南京信息工程大学计算机与软件学院

刘　琦

物联网技术及应用报告

目录 Contents

物联网发展历史1

物联网技术标准与体系结构

2

物联网应用最新动态3

国内石油行业物联网应用现状4

物联网概念的产生

1999

美国麻省理工学院（ MIT）自动识别中心（ Auto-ID Labs）提出网络化无线射频识别（ RFID）系统，利用信息传感设备将物品与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。

国际电信联盟（ ITU ）在突尼斯举行的信息社会世界峰会（ WSIS）上提出“物联网 IoT”的概念，并发布《 ITU互联网报告 2005：物联网》。自此，物联网正式走入人们的视野。

2005

6 月 18日，欧盟执委会发表《物联网：欧洲行动计划》，系统提出发展物联网的规划和行动蓝图。 8月 7 日，温家宝总理视察无锡，提出“感知中国”计划，拉开中国物联网发展的帷幕。

2009

物联网相关概念解析：基本定义

物联网指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何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 . 它是在互联网基础上延伸和扩展的网络 . (2010年 3 月 5 日温家宝总理政府工作报告）

我的理解：物联网的概念有狭义和广义之分。狭义物联网即“联物”，基于物与物间通信，实现“万物网络化”。广义物联网即“融物”，是物理世界与信息世界的完整融合，形成现实环境的完全信息化，实现“网络泛在化”，并因此改变人类对物理环境的理解和交互方式。

物联网相关概念解析：基本特征

全面感知 通过射频识别、传感器、二维码、 GPS卫星定位等相对成

熟技术感知、采集、测量物体信息；

可靠传输 通过无线传感器网络、短距无线网络、移动通信网络等信息

网络实现物体信息的分发和共享；

智能处理 通过分析和处理采集到的物体信息，针对具体应用提出新的

服务模式，实现决策和控制智能。

物联网相关概念解析：相较于传感网、泛在网

无线传感器网络 Wireless Sensor Networks 包含传感器节点，按计算能力可分为普通节点和汇聚节点等； 传感器节点包含了具有采集环境数据功能的感应器和具有联

网功能的电子元件； 节点间能够通过特有无线通信方式互联（如： ZigBee）。

泛在网络 Ubiquitous Networking 在现有电子通信范畴内通信网络的基础上，提出无处不在网

络，即，任何人无论何时、何地都可以何种方式实现通信和服务的接入；

泛在网络支持人与人、人与物、物与物之间的通信；

物联网相关概念解析：相较于传感网、泛在网

区别与联系 泛在网、物联网和传感网是依次包容的关系。 传感器网络专注于物与物之间的末端联系，它专注于物理世

界信息的感知和采集，专注于网络的分发和汇聚效率；专注于低速高效，低功低耗。

物联网是面向物与物和人与物的网络，它包含多种感知单元（传感器、 RFID等等），同时支持一种或几种网络通信方式，为现实世界提供服务和应用。

泛在网涵盖并高于物联网，讲求多网络和多技术融合，探索通信和服务的无缝连接，探索人与人之间新的通信和服务方式。

机对机通信 Machine-to-Machine 机器与机器之间的通信；研究机器的智能交互和机器的网络

化应用； 主要驱动力来自工业和自动化行业， M2M连接的机器多是

非 IT设备，通过无线或有线通信网络实现通信。

信息物理融合系统 Cyber Physical Systems CPS是一个综合物理环境、信息环境和智能计算的系统集合； 从工业角度提出大型系统的实时感知和动态控制； 美国 CPS指导小组将 CPS应用主要放在交通、国防、能源、医疗、农业和大型建筑设施上面。

物联网相关概念解析：相较于 M2M 、 CPS

物联网相关概念解析：相较于 M2M 、 CPS

区别与联系 M2M和 CPS可以被认为是工业界对物联网的理解、表达和

展望； M2M偏重实际应用，强调机器之间的通信并因此实现智能动

作和智能联动，是典型的车间派； CPS偏重系统化，注重理论联系实际，由上至下解决问题并

有理论支撑，是典型的高工派； 从工业角度来讲， CPS就是物联网。

目录 Contents

物联网技术标准与体系结构

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物联网发展历史1

物联网应用最新动态3

国内石油行业物联网应用现状4

体系结构与技术标准：基于 USN架构

体系结构与技术标准：基于 M2M架构

网关

业务平台 传感器网

远距离传输网

ITU-TNGN

CENSmart Metering

ISO/IEC JTC1UWSN

CENELECSmart metering

OASIS

W3C

IPSOIPV6 harewareand protocols

ZCLZigBee Alliance

IP 网络

应用 IETF ROLLRouting over Low Power

Lossy Networks

OMAGSMA

SCAG, ……

ETSIM2M TC

3GPPSA1,SA3, , ……

ESMIGMetering

EPCGLobalGS1

HGIHome Gateway

Initiative

UtilitiesMetering

WOSA

KNX

W-Mbus

IEEE802.15.4

IETF 6LowPANPhy-Mac Over IPV6

体系结构与技术标准：我国物联网技术标准 Y.2060

Y.2060物联网概述 (Y.IoT-overview）是由我国工信部电信研究院牵头立项，多家国内外高校、科研机构、企业和标准组织共同协商制定完成的第一份物联网总体性标准草案。

该概述标准涵盖了物联网的概念、术语、技术视图、特征、需求、参考模型、商业模式等基本内容。

该草案 2012年 2 月 17日已经通过国际电信联盟 ITU-T第 13研究组的审议。目前已进入研究组草案制定阶段，这意味着该项标准草案距正式成为国际标准仅一步之遥。

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近年物联网应用动态3

物联网发展历史1

物联网技术标准与体系结构

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国内石油行业物联网应用现状4

物联网应用平台与接口技术：

Pachube：实时网络服务平台 Pachube的最大贡献是通过提供基于互联网的网络服务平台，在业务上将感知层和应用层逻辑分离开来；

Pachube为 IoT感知设备和网络应用提供了统一的网络开发接口；

2011年 Pachube被云服务提供商 LogMeIn收购；目前较为典型的商业应用是与 CurrentCost合作，形成

一套完整的家用电力能源感知、采集、监测、分析和决策方案。IoT感知设备

Pachube

网络应用

物联网应用平台与接口技术：

ArcGIS：专业地理信息处理引擎地理信息系统（ GIS， Geographic Information System）是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关数据的计算机系统。

ArcGIS作为专业的地理信息系统，不仅能够提供地图可视化查询和定位，更能够通过空间分析，寻找到不同的地理因素之间的内在联系，从而帮助决策者在更加全面、系统地把握信息的基础上进行科学的决策。

随着感知数据类型和容量的快速增长， ArcGIS在专业地理信息处理方面的优势逐步显现，成为物联网应用不可或缺的一部分。

美国犹他州盐湖城市中心 WiFi热点信号强度云。数据采集自该城市中心约1700 个WiFi连接点。

物联网应用平台与接口技术：

ArcGIS：专业地理信息处理引擎

Nike+智能运动鞋 通过嵌入鞋内的感知设备采集跑步数据；

通过 IPod接收、存储并转发数据； 通过 Nike+网站备份、分析数据，

设置目标，并能够与朋友分享成绩。

物联网在普通家庭中的应用：健康与健身

XBox360 Kinect 利用 3D体感摄像技术捕捉玩家动作； 通过相应游戏软件达到健身目的。

物联网在普通家庭中的应用：智能电器

惠而浦的智能家电计划 全球家电巨头惠而浦在年初表示年

内将推出可联网（ connected）的电器；在未来 18个月将陆续推出四种电器，包括冰箱、洗碗机、洗衣机和烘干机。

真正意义上的智能电器可能要到2015年末。

Ubuntu智能电视 年初在 2012CES大会上推出； 运行 Ubuntu 12.04 LTS版本； 支持 Ubuntu One云存储服务；

物联网在普通家庭中的应用：能源的智能使用

物联网在工业领域中的应用：仓储管理

目前 RFID技术正在为供应链领域带来一场巨大的变革，以识别距离远，快速，不易损坏，容量大等条码无法比拟的优势，简化繁杂的工作流程，有效改善供应链的效率和透明度。

托盘是供应链中最基础也是最主要的货物单元，它已经广泛应用于生产、仓储、物流、零售等各个供应链环节。

近年来 , 被原油价格不断上涨所困扰的石油化工行业 , 重新把提高物流效率作为现实的研究课题。其中 , 散杂货物流的大型化和大量化的改进工作一直在探讨之中。

日本著名物流公司山九股份有限公司拥有陆路和海上的物流业务 , 还包括设备管理及服务领域的业务。该公司携手三井股份有限公司 , 用 RFID技术实现集装箱的智能化管理。

物联网在工业领域中的应用：智能运输

集装箱 RFID系统管理全过程

物联网在工业领域中的应用：智能运输

集装箱 RFID系统管理实施前后效果

物联网在工业领域中的应用：智能运输

2011年 12月 29日，国家标准化管理委员会与交通运输部联合宣布，国际标准化组织（ＩＳＯ）已投票通过并颁布由中国专家领衔制定的《ＩＳＯ　１８１８６：货物集装箱－ＲＦＩＤ货运标签系统》国际标准。

该标准是物流、物联网领域第一个由中国专家发起和主导的国际标准，是中国拥有自主知识产权的创新成果最终上升为国际标准的成功探索，也是我国交通运输系统首次登上领衔制定国际标准的舞台。

物联网在工业领域中的应用：智能运输

随着识别技术的发展，人们对智能化系统的要求在不断的提高。

采用先进的 RFID射频识别技术，对进出单位大门、危险区域的人员和车辆实现自动读卡识别。

只要身上带卡就可以实现免掏卡自动识别、自动开门，把卡放车上可以自动开启道闸。同时还可以支持自动进行人数（车辆数）统计、行动轨迹跟踪和定位。

物联网在日常生活中的其它应用：安全管理

2010年 5 月份开始的上海世博会的门票系统将全部采用 RFID技术，每张门票内都含有一颗自主知识产权“世博芯”，通过采用特定的密码算法技术，确保数据在传输过程中的安全性，外界无法对数据进行任何篡改或窃取。

2010年交通运输部、发改委、财政部发布《关于促进高速公路应用联网电子不停车收费技术的若干意见》。国家从政策层面上大力发展电子不停车收费（ ETC）。

到“十二五”末，全国高速公路 ETC平均覆盖率将达到 60%， ETC车道数达到 6000条， ETC用户量达到500万个，非现金支付使用率达到 40%。

物联网在日常生活中的其它应用：安全管理

不停车收费系统示意图

物联网在日常生活中的其它应用：安全管理

物联网与环保设备的融合能够实现对生活环境中各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。

在重点排污企业排污区域安装无线传感设备，可以实时监测企业排污数据，及时发现污染源，防止突发性环境污染事故的产生。

物联网在日常生活中的其它应用：环境保护

江苏省太湖流域水环境信息共享平台采用物联网传感技术理念，运用先进的虚拟实境、视频监控、通讯组网等信息化技术，覆盖流域内 282家重点污染源、 75个水质自动站、 53个国家考核断面、 21个湖体监测点位和太湖蓝藻遥感预警监测，实现流域水环境全方位、一体化监控，在太湖流域水环境管理与决策中发挥了重要的支撑作用。

物联网在日常生活中的其它应用：环境保护

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国内石油行业物联网应用现状4

物联网发展历史1

物联网技术标准与体系结构

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物联网应用最新动态3

物联网应用案例分析：物流上海石化物流信息系统

每个托盘放置 RFID标签； 门口固定 RFID Reader自动识别出入托盘；

工作人员手持 RFID读取设备；

操作主要包括入库、出库、盘点和用户管理；

缺乏对非计划货物的容错处理。

物联网应用案例分析：巡检齐鲁石化电子巡检系统

采用无源非接触 RFID标签和防爆手持数据采集器，杜绝方案本身的安全隐患。

手持数据采集器能够记录巡检到的标签编码和时间，并提示需作的工作。

记录信息通过数据线上传至管理电脑。

物联网应用案例分析：称重 RFID智能称重系统

利用地感线圈控制车流，同时控制 RFID读卡器读取车辆信息。

电子衡称重信息显示在显示屏内，并抓拍车辆图像信息。

免除人工干预，自动记录数据，自动核放。

物联网应用案例分析：定位

中石化北京化工研究院气瓶管理系统 每个气瓶一个 RFID标签，并建立气瓶安全档案；

通过手持 RFID读卡器进行信息采集和监控；

气瓶仓储场地安装固定RFID读卡器，管理气瓶进出库；

通过无线路由器连接服务器和读卡器（手持 + 固定）。

物联网应用案例分析：车辆

基于 RFID的运输车自动考勤技术系统 远距离读卡系统对运输车辆进行数据采集； 图像抓拍系统实时监控过往车辆，刷卡瞬间抓拍图片，并自动保存；

管理系统实时登记和显示车辆信息。

方案规划问题 列举的案例均针对石化行业的一环，缺乏整体规划。

忽视标准体系建设 国内物联网的标准体系与应用脱钩，现有的物联网标准比较零散，存在缺失或不统一；

与国际标准融合存在一定差距，技术标准话语权也相对有限；

亟需加强物联网的标准与应用结合力度，形成统一的物联网标准体系。

国内石油行业物联网应用现状存在的问题

安全问题 主动发射信号引发的信息安全、隐私保护问题； 物联网进行智能计算的主动反应控制安全等问题。

充分准备和国家规划 发展物联网产业必须要有足够的思想准备； 物联网的“需求牵引，技术推动”的发展战略。

国内石油行业物联网应用现状存在的问题