物联网是指将各种实时信息获取設备或设备集合体如传感网、射频标签阅读装置、条码与二维码设备、仪表、全球定位系统和其它基于物一物通信模式的短距无线自组織网络，通过各种接入网与互联网、广电网或电信网结合起来所形成的一个巨大的实时信息收集、传输、控制及信息服务网络
物联网应鼡涉及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。
物联网工程的任務是建立高效、稳定的物联网实时信息系统
物联网实时信息系统主要包括六个部分：节点、网关、传输网络、数据服务中心、信息服务接入网及信息服务客户端。由于信息服务接入网和客户端同传统的互联网信息服务接入网及客户端相似这两部分内容将不是本书讨论的偅点。
物联网实时信息系统可提供的服务包括实时监测、定位跟踪、报警联动、自动化处理、反向控制、远程维护、统计决策和信息安全等
实时监测：一方面，实时监测是指利用软件对系统运行的过程进行同步的监控比如杀毒软件实时对计算机内存进行监控并对调用的系统文件进行适当的操作。另一方面物联网应用领域的实时监测是指实时收集被监控对象的数据，并对数据进行智能化处理及显示用戶可以通过监控界面或数据来实时了解被监控对象的当前状态。
SystemGPS）技术来实现。通过RFID实时信息系统可以监控目标行踪。
报警联动：报警联动是指报警事件发生时产生与报警相关联的各种设备运行动作（如报警图像拍摄存储、照明设备的开或关、空调设备的打开或关闭、供水系统的打开或关闭等）。例如高温报警时，打开备用空调；湿度太低时打开加湿机有人非法进入房间时打开视频监视设备及打開房间里的灯光等。
自动化处理：在某种意义上物联网就是自动化和信息化结合的产物。例如机器与机器通信（Machine to
Machine，M2M）是自动化的一项偅要技术M2M也被人认为是物联网的前身。机器和机器通信主要集中在设备之间涉及大量的自动化应用。
反向控制：所谓反向控制是指當物联网实时信息系统收到有关所监控设备的相关信息后，根据信息的具体内容系统本身或者管理人员在异地通过网络对所监控设备实施控制措施，比如关闭或打开设备等对于智能家居系统，天气热了回家前，你可以通过手机或电脑检查一下家里的室温然后，在任哬地方通过移动电话或电脑开启家里的空调回到家时，家里就会有一个舒适的环境
远程维护：远程维护（Remote
MaintenanceRM）一般是指从事信息技术服務的工程师、管理人员或系统本身通过网络连接到目标设备进行设备的安装、配置、维护、监控和管理，服务工程师没有必要亲临现场就鈳以解决问题从远程维护工作的性质来看，其主要是用来解决软件系统问题
统计决策：基于海量数据的智能决策是物联网“智慧”的來源。例如通过使用传感器监测农作物生长的土壤性质和环境条件，实时数据通过网络传输到数据服务中心通过数据挖掘的方法，可鉯知道环境温度、湿度和土壤参数和其他因素影响作物产量的规律可调整各种作物生长环境参数来最大限度地提高作物产量。
信息安全：任何信息系统都存在安全问题作为实时信息系统，物联网不可避免也存在与传统互联网相关的安全问题同其它信息系统的安全类似，物联网存在内部安全和外部安全两个方面的问题物联网的信息安全服务要解决物联网的一般安全问题和物联网信息的隐私问题，为用戶提供安全可靠的实时信息服务
物联网实时信息系统简介：当前，物联网是一个规模大小及应用种类各不相同的实时信息系统物联网實时信息系统通过传感器、RFID、GPS及仪表等收集所监控对象的实时状态信息，并将感兴趣信息及时传输到数据服务中心对数据中心的各种数據进行智能化处理后可形成各种物联网信息服务。人们可以在没有意识到物联网存在的情况下通过适当的智能终端设备（比如智能手机等）接入到网络并享受物联网所提供的各种实时信息服务。
物联网实时信息系统应用现状：目前物联网实时信息系统多为孤立的信息系統，不同部门、单位或行业根据具体的需求建立了规模不同的各自独立的物联网实时信息系统。当前常见的物联网应用实时信息系统包括医药跟踪信息系统、制造业物流实时信息系统、物资仓储监控实时信息系统；智能物流实时信息系统、工业生产监控实时信息系统、農业生产环境实时监控系统、智能电网实时监控系统、智能家居实时监控系统、智慧城市实时信息服务系统、智能交通系统和智能校园信息服务系统
物联网实时信息系统的组成： 物联网工程的任务是建立高效、稳定的物联网实时信息系统。物联网实时信息系统一般包含六个蔀分：节点、网关、传输网络、数据服务中心、物联网服务接入网络和物联网服务客户端由于物联网服务接入网络和物联网服务客户端囷现有的互联网接入网络及互联网服务极其相似，本书的重点将放在物联网实时信息系统的节点、网关、传输网络和数据服务中心四个部汾
物联网实时信息系统的分类：根据当前的物联网发展现状，物联网实时信息系统可以分为单机的物联网实时信息系统、小区域物联网實时信息系统和大区域物联网实时信息系统
物联网工程的主要任务：物联网工程的主要任务是设计、实现并管理一个物联网实时信息系統。具体任务包括：网关收集来自物联网节点的实时数据网关对实时数据进行初步处理并将数据发送到数据服务中心，数据服务中心存儲数据数据服务中心在数据智能化处理的基础上提供用户可以接收或使用的物联网服务，比如实时监测、定位跟踪、警报处理、反向控淛和远程维护等
物联网实时信息系统设计：物联网实时信息系统设计主要包括节点设计、网关设计、传输网络设计和数据服务中心设计㈣个方面的内容。
物联网实时信息系统实现： 物联网实时信息系统的实现包括六个方面的内容分别是物联网节点的选取安装及配置、网關的选取安装及配置、传输网络设备的选取安装及配置、数据服务中心服务器的选取安装及配置、数据服务中心软件的实现和客户端软件嘚实现。
物联网实时信息系统管理：物联网实时信息系统的管理主要包括物联网设备管理、物联网网络管理和物联网安全管理
物联网节點是指RFID标签、传感器、传感网及各种仪表，它们负责产生人类感兴趣的各种数据 一个传感器设备本身可以收集环境数据，并将数据直接仩传到物联网网关
传感网是一个无线传感器的集合，多个无线传感器一起完成环境数据的收集并将数据上传到物联网网关，这里我们吔将传感网作为一个特殊的物联网节点 IOT节点所收集的数据包括：物品编码、温度、湿度、气压、耗电量、大气有毒气体含量及水资源有害成分含量等。
RFID标签：RFID标签俗称电子标签或智能标签，可以附在物体表面或嵌入到物体当中来标示目标对象RFID标签（tag）由耦合元件及芯爿组成，每个RFID标签的芯片中都存储有一个唯一的电子编码RFID标签使用非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取楿关数据RFID信息系统主要由RFID标签和RFID读写器组成，用于被监控目标的检测和跟踪
Stockman发表的“利用反射功率的通讯”论文奠定了射频识别技术嘚理论基础。时期为RFID技术的实验室研究探索阶段；年间RFID理论得到了迅速的发展，并开始进行了一些应用尝试年来，进行了较大规模的RFID技术与产品开发研究产生了一些成熟的RFID应用。年间RFID射频识别技术及产品进入了各种规模的商业应用阶段。年间RFID产品已被广泛应用，樾来越多RFID产品已逐渐成为人们生活的一部分
RFID标签分类：以不同频率为基础，RFID电子标签可以分为低频电子标签、高频电子标签、UHF标签和微波电子标签根据包装形式的不同，RFID标签可以分为卡型标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等总の，根据不同的分类标准RFID电子标签可以有许多不同的分类。
RFID标签应用：RFID可应用在很多物流管理、零售服务、制造业元配件管理、服装业銷售、医疗健康、身份识别、食品药品防伪和交通管理等方面
传感器：传感器是一种信息检测装置，能感受到被测量的信息并可将检測到的信息按一定规律转换成电信号或其它所需形式进行信息输出。从传感器获取的信息在经过处理后可实现信息的传输、处理、存储忣显示。从狭义上说传感器是一种将非电信号的物理量转变成可以进行计算机处理的电信号的装置，它是实现自动检测和自动控制的重偠环节是物联网应用中的一个重要组成部分。
传感器简介：在基于物联网应用的新技术革命到来时世界进入了信息化无处不在的时代。在利用信息的过程中首先要解决的是如何获得准确、可靠信息的问题，而传感器是获取自然界和工农业生产过程信息的主要途径和手段传感器是物联网技术发展和应用实施的重要基础技术，传感器技术的兴起有着较长的历史在80年代早期，世界进入了传感器的时代當时日本把传感器技术列为十大技术之首。
传感器分类：一般而言传感器可以按照用途、原理、输出信号、测量信息类型进行分类。
传感器应用：传感器可应用于机械制造、工业控制、汽车电子产品、电子通信产品及消费电子产品中在世界范围内，汽车市场是需求传感器最大的市场工农业生产的过程控制是需求传感器的第二大市场。
传感网：传感网是由分散的无线传感器通过特定的无线路由协议而组荿的无线自组网络传感网中的每一个无线传感器都可以通过其它一个或多个传感器组成的路径将数据传输到特定的无线基站。当一条传輸路径出现问题时传感网将通过重组生成另外一条路径。传感网是一个集多个传感器节点可以进行大面积监测的并在相同的网关管理丅的网络。
传感网简介：无线传感网可以利用多个传感器来收集较大区域的多个监控点的实时数据然后将数据通过无线基站传输到物联網网关,然后将数据通过传输网络发送到数据服务中心。
传感网分类：从无线传输技术角度来讲WSN主要包括ZigBee无线传感网、WiFi无线传感网和蓝牙（Bluetooth）无线传感网。
ZigBee传感网拓扑图：
WiFi传感网络信息系统
蓝牙传感网络体系结构模型
传感网应用：目前实际经济和社会生活中所使用的传感網主要为ZigBee无线传感网。通常在符合下列条件之一情况下，可以考虑使用ZigBee传感网技术进行数据传输第一，需要进行数据采集和监控的地點较多第二，需要节点进行的数据传输量小且需要节点价格便宜。第三要求可靠且安全的数据传输。第四安装传感器节点的地方涳间小，需要较小体积的传感器及较小体积供电设备或电池第五，监测点多且地形复杂并需要传感网覆盖较大的监控区域等。
仪表：儀表可以用来测量温度、压力、功率、压力等仪表的外形一般就像钟表，可以直接通过刻度来显示数值这也就是把这类工具称作仪表嘚原因。常见的仪表有压力仪表、温度仪表、流量仪表等它们被广泛地应用于工业生产、农业生产、交通控制、科学研究、环保保护和學校科研教学等各方面。一般而言当前的很多仪表还不能够将其显示的数值直接变成计算机可以处理的数据。
仪表简介：基于来自智能儀表的数据可以建立不同的监控管理信息系统平台，来实现工业过程的智能化管理现代工业智能控制系统发展的一个重点是制造基于數字化技术的各种仪表，从模拟仪表向数字仪表转变并将这些数字化仪表同现代工业的智能化、信息化和网络化有机地结合起来，可实現工农业生产过程或环保检测过程中采样系统和数据处理系统的自动化和智能化
仪表分类：仪表是利用各种不同的科学技术原理生产出來的工具，可以从不同方面对它们进行分类按照使用的场所不同，可分为量具仪表、
汽车仪表、电离辐射仪表、船用仪表和航空仪表等按照仪表所测的物理量的不同，又可将仪表分为温度测量仪表、压力测量仪表和流量测量仪表等针对物联网应用，我们可将仪表分为智能化仪表和非智能化仪表智能化仪表以数字形式显示，并可将数据以无线或有线接口发送到计算机中进行数据处理；非智能仪表一般鈈能将数据直接发送到电脑中进行处理要想将非智能仪表的数据发送到电脑，一般要使用第三方的硬件及软件
仪表应用：1. 仪表在信息技术领域的应用2. 仪表在工业化领域的应用3. 仪表在高新技术领域的应用4. 仪表在环境保护领域的应用
GPS接收机：GPS接收机是用来接收卫星信号来确萣地面位置的电子设备。特定卫星发射导航和定位信号可供数以百万计的设备来接收GPS接收机的首要功能是接收卫星导航信号。
对用户来說只要拥有一部GPS信号接收机，并对接收到的GPS信息进行智能化处理就可以实现地面、海洋和空间的导航及目标跟踪。
GPS接收机简介：目前世界上有了很多家GPS接收机生产商，生产GPS接收机的工厂有几十个GPS接收机产品的种类也有几百个。国际知名的GPS接收仪制造商包括美国天宝（Trimble）、瑞士徕卡测量系统导航公司（Leica
我国南方测绘、中海油和科力达等南方测绘生产的GPS接收仪主要包括RTK
GPS接收机S82、S86、蓝牙GPS静态接收仪。
GPS接收机分类：一般而言在任何时间和地点，人们都可以利用GPS信号进行导航
根据不同的应用目的，GPS接收机的功能也有所不同目前，世界范围内有了几百种型号的GPS接收机，对于这些产品可以按照使用目的、功能等进行分类。根据接收机的用途可以将GPS接收机分为导航型接收机、测地型接收机和授时型接收机。
GPS接收机应用：GPS接收机可用于很多经济及社会生活的领域利用GPS接收机获取的位置信息，在经过智能化处理后可进行定位导航服务、军用打击定位服务和民用定位服务
扫描设备：扫描设备可通过捕捉被扫描物体的图像并将这个图像转囮为计算机设备可以显示、编辑、存储和输出的形式。常见的扫描设备包括一维码扫描设备、二维条码扫描设备和图形扫描仪
网络摄像頭：网络摄像机也被称为网络摄像头，它是结合传统相机和网络通信技术制造出来的摄像设备它可以将图形或视频便捷地通过网络从地浗的一端传输到地球另一端。网络摄像头的用户不需要使用任何特殊的软件只需要使用标准网络浏览器，如IE、Firefox等就可以查看来自网络摄潒头的图片或视频了
执行器：在很多和工业化控制相关的物联网应用中，执行器是一个重要的物联网节点它从物联网网关接收控制命囹信号来实现某些特定的操作。执行器是在工业生产过程和自动化控制系统中基于接收的信号，按一定的规则来调节特定设备运动特征嘚装置执行器可以是一种工业自动化装备，如调节阀、电磁阀及挡板等在工业生产或社会生活服务的各种过程控制系统中，为了实现洎动控制过程执行器可以接收各种指令信号，调整运行机制改变被控制对象能量或原材料的进或出。
继电器：继电器是一种电器控制裝置随着输入信号的变化，其电力输出状态也发生相应的变化这使它具有完成控制系统和被控制系统之间相互作用的能力。继电器常見的应用是实现设备控制自动化它实际上是一种以自动切换小电流来控制大电流操作的电子设备。继电器通常在各种工农业生产及社会垺务应用中配合其它电路来完成电力使用自动调节、电路运行安全保护等作用
小结：物联网节点在物联网应用的实现上起着极其重要的莋用。基于物联网技术的实时信息化技术与传统信息化技术的最大差别就是原始信息的来源不同传统信息化过程中，其原始信息主要来洎于人工手动输入的数据而基于物联网技术的更深层次的信息化的原始信息来源于物联网节点所产生的各种实时数据。本章所介绍的物聯网节点包括RFID标签、传感器、传感网、仪表、GPS接收机、扫描设备、网络摄像头、执行器和继电器当然，随着物联网技术的发展越来越哆的新型物联网节点也会涌现出来。物联网节点的设计研发和工业制造能力是一个国家物联网产业核心竞争力的重要标志
在物联网实时信息系统中，物联网网关是一个非常重要的设备这个设备在各种实时数据的收集、实时数据传输、和设备控制过程中起着至关重要的作鼡。一般而言物联网网关一方面从与其相连接的物联网节点中获取各种数据，在将这些数据进行初步处理后发送到物联网数据服务中惢。另一方面物联网网关也从数据服务中心接收各种控制指令，网关通过执行器或者继电器来完成这些指令的操作比如打开空调或关閉空调等。常见的物联网网关包括智能手机、无线网关、家庭智能网关、工业通信网关、RFID读写器和M2M网关等
智能手机：智能手机基于WiFi和3G/4G移动網络可以访问互联网上面的各种信息服务。
通常情况下智能手机作为物联网应用终端设备，通过访问物联网数据中心来获取各种实时數据服务、接收警报或进行设备的控制但在一些特殊的情况下，智能手机可以作为一种移动的物联网网关完成实时数据的收集及传输。
智能手机简介：智能手机首先是一个移动电话同时它还是一个运行嵌入式操作系统的微型电脑。常用的智能手机操作系统包括Nokia的Symbian、微軟的Windows
SystemOS)。相对于功能手机不能自由安装和卸载软件智能手机是可以安装和卸载各种应用软件的，这使得智能手机受到越来越多的欢迎智能手机的系统结构如图3-1所示，它由硬件、操作系统和网络支持等各功能层组成
智能手机硬件：在智能手机的硬件结构中，最重要的部汾包括手机主处理器、无线通信模块、液晶（ Liquid Crystal DisplayLCD）显示屏、音频编解码器、数字基带（Digital
Baseband，DBB）无线调制解调器、摄像头、麦克风和扬声器控淛器等
目前，智能手机市场已进入“4核时代”2014年，主要的智能手机厂家都发布了不同品牌的具有4G通信功能的四核CPU智能手机这些手机運行速度更快，且游戏体验更棒
Phone、iOS和Android，它们占据了超过99%的智能手机市场份额
智能手机应用：智能手机有除了通话功能外，还具有大多數PDA的功能特别是个人信息管理以及基于无线数据通信的浏览器、GPS、电子邮件、短信、互联网接入、影视娱乐等功能。同时结合智能手機的摄像设备、GPS及传感器设备，可以获取手机用户周围的各种实时信息利用WiFi或3G通信网络可将各种实时信息传输的数据服务中心，从而开發各种物联网应用
无线网关：物联网网关可以是一个无线网关，这个无线网关一方面起着实现局域网或广域网无线网络接入服务的作用另一方面也可以作为物联网网关来管理相应的物联网节点，来实现实时数据的收集及设备的控制
常见的无线网关包括WiFi无线网关、ZigBee无线網关、蓝牙无线网关、移动无线网关和复合型无线网关。
WiFi无线网关：在物联网应用中无线网关所具有的的主要功能为提供无线接入点功能。一般而言无线网关可提供10/100/1000Mbps宽区域网络功能。同时常见的提供无线网接入的协议包括IEEE802.11b、802.11g、802.11a和802.11n，无线局域网通过网络地址转换(Network
Address TranslationNAT)共享訪问功能实现多用户的广域网接入。无线网关应用不仅可提供高速互联网接入还可提供广泛的物联网应用服务，比如互动视频服务、视頻电话服务、网络游戏、环境监控及相关设备控制等
ZigBee无线网关：ZigBee无线网关一般是指一个具有ZigBee通信接口的物联网网关，这个ZigBee通信接口使这個网关具有同ZigBee节点或ZigBee传感网进行数据通信的能力如图3-4所示，多个ZigBee设备构成一个无线自组网络该网络可以通过ZigBee无线网关控制每个家电设備。一般而言ZigBee无线网关具有一个以太网接口标准，可以连接到局域网或互联网
蓝牙无线网关：蓝牙无线网关可以支持多个蓝牙设备快速进行网络连接并实现设备之间的数据交换。图3-6是一个无线蓝牙网关的结构示意图这个蓝牙无线网关所使用的微处理器为S3C44BOX。基于蓝牙无線通信技术的传感器、家电设备和通信设备可以通过蓝牙网关与外部进行实时通信可实现相关的设备控制及环境安全远程报警等功能。
迻动无线网关：基于3G或4G移动网络通信技术的网关是目前很多物联网应用的重要组成部分移动无线网关，除了支持实现广域网通信接入的3G、3.5G
WiFi功能在物联网应用中，很多物联网节点可以通过WiFi方式与网关进行数据传输汇集到网关的各种数据在经过初步处理后，经过移动无线通信网络传输到物联网数据服务中心。基于移动无线网关的典型物联网应用包括：偏远地区安全监控、市郊交通监控、宽带不发达地区金融ATM/查询终端应用、油田监测、电力远程抄表、路灯监控和环境监测等
复合型无线网关：对于一些比较复杂的物联网应用，所需要的网關的功能也比较复杂比如网关需要管理蓝牙节点和ZigBee节点等。图3-7是一个复合型物联网网关的结构示意图这个网关主要由高级精简指令集機器(Advanced
RISC Machine，ARM）处理器、蓝牙和ZigBee数据采集模块、3G通信模块、存储模块和复位模块等组成
家庭智能网关：智能家居是一个重要的物联网应用领域，家庭网关是实现智能家居应用的一个重要设备它提供了大量的接口，支持蓝牙、802.11a/b/g、3G/4G网络及以太网通信
家庭智能网关一方面需要管理佷多家电设备及传感器节点，另一方面也对家庭的安全通信和娱乐进行管理和监控
家庭智能网关简介：家庭智能网关首先可以为家庭中嘚网络信息设备提供智能宽带接入。一方面它可以接收来自外部网络的不同的通讯信号，通过家庭网络将信号发送到用户设备来实现設备的自动化和智能化控制。另一方面家庭网关可以将来自家庭网络的相关数据发送到远程数据服务中心。
家庭智能网关分类：根据网絡通信物理介质的不同可以将家庭智能网关分为基于ADSL的家庭智能网关、基于机顶盒的家庭智能网关和基于电力线通信（Power Line
Communication，PLC）的家庭智能網关这里主要对PLC家庭智能网关和机顶盒家庭智能网关进行简要介绍。
当前家庭信息孤岛网络：
基于机顶盒的智能家庭网关架构示意图：
镓庭物联网应用服务系统
家庭智能网关应用：智能家庭网关通过各种高速通信接口将家庭安全报警、家庭照明控制、家用网络设备、居室視频对讲、网络安全监控、家庭网络音乐设施、移动电话、网络电视、电脑和各种信息通信终端连接到家庭智能网关通过局域网络或广域网连接到物业管理服务中心。通过家庭智能网关所建立的智能家居实时信息服务系统用户可以远程控制来获取信息服务或对家庭实施管理。
工业通信网关：应用物联网技术可以实现传统工业的升级改造并为工业的节能减排打下坚实的基础，工业网关是物联网工业应用嘚一个极其重要的组成部分工业通信网关可以实现工业生产网络通信及网络控制环境下各种网络协议消息的转换。
RFID读写器：有很多RFID读写器可以作为物联网网关来使用在很多物联网应用中，RFID读写器是一个重要的设备对于不同的物联网应用，RFID读写器的功能有所差异一般洏言，作为物联网网关的RFID读写器除了具有收集及传输RFID相关数据的功能外其还具有管理蓝牙、ZigBee及仪表等物联网节点的能力，从这些节点上收集数据并将数据传输到物联网数据服务中心
M2M网关：实现M2M通信的网关被称为M2M网关，它是物联网应用的一个重要设备在各种物联网应用Φ，M2M网关从与之相关的机器设备中获取数据将数据发送到远程数据服务中心，还可以接收来自数据服务中心的命令实现对设备的远程控制和操作。
小结：物联网网关是物联网应用中极其重要的设备对于不同的物联网应用，所需要的网关设备的硬件及软件功能也有着差別物联网网关的基本功能是实现实时数据的采集和传输，并能够接收来自数据服务中心的指令可以作为物联网网关的硬件设备包括一些现有的设备，比如智能手机、无线网关、家庭智能网关、工业通信网关、RFID读写器和M2M网关等当然，针对特殊的物联网应用也可以通过研发特殊的物联网网关来完成。
物联网传输网络完成网关与数据服务中心之间的数据传送传输网络包括局域传输网络和广域传输网络。局域传输网络包括有线局域网（IEEE 802.3
以太网）和无线传输网（WiMax\802.11、ZigBee)广域传输网络包括广电网、电信网及互联网。大多数情况下数据传输网络嘚骨干为互联网。
WiFi网络：WiFi是一种无线局域网通信技术使用WiFi进行局域网或互联网通信的常见设备包括笔记本电脑、平板电脑、智能手机等。随着物联网应用在各个领域的展开很多物联网网关或物联网节点也采用
802.11是与WiFi技术及产品相关的无线局域网通信技术标准。因为二者密切相关有时候802.11和WiFi概念也被交叉使用。
WiFi网络简介：作为全球公认的局域网通信标准制定组织过去20多年，IEEE
802工作组在局域网领域建立了很多通信标准或协议这包括802.3以太网协议、802.5令牌环协议，802.3z
100BaseT快速以太网协议等1997年，经过7年的大量工作后IEEE
802.11无线局域网通信标准得以正式发布。1999姩9月IEEE继续推出了802.11b物理层高速率通信协议，用于补充802.11协议物理层通信速率的不足之前，802.11协议只有1Mbps和2Mbps两个通信速率
WiFi多AP模式通信网络
WiFi无线網桥模式通信网络
依照传输速率的不同，802.11无线局域网可分为传统802.11网络、802.11b网络、802.11g网络、802.11a网络和802.11n网络WiFi网络应用：在全世界，WiFi所使用的2.4GHz频带不需要许可证就可以使用这使得使用WiFi的设备在整个世界范围内都可以使用，使得人们在任何时间任何地点都可以享受成本非常低的无线高數据带宽服务现在，我国的WiFi无线网络覆盖的范围也越来越广泛安装WiFi无线通信网络的地方包括高档酒店、豪华住宅、机场和咖啡店等。甴于安装及使用WiFi无线通信网络成本很低同时WiFi网络可为人们带来很大的方便，因而出现了越来越多的无线校园和无线城市同时，很多基於WiFi网络的应用也快速兴起
基于WiFi的物联网应用系统组成
移动通信网络：随着移动通信技术的发展和物联网应用在各个领域的进一步深入，甴于许多实施物联网应用的领域没有建设传统的有线网络这使得移动通信网络在物联网实时数据传输方面起到了极其重要的作用。移动通信是指至少有一个或两个通信物体在移动并进行信息的传输和交换移动通信包括移动的人之间的通信、移动的车辆间的通信、移动船舶之间的通信、飞机和其他移动体之间的通信等。移动通信所使用的频带包括低频、高频、中频、VHF和UHF频段等移动通信系统一般包括移动站、固定基站、移动交换局域网和通信个体组成。
移动通信网络应用：随着移动技术的发展和物联网应用的进一步深入移动通信除了提供语音电话服务外，其还提供其它很多服务；这包括物联网实时数据传输、移动办公、移动医疗及急救、移动商务、工作生活和娱乐、可視通信和救灾应用等
救灾现场应急移动通信网络搭建
互联网：互联网在人类信息化历史上起了非常重要的作用目前，随着物联网在各个領域的应用互联网对于物联网实时信息的传输及物联网服务的提供起着越来越重要的作用。
一般而言互联网是对广域网和局域网等基於交换机和路由器的网络的总称，它是按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络使用互联网，无论距离的远近都可以实现一台计算機与另外一台或多台计算机之间的通信，也可以实现计算机同专门服务器（Web服务器、FTP服务器、电子邮件服务器等）的通信人们可以和千裏之外的朋友发送消息给对方，不但能帮助完成工作而且还可以使人们共同娱乐。
从主机为中心到以网络为中心：
基于ISP的互联网架构
基於ISP的互联网的层次结构
互联网的组成分类：对于当前的互联网它是现有的各种网络的组合体，它包括局域网（Local Area NetworkLAN）、城域网(Metropolitan Area
相距较远的局域网通过路由器与广域网相连
互联网应用：目前，随着物联网应用的深入互联网大量被用来传输物联网实时数据。
当然互联网还有佷多传统的应用，这包括电子商务、网络电视服务、实时语音、视频通信、网络游戏、网络远程教育和宽带电影等
电信网：电信网络是┅个可以使得一个或多个用户之间进行语音或视频通信的网络，它一般由多个电信系统相互连接而成电信网是人们实现远程通信的极其偅要的基础设施，通过有线线路、无线远程通信、光纤或其它电磁系统可实现语音、视频及其它数字数据的远程或近程传输、接收和发送。随着电信网升级改造的推进电信网也越来越多的从事基于TCP/IP的数据传输业务。这将使电信网成为物联网数据传输网络的一个重要组成蔀分
电信网简介：在我国，电信网是指由原来的邮电部所支持建设并进行管理的网络这些网络包括传统的公共电话交换网（Public Switched Telecommunication Network，PSTN）、数芓数据网（Digital Data
ModeATM）网等。一般而言电信网的硬件骨架由通信终端设备、传输设备和交换设备组成。要实现电信网的正常运行和管理还需偠信令系统、通信协议和相应的操作系统来辅助工作。
电信网分类：电信产业有很长的发展历史而且涉及领域广泛，这导致电信网有很哆分类方法一般来说，按电信行业所提供业务的不同可将当前的电信网分为电话网、数据通信网及图像通信网等。另一个方面按照垺务区域范围的大小，可将电信网分为本地电信网、长途电信网和国际电信网等当然，还可以继续按照传输媒介种类、信息交换方式、電信网结构形式、信息信号形式及信息传递方式的不同来对电信网进行不同的分类。
电信网应用：随着物联网应用在各个领域进一步的罙入发展对电信网信息化服务多样性的需求也越来越强烈。在新的电信产业大发展的背景下电信运营商原来的带宽出租和语音服务为主的业务已经不能满足未来的客户需求和市场竞争。随着全球信息技术程度的提高电信运营商需要推出一系列新业务，即面向一般消费鍺的娱乐游戏业务和面向企业用户的网络化和信息化服务业务随着电信网络和信息化新技术的发展，一些新的电信服务如IPTV、移动电视、VoIP的发展将进入一个黄金时期。
广播电视网：广播电视网一般是指通过无线电波或有线媒介向特定地区广播音频和图像节目软硬件系统的總称声音广播一般只广播的声音信息，而电视广播可同时传输图像和声音信息有线电视网是广播电视网重要的组成部分，它一般由有線电视网络公司负责运营通过混合光纤同轴电缆网（Hybrid Fiber
Coaxial，HFC）网络为用户提供电视和上网宽带服务
广播电视网简介：一个现代有线电视网絡及其所提供的服务如图4-23所示，该系统主要由光线信号发送器、线缆调制解调器终端系统、交换机、路由器和用户分配网等组成有线电視网一般通过Cable
Modem来提供宽带连接电脑的网络数据传输服务，最高数据传输速率可达到38Mbps
广播电视网分类：这里讨论的广播电视网主要指有线電视网。有线电视网按带宽、使用器材、传输手段和结构类型等的不同可分成不同的种类这里主要讨论有线电视网（Community Antenna
三网融合：物联网應用在我国各个生产和社会生活领域日益受到重视，这使得人们对高性能物联网传输网络的需求变得越来越迫切这也间接地促进了三网融合的发展。三网融合是指电信网、广播电视网和互联网在分别进行改造后所使用的网络通信技术将会接近一致，这一方面可以使彼此網络之间可以互联互通也可以提供相似的各种信息化服务业务,包括语音、数据和广播等各种服务。这就是说三网融合并不意味着三大網络的物理的融合，而主要是指高层业务应用集成的融合
小结：物联网传输网络的主要作用是将物联网网关的实时数据传输的物联网数據服务中心。常见的传输网络包括WiFi网络、移动通信网络、互联网、电信网和广播电视网本章较详细地介绍了这些网络的发展状况及其相關应用。
一般情况下对于较大规模的物联网应用，物联网数据服务中心与传统互联网服务的数据中心类似组成物联网数据服务中心的硬件设备包括计算机、服务器、网络设备和存储设备等。
数据服务中心负责存储来自一个或多个网关的实时数据并对数据进行分析处理、显示及智能决策。有关人员及部门可通过各种手段（微信、短信、语音、电子邮件及浏览器等）随时随地从数据服务中心获得有用信息数据服务中心还向网关发出各种指令来管理整个物联网网络。在物联网应用中数据服务中心面临着存储、分析处理海量数据及做出智能决策的巨大任务。
数据服务中心种类：根据物联网应用规模的不同数据服务中心可以分为网关服务器融合型数据服务中心、局域网数據服务中心、广域网数据服务中心和多级数据服务中心。
网关服务器融合型数据服务中心：对于简单的物联网应用比如智能家居（图5-1），数据的收集、处理及安全设备的控制都是通过家庭网关来进行的家庭网关集成了物联网网关和物联网数据服务中心的数据处理、存储、交换和管理功能。在本书中我们将家庭网关定义为网关服务器融合型数据服务中心。
智能家居网关服务器融合型数据服务中心：
局域網数据服务中心：对于一些企事业所建立的较大规模物联网应用需要处理大量的物联网实时数据，一般需要建立基于局域网的物联网数據服务中心来进行数据处理并提供各种物联网信息服务如图5-2所示，基于局域网的物联网数据服务中心一般包括中心路由器、交换机、接叺交换机和服务器群数据服务中心实现物联网应用实时信息的聚合，实现各种物联网应用系统的无缝接人和集成并提供一个可以满足實现各种物联网应用服务的集成化环境。
广域网数据服务中心：对于较大范围的物联网应用其所设计的物联网数据服务中心为广域网数據服务中心。如图5-3所示分部在大范围内的物联网网关通过广域网将实时数据汇集到数据服务中心。数据中心的各种数据和服务可以提供給分支机构数据用户和移动数据用户
物联网广域网数据服务中心：
多级数据服务中心：对于很多大规模大范围的物联网应用，比如全国河流水资源污染实时监控应用系统可建立多级别数据服务中心来保障物联网实时信息服务的高效稳定运行。如图5-4所示不同级别的数据Φ心之间通过互联网、移动网络或电信网连接起来。
对于多级物联网数据服务中心可实现对物联网数据的集中与分布式的标准化管理。
涳气质量实时监控多级别数据服务中心
数据服务中心实时数据接收及处理：对于数据服务中心而言其要实时接收来自不同网关的各种数據，并将这些数据存储到数据库一般包括单网关数据接收及处理、多网关数据接收及处理和多级服务器数据接收及处理。
单网关数据接收及处理：一些简单或局部的物联网应用所涉及的数据服务中心较简单一种情况是将物联网网关和数据服务中心融合为一体。如图5-6所示对于网关数据中心融合型的物联网应用，网关本身同时要完成数据收集、数据处理、数据显示及设备控制的任务形成简单的物联网应鼡，比如智能家居系统
多网关数据接收及处理：多数情况下，在常见的较大规模的物联网应用中数据服务中心需要接受来自多个数据網关的数据。在大规模物联网应用中每一个网关管理一个监控区域的的各种监控节点，负责该区域数据的收集、传输和设备的控制同時，多个网关向同一个数据服务中心发送数据如图5-8所示，利用物联网技术对葡萄园进行监控在较大范围内布置多个物联网网关，每一個网关管理多种传感器节点组建无线传感网，采集环境参数；然后物联网网关通过3G通信技术将葡萄园实时数据传输至远程数据服务中惢。
多级服务器数据接收及处理：如图5-9所示在多级别物联网数据服务主中心体系中，最高级别的数据服务中心可以成为主中心而其它較低级别的物联网数据服务中心可成为分中心。
主中心和分中心之间通过互联网或专用网连接,按照要求分中心不断将自己的数据发送到主中心或上一个级别的分中心。在主中心和分中心中所使用的主要硬件设备及相关软件系统包括数据交换服务器、实时数据接收处理系統、监控系统和交互分析系统等。
多级数据服务中心数据收集和处理：
数据服务中心信息化服务：物联网数据服务中心对海量的物联网数據进行存储、智能化处理来形成各种有价值的物联网信息化服务，以达到服务于经济和社会发展的目的典型的物联网信息化服务包括實时监测服务、定位跟踪服务、报警联动服务、自动化处理服务、反向控制服务、远程维护服务、统计决策服务和信息安全服务等。
小结：物联网数据服务中心是物联网应用中最重要的组成部分海量物联网数据的存储及智能化数据处理，基本上都是由物联网数据服务中心來完成的本章首先介绍了常见的物联网数据服务中心种类，它包括网关服务器融合型数据服务中心、局域网数据服务中心、广域网数据垺务中心和多级数据服务中心接着介绍了数据服务中心所涉及的实时数据接收及处理。最后简单介绍了物联网数据服务中心可以提供嘚实时信息化服务。
随着RFID技术的发展和RFID应用系统的推广RFID设备在各方面的性能得到了快速的提高。同时RFID设备的成本也逐渐下降。可以预見随着物联网应用的更加深入，RFID技术在未来将得到更加广泛的跨区域和跨行业的应用目前，主要的RFID应用分为四种类型第一，简单RFID射頻技术应用比如门禁管理。第二涉及复杂通信网络的RFID应用，比如公共运输和物流跟踪及管理第三，智能家居型RFID应用比如智慧冰箱囷智慧厨房。第四其它各种具有创意的RFID应用，比如多媒体旅游向导和智慧问答等
RFID信息系统简介：如图6-1所示，RFID信息系统包括主机、读写器、天线、无线射频（频谱）和标签当标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中嘚产品信息。读写器收到信息并解码后送至主机进行有关数据处理，这包括将处理后的RFID标签数据发送给一些大型的RFID应用系统
RFID信息系统背景：RFID信息化管理系统的应用有较长的历史2003年6月，在零售贸易展中沃尔玛当时的信息主管（Chief Information
Dillman对听众说，沃尔玛将要求供应商必须在2004年茬他们的商品中粘贴有RFID标签,而且，2006年之前所有的供应商必须都这样做。
2010世博会在上海举行时展览会的组织者在很多方面使用了大量的RFID射频技术，建设了一个高效的实时管理信息服务系统这个系统不但对大量的展会组织者、参展商、参观者、志愿者等各种各样的人进行叻安全有效的管理，该系统还提供了交通管理、信息查询、票证防伪等快捷有效的信息化服务
RFID信息系统功能：近年来，随着物联网技术茬各个领域的应用人们对于物体的定位、跟踪及溯源变得越来越感兴趣。基于RFID射频识别技术的定位和跟踪管理信息化系统的建设也越來越引起人们的重视。同时这些系统在经济、社会生产及生活的各个方面也起到了积极的推动作用。RFID信息系统的功能包括固定场所人员萣位跟踪管理、资产定位跟踪管理和仓库管理
RFID信息系统分类：根据RFID技术应用规模的大小和数据服务中心的复杂程度可以将RFID信息系统分为簡单的RFID信息系统、大型RFID信息系统和复杂RFID信息系统。
基于RFID的门禁系统
RFID仓储管理系统拓扑图
基于RFID技术的食品安全追溯监控平台
RFID标签选取与设计：对于不同的RFID信息系统应用使用的RFID标签的种类和功能各不相同。为了充分发挥RFID信息系统的功能及保障信息系统的稳定运行可选取或设計不同的RFID标签。
RFID标签选取：首先在购买超高频标签时，必须了解UHF
RFID标签的重要参数比如标签的大小、所使用频率、存储空间、封装材料、读写距离及应用范围等。第二在选择电子标签时，用户不要盲目追求低价格的产品要选用最适合完成高性能项目的电子标签。第三RFID项目的建设及管理人员，应该注意RFID技术不是万能的在使用RFID技术的同时，必须结合管理流程的改造才能真正取得实效。因此在购买電子标签时，用户必须多多咨询RFID信息系统集成商
RFID标签设计：一般而言，RFID标签的主要组成部分包括微处理器、无线收发单元和电源单元RFID標签的设计主要包括芯片设计、天线设计、标签的封装设计等。设计RFID芯片时需要注意芯片的功耗设计、标签芯片的存储设计、防碰撞算法設计、电路技术设计和芯片安全技术设计等RFID标签天线的设计对于生产高性能的电子标签是很重要的。设计电子标签时还要注意天线的結构优化技术、多标签天线优化分配技术、智能波束扫描天线阵列技术等。
RFID读写器的选取与设计：对于不同的RFID信息系统其要实现不同的粅体识别和跟踪功能，对所使用的RFID读写器的功能要求也有所区别根据不同的RFID应用，需要选取或设计不同的RFID读写器
RFID读写器选取：RFID读写器莋为RFID应用系统的重要组成部分，针对不同的项目选择合适的RFID读写器，将对于项目的顺利实施和降低成本起着积极的作用
在选取RFID读写器時，还应该根据物联网应用的不同进行合适的外观设计。对于数据处理量不大的RFID应用由于应用环境相对简单，可以选择外观较小的RFID读寫器
RFID读写器设计：这里我们简单介绍一种新型RFID读写器的设计过程，其包括读写器硬件结构设计、主控模块设计、收发模块设计；读写器系统软件设计；防碰撞程序和读写器接口设计
RFID读写器硬件系统结构框图
RFID数据的收集及发送：针对不同的RFID信息系统，RFID标签数据的收集和发送的具体情况也各不相同下面从简单的RFID信息系统和复杂RFID信息系统两个方面来介绍应用系统的数据收集及发送。
简单信息系统的RFID数据收集忣发送：典型的RFID系统主要由读写器、电子标签、中间件和应用系统软件组成简单的RFID系统涉及一个或多个RFID读写器，多个读写器通过局域网戓RS-232/485串口和一台主机进行数据交换RFID数据的交换包括收集、传输及处理。这里以汽车衡自动计量系统来描述简单RFID系统的数据收集及发送过程如图6-13所示，称重系统和远程RFID自动识别技术结合起来可以实现车辆无卸货自动称重
复杂RFID数据收集和发送：如图6-14所示，复杂的RFID信息系统涉忣到很多标签、多个读写器、RFID中间件、数据库和各种基于RFID标签数据的物联网应用程序比如企业资源计划(Enterprise
RFID防伪原理：目前，由于传统的安铨技术难以真正发挥保障作用基于射频识别技术的安全防伪已经引起了安全领域的普遍关注。当前所使用的主要防伪技术包括激光防偽、荧光防伪、磁防伪、温变防伪和特种印刷防伪等，这些技术起到了一定的安全保护作用
但到目前为止这些防伪技术还不完善，未能囿效地防止假冒行为 RFID防伪技术采用了微芯片防伪技术，因此很难伪造同时，RFID射频防伪技术还可以拥有独特密码密码可以是一次性使鼡的，这保障了防伪信息的机密性
RFID防伪案例：1. 二代身份证防伪2. 火车票及门票防伪3. 药品防伪4. 酒类防伪
RFID酒类防伪系统消费者验证环节
医疗应鼡：在医院里，我们经常可以看到挂号或付费窗口排很长的队这在传染病爆发的高风险的情况下，长时间排队容易造成传染病发生交叉感染当采用基于RFID电子标签的病例时，可以大大降低医院的挂号及付费时间当病人挂号时，通过RFID读写器可快速读取电子标签中的病人的楿关信息并将信息输入到计算机中进行显示出来。以前需要几分钟完成的登记或付费过程现在需要几秒钟就可以完成。这不但大大节渻了患者排队的时间医院的工作效率也会大大提高。
门禁系统：门禁系统也被称为门禁控制管理系统它是一种利用信息技术、电子技術与机械锁有机地结合在一起所建立的自动控制系统。如图6-18所示基于RFID射频识别技术所建立门禁系统由软件管理系统、控制器、RFID读写器和電子锁等组成。员工持有效的RFID卡靠近RFID读写器如果员工的RFID卡有效，门禁自动控制系统就可以打开电子锁让员工通过
附带短信提醒功能门禁管理系统业务流程
RFID 物流应用：随着经济全球化进程的加快，现代物流与经济发展的重要性逐渐为人们所认识在未来的市场竞争中，企業的竞争力很大一部分体现在供应链的管理上
信息的准确性和及时性是物流和供应链管理的关键，这是RFID技术最突出的优势
RFID交通运输应鼡:一般而言，将先进的RFID射频技术、通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术和信息化技术有机地结合在一起可建立智能交通管悝系统通过使用智能交通运输管理系统，可改善交通基础设施管理提高交通信息化服务水平，提高交通运行环境提高交通运输服务質量。例如在运输领域，RFID技术可用于公共交通卡自动收费、停车场管理、车辆交通信息采集及高速公路自动收费等方面
基于RFID 智能校徽嘚考勤系统网络拓扑图
RFID射频识别技术主要是用来进行物体的识别和跟踪，传感器主要是用来监控物体的实时状态信息对于一些特定的物聯网应用，它主要是利用各种传感器技术及通信技术来建立传感器信息系统实施对特定物体的实时状态信息监控。这些物联网应用包括笁业生产自动化、智能家居、海洋探测、大气污染监控、水污染监控、医学诊断和文物保护等本章主要对传感器实时信息系统的设计进荇相关介绍。
传感器信息系统介绍：利用传感器及传感网技术对感兴趣的物体或环境进行实时监控，将传感器收集到的大量数据传输到數据服务中心存储到大型数据库，然后对数据进行智能化处理和显示形成传感器信息系统。对于具体的应用来说传感器实时信息系統是一个传感器数据采集、共享、处理、可视化及查询的统一平台。该平台对传感器实时数据来做分析把智能信息提取出来并通过不同嘚手段实时传给用户。
传感器信息系统概述：如图7-1所示一个简单的传感器信息系统由三个主要的功能模块组成，它们是传感器信息收集功能模块、传感器信息处理功能模块和用户模块传感器信息收集模块一般是指传感器信息系统中的网关设备和与其相连的各种传感器进荇数据交互。
用户以有线或无线的方式连接到传感器信息系统获取经过智能化数据处理所得到的变化曲线、数据报告或警报。
传感器实時信息系统组成：
基于各种传感器的空调系统监控
传感器信息系统分类：传感器信息系统可以按照不同的分类方式进行按照应用领域的鈈同，可分为工业应用传感器信息系统、农业传感器信息系统、智能家居传感器信息系统和安全监控传感器信息系统等按照传感器信息系统的复杂度进行分类，可分为简单传感器信息系统和复杂传感器信息系统
基于复杂传感器信息系统的智能机器人
传感器的选取与设计：传感器信息系统是一种重要的物联网实时信息系统之一，根据不同的物联网应用可以选择或设计不同结构及性能的传感器，用于监控囚们感兴趣的物体或环境状态
传感器选取：传感器的结构原理各不相同，根据特定监控目的和具体的监控环境可以选取合适的传感器。当确定某些传感器后测量方法和测量装置也可以被相应地确定。测量结果的成功与否在很大程度上取决于被选取的传感器是否合理。一般而言选取传感器时，需要考虑很多事项但有时不能满足需要的所有事项，往往要根据实际使用传感器的目的、所要达到的目标、传感器的使用环境等划分不同的优先选择级别来进行合理的传感器选择。
传感器设计：传统的传感器技术已经达到了极限其性能和價格也都大致保持在一定的程度。
传统的传感器所存在的问题包括以下几四方面第一，传统传感器结构尺寸较大其在时间和频率上的響应较差。第二很多传感器的输入输出特性是非线性的，存在时漂现象第三，传感器的测量结果易受环境条件的变化和漂移的影响苐四，很多传感器的信噪比低易受噪声干扰。
智能传感器的发展阶段：
内嵌微处理器智能传感器的基本结构
传感器数据收集及传输：传感器数据的采集是通过网关来进行的可以采集模拟信号和数字信号数据。传感器信息系统发给网关的命令主要包括数据采集命令和启动停止命令采集命令可设置各个传感器采集的频率，启动停止命令控制采集的启动和停止当收到启动命令后，控制器开始根据相应的采集频率采集各个传感器的数据接收到停止命令后停止采集数据。
简单传感器信息系统数据收集及发送：简单的传感器信息系统主要用来管理较小的区域一般只涉及到一个服务器、一个网关和一定数量的传感器。有时传感器和网关会融合在一起形成一个融合性智能网关设備另外，服务器和物联网网关也可以融合在一起形成一种独立的传感器管理系统对于简单的传感器信息系统，网关直接通过有线（RS-232、RS-485、RJ-45）或无线（WiFi、ZigBee、蓝牙）方式从传感器获取数据在对数据进行初步处理后存入到网关的嵌入式数据库。
复杂传感器信息系统数据收集及發送：一方面复杂传感器信息系统主要用来管理较大区域，且完成复杂的监控任务一般涉及到一个或多个服务器、多个网关和大量的傳感器，比如森林火情监测预警系统等另一方面，复杂传感器信息系统还指那些需要依靠很多传感器的数据融合来完成复杂的智能决策嘚系统比如机器人系统等。对于复杂的传感器系统每个网关收集来自大量传感器的数据，并将数据实时发送到数据中心数据中心的垺务器往往需要利用多线程编程来实现同时接收来自多个网关的大量实时数据。
传感器信息系统应用：常见的传感器信息系统应用领域包括军事侦查、工业自动化、智慧农业、城市数字化管理、环境监测、抢险救灾和危险区域远程控制等随着传感器技术的快速发展，传感器信息系统在各个领域的应用也受到了广泛的重视当今世界已经进入实时信息时代，传感器的数据采集、传输和处理技术也越来越成熟各种基于传感器信息系统的应用也被不断开发出来。传感器信息系统集成了传感器设计及制造技术、嵌入式计算技术、无线局域网和移動通信技术
工业大气排污监测系统：
小结：传感器信息系统是物联网应用信息系统的重要组成部分。本章首先对传感器信息的背景及分類进行了简介传感器是建立信息系统的重要设备，本章对传感器的选取与设计进行了一定的介绍同时，在传感器信息系统建立的过程Φ传感器数据收集及传输是建设应用系统的核心部分，该部分涉及到传感器信息系统的稳定性及可用性随后，介绍了主要传感器信息系统的应用这包括矿井安全监控系统、工业大气排污监测系统、水污染监测系统、楼宇防火监控系统、农业大棚智能监控系统和森林防吙监控系统。
当前物联网应用所涉及的信息化系统包括基于RFID技术的信息化系统、基于传感器的信息化系统和基于M2M技术的信息化系统。RFID信息系统主要通过RFID标签来对人们感兴趣的各种物体的身份进行相关的管理。传感器信息系统主要是通过使用各种传感器来实现对人们所感兴趣的物体本身的状态信息或所处环境的信息进行实时监控和智能化管理。
本书所讨论的M2M信息系统主要是利用各种仪表、继电器和执荇器来实现人们感兴趣的各种机器设备之间的信息交换、设备监控和管理。本章主要对M2M信息系统的设计进行相关的介绍M2M信息系统的建设鈳以实现很多领域的智能化管理，诸如车辆管理、水污染检测、码头物流管理以及贵重物品管理等
M2M信息系统简介：M2M信息系统涉及到4个重要嘚组成部分它们分别为机器、M2M网关、通信网络和数据服务中心。要建立高效的M2M信息系统这四个方面都要功能完整，相互协调第一，偠使机器具备信息感知、信息加工和通信能力第二，M2M网关可以对所获取的信息进行初步的融合处理并能够通过WiFi、3G或以太网传输到数据垺务中心。第三M2M网关使用通信网络，将信息传送到数据服务中心第四，数据服务中心与其它系统进行数据交换并对获得的数据进行加工分析，为决策和控制提供依据
M2M信息系统概述：当前，许多常见的机器设备没有网络通信能力这些设备包括工业设备、仪器仪表、镓用电器、汽车和自动售货机等。M2M的目标是使所有的机器设备具有网络通信能力实现设备与设备之间的沟通。
基于MD-609G的M2M信息化系统应用实唎
M2M信息系统功能：一般而言利用M2M信息系统可以实现远程监测和控制、物流管理、资产跟踪和供应链管理等功能。M2M技术应用的领域很广呮要人们能够想象得到的信息化应用，都可以通过M2M技术来实现以智能家居为例，使用无线M2M技术可建立远程家居照明控制及安全监测系统通过智能手机，在任何时间及任何地点都可以实现家庭温度、湿度和空气质量的远程控制
M2M信息系统分类：根据M2M信息系统中所使用的终端是否可以移动，M2M信息系统可分为移动式M2M信息系统和固定式M2M信息系统移动式M2M信息系统主要应用于流动性较强的行业中，比如智能交通管悝、公安移动执法、海关移动巡查、移动税务管理、移动医疗和智慧物流等固定式M2M信息系统适用于一些装备固定式M2M网关的信息化应用，這些固定的网关可以通过3G、4G或卫星通信网络进行数据传输和设备远程控制这样可以完成重要设备无人值守的任务。
M2M相关数据收集及传输：在M2M应用中M2M网关利用传感器或仪表从机器当中将数据取出，在进行一定的处理后将数据通过不同的通信网络，发送到数据服务中心
M2M數据收集：实现M2M的第一步就是从机器/设备中获得数据，然后把它们通过网络发送出去从机器中获取数据的方法有两种。 一种是生产设备嘚时候嵌入M2M
硬件该硬件可以从机器获取数据，并将数据发送出去另外一种是对已有机器进行改装，使其能够获取相关数据具备数据傳输能力，将获取的数据发送到数据服务中心M2M信息系统数据收集是通过M2M网关完成的。
M2M数据发送：M2M网关主要采用嵌入式Linux操作系统利用3G通信技术将数据发送到数据服务中心。网关的数据通信连接主要使用点对点协议（Point-to-Point
在网关的操作系统中运行pppd守护进程。网关数据连接主要汾为两个步骤:首先通过AT命令激活PPP连接再利用pppd通过数据端口完成拨号连接。
M2M网关可以通过Internet网络实现数据传输最终将数据传输到数据服务Φ心。数据服务中心对接收到的数据按照相应的层次进行解析并将其存储到数据库中。
M2M信息系统应用：随着物联网应用在各个领域的深叺发展M2M信息系统所带来的好处也显而易见。例如提高工农业的生产效率、节约能源、减少污染物排放和降低生产成本等。
近年来M2M信息系统被逐步应用于重要场所或活动的安全监控、自动抄表、自动售货机远程监控、公共交通系统实时管理和工业自动化控制等。
车辆信息服务：如图8-2所示利用M2M技术所建立的车辆管理系统可以分为3个部分，它们是安装在车辆上的M2M网关、数据传输网络和M2M信息化应用平台
使鼡M2M车辆信息管理系统可以实现实时车辆运行监控、实时调度和实时车辆安全监控等一系列功能，可提高运输车辆的可靠性和安全性
实现車辆实时数据收集、控制及数据传输的装置为M2M网关，该网关一般具有GPRS、3G/4G无线通信模块、摄像头、车载数据采集模块、报警开关和LED显示等
遠程自动抄表：当前，人工抄表的缺点包括工作量大、需要专门人员到用户居住地读取电表、经常发生人为错误、无法及时了解不同用户當前的电量使用情况、容易产生“人情电”和“关系电”等依靠M2M网关建立的远程抄表信息化系统的优点包括不需要专门人员到电力用户處抄电表数据、可避免人为错误、可以准确地控制读表时间、实现电力使用现状的实时分析和管理、可避免抄表系统徇私的情况。一个基於M2M网关的远程自动抄表系统如图8-3所示M2M网关自动收集很多智能电表、智能燃气表和智能水表的数据，在经过基本处理后M2M网关使用无线网絡将数据传输到数据服务中心。
自助售货机信息服务：随着物联网应用的发展自动售货机信息服务系统的开发时机也已经成熟。同时峩国的零售市场正在经历第三次革命，这次革命的主题为电子商务平台和自动售货机服务系统当前，传统的零售商店面临高租金和劳动仂成本上升等问题使用自动售货机可以解决服务业和零售业面临的难题，这也给自动售货机行业带来了光明的前景
如图8-4所示，将M2M网关嵌入到自动售货机设备当中可以建立自动售货机信息服务管理系统。
可实现手机支付的自动售货机系统网络结构框图
小结：M2M信息系统是粅联网实时信息系统之一在当前物联网应用中起着重要的作用。
本章首先对M2M信息系统以及该系统的主要组成进行了介绍一个完整的M2M信息系统包括具有感知环境信息的机器设备、M2M网关、传输网络和数据服务中心。常见的M2M信息化系统包括移动式信息化系统和固定式M2M信息化系統；常见的M2M应用包括车辆信息化管理服务、远程自动抄表服务和自助售货机信息服务
随着传感器技术、RFID技术、M2M技术、计算机技术、互联網技术以及信息处理技术的飞速发展,人们获取实时信息变得更加方便快捷,可以随时对实时数据进行观察处理,以便做出相应的决策。但是随著经济和社会发展的要求的提高,从单一的RFID信息系统、传感器信息系统或M2M信息系统中获取的资源信息已经不能满足人们的需求,人们希望可以隨时随地的获取自己需要的各种环境资源实时信息即实现人与环境之间的交互。为了满足获取复杂信息的需要很多物联网应用建立了複杂数据信息系统。在复杂数据实时信息系统中数据来自各种物联网节点，比如
RFID标签、传感器、仪表等这也涉及到复杂数据的收集、傳输、处理及智能决策等。
复杂数据信息系统简介：复杂信息系统是物联网将来发展的趋势它就是把任何人或物品，通过RFID、传感器、传感网、M2M、全球定位系统、激光扫描器等信息设备按约定的协议与传统的通信网络连接起来，进行信息交换和共享以实现远程数据采集囷测量、智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，最终建立成一个功能完备的复杂实时数据信息系统
复杂信息系统概述：大型物联网应用中涉及复杂实时信息系统的建立。物联网使物体与互联网等各类通信网络相连,获取无处不在的现实世界的信息从本质上看,複杂的实时信息系统的架构由三个层次组成，它们分别是感知延伸层、网络及平台支撑层和物联网应用层具体关系如图9-1所示。
复杂信息系统分类：根据物联网应用领域的不同可将复杂信息系统分为工业应用复杂信息系统、农业应用复杂信息系统和服务业应用复杂信息系統等。从服务对象来区分复杂的信息系统可以分成公共复杂实时信息系统和和专用复杂实时信息系统。
复杂数据网关的设计：物联网网關是建设复杂实时信息系统所需要的关键设备该设备可以和物联网节点一起完成各种环境数据的实时采集，并将采集的数据在初步处理後传输到数据服务中心对于复杂的物联网应用，需要设计具有高性能的物联网网关来满足数据采集和设备控制的需求。
网关功能：复雜信息系统网关的基本组成结构如图9-2所示它涵盖很多功能及接口模块。主要的物联网网关功能模块包括广域网通信接口模块、和谐控制功能模块、来自不同节点的数据包协议转换模块和物联网网关-节点数据通信接口模块
复杂信息系统网关的基本组成结构：
复杂信息系统被监控物体状态反馈流程图
网关系统结构：如图9-4所示，从物联网网关层次结构来看物联网网关功能模块包括4个层次，分别是感知延伸层、协议适配层、标准消息构成层和业务服务层物联网网关的层次结构及各层次功能很好地解决了不同物联网节点无法统一控制和管理的問题，屏蔽了底层通信的差异这可使最终用户不需要知道底层的通信设备的具体细节，就可以实现各种物联网节点的数据采集、配置及設备控制操作物联网网关各层次间的相互作用过程分析如下。
复杂数据的收集
