1.1 物联网介绍

谈到“物联网”这个词大家应该都不会陌生，但是如果要大家讲一讲到底什么是物联网，物联网有什么作用，能给我们带来什么好处，多数读者都会摇摇头。本节将会从物联网的定义以及物联网的演化史进行讲述，让读者深入理解物联网的发展和变化。

1.1.1 物联网的定义

虽然物联网概念已经引起了学术界、产业界和政府的高度关注，但是对于物联网的确切定义还存在很多争议。相信随着时间的推移物联网的定义会不断变化，人们对物联网的认识也会不断进步。下面我们就针对现阶段整个行业不同方向对物联网的认识进行讲解。

物联网英文名称是：“Internet of Things”最早是在1999年被提出的：通过射频识别(RFID)(RFID+互联网)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把物品与互联网连接起来，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。简而言之，物联网就是物物相连的互联网(如图1-1所示为物联网简易示意图)。这有两层意思：其一，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的网络;其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网就是“物物相连的互联网”。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。总体来说就是利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素(所有的设备、资源及通信等)都是个性化和私有化的。

中国物联网校企联盟将物联网定义为当下几乎所有技术与计算机、互联网技术的结合，实现物体与物体之间，环境以及状态信息的实时共享以及智能化的收集、传递、处理、执行。广义上说，当下涉及信息技术的应用，都可以纳入物联网的范畴。而在其著名的科技融合体模型中，提出了物联网是当下最接近该模型顶端的科技概念和应用。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。其具有：智能、先进、互联的三个重要特征。

根据国际电信联盟(ITU)的定义，物联网主要解决物品与物品(Thing to Thing，T2T)，人与物品(Human to Thing，H2T)，人与人(Human to Human，H2H)之间的互连。但是与传统互联网不同的是，H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接，从而使得物品连接更加的简化，而H2H是指人之间不依赖于PC而进行的互连。因为互联网并没有考虑到对于任何物品连接的问题，故我们使用物联网来解决这个传统意义上的问题。物联网顾名思义就是连接物品的网络，许多学者讨论物联网时，经常会引入一个M2M的概念，可以解释为人到人(Human to Human)、人到机器(Human to Machine)、机器到机器(Machine to Machine，M2M)。从本质上而言，人与机器、机器与机器的交互大部分是为了实现人与人之间的信息交互。

物联网的概念在不同的地方有不同的理解，想得到绝对的统一是很难的，它是由技术的进步和特定的历史环境所决定的。

1.1.2 物联网的历史及现状

在物联网的定义中我们已经了解到，“物联网”的概念是在不断变化的，以下为物联网的“编年史”。

① 1999年美国麻省理工学院建立了“自动识别中心(Auto-ID)”，KevinAshton教授提出“万物皆可通过网络互联”，阐明了物联网的基本含义。早期的物联网是依托射频识别(RFID)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。

② 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。

③ 2004年日本总务省(MIC)提出u-Japan计划，该战略力求实现人与人、物与物、人与物之间的连接，希望将日本建设成一个随时、随地、任何物体、任何人均可连接的泛在网络社会。

④ 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(ITU)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。

⑤ 2008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。

⑥ 2009年1月28日，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议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。

⑦ 2009年8月，温家宝“感知中国”的讲话把我国物联网领域的研究和应用开发推向了高潮，无锡市率先建立了“感知中国”研究中心，中国科学院、运营商、多所大学在无锡建立了物联网研究院。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。

现在物联网的概念已经是一个“中国制造”的概念，它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。2012年我国物联网产业市场规模达到3650亿元，比2011年增长38.6%。从智能安防到智能电网，从二维码普及到智慧城市落地，作为被寄予厚望的新兴产业，物联网正四处开花，悄然影响着人们的生活。随着我国物联网产业发展迅猛的态势和产业规模集群的形成，我国物联网时代下的产业革命也初露端倪。从具体的情况来看，我国物联网技术已经融入了纺织、冶金、机械、石化、制药等工业制造领域。在工业流程监控、生产链管理、物资供应链管理、产品质量监控、装备维修、检验检测、安全生产、能耗管理等生产环节着重推进了物联网的应用和发展，建立了应用协调机制，提高了工业生产效率和产品质量，实现了工业的集约化生产、企业的智能化管理和节能降耗。

1.1.3 物联网的关键技术

物联网技术能够发展到如今的程度，是与许多基础技术的发展和进步分不开的，其中最关键的三个技术分别是：

射频识别技术(RFID)：是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无须识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景，在物联网中作为最终端的物品身份识别方法。

传感器技术：传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。其利用物理效应、化学效应、生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等转换成符合需要的电量。传感器作为信息获取的重要手段，与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。传感器技术可以探测的信息种类多种多样，包括外界环境温度、湿度、压强、压力、空气质量或者化学成分等。有了传感器技术物联网才能把所有的环境数据整合在一起进行交互和运算。

嵌入式系统技术：是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见;小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象地描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。

从Kevin Ashton教授提出“万物皆可通过网络互联”到现在的物联网的关键技术，都依托于射频识别(RFID)技术，可以说RFID技术是物联网技术最重要的技术基础。RFID技术已经成为物联网终端的数据采集系统，可以对所有贴有RFID标签的物品进行身份采集并将庞大的数据交给物联网。也就是说，今后当所有的物品都贴上RFID标签的时候，就是真正的“大物联网时代”的开端。

1.2 射频识别(RFID)技术的起源与现状

在1.1节的内容中已经对物联网进行了全方位的介绍，可以发现，无论是物联网的起源还是现阶段物联网的关键技术都离不开射频识别(RFID)技术。那么射频识别技术从何而来，到底有什么特别之处，它的起源与现状又是怎样的呢?本节将针对RFID技术的起源与现状进行详细讲解。

1.2.1RFID技术的起源

提到射频识别RFID(RadioFrequency Identification)技术，我们要先讲一个真实的故事，这个故事决定了一场战役，同时也决定了人类的历史和命运。故事起源于二战时期欧洲上空一场激烈的空战，不列颠空战，图1-2为不列颠空战的真实照片。在这次胜利中起到关键作用的一项技术便是1935年英国空军司令部最先提出的无线电敌我识别系统。因为在不列颠战役中，德国Bf—109E战机与英国的“飓风”Mk.I、“喷火”Mk.I战机轮廓相像，在快速、混乱、极端危险的空战中它们看起来十分相似，单靠肉眼的敌我识别根本无法在瞬息万变的空战中占得先机。英军的无线电敌我识别系统在该次空战中为英国空军取得了巨大的技术优势，为不列颠空战的最终胜利立下了汗马功劳。

当时的敌我识别器大多与雷达协同工作，识别的“友”、“敌”信息在雷达显示器上表明。敌我识别器一般由询问器和应答器两个部分组成并配合工作，其工作原理是询问器发射事先编好的电子脉冲码，若目标为友方，则应答器接收到信号后会发射已约定好的脉冲编码，如果对方不回答或者回答错误即可认为是敌方，基本具备了目前RFID 技术的主要特征。这便是RFID技术的起源。

1.2.2RFID技术的发展及现状

在战争年代中，RFID技术的出现帮助战机获得胜利，给世界带来了和平，同样在和平的现代化年代，RFID依然闪耀着光辉，继续为人类做贡献。

1948年，HarryStockman发表的Communicationby Means of Reflected Power为RFID的发展奠定了理论基础。从60年代开始，RFID技术步入快速发展的轨道。1960年，D.B.Harris申请了一项关于“可调制无源应答器的射频传输系统”的专利。1963年，RobertRichardson发表的RemotelyactivatedRadioFrequency Powered Devices为无源RFID标签提供了实现的思路。随后，1964年，R.EHarrington发表了关于负载散射理论的重要论文，系统阐述了采用负载来调制散射能量的理论基础。1967年，Vinding发表的Interrogator-responderidentification system正式提出了RFID的工作方式。1968年，J.H.Vogelman获得了一项采用雷达回波传输数据的无源技术专利。这一系列的研究成果使得RFID技术的理论基础慢慢走向成熟。70年代，RFID技术得以广泛的研究。该论文提出了采用反向散射调制实现的短距离射频遥测与识别的工作方式，给出了完整的无源电子标签的设计方案。至此，RFID技术的理论研究基本成熟。

RFID技术的商业应用从60年代末期开始，以“lbit应答器”为基础的电子商品监督系统(EAS，electronicsarticle surveillance)开始广泛应用于各商场、超市，主要用于商场防盗，至今仍在使用。70年代，随着RFID技术理论的不断发展成熟，也出现了一些RFID产品，诸如美国RCA公司的“摩托车电子执照”与Fairchild公司的无源微波编码应答器。但这阶段的产品实现主要还是依靠分立元件搭建，成本及性能仍然无法满足需要。到了80年代，随着集成电路的发展，RFID标签电路可以集成在单个芯片中，使得单芯片的无源RFID标签成为可能。这个阶段，很多应用开始被尝试，其中以交通运输的应用最为成功。90年代，RFID技术快速发展，RFID技术在世界各国得以发展和应用。各大芯片厂家也积极地开发各种无源RFID芯片，并推动其应用。RFID技术在电子收费系统、不停车收费、汽车防盗等众多领域得以应用。进入21世纪，RFID技术逐渐发展成熟。标签芯片的性能得以进一步的提升，而价格也慢慢地为用户所接受，RFID技术大规模应用的技术条件基本成熟。

随着RFID技术的快速发展，RFID的标准化工作也被提上了日程。1999年，麻省理工学院与剑桥大学成立了AutolD Center，并提出了产品电子代码(EPC，ElectronicProduct Code)及物联网(IoT,Interment of Things)概念。EPC的载体是RFID电子标签，并借助互联网来实现信息的传递。EPC旨在为每一件单品建立全球的、开发的标识标准，实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯，从而有效提高供应链管理水平，降低物流成本。2003年由EAN(欧洲物品编码协会)和UCC(美国统一代码委员会)两大标准化组织联合成立EPCglobal。2006年，EPCGen2(Class l)正式演变为ISO/IEC18000.6C，成为无源UHF RFID的国际标准。我国也在超高频RFID标准化的工作上做了很多努力。2005年11月和12月，中国RFID产业联盟和电子标签标准工作组先后成立，为RFID电子标签国家标准的制定提供技术支持。

AutolD中心的EPC和“物联网”概念一经提出，便得到世界500强跨国公司中大多数企业和各国政府的支持，RFID技术由此得到迅猛的发展。在美国，大型剃须刀生产企业吉列公司于2003年1月宣布以低于10美分的单价购买5亿个RFID标签并安装到每个商品进行实验，拉开了RFID在商业物流领域应用的序幕。而世界最大零售商沃尔玛公司要求所有供应商的产品包装都要加贴电子标签。此项行动在RFID电子标签的采购量上就达10亿个。在政府采购方面，美国国防部正在推进全面导入电子标签计划，要求其供应商从2005年开始，在每年价值240亿美元的运输箱、集装箱和包装箱上使用RFID标签。

在欧洲，10家零售巨头中有4家公司宣布从2004年开始使用RFID。英国零售业巨头Tesoc确定从2004年4月起，在分配中心对非食品包装箱使用电子标签，跟踪这些包装箱到各个商场。世界第五大零售商，德国麦德龙公司宣布，从2004年11月将开始大幅扩展电子标签的应用试验一一“未来商店”：从供应商产品出厂到摆上货架，将使用RFID标签对商品流通进行跟踪管理。其对象包括100家供应商、10个物流网点、以及德国内250家分店。

在日本，2003年10月，日本经产省提出了电子标签的应用普及策略，并于2004年5月公布了日本的商品编码体系标准。日本为此成立了技术产业联盟，约有100家企业参与RFID相关技术的研究和开发，以及行业试点应用。

1993年，我国政府颁布实施“金卡工程”计划，加速我国国民经济信息化进程。1996年10月，北京首都机场高速公路收费站安装了国内首个基于RFID技术的不停车收费系统，其设备是从美国AMTECH公司引进。1999年，我国铁道部开始投资建设自动车号识别系统，于2000年开始正式投入使用。2001年,我国交通部宣布开发使用电子车牌管理系统，在我国四川宜宾市建立了国内第一个RFID试验工程，用于市内车辆交通管理与不停车收费。2001年7月，上海市虹桥国际机场组合式电子不停车收费系统(ETC)试验开通。被国家经贸委和交通部确定为“高等级路电子收费系统技术开发和产业化创新’项目的示范工程。2002年,深圳皇岗海关与香港特别行政区共同建设粤港不停车通关系统，在往来车辆上安装了具有防拆功能的RFID标签。2008年12月21日，北京市区域内所有高速公路开始使用“速通卡”电子刷卡收费。

在过去的十多年中，中国加速了制定自己RFID标准的进程，技术研发和产业化准备工作也在同步进行。2004年4月底，中国政府加入了全球化标准组织EPC global，成立EPC global China。2005年12月，中国信息产业部宣布成立电子标签国家标准工作组，负责起草、制定中国RFID技术的国家标准。至今我国已经制定完成了多个RFID标准，包括自主知识产权的GB29761标准，以及军队标准、电子车辆标识等多行业和应用标准。