英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
《从今天的物内联网到未来的物联网：一个无线与移动的世界》
摘要
在这篇文章中，我们提出了物联网的现状，并讨论很多事情的“内联网”当前形势下应如何演变成一个更加综合和异构系统。我们也总结了在我们看来，什么是摆在面前的主要无线移动性相关的技术挑战，并概述了如何这些挑战可以以利于物联网的发展和接受未来几年需要解决的一些初步设想。我们还描述的物联网协议架构的案例研究。
第一节
作者提出了物联网的现状，并讨论很多事物的“内联网”当前形势下应如何演变成一个更加综合和异构系统。
引言
今天的物联网（Internet of Things IoT）酷似几个世纪以前的“狂野西部”。这是一个巨大的，很多未被开发的，没有明确边界的，在目前所有的技术都能发挥作用，并在特设的解决方案往往是常态。管理是非常有限的、对立的、和攻击，同样消费者协会害怕“大哥”式的控制与企业高管害怕一个新的、完全不同的商业模式的情感，会严重阻碍其发展。
但是，正如狂野的西部，由“网上的事物”所提供的似乎无限的能力正在推动在这一领域越来越多的研究和开发解决方案。物联网被视为未来互联网支柱，并在电池寿命，小型化，能量采集，传输协议，以及硬件成本的最新进展正在把其设想越来越接近现实。
物联网的愿景，是智能的连接普遍事物，从而使丰富的进化，以及革命性的应用和服务，提供一个独特的机会。这是第一次将有可能与我们周围的环境进行交互，并接收其状态，这是以前没有的，只需看事情的信息。此外，在物理世界中不仅将有可能积极互连东西，同时也使他们能够交流和利用自己的信息（在“数字化”的世界）。
鉴于在这一领域，从而防止了协同一体化进程的努力目前的碎片化，我们认为有需要一个明确制定的参考架构模型，使不同的系统之间的协同工作。在TCP / IP协议族，在现在互联网普遍应用，从许多不同的协议池出现，而不是“创建”这种从头再来的方式。同样，不是从头开始设计“的”物联网，我们认为更好的方法将是现有的努力和当前的技术集成到一个统一的，无所不在的应用架构，设计开放，灵活的接口，哪里不兼容，就需要制定必要的桥梁的技术连接，从硬件到服务层连接。我们坚信，只有这样的基础性工作将迅速启动物联网时代的到来，对我们的生活，其影响可以预期甚至比互联网带来了更戏剧性的互联网。
对于技术障碍（本文的重点），我们看到了三种不同的领域采取行动的迫切需要：
1. 体系结构参考模型为物联网系统的互操作性，勾勒原则和准则的及其议定书，接口和算法的设计
2. 机制的高效整合这种架构到未来互联网网络基础架构的服务层
3.一种新的解决基础设施建设，使现实世界的实体可扩展的查询和物联网的资源，与交流
这种架构框架将有可能克服的解决方案，在很多事情的“内联网”的存在，对待事物的真正的“互联网”，在这里所有的设备将是一个全球整合系统的一部分，目前碎片和限制。（这个概念的示意图中提供图1）。在这篇文章中，我们将讨论一些在物联网方面涉及无线通信和移动性的主要技术挑战，并概述对可能的解决方案了一些初步的想法。
图1：从目前“内联网”到“物联网”。
第二节
一个为很多模式是成功的关键要求是它集成多种类型的设备，技术和服务的能力。在设备层面，这包括非常多样的特点。
相关工作
“物联网”在美国（超过10年前创造的Auto-ID实验室术语），其中平行的“环境智能”和“普适计算的概念”也正在开发中。自那时以来，出现了一些相当大的发展，在学术界和工业界，在美国以及在欧洲和亚洲。这些发展已经主要一直致力于将RFID技术物流价值链。除此之外，传感器网络已在许多工业环境中施加用于过程监控。第一次试验，以建立终端用户物联网类应用在公共在德国，瑞士和日本已经成立了所谓的“未来商店”。尽管有这些早期的努力，物联网概念的更有远见的方面都只是进行了研究实验室规模的用例，并有更多的空间仍在等待开发和发明的。
物联网概念可以被看作是一个从会聚主题起源发现他们在许多不同的研究流派。它的基石无疑是RFID技术。无线电频率标识符（RFID标识）被首次引入克服条形码技术的局限性，并主要由个人识别符附加到他们关注标记的对象。虽然最初的想法是标记为零售和物流项目，可以预见，RFID标签给我们周围的任何对象的应用程序将开辟发展的破坏性服务数量巨大的可能性。尽管一些隐私问题已经被提出，RFID标识已成为我们日常生活的一部分。尽管RFID技术（例如，在小型化方面）最近的改进，进一步的发展需要来实现，特别是在能量收集和电池，融入材料和成本方面。另外，在其他设备RFID标识，如手机和传感器，它被看作是对的物联网一体化发展的一个重要步骤，是尚未广泛应用。
对于编号和鉴定的问题的组织，有EPC全球（www.epcglobalinc.org）中，IP为智能对象联盟（www.ipso-alliance.org）和泛在ID中心（www.uidcenter.org）目前的目标促进标准，以使RFID互操作性和应用无处不在。虽然这些努力当然是重要的，有价值的，有他们在场上将如何演变的影响和漏洞可能造成不公平性。
传感器网络，这被认为是物联网的另一个支柱，在经历了最近一个类似的发展。大量的研究在过去的几十年中已经完成，不仅在网络协议，包括MAC和路由，而且在微观和纳米技术领域，以及对更高层的问题，如中间件，安全和应用。特别是，技术的进步使得有极为敏感，非常精确的，并且非常小的传感器，结合不同的感测技术以最小化读数误差和校准问题。传感器网络和RFID研究正在慢慢成长一起如传感器节点正在变得更小和更高度集成和RFID标签配备有比要求的只是一个识别码更强的计算能力和存储容量。在将来，我们可以预期，如标签和传感器智能功能部件将固有融入环境，使他们的存在将是普遍的，无处不在。
在无线通信领域，它平行发展出了多个分支。如的ZigBee，蓝牙，无线网络，NFC，都用自己的具体特点和应用领域，都达到了显著的成熟和市场规模。但是，这些协议的碎片可能会再次阻碍对象的互操作性或减缓对物联网统一的参考模型的发展。
今天，当单个应用越来越普遍，对于物联网的统一方法的必要性仍然是一个学术界，工业界和公共机构爱好者促进和发展的小众话题。为了促进物联网作为一个公共接受和执行的范例，并保证相关技术和产品的可持续发展，标准化将是至关重要的，因为这将保证向智能通信对象不可避免的演变将导致一个统一的，集成的系统异构设备（对物联网的“互联网”）中，而不是单独的垂直“孤岛”的解决方案，虽然可能是高度优化的，不能有一个全局范围（的事“内联网”）。在这方面的一些初步努力已经取得，特别是在ETSI; 然而，为了达到必要的规模，不同的区域（例如命名分辨率和不同的设备技术的公共接口定义）需要经过一个相当大的标准化工作也是如此。
在未来几年将面临主要挑战，因此同时涉及显著观念创新，解决了许多开放的问题，并努力使这些概念深入到现实生活中的系统和应用程序。
第三节
如介质访问控制，路由，错误控制和质量的服务的问题就需要在设计中明确地并入本文。这些问题是由部署的异质性和密度的传统（无线）网络显著更加困难。
关键技术问题
鉴于物联网模式的复杂性，需要解决的挑战列表可能非常长。在下面几段，我们将专注于与无线通信和移动性的主要技术障碍。
异质性
其中一个物联网的模式成功的关键是要求它集成尽可能多的设备，技术和服务的能力。在设备层面，这包括数据通信能力（如，数据速率与可靠性），计算和存储能力，能量的供应，在处理不同的技术，流动性等至于服务方面的灵活性非常多样化的功能时，系统最好应开放支持一个巨大的各种不同的应用，其特点和要求可以是极其多样化，在带宽，延迟，可靠性方面等的整个系统的这些异质性特征使得一个统一的框架的设计和通信的协议，是一项非常具有挑战性的工作，尤其是参照无线通信设备具有极大不同级别的功能和性能，并与高度优化垂直设计将涉及一个不可避免的性能下降。
连通性
另一个重要领域涉及如何提供通信能力所涉及的各种装置，在许多情况下将是无线的。如通信能耗，天线设计，不同技术的互操作性（例如，通过认知无线电功能），用于在可能严重受限资源等的动态环境自适应技术问题必须加以解决。这将是更具重要性来了解什么需要连接，以便提供必要的通信能力，同时避免了过多连接的系统变得难以管理（例如，由于过度干扰）。在一个更远的未来情况下，通信的替代的装置也可以考虑，其中包括用于通过有机物示例通信。
规模
如果所有的事情都需要成为这个系统的一部分，另一大挑战就是相关的所涉及的绝对数量。众所周知，在许多节点的存在，从而无法预期将紧密协调的先验，大多数通信方案的性能将受到影响，假设他们可以在所有的工作。在无线情况下，这样的问题进一步恶化，例如，由于具有因通道 - 和移动性有关的动力学的拓扑的一致和稳定的观点的难度，以及介质的固有的不可靠性，这在密集的多跳网络环境中可能会成为一个严重的瓶颈。因此，将对通信协议带来一些挑战。网络的管理在一个大的分布式环境变得非常困难，并且需要找到解决支配的复杂性。尽管这些主题的巨大的文学，这种极端的情况下没有得到充分的研究，和整个系统的数据处理性能，稳定性，公平性，可靠性等方面的行为将需要重新审查。有关其它方面（例如，异质或寻址）的挑战也将受到非常大的数目涉及的设备而加剧。
命名，寻址和识别
识别对象是物联网的主要支柱之一。一个关键问题是如何分割设备的位置和识别。虽然对于IPv4存在的解决方法，以及一些机制IPv6中被引入到支持因特网的移动性，现有的识别机制及其共存，在不同的系统有效地利用异质使这个问题更广泛和更复杂的解决为RFID标识。虽然RFID世界已经通过初步使用EPC的识别为主，UID 最近获得了普及作为一个更灵活的选择。未来标识方案将不得不接受现实世界的各种实体，如地方或众生，使世界各地汇聚到一个单一的方案不大可能（更不用说关于治理的政治考虑）。因此合适的解决方案必须能够-涉及间接异质方案中，还考虑异类的位置、标识拆分技术，在不同的系统界限。
隐私与安全
有关具有学习和推理能力，并能收集和存储关于环境的数据是这样的数据，可以使用（或滥用）的方式普适系统成为一个主要的社会问题。此外，在系统被称为作用于物质现实，由恶意入侵者与系统篡改可能会导致在性能，运行中断，盗窃，甚至安全危害方面严重后果的应用程序。在无线的物联网方面，除了对于窃听无线信道的明显的弱点，设备的严重约束性质和有限的可用带宽，使其非常具有挑战性的经由具有有限空间的消息交换简单的算法提供有效的安全机制。我们观察到，这些隐私和安全的问题并非只在这样的环境中，但需要在各种系统加以解决，从而使已存在的或在不同的上下文正在开发一些概念可容易被再利用。
自我管理功能
为了支持物联网的预期比例，设备将需要自我管理而无需外部干预。配件和管理机制以及信息模型将必须被定义考虑到这种部署规模。互联网的成功在于其简约尽力而为的服务方式。当尝试一个同样简单的方法适用于物联网的体系结构，我们必须面对的复杂性呈指数增长了数十亿异构设备的连接会带来，这将要求上下文感知，自我组织，自我管理，自我优化，自愈和自我保护功能。在无线情况下，增加的拓扑动力学和由于信道波动和可能的设备的移动性，以及信令和控制消息的丢失的故障可能性，可能使这些问题更加具有挑战性，并且更重要是要求方案的坚固性而不是效率。
能源管理
能源在其各个阶段（采集，存储和处理）是一个主要问题，不仅在物联网领域，但更一般的社会大众。新颖的解决方案，最大限度地提高能源效率的发展是至关重要的。在这方面，目前的技术是不够的，而且现有的处理能力和能量容量太低。更新的，更有效的和紧凑的能量存储源，例如电池，燃料电池，和印刷、聚合物电池，在使用能量转换新能量产生装置耦合能量的传递方法或能量收集，以及非常低功率的电路一起发展和高效节能的架构和协议套件，将是推出自主无线智能系统的关键因素。
第四节
其中一个是在当前互联网架构的成功作出贡献的主要因素是IP的核心地位。由于各种各样的属于很多技术和服务是更为广泛，我们认为构建是在一个类似的概念为中心的架构将是其成功的关键。
建立一个解决方案
毫无疑问，在各个领域的综合性研究工作是必需的，为了拿出物联网所需的架构基础。至于一般性讨论聚焦于贡献的关键技术物联网的挑战是如何被解决，在这部分我们主要关注三个无线相关的问题，并提供了一个案例研究物联网的体系结构实现作为一个具体的例子。
通信与网络密集环境
有效的通信和联网的大密集异构环境需要支持的多种无线接口，诸如干扰的智能（或认知）的管理和信道分配、介质访问分布式管理共存较低层协议。通信协议利用该本地为了对付规模化是一个有希望的方法，如在物联网许多相互作用预计发生局部的物理共同定位设备之间，并且不要求全球端至端相互作用的支持，如在“传统”的互联网。需要的地方，端至端的交互，可以通过聚合的智能方式，例如解决，通过允许的对象和相关的物联网资源的嵌套聚合处理的规模，利用对象之间的物理接近和相互关系，一般（例如放置在容器中）的使用寻址或用于发现的对象。
如介质访问控制，路由，错误控制和质量的服务的问题就需要在设计中明确地并入本文。这些问题是由部署的异质性和密度的传统（无线）网络显著更加困难。定在该系统和大多数涉及的装置的有限带宽，能源，存储和通信能力动力学的潜在的高级别，以保持和处理状态的需要，应保持在最低限度。此外，其提供的能力生存坏的信道条件或临时（或即使长时间）缺乏连通性鲁棒方案将是在这方面最重要的。在我们看来，将以下组分将在开发具有上述特征的溶液中
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[147778]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
