概念物联网运行依靠各级物联网管理中心的信息服务器信息服务器既要保证与上下级管理中-tL,的信息传递，又要对来自物联网内外的查询进行身份鉴别和提供信息服务物联网信息服务器在具备普通服务

31、器功能的同时，还要适合物联网尤其是我国物联网的特点和需要物联网信息服务系统中，第四级RFID应用管理系统存在于生产商或运输商等底层的服务器中，负责存储其物品的生产或流通信息；第三级管理中心服务器提供数据存储、统计和查询等功能；第二级管理中心服务器提供更高层次的存储和查询，以此类推基于中国物联网的特点，图2-4提出了RFID-IS信息服务器的结构和数据流程包括SOAP(简单对象访问协议，SimpleObject Access Protoc01)、服务管理应用程序、数据库、PML文档和HTML文档图2-4 RFID-IS服务器的结构和数据流程SOAPSOAP是一种在非集中、分布环境中交换信息的协议

32、它使用SOAP信封将定义信息的内容、来源、目的和处理框架封装起来，传递给服务器管理应用程序在处理过程的最后，SOAP还要负责将处理结果传递给物联网客户端SOAP使用HTrP作为通信协议，接受和发送PML格式的数据参数服务器管理应用程序服务器管理应用程序接收和处理SOAP发送的数据，并将处理结果反馈给SOAP数据库物联网信息服务器中的数据库在不同层次存储不同的信息，其作用是提供查询或存储对象与其在物联网中的统一代码的映射PML文档PML语言是XML语言的扩展，集成了XML的许多工具与技术，成为描述自然物体、过程和环境的统一标准物联网中真正用于存储信息的是PML文档，它可以由应用程序创建，并允许随

33、后不断的向其中增加信息PML与数据库的不同是，其所存储的信息有严格的顺序性HTML文档物联网信息服务器应具有一定的应用程序，可以实现根据不同的权限生成相应的HTML文档的功能2.3 物联网信息服务系统管理协议（RFID-MP）2.3.1 RFID-MP模型介绍网络管理过程通常包括数据采集、数据加工、数据分析、提交报告给管理者网络管理的目的是保证网络正常、经济、可靠和安全地运行目前存在两种主要的网络管理协议：由国际标准化组织开放系统互连(ISOOSI)提出的CMIP(Common Management Information Protoc01)和由因特网网络工程任务组(IEl下)制定的SNMP(

34、simple network tn鹕elnent protoc01)由于SNMP具有简单、灵活和应用广泛的特点，得到各网络产品生产厂家的广泛支持和许多学术机构的重视8，并成为事实上的工业标准本文根据中国物联网信息服务系统的特点，基于SNMP的优点和基础架构，提出中国物联网信息服务系统的管理协议，即RFIDMP管理协议RFID-MP的模型的主要包括：管理站(Manager)、代理(Agent)、管理信息库(MIB，Manager Information B鹪e)和RFID管理协议(RFIDMP)Manager：管理员与网络管理系统的接口Agent：对来自管理站的信息请求和动作请求进行应答，并随机

35、地为管理站报告一些重要的意外事件MIB：设在代理处的管理对象的集合，管理站通过读取MIB中对象的值来进行网络监控RFIDMP：管理站对被管设备实施管理的桥梁。是sNMP协议和专用通信协议的总和2.3.2 Agent的分类目前，Agent的扩展方案旧分以下三种：嵌入式代理模块，委托代理和AgentX扩展代理本文只涉及前两种方案其中“嵌入式代理模块”方案用于管理标准的支持SNMP的管理对象；“委托代理模块”方案用于管理不支持SNMP的管理对象，需要通过委托代理(Pro碍Agent)作中介，完成管理站和被管设备之间的协议转换功能2.3.3 物联网信息服务管理系统本系统选择采用嵌入式代理模块和委托代理

36、模块结合的方式来实现系统的网络管理管理系统除监控设备硬件工作状态(如温度、端口等)，也监控软件(如系统软件、应用软件、数据库及嵌入模块等)如图2-5所示，该系统分四级结构下面分别介绍各级结构中的模块功能图2-5 RFID-MP网络管理系统管理中心管理中心负责对整个系统，包括计算机终端Manager、Reader以及Tag进行管理其直接管理对象是计算机终端Manager计算机终端计算机终端中的Manager模块负责管理计算机终端自身、Reader以及墩它对代理模块A或者曰发出查询或者设置指令给代理，获取代理返回的信息；同时接收来自代理的报告信息并将相应信息报告给管理中心例如，管理中心可以在远程登

37、录到计算机终端上对RFID软件进行重新启动ReaderReader中的代理模块A，专门负责将来自MB嘲3T的查询或者设置指令转换为Reader特有的指令，以完成Manager对Reader的指示，并返回给地眦孵相关的Reader信息；同时还具有将Reader中发生的故障事件主动通知给Mal_la_ger的功能Reader中的委托代理模块曰一方面负责接收来自Manager对Tag的查询或者设置指令；另一方面，通过专用通信协议，与Tag中的模块C进行通信B再将C的查询或者设置结果返回给Manager当Tag发生故障时，B将c发送过来的报警结果报告给Manager从而实现Manager对盹的间接管理

38、TagTag中的模块C收集委托代理口通过专用通信协议传送过来的指令，查询或者设置Tag中的参数，并将结果通过曰、C之间的专用通信协议返回到委托代理模块B；当Tag发生故障时，C发送报警消息给B委托代理模块曰、模块c以及占、C之间专用通信协议设计是RFIDMP协议的重点内容之一，其深入研究设计细节将在以后的文章中加以介绍第3章 家庭物联网的应用与展望3.1家庭物联网的业务需求在互联网技术迅猛发展的今天，用户对家庭网络的需求已经体现出更为系统化的转变。对于家庭网络中的信息、通信、娱乐和生活4类子网，所包含的各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等设备，需要通过不同的互连方式进行通信及数据交

39、换，以实现各子网间的互联互通。然而现阶段的家庭网络中的4类子网分别处于孤岛状态互联互通非常有限。这使得它们之间迫切需要一个信息汇聚及核心控制单元通过该单元以各种无线方式实现子网设备以及子网之间的互联，再以统一的IP方式实现家庭网络与外部网络的互联。该单元可提供集成的语音、数据、多媒体、传感控制和管理等功能，达到信息在家庭内部终端之间以及与外部公网的充分流通和共享的目的。作为综合信息服务提供商中国电信希望通过提供完整的家庭物联网实现方案在未来的家庭物联网应用领域占有一席之地，甚至在该领域处于主导地位。3.2 家庭物联网实现方案家庭物联网主要包括家庭物联网网关和家庭物联网应用服务体系两大部分。3.

40、2.1家庭物联网网关家庭物联网网关是家庭物联网中最核心的信息汇聚和控制单元。在中国电信现有“e家”终端中间件的基础上，通过UPnP协议扩展，结合DLNA架构，实现各类家庭物联网应用。家庭物联网网关的架构如图3-l所示，包含以下几项核心功能。图3-1 家庭物联网网关架构示意图自动认汪鬣置UPnP增强协议转换：家庭子网问及家庭子网和家庭物联网平台间的协议消息头封装与解包。状态控制：收集家庭子网内各终端状态和下发控制指令。信息汇聚：收集、处理、转发家庭子网内各终端上报的数据。终端寻址：为家庭子网内各终端分配地址。终端认证：为家庭子网内各终端提供接入认证。实现上述架构的家庭物联网网关的关键点有以下几个

41、。完善家庭网关原有UPnP AC应用：家庭网关代理认证及终端，业务参数代理配置。子网终端自动接入认证及配置流程如图3-2所示图3-2 自动接入及配置流程家庭物联网网关通过UPnP扩展协议实现对子网终端的基础服务发现并进行接人的响应，将子网终端上报的认证请求以代理方式提交至上层管理系统随后把认证信息反馈给子网终端。网关进而从管理系统获取相关软件、业务的更新数据并对子网终端进行相应的参数配置。完善DLNA互操作应用：细化UPnP AV应用，作为DMS实体与DLNA设备实现互操作。打通模块接口：打通高清媒体下载与DLNA互操作模块之间的接口，实现远程下载媒体、本地遥控播放。家电管理设备自动加载：以U

42、SB Dongle方式自动加载家电管理网桥，实现对信息家电的管理。上述功能均通过网关中间件进行加载。实现对家庭各子网终端设备的接入、控制、信息处理和本地维护管理等。3.2.2 立体化家庭物联网应用服务体系图3-3 家庭物联网应用服务体系以家庭物联网网关为核心，充分融合家庭内部4类子网依托家庭物联网平台，构建图3-3所示的立体化家庭物联网服务体系，为用户提供丰富的家庭物联网应用。家庭物联网服务平台负责对家庭内部网络与外部网络三习筮交互的信息进行汇聚处理。实现对家庭物联网应用及终端的集中管控、信息的存储和转发等。依托于该平台构建的家庭物联网应用服务体系，可以提供的典型应用有以下几类。基于短信、语音

43、、视频的融合安防和视频监控联动应用：通过家庭物联网网关的无线射频模块、告警信息处理模块，实现对安防前端探测器射频信号的接收、告警信息的编码、SIP协议转换、指令接收与上报等管理：通过物联网平台实现基于SIP协议的网关告警信息的接收，远程管理设置与查询，告警后平台联动控制摄像头视频监控、拍照、录像等，并以语音、短信方式发送告警及视频信息。基于Intemet、短信等方式进行智能家电远程控制，查询管理等应用：通过家电管理网桥(USB Dongh方式)，实现对家庭内部信息家电的接人、信息处理和本地维护管理(包括全时监控、场景与模式管理等)；通过物联网平台，实现基于Intemet、短信方式对家庭内部家电

44、终端的远程控制、状态查询和管理(包括全时监控、场景与模式管理等)等功能。基于UPnP AV架构的家庭媒体资源共享应用：通过支持UPnP AV的WiFi网络U盘(USB Dongh方式)，实现对IPlV机顶盒、PC、数码相框等多屏资源的共享。综上所述，家庭物联网实现方案结合了信息、通信、娱乐和生活4类子网的应用，还可通过平台的能力开放整合第三方服务集成商，提供更多的物联网应用。满足用户个性化的需求。3.3家庭物联网的实施难点及建议从技术、应用环境、商业模式等角度分析上述实现方案在具体实施过程中主要存在以下难点。3.3.1关键技术尚需突破以二维码、RFID、传感器以及云计算为核心的关键技术的融合应

45、用传感网络与宽带网络、CDMA等移动通信网络的融合，这些方面的技术研发还有待深入。目前关键技术的研发力量较分散，需要聚集各方的力量，加快技术研发。3.3.2体系架构仍未建立对于立体化家庭物联网应用服务体系而言共性平台体系架构的建立是一个关键的环节。由于其涉及众多的行业。而现阶段各行业的应用以闭环应用居多且都有进入的门槛，因此行业壁垒的突破对体系架构的建立起到了决定性的作用。3.3.3缺乏完整的标准体系和成熟的商业模式完整的标准体系是家庭物联网规模发展的前提，而目前国际上传感网的标准尚在制定之中。相关标准体系的建立仍需要较长的一段时间。另外，家庭物联网产业尚处发展初期，规模经济不够，成本相对较高

46、，整个产业链的上中下游都在寻找一个稳定、可靠的商业模式来推动产业的发展。3.3.4政策环境不够完善共赢模式需做进一步探索国家相关政策和设施的推动作用有待提高产业界在发展动向方面还缺乏一定的共识。与11f业发展初期阶段类似，需在国家政策的支持下进一步挖掘产业共赢的模式。针对这些难点中国电信应充分发挥自身在产业链中的优势，在整合产业的技术资源、建立完善的共享机制的同时，推动标准化工作，挖掘合适的商业模式，促进产业健康发展。最终达到产业共赢、服务社会的目标。第4章 物联网和电信网的融合需求及架构传感网由部署在观察区域内大量的微型传感器节点组成，主要通过无线通信方式形成多跳的自组织网络系统，目的是协作

47、感知、采集网络覆盖区域中感知对象的信息并传送给观察者。典型的传感网网络结构如图4-1所示由传感器节点、关口节点(sink node)组成。传感器节点通过自组织方式构成网络，节点之间通过无线的方式进行通信，并通过多跳方式将感知到的数据传到关口节点关口节点借助长距离通信将区域的数据传送到远程的应用中心。由于传感网节点数量众多，采集的数据量大因此数据通常需进行节点间的协同处理和融合汇聚。目前，大多数的传感网应用仅仅是孤立应用系统，相互之间没有关联和交互。要想真正达到物联网确定的最终目标，就必须实现和电信网的融合，打破这种孤立的形态，形成新一代物联网。如IETF 6LowPAN工作组所做的工作，传感器

48、和IP互联网的融合已是不可避免的趋势即传感器将逐步IP化互联网的功能范围将从个人电脑等传统终端逐渐扩展到传感器节点中传感器节点将真正成为电信网中的一个终端节点。传感网络有别于其他网络的特征有：节点处理能力低、内存小，能力有限；节点电源小，蓄电少；通信失败率高，带宽低，链接失败率高；环境条件相对苛刻，节点故障或互联出问题的几率较大：传感节点、传感网络、传感业务单元都应支持移动性(但事实上受限于硬件能力，传感网络可能不完全支持可移动性)；动态网络拓扑传感节点会比较频繁地进入或脱离拓扑，使得网络拓扑发生变化；异质节点共存，单个物联网应用可能涉及多个传感网络这些传感网络中的节点可能使用不同的物理地址，

49、甚至不同协议(IP或非IP)；图4-1 传感网通信方式示意图地理部署范围广。物联网能够为各种用户群提供广泛的应用包括普通消费者、公共机构、政府、企业等。为了支持更广泛的应用电信NGN中需要再增加或扩展针对物联网需求的功能(简称NGN扩展功能)，目前这一块工作也是国际标准化组织的热点工作之一。韩国的电子和通信研究所(ETRI)在ItIIU-T SGl3组提交的USN(ubiquitous$en$ornetwork，无所不在的传感络)总体架构，其中包括物理传感网络、NGN、USN中间件以及USN上层应用。各种传感器网络在最靠近用户的地方组成无所不在的网络环境用户在此环境中使用各种服务。电信的NGN

50、网络在其中则作为核心处理平台为USN提供支持。rIrU_T的USN可以理解为物联网，USN和电信NGN的网络逐步实现融合。随着电信网与物联网的融合，物联网应用也对NGN网络能力提出了新的要求。电信网应能为物联网提供如下的管理能力：网络管理、业务管理、移动性管理、服务质量管理、安全性管理、位置服务、认证鉴权能力、计费能力等，具体要求如下。4.1网络管理按照对于lP支持程度的不同传感网可分为基于IP的传感网络和非IP的传感网络。在通信方式上有无线连接和有线连接。这些不同的传感网在特定的物联网应用中共存因此需要NGN能够管理不同类型的传感网络。基于非IP网的物联网通常通过网关对其进行管理而基于IP网

51、络的传感网络则被作为一个子网直接进行管理。其次，传感网中经常会发生单个节点硬件故障或者链路失败但传感网本身不能由于单个故障而中断工作，因此，NGN网络应支持传感器网络的配置。以实现连接保障和对于传感器节点生命周期的管理。4.2业务信息(pmfile)管理在物联网环境中多个应用会同时使用单个传感网络采集的数据，由于不同应用的用户要求不同。所以要求物联网能够对同一批传感数据根据需求的不同进行不同的处理。物联网信息管理就是一种支持不同特性和需求的传感数据的管理方式。业务信息库由物联网应用的信息单元组成，其中存储了业务标识、数据类型、业务提供者、位置信息等。NGN扩展功能需要支持采用一套标准的业务信息

52、库来注册和发现物联网业务。4.3设备信息管理设备信息管理包括传感网络和传感节点的设备信息在特定情况下。设备信息可以和业务信息关联。设备信息包括传感网络标识、设备标识、设备类型、设备能力、设备位置等。由于未来物联网中传感器、传感节点和传感网络均存在多样性因此设备信息管理需要支持管理大量的异类节点和网络。4.4业务注册和发现管理为了发现物联网应用和业务物联网业务需要提前注册到业务目录中。由于业务种类多样，需要采用一套标准的业务描述信息和描述语言从而提高业务注册和发现的效率。物联网使用者和应用可以通过提交一个或者多个业务属性来发现已注册的业务。在部分应用中传感网中的设备需要和业务一样提前注册，物联网

53、使用者或应用通过提交一个或者多个设备属性来发现注册的业务。如果设备拥有者不希望被别人发现和访问，该设备可以不进行注册。4.5服务质量(QoS)保障QoS保障机制在某些物联网应用场景中是非常重要的，比如传感网采集的火警报警信息传送。由于未来物联网网络是构建在现有基础网络之上的，所以物联网自身应能够根据业务要求为应用和数据打上QoS标识，而且这些标识应该是基础网络能够识别的。除了标识机制外，提高传输效率和资源管理效率也是保障QoS的重要手段。4.6连接管理在基于口的传感网络中物联网用户和传感网之间也通过IP实现组网。在这种情况下，传感节点直接连接到基础网络中(通常情况下传感节点是通过网关直接接入的

54、)。在基于非IP网络的传感网络中，由于传感节点都没有IP地址，所以用户和传感网之间是通过传感网关实现组网互联的。不同类型的传感网必须能连接到基础网络中，即NGN扩展功能支持传感网和基础网络之间的连接，不管这些网络是IP还是非IP、无线还是有线的。4.7移动性管理传感网对移动的支持包括两个方面：一是传统的传感网自身对传感器节点移动性的支持；二是能够将现有的移动IP技术和传感器网络结合形成一个低功耗、低速率要求的新型物联网络。前者可以通过传感器自身的移动技术实现这种移动不会影响到基础网络的拓扑。第二种情况描述的是整个传感器网络在不同的网络间移动(如在NGN网络和非NGN网络间)，称为网络移动性，此

55、时要求NGN能够支持传感器在网络间移动。并支持对于传感器节点移动时的位置信息管理。4.8其他要求由于传输数据的敏感度，传感网的应用和服务应该有较高的安全性要求。但传感节点本身受制于很多条件，无法配合进行安全性处理，比如数据加密，因此要求传感网应用支持密钥管理：另外，传感网的安全机制应能够与电信网络安全机制协同工作。其次，NGN扩展功能必须能够完成传感网上用户的认证鉴定和授权功能能够有效地防止非授权用户接入非授权的服务、资源和数据。根据传感网使用场景的要求，传感网需要根据不同的数据传播方式提供不同营账和计费服务。第5章 物联网和电信网的融合举措随着传感器器件芯片和网络技术的飞速发展传感器技术将进

56、一步成熟。在这种情况下，以传感器技术为核心的物联网将和电信网络进行深度融合。随着形势的变化，国家开始高度重视物联网的发展，我国运营商需要密切关注国家在相关领域的政策动向和标准化进展并积极参与标准的制定。引导产业的发展。传感器是电信网的神经末梢延伸物联网是电信运营商成为综合信息服务提供商的必要组成部分。近期的重点是拓展物联网和电信宽带网络的融合，特别是与移动网络和下一代互联网络的融合。通过物联网采集更丰富、更全面的价值信息，开发更多新型业务，提升市场竞争力。在物联网发展中，电信运营商建立并重点提供感知网络解决方案和平台服务，使客户传感网络和电信网络进行融合让客户更好地收集和使用实体信息，作为电信

57、网络的延伸。随着国内电信重组的完成，我国三大运营商均成为具有有线宽带网络和覆盖全国的移动网的全业务运营商发展物联网应用具有良好的基础网络优势电信网络的边缘设备和终端可以作为中层的汇聚节点及大容量传感节点。因此需要逐步升级相关网络边缘设备的规范，规范物联网与电信网络的融合方案和接口，引导业界采用标准接口开发传感器产品。在现有网络架构基础上，建立物联网应用的业务管理平台和感知数据库。做好统一标识规划并实现和其他管理系统的协同。制定终端内感知功能实现规范推动手机等通信终端成为具备通信、感知和处理的综合信息终端。增强用户粘度，推进物联网走向公众应用。谢辞时间走的总是如此快，来不及感叹，大学生活已近尾声

58、，三年多的努力与付出，随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。本论文设计在黄克飞老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体的写作过程，论文初稿与定稿无不凝聚着黄克飞老师的心血和汗水，在我的毕业设计期间，黄克飞老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，黄老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度使我深受感动，没有这样的帮助和关怀和熏陶，我不会这么顺利的完成毕业设计。在此向黄克飞老师表示深深的感谢和崇高的敬意！在临近毕业之际，我还要借此机会向在这四年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们四年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助

59、和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。我还要感谢同组的各位同学以及我的各位室友，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢！参考文献1期刊论文张明杰.韩建亭.胡冰松.刘文超.Zhang Mingjie.Han Jianting.Hu Bingsong.Liu Wenchao 用家庭网关打造物联网家庭应用系统-电信科学2010,26。 2期刊论文刘文超.万象.马智勇.赵伟峰.Liu Wenchao.Wan Xiang.Ma Zhiyong.Zhao Weifeng 大宽带背景下的家庭网络应用技术研究及发展探讨-电信科学2010.3学位论文陈晓伟 基于无线射频识别(RFID)与IPv6技术的“物联网”构建方案初探 2009.4期刊论文苏庆玲 IPv6 为物联网摇上腾飞的翅膀 -中国电信业2010.5学位论文余松森 物联网RFID反碰撞问题研究 2006.