物联网的主要技术和应用.doc

物联网的重要技术和应用摘 要：本文简朴介绍了物联网的起源、发展和特点。然后根据信息生成、传输、解决和应用的原则，把物联网分为4层：认知层、网络层、管理层、应用层。并逐层介绍它们所用到的技术。最后以智能电网、智能交通和智能建筑为例展示物联网的具体应用。关键词：物联网 智能电网 智能交通 智能建筑一、 概述1、 基本概念究竟什么是物联网，由于对其结识的不够进一步和不同领域研究者出发点的不同，现在还没有一个公认和明确的定义。但大家都认可的是“物联网是一个基于互联网、传统电信网络等信息承载体，让所有可以被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络”。换句话说，在物联网世界，每一个物体均可寻址，每一个物体均可通信，每一个物体均可控制。普遍认为物联网是继计算机、互联网和移动通信后引领信息产业革命的新一次浪潮。又由于物联网所提倡的物物互联规模要远大于现阶段的人与人通信业务，因此物联网的预期市场前景也要远大于之前的计算机、互联网和移动通信等。2、 起源和发展1995年比尔盖茨在未来之路一书中就提出了“物物互联”的构想；1999年美国Auto-ID中心一方面提出建立在物品编码、无线射频技术和互联网基础上的物联网概念。物联网的基本思想虽然成型与上世纪末，但在这些年才真正引起人们的关注。2023年国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2023：物联网，指出物联网时代即将来临，世界上所有的物体小到纸巾达成房屋都可以通过互联网积极进行信息互换。随后世界许多国家都提出了自己的物联网发展战略。涉及2023年美国IBM提出的“智慧地球”、欧盟的Internet of ThingsAn action plan for Europe行动方案、日本的iJapan战略2023信息化战略等。温家宝总理在2023年8月考察时也提出了“感知中国”战略构想，随后我国政府高层一系列的发言、报告 和相关政策都表白中国要抓住机遇，紧跟世界先进潮流，大力发展物联网技术。3、 重要技术物联网在逻辑上可以分为认知层、网络层、管理层和应用层。把它与传统的信息系统构架相比，多了一个认知层。认知层，即遍布在我们周边的各类传感器、条形码、摄像头等组成的传感器网络。它的作用是实现对物体的感知、辨认、检测及数据采集，以及反映和控制等。这些作用改变了传统信息系统内部运算能力强但是但是对外部感知能力弱的状况，因此认知层是物联网的基础，也是物联网与传统信息系统的最大区别所在。网络层，即由各种有线及无线节点、固定与移动网关组成的通信网络与互联网的融合体。重要作用是把认知层的数据接入网络以供上层使用。它的核心是互联网（涉及下一代互联网），而各种无线网络则提供随时随地的网络接入服务。使用的技术涉及互联网、移动通信网络、WiFi等无线宽带网络和蓝牙等无线低速网络等。管理层，其作用是在高性能计算机和海量存储技术的支撑下，将大规模数据高效可靠地组织起来，为上层服务层提供智能的支撑平台。涉及能储存大量数据的数据中心、以搜索引擎为代表的网络信息查询技术、智能解决系统和保护信息与隐私的安全系统等。应用层，即物联网技术与各类行业应用相结合，通过物联网的“物物互联”实现无所不在的智能化应用，例如智能物流、智能电网、智能交通、环境监测等。4、 重要特点物联网最重要的特点，也是他与传统信息网络最大的区别是物联网突破了以前只能人与人或人与机器互联的模式。物与物之间也可以通过网络彼此互换信息、协同运作、互相操控。这可以称作“异构设备互联化”，即不同种类不同型号的设备运用无线通信模块和标准通信协议，形成自组织网络，实现信息的共享和融合。从而在各行各业中发明出自动化限度更高、功能更强大、对环境适应性更好的应用系统。二、 认知层相关技术1、无线射频辨认技术（RFID）1.1 概述通过上面的介绍我们已经知道，物联网追求的是“物物互联”，但是当赋予地球上所有的物品以唯一地址时，对各个物品所蕴含的信息的储存、辨认、读取和传输就十分重要。这就需要应用到自动辨认技术。自动辨认技术重要涉及以下几种：光符号辨认技术、语音辨认技术、生物计量辨认技术、IC卡技术、条形码技术和射频辨认技术等。其中条形码技术在我们生活中应用的十分广泛，几乎在每件商品上都有条形码的身影。但是它也有例如读取速度慢、储存能力小。工作距离近等很明显的缺陷。近年来无线射频辨认技术（RFID）逐渐完善，它有许多独特的优势，例如防水防磁、读取速度快、储存能力强和辨认距离远等，因此RFID能十分好的替代现有的条形码技术。特别是当有通信能力的RFID技术和赋予任何物体IP地址的IPv6技术相结合后，充足释放了它们两者的优点，使物联网所提倡的人和人、人和物、物和物的互联称为也许。1.2 无线射频辨认（RFID）的发展射频辨认技术（RFID）是运用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）来实现无接触信息传递并通过所传递的信息来达成自动辨认目的的技术。RFID技术的雏形甚至可以追溯到二战时期雷达系统为了区分敌我而使用的敌我飞机辨认器（IFF）。20世纪60年代，人类对RFID的研究正式拉开大幕。而随着大规模集成电路、可编程存储器、微解决器以及软件技术和编程语言的发展，RFID技术才开始逐渐推广和部署在民用领域。 发达国家如美国、德国等在RFID技术上起步较早也发展较快，因而具有比较成熟和先进的RFID系统。而在中国，RFID技术也已经广泛应用于铁路机车辨认、二代身份证、危险品管理等多个领域。相信随着RFID产品种类的不断丰富和价格的逐渐减少，RFID技术将更加大规模的应用到我们的生活中，深刻影响各行各业。1.3 无线射频辨认（RFID）技术分析我们通常将RFID系统分为3个部分：阅读器、天线和电子标签。在工作时，阅读器通过天线发出电子信号，标签在接受到信息后发射自己内部储存的信息，这些信息再通过天线被阅读器接受，最后再被主机所接受。阅读器和电子标签之间通过耦合元件实现信号的空间耦合，其方式有两种，即变压器模型的电感耦合和雷达模型的电磁反向散射耦合。阅读器是RFID系统中最重要的组成部分，它的作用是通过天线积极向标签询问标记信息，因而在使用中经常把它和天线集成于一个设备。天线的作用是在阅读器和标签间传递射频信号，由于RFID系统的工作频率范围很广，重要的工作频率有125kHz、13.56MHz、433MHz、2.45GHz等，所以天线与标签间的匹配问题就十分重要。标签是由芯片、微型天线和耦合元件组成的，它附在物体上，用来标记目的对象。当标签接受到阅读器发出的射频信号，运用感应电流的能量发出储存在芯片内的电子编码或积极发出信号。标签运用三种方式进行数据存储：电可擦可编程只读存储器（EEPROM）、铁电随机存取存储器（FRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）。一般重要采用的方式是EEPROM。而根据是否内置电源又可将标签分为三类：被动式标签、积极式标签和半积极式标签。2、 传感器技术2.1概述 传感器扩展了人感知周边环境的能力，是现代生活中人类获取信息的重要手段。最早的传感器早在1861年就已经出现。随着科技的进步，现代传感器走上了微型化、智能化和网络化的发展路线，其典型代表就是无线传感器节点。无线传感器节点与传统传感器最大的不同，就是它不仅涉及传感器部件还集成了微解决器和无线通信芯片，因此无线传感节点不仅能从外界获取信息还能对信息进行分析和传输。2.2无线传感器网络 无线传感网是由大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络。它重要用于长期、实时、大规模、自动化的环境监测。随着节点软硬件技术的发展使节点的价格更加低廉，所以节点的部署也可以更加广泛，计算能力也可以更强更智能。一方面，传感器将朝着低价格、微体积的方向发展；另一方面，传感器将和智能手机、医疗设备等结合，朝着智能化、人性化的方向发展。而物联网的兴起也带给传感网新的发展契机。物联网将扩展传感网的应用模式，实现更透彻的感知、更进一步的智能，实现“物物相联”。3、 定位系统3.1概述 位置信息是最重要的信息之一，具体而言它涉及三大要素：所在的地理位置、处在该地理位置的时间、处在该地理位置的对象。可见位置信息的内涵十分丰富，可以根据时间、空间和人物信息制定个性化的服务。由于位置信息的重要性，如何获取位置信息就成为了物联网时代一个重要的课题。随着几十年来技术的发展，人类开发出了一些比较成熟的定位系统，是定位变得越来越简朴。3.2定位系统及技术GPS GPS（Global Positioning System）是目前世界上最常用的卫星导航系统。GPS计划开始于1973年，是由美国国防部领导研制的。在1994年由24颗工作卫星组成的GPS卫星星座网组网成功，从此GPS正式投入使用。GPS重要由三大部分组成：宇宙空间部分、地面监控部分和用户设备部分。GPS定位的原理很简朴，一方面测出接受机与三颗卫星之间的距离，然后运用三点定位方式得到接受机的位置。在GPS系统中，根据卫星的空间位置和到接受机的距离可以做出一个球面，三个卫星就有三个球面，这样在空间中三个球的交集就是两个点，而距离地面近的点就是接受机的位置。然而在实际的应用中，由于参考卫星和接受机的距离是由发送和接受的时间差乘以光速来拟定的，这就导致微小的时间测量误差就会导致位置误差很大。因此事实上需要借助至少四颗卫星。由于GPS在军事和民用方面的巨大作用，为了避免受制于人，其他国家也陆续展开了自主的卫星导航系统的研究和部署。目前已经投入使用的有俄罗斯的GLONASS系统和我国的北斗一号区域性导航系统。欧盟的伽利略系统预计将在2023年投入使用。我国正在建设自主研发的北斗二号系统，届时将可以实现全球范围的导航覆盖。蜂窝基站定位 GPS系统虽然应用十分广泛，但是它也有弊端，例如在室内的定位效果就十分不抱负，并且定位速度比较缓慢。并且并不是所有的移动设备都配备了GPS模块，此外有时对定位的精度需求并不是特别高。因此人们需要用蜂窝基站定位来作为GPS系统的补充。在通信网络中，通信区域被划提成一个一个蜂窝社区，通常每一个社区有一个基站。目前大部分的GSM、CDMA、3G等通信网络均采用了蜂窝网络架构，在移动通信时，设备是始终与一个基站联系的。蜂窝基站定位也就是运用了这种广泛采用的蜂窝网络。蜂窝基站定位的方法有许多种。最简朴的是COO方法，它只运用一个基站，因此误差范围相称大，但优点是定位速度快，合用于情况紧急的场合。在多基站定位法中，常用的是ToA和TDoA。前者的原理类似于卫星定位系统；后者则是运用信号到达基站的时间差来通过方程求解位置，因此减少了时间不一致所带来的误差。这两种方法都至少需要三个基站。除此之外，尚有只运用两个基站的AoA定位法和运用信号强度的RSS定位法。无线室内定位 由于室内的障碍物较多，并且ToA/TDoA等技术需要比较昂贵的硬件支持，因此前面的定位方法就产生了局限性。现在大部分室内定位系统都基于信号强度即RSS。这种方法不依赖于专门的定位设备，运用已建好的蓝牙、WiFi、ZigBee等就可以进行定位，十分方便和经济实惠。 除了以上三类比较成熟的定位系统，随着技术的发展又产生了一些新的定位系统。涉及通过GPS和蜂窝基站结合进行定位的AGPS定位以及通过WiFi接入点进行定位的无线AP定位。3.3定位系统与物联网定位技术发展了几十年，已经相对比较成熟，而物联网的兴起又对定位技术带来了新的挑战。一方面物联网环境下接入网络的设备五花八门，连接它们的网络也是各式各样，在如此复杂的环境下准拟定位是一个很大的挑战。另一方面，如何在物联网环境下保护信息和隐私的安全也是一大课题。最后，在物联网时代假如算上RFID标签等，接入网络的设备可达数百亿。在如此大的数量下保障网络和设备的正常运营也是对现有技术很大的挑战。但是更大的挑战也意味着更大的机遇，运用定位技术和物联网发展，人类必将受益匪浅。4、 智能信息设备现在人们的生活中充斥着大量的智能设备。传统的智能设备有个人计算机（PC）和个人数字解决（PDA）等。而随着物联网带来的信息空间和物理空间的融合，又应运而生了许多新型的智能设备。涉及应用于智能交通的车载设备、在大型场合的数字标牌、智能医疗领域的医疗设备和智能电视、智能手机等等。随着物联网的发展，智能设备呈现出三个发展趋势，即更进一步的智能化、更透彻的感知和更全面的互联互通。1）更进一步的智能化：包含横向智能化和纵向智能化两层含义。前者是指传统意义上的通过个体设备性能的提高来实现的智能化；后者是指通过把单个设备融入整个智能系统中来实现智能化。而为了实现更进一步更广泛的智能化，必须要更透彻的感知。2）更进一步的智能化：是物联网向物理世界的延伸，包含两个层面：积极感知和被动感知。前者是传统的通过传感器来实现对外部世界信息的感知；后者则是设备积极向周边广播自身的功能和状态，以便与环境中的其他设备更好的协作。3）更全面的互联互通：只有实现更全面的互联互通才干实现更进一步的智能化和更透彻的感知。设备之间通过网络广泛的互联互通在实现信息共享的同时也有助于互相协作完毕任务。许多的设备连接起来形成一个功能强大的设备群，能释放出更大的潜力。三、 网络层相关技术1、 互联网1.1概述互联网诞生于上世纪60年代的美国大学实验室，现在通过了40余年的发展互联网已经进一步了我们生活的方方面面，未来互联网亦是实现物联网中物与物之间更全面的互联互通的最重要也是最重要的途径。在物联网时代，任何一个具有感知能力或是贴附有RFID标签的物体都可以接入到网络中。互联网最重要的作用就是使设备在可以在相称远的距离互相传输信息和数据。要实现数据的传输，前提条件是发送端和接受端都接入了网络。网络的接入方式有很多种，常见的有互联网普及初期的电话线拨号上网；基于普通电话线的宽带接入方式（DSL）；以太网接入方式；运用电力线来传输的新型接入方式；以WiFi为代表的短距无线接入方式等。在终端接入网络后，数据从发送端发送到接受端的过程称为数据互换。根据互换方式的不同可以吧数据互换分为三种：电路互换、报文互换和分组互换。其中分组互换由于其具有效率高等显著优点是现在也会是未来的物联网时代最主流的互换技术。1.2分层结构互联网是一个非常复杂和庞大的系统，因此需要分层结构来管理和组织。按照功能将互联网分为五层，即应用层、传输层、网络层、链路层和物理层，使每层需要解决的问题相对集中。为了解决不同分层面对的问题，对每一层都有一些专门的通信协议，例如HTTP、TCP、IP等。应用层 是我们平常接触最多的分层，数据解决的基本单位是报文。常用的HTTP（网页文本传输）、FTP（文献传输）、DNS（域名解析）等都属于应用层。应用层为互联网提供了一个面向用户的上层接口，使互联网有很强的扩展性，能为用户提供应用和服务。传输层 负责网络中终端间的数据传输，它的数据解决的基本单位是数据段。传输层重要包含了TCP和UDP两个端到端的传输协议。它们能将应用层产生的报文进行包装并传向下一层，在逻辑上实现发送端的应用程序和接受端的应用程序成功的进行数据传输。网络层 的功能是将发送端传输层产生的数据段成功传送到接受端，数据解决的基本单位是数据包。本层中最常见的协议是IP协议。IP协议通过IP地址的标示和路由算法的参与，可以实现将数据包从发送端发出，通过路由器最终到的接受端。IPv4是当前的主流，其理论上有2的32次方个地址，但是由于需要接入网络设备的剧增，IPv4地址面临枯竭的危险。为了突破这一限制，人们探索出了新的协议方案，即IPv6。IPv6地址理论上有2的128次方个，如此巨大的地址数量为物联网时代大量终端设备的联网扫清了障碍。链路层 重要负责两个直接相连设备的直接通信，数据解决的基本单位是帧。网络层中实现的终端到终端间的传输，事实上是由链路层一次一次的直接传输组成的。其直接相连方式可以是有线也可以是无线。物理层 负责将链路层中产生的数据帧按比特的顺序，从一个网络原件沿着传输介质发送到另一个与其相连的网络原件。物理层位于整个协议的最底层，其数据解决的基本单位是比特。1.3互联网与物联网现有的互联网上，连接网络的重要还是人控制的各种设备，例如PC、手机等。但是随着IPv6对地址数量的大幅扩展，联网终端理论上可以拓展到任何物体。在未来有也许像冰箱空调等设备也能连入网络中，这就是人们憧憬的“物物互联”的物联网时代。物联网是现有互联网的拓展，但并不是简朴地升级。物联网大幅拓展了网络的接入设备和方式，其目的也不再仅仅是实现终端间被动的数据传输。物联网的目的是使物与物、物与人之间的互联可以更加的智能，可以积极的交互和分析信息。互联网技术的升级为物联网的实现提供技术支持和应用平台；反之物联网上的新型应用也会促进互联网的发展。2、 无线宽带网络2.1概述最近几年，随着手机和笔记本电脑等的普及，可以无线上网的设备数量已有逐步超过固定设备的趋势。无线上网设备消除了对终端位置的限制，也节约了相应的传输设备成本，因此人们可以用相对低廉的价格在有无线网络信号覆盖的地方享受到网络的便利。物联网要做到世界上任何一个物体，不管是汽车、飞机还是手机、传感器都有址可循、可以相连，高速并便宜的无线网络支持的必须的条件。而随着技术的发展和普及，覆盖范围广、传输速度快的无线宽带技术必将在物联网时代占据重要的位置。无线网络的基本元素涉及无线网络用户、无线连接和基站。而基于采用技术和协议传输范围的不同，可以讲无线网络分为四类，即无线广域网、无线城域网、无线局域网和无线个人局域网。四种网络均有各自的优点和合用范围。2.2WiFi与WiMAX现如今无线局域网WiFi已经成为人们生活中访问网络的重要手段之一，它可以在一个比较小的范围内，例如家庭，餐厅等，为用户提供上网服务。在之前有许多的无线局域网协议标准，这给人们的使用带来了很大不便。随着WiFi协议这几十年的发展，现在802.11a/b/g/n已经成为主流的WiFi协议。WiMAX技术旨在为更广阔区域内的无线网络用户提供告诉的无线传输服务。其视线覆盖范围可达成112.6千米，非视线覆盖范围可达成40千米，带宽可达成70Kb/s，与之相应的是一序列802.16协议。WiMAX无线城域技术不仅能向固定和移动的用户提供宽带无线服务，还可以用于连接WiFi接入点和互联网，通过此可以提供类似校园内的无线网络覆盖。2.3无线与物联网无论是WiFi还是WiMAX都在现实生活中得到了越来越广泛的应用。对于网络运营商来说，WiFi的载波频率属于免费的公共频段，并且每个接入点可认为多个用户提供宽带服务。因此广大运营商都十分重视这种低价却高效的互联网接入技术。在我国像北京、上海这样的大城市已经提出了建立“无线城市”的概念。其中，WiMAX是骨干网络构架的重要组成部分，WiMAX基站和互联网通过高速回程连接相连，WiMAX基站和众多WiFi接入点相连，这种WiMAX和WiFi相结合的方式可认为整个城市提供无线宽带连接服务。无线宽带网络在网络互联中起到了越来越重要的作用。特别是在物联网时代，当众多智能和非智能、可动的和固定的、大型的和小型的设备都要连接入网络是，无线宽带技术将成为所谓的“最后一英里”传输的重要组成部分。3、 无线低速网络3.1概述 物联网的追求是全面的互联互通，这就意味着除了传统意义上的电脑手机等具有较高智能的物体，尚有许多简朴的、智能限度较低的物体也需要互相之间的联通。但是这些低智能设备很难像互联网同样通过路由器、互换机等设备有组织的级联起来。因此除了高速的网络协议，相应的还必须要有低速的网络协议。这些网络协议可以适应物联网中那些能力较低的节点的低速率、低通信半径、低计算能力和低能量来源的特性。3.2协议低速网络协议有很多种， 目前使用比较广泛的是蓝牙、红外以及最近发展起来的802.15.4/ZigBee协议。蓝牙是一种典型的短距离无线电通信技术，重要应用在手机、个人计算机和无线外围设备如鼠标、键盘中。此外在GPS设备和医疗器械等领域也都有应用。蓝牙最早于1994年由爱立信公司开发，采用调频技术，频段为2.402到2.480GHz，速率能达成1Mb/s左右，新的标准可以支持超过20Mb/s的速率。蓝牙作为一种短距离低功耗的传输协议，与传统的WiFi协议还是有区别的。一方面是定位目的不同样，蓝牙是重要是针对一些功耗较小，对带宽规定也较少的设备，例如耳机、鼠标等。而WiFi的定位是为了取代网络中的有线传输设备，真正实现从有线到无线的转变。由此可见，在有些条件下，蓝牙是实现比较简朴和轻便的互联的十分有效手段。红外是运用红外线来传输数据的比较初期的无线通信技术。红外通信采用875nm左右波长的光波通信，有效距离一般在几米。红外通信有体积小、成本低、功耗低、无需频率申请等优势。但是由于波长短，受障碍物的影响很大，因此两个设备做红外连接时必须互相可见。正是由于这些缺陷，红外技术正在逐渐被蓝牙和WiFi取代。无线传感网是物联网的一个典型应用，802.15.4/ZigBee协议是最早出现在无线传感网领域的无线通信协议。同互联网的协议构架相似，从协议栈的角度看802.15.4/ZigBee协议也涉及五层模型，即：物理层、介质访问控制层、网络层、传输层和应用层。其中802.15.4重要规定了物理层和链路层的规范，物理层涉及射频收发器和底层控制模块，介质访问控制层为高层提供了访问物理信道的服务接口。ZigBee重要提供了在物理层和链路层之上的网络层、传输层和应用层规范。3.3低速网络和高速网络正像之前所说的，高速网络WiFi协议有着更高的带宽，更远的通信距离和更高的传输速率，因此相应的耗电量也更高。但是由于无线高速网络的初衷是为了替换有线设备，因而在设计高速协议时能量的消耗不是一个重要考虑的问题。但是在物联网应用层面，很多连入网络的终端并不一定都有着稳定的能量供应和强大的计算能力，比如像典型的无线传感网，这种相对数据规模较小且能力相对较弱的物体就不需要使用高速率高能耗的高速网络协议。可见物联网的出现，大大丰富了可以连入网络的设备数量。而让这些设备全用一种协议显然是不合适的，因此低速网络和高速网络的同时使用是一种必然的现象。然而在两种速率的网络共同使用的现实下，如何连接这两种网络协议也成为物联网应用需要解决的问题。同时，在互联网领域出现了IPv6协议，它也正在逐渐移植到低速网络协议上，即6LoWPAN，其目的是连接运营IPv6告诉互联网协议的网络和运营低速协议的其他网络。4、移动通信网络4.1概述19十九世纪科学界陆续在理论和实验中证明了电磁波的存在。192023意大利科学家成功的将信号从英国传到了大西洋彼岸的纽芬兰，这也标志着无线电通信的诞生。现代无线电话涉及两种，无绳电话和移动电话。前者基本上只适于作为家庭固定电话；而后者可以使用户在户外通话聊天和上网消遣，更加符合人们的需求。移动通信经历了3代的发展，即模拟语音、数字语音以及数字语音和数据。模拟语音 上世纪2023代到60年代，模拟语音技术通过了一系列的探索和初期发展，例如美国的改善移动电话系统IMTS等。但是由于种种缺陷，都没有大规模的商用。直到1982年美国贝尔实验室发明了高级移动电话系统AMPS，提出了蜂窝单元的概念。其主张把区域提成若干个蜂窝单元，相邻的单元使用不同的频率而较远的单元可以使用相同的频率。这样既避免了频率冲突又充足运用了资源。贝尔实验室提出的社区制、蜂窝组网理论，为移动通信技术的发展和新一代多功能通信设备的产生奠定了基础。数字语音 第二代移动电话是数字式的，不仅能进行传统的语音通信，收发短信等，还可以支持一些无线应用协议。目前最主流的数字移动电话系统是GSM和CDMA。GSM是源于欧洲的移动通信技术标准，开发的目的是统一欧洲的移动电话网络标准。GSM属于蜂窝网络的一种，运营在多个不同的无线电频率上，用户需要连接到它的搜索范围内最近的蜂窝单元。GSM运用时分复用技术将一对频率提成许多时槽供用户在不同时间共享，还运用频分复用技术使得每一部移动电话在一个频率上发送数据的同时还可以在另一个高出50MHz的频率上接受数据。GSM系统还支持自动漫游和自动切换，采用增强全速率编码技术之后更保障了通信质量，同时拥有较强的安全性能和抗干扰能力。在我国，GSM是最成熟和使用最广泛的数字蜂窝系统。CDMA是美国高通公司提出的标准，它是与GSM并列的第二大移动通信系统，同时也是第三代移动通信系统的基础。CDMA移动通信网是由蜂窝组网、扩频、多址接入以及频分复用等几种技术组合而成的，具有频域、时域和码域等三维信号解决的一种协议。因此它具有抗干扰性能好、抗多径衰落、安全保密性高、容量和质量之间可做权衡取舍、同频率可在多个社区内反复使用等属性。CDMA最明显的优点是它运用编码技术可以同时区分并分离多个同时传输的信号，从主线上保证了时间和频段等资源的高效运用。数字语音和数据 第三代移动通信是可以将国际互联网等多媒体信息与无线通信业务结合的新一代移动通信网络。它不仅能提供2G的信息业务，同时可以保证更快的速度，更全面的业务内容，例如视频流、文献传输和网络浏览等。4.2 3G通信在3G网络的发展初期，由于认为直接从2G跃到3G的跨度太大，于是出现了所谓2.5G的领域。涉及GSM网络的升级版本HSCSD、基于传统GSM网络但是速度更快的GPRS以及介于GPRS和3G的EDGE等。但是事实上，为了满足服务多元化、实时化，以及多任务的质量规定，3G必须拥有高带宽保证，其速率至少要达成0.51Mb/s以上，因此传统的时分多址技术是远远不够的。CDMA码分多址的编码方式才是现行的3G通信标准的基础。我国于2023年发放了3G牌照，中国电信业正式进入3G时代。我国采用的三种3G标准分别是TD-SCDMA、W-CDMA和CDMA2023.TD-SCDMA即时分同步码分多址，是由原邮电部电信科学技术研究院于1998年向ITU提出的3G标准。TD-SCDMA将SDMA、同步CDMA和软件无线电等技术融合在一起，可以对频率和不同业务灵活搭配，高效率的运用频谱资源，加上TDMA和FDMA的技术支持，时的抗干扰能力强，系统容量大。TD-SCDMA还运用技术最大限度上克制用户之间的干扰，使TD-SCDMA系统不再是一个自干扰系统，基本消除了信号覆盖半径随用户数量增长而收缩的“呼吸效应”。TD-SCDMA采用动态信道分派的方式，即根据用户的需求进行实时的动态资源分派，这样可以更加合理且最大化运用信道资源，并且可以自动适应网络中负载和干扰的变化。W-CDMA最先由爱立信公司提出，是一种由3GPP具体制定的第三代无线通信系统。W-CDMA的设计使其能与GSM网络协同合作，两者的蜂窝系统是可以互相融合的。W-CDMA支持高速数据传输，完全满足3G规定的慢速移动时384Kb/s和室内走动时2Mb/s，还可以支持变速传输。和TD-CDMA只支持同步基站不同，W-CDMA可以同时支持异步和同步基站运营方式，且动态调控多种速率的传输，对多媒体的业务可通过改变扩频比和多码并行传输的方式来实现；上、下行高速、高效的功率控制极大地减少了系统的多址干扰，不仅提高了系统容量，同时也大幅度减少了传输功率。CDMA2023由美国高通公司提出，重要为了结合新的高速无线接入技术，从而能更好的提供无线互联网业务。CDMA2023和W-CDMA同样也是用5MHz的带宽，但是不能与GSM协同工作。4.3移动互联网所谓的移动互联网，就是将移动通信和互联网两者结合起来。对于一些很难建立起WiFi等无线网络的环境下，运用手机信号传输是很好的选择。相比于前两代移动通信服务，3G能运用其在传输声音和数据上的速度优势，提供涉及网页浏览、视频会议、电子商务、电视直播等本来多数只存在于互联网上的应用服务。对于未来的物联网发展，庞大的3G用户群是必不可少的，并且3G的许多便捷服务更是物联网服务最基本的保证。此外，随着3G的逐渐成熟，人们已经越来越多的把目光投向4G市场。2023年，3GPP决定开展3G系统的长期演进研究项目（LTE）；2023年，我国向ITU提交TD-LTE-Advanced技术方案，并正式成为4G国际标准候选技术；2023年中国移动在上海世博园建设了全球首个TD-LTE规模演示网络。尽管从现在来看，4G的研究还没有柳暗花明，在研究和应用的过程中还会有很多的困难。但是可以预见的是，一旦4G技术被各个行业正式采用，其高带宽和高智能性或许可以解决物联网的物物通信所带来的大量数据的传输问题，这将给社会、公司和家庭带来全新的管理模式。四、 管理层相关技术1、 数据库1.1概述物联网的发展使信息的收集变得更加全面和迅速，于是就需要更有效的手段对信息进行储存和组织，并提供便捷的查询。这就用到了已有着半个世纪历史的数据库技术。在上世纪60年代，诞生了以IBM的SABRE为代表的一些成功的早起数据库系统。这些系统在今天看来虽说很落后，但是在当时的时代背景下仍然是十分先进且有实际作用的。由于这些数据库假如要访问想要的内容，需要遍历整个数据库，这就是在其数据库最大的缺陷。而这类初期数据库被统称为“导航式数据库”。到了70年代，为了改变初期数据库的弊端，IBM的Codd进行了一系列研究并最先提出了数据库逻辑组成与物理储存结构分离的思想，这为关系数据库的发展奠定了基石。此后加州大学伯克利分校开发的Ingres和IBM开发的System R引领了关系数据库几十年的发展历史，以至于如今大部分的商用数据库都出自两者。关系数据库的优点重要有以下几个：高度的数据独立性；开放的数据语意、数据一致性、数据冗余性；灵活的自定义操作语言。关系数据库的应用取得了巨大的成功，但是它也是有缺陷的，重要体现在：缺少对真实世界实体的有效表达；缺少对复杂查询的有效解决；缺少对Web应用的有效支持。因此关系数据库在CAD、CAM、GIS和动态网页等方面产生了局限性。鉴于此，很多科学家开始研究被称为“NoSQL”的非关系数据库来填补关系数据库的这些缺陷，并且一些知名的开源NoSQL数据库已经在Facebook等社交网站开始应用。但是需要注意的是NoSQL并不是取代关系数据库，而是要填补一些关系数据库碰到的瓶颈。在传统的数据解决领域关系数据库的地位仍然无可替代。1.2数据库与物联网 无线传感网是物联网的一个重要组成部分，它的一个重要特点是以数据为中心。无线传感网的数据具有以下的特点：海量性 假设有一个拥有100个传感器的传感网，而每个传感节点每分钟只传回1Kb的数据，那么天天的数据量就达成1.4Gb。假如是一些大型的敏感的传感网，天天的数据量可达1TB以上。至于未来物物互联的物联网时代，产生的数据就是十分庞大的数量。因此物联网数据具有海量性。多态性 物联网的应用包罗万象，产生的数据自然也是多种多样。有温度、湿度等环境数据；有视频、音频等多媒体数据；尚有与用户互换信息的结构化数据等等。数据的多态性必然增长数据的复杂性，不同网络产生的数据格式也许不同，就算是相同类型的数据也会有单位和精度的差别，一个测量量在不同的时间也在变化。因此物联网数据具有多态性。关联性及语义性 物联网中的数据都不会是互相独立的。描述同一个实体的数据在时间上具有关联性；描述不同实体的数据在空间上会有关联性；描述实体的不同维度之间也具有关联性。而不同的关联性组合会产生丰富的语义，可以通过数据在时间或空间或维度上的关联性推断出实体的变化。 由上可见，数据库技术在物联网时代还应当能储存海量的数据，并快速解决用户的查询，以及消除查询结果中的冗余和不拟定性。2、 海量信息储存2.1概述 计算机和网络技术的发展，社会信息化限度的提高，使得各种数据信息以一种难以置信的速度增长。而随着物联网技术的蓬勃发展，假如实现盼望中的“物物互联”，各种物体所产生的信息量将在现基础上进一步爆炸式增长。并且物联网还规定有更高的智能，更强的数据挖掘和分析能力，因此物联网必然需要适合其特点的海量数据储存技术。2.2网络存储体系结构 直接附加储存 直接附加储存是指将储存系统通过线缆直接与服务器或工作站相连。直接附加储存的重要特点是在储存设备和主机总线适配器间不存在互换机和路由器等网络设备。直接附加储存实现了从计算机内储存到储存子系统的跨越，其优点在于管理容易、成本较低、结构也相对简朴。但是随着快速的存储设备和网络技术的出现，服务器和多次存储转发的开销严重制约系统性能。另一方面，由于直接附加储存设备间互相孤立，导致对储存资源的运用率低，资源的共享能力差。 网络附加储存 网络附加储存是一种文献级的计算机数据存储构架。在网络附加储存中计算机连接到一个仅为其他设备提供基于文献级数据存储服务的网络。网络附加储存涉及储存期间和专用服务器。直接附加储存和网络附加储存哟有着本质上的区别。前者是一种对已有服务器的简朴扩展，并没有实现真正的网络互连。后者则是将网络作为储存实体，更容易实现文献级别的共享。并且网络附加储存内在的RAID和集群储存能力增强了数据的可访问性。但是由于网络附加储存的性能严重依赖于网络中的流量。所以当用户数量过多、读写操作过于频繁或计算机解决能力局限性时，它的性能就会受到限制。 储存区域网络 储存储区域网络（SAN）是一种通过网络方式连接储存设备和应用服务器的存储构架。它为了实现大量原始数据的传输而进行了专门的优化。存储区域网络由服务器、存储设备和SAN连接设备组成。SAN的一个重要特点是存储共享。存储共享能使得多个服务器将他们的私有存储空间合并为磁盘列阵，不仅简化了对存储的管理，尚有助于提高存储容量的运用率。SAN和网络附加存储有很多相似之处，但SAN只支持储存块级别的操作，并没有直接提供文献级别的访问能力。有一种变通的方法是在SAN上建立文献系统来提供对文献的抽象。2.3数据中心数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅涉及计算机系统和其他与之配套的设备（如通信和存储系统），还涉及冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。 数据中心起源于计算机工业初期的大型计算机。大型计算机计算能力很强，但也有操作维护困难和对环境规定高等缺陷。随着微型机时代的到来，计算机对环境的规定减少，价格也下降，随着技术发展分布式系统登上历史舞台。上世纪90年代便宜网络设备的诞生，使人们开始设计使用层次化的方案对大型的微型机（服务器）进行管理，在此时“数据中心”概念开始逐渐被人们认可。随着互联网产业的发展，日益增长的大规模在线应用和公司级基础服务的需求促使十万级甚至百万级服务器的数据中心诞生。3、 搜索引擎3.1概述随着互联网的快速发展，每时每刻都有庞大的信息在网络上交互。如何高效的检索互联网上的信息成为一个时代需求和技术挑战。Web搜索引擎的出现正解决了上述问题。Web搜索引擎是一个可以在合理的响应时间内，根据用户的查询关键词，返回一个包含相关信息的结果列表服务的综合体。传统Web搜索引擎是基于查询关键词的，对于相同的关键词，会得到相同的查询结果。它的基本结构由三部分组成：网络爬虫模块、索引模块和搜索模块。网络爬虫模块重要是通过对Web页面的解析，根据Web模块之间的连接关系抓取这些页面，并储存页面信息交给索引模块解决。索引模块重要完毕对于抓取的数据进行预解决建立关键字索引以便搜索结果输出的功能。搜索模块对于用户的关键字输入，根据数据库的索引知识给出合理的搜索结果。