浅谈物联网技术

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第一章 绪论 ........................................................................................................................................... 3 第二章 物联网基础理论 ....................................................................................................................... 5 2.1物联网的概念 ............................................................................................................................... 5 2.2物联网的特点 ............................................................................................................................... 5 2.3物联网的总体架构与组成 ........................................................................................................... 5 2.3.1感知层 ........................................................................................................................................ 6 2.3.2网络层 ........................................................................................................................................ 6 2.3.3应用层 ........................................................................................................................................ 7 2.4本章小结 ....................................................................................................................................... 7 第三章 物联网技术构成 ....................................................................................................................... 8 3.1物联网基础技术 ........................................................................................................................... 8 3.1.1射频识读器 ................................................................................................................................ 8 3.1.2传感器与无线传感器网络 ........................................................................................................ 8 3.1.3嵌入式智能技术 ........................................................................................................................ 8 3.2物联网核心技术 ........................................................................................................................... 9 3.2.1RFID技术 ................................................................................................................................... 9 3.2.2EPC编码技术 ........................................................................................................................... 10 3.2.3资源寻址技术 .......................................................................................................................... 10 3.3物联网支撑技术 ......................................................................................................................... 11 3.3.1物联网中间件技术 .................................................................................................................. 11 3.3.2物联网名称解析服务技术 ...................................................................................................... 11 3.3.3物联网系统信息服务技术 ...................................................................................................... 11 3.4物联网应用技术 ......................................................................................................................... 12 3.4.1面向服务的体系架构 .............................................................................................................. 12 3.4.2云计算 ...................................................................................................................................... 12 3.5本章小结 ..................................................................................................................................... 12 总结 ....................................................................................................................................................... 13 参考文献 ............................................................................................................................................... 14

第二章 物联网基础理论

第一章 绪论

长期以来，人类对物理信息的刚性需求促使了传感器技术不断地发展和完善。1978年，美方提出传感网络（Sensor Network）的概念。美国国防部高级研究计划局（DARPA）也开始资助分布式传感器网络的研究。但当时的研究仅局限于由若干具体无限通信能的传感器节点自组织构成的网络。从此，美国很多大学和企业都开始研究无线传感器网络。

在互联网飞速发展的大背景下，传感网技术及RFID技术的发展和应用，导致“泛在网”的概念被诸多国家所重视。“泛在网（Ubiquitous ）”即广泛存在的网络，它以无所不在、无所不包、无所不能为基本特征，以实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信为目标。构建“泛在网络社会”，带动信息产业的整体发展，已经成为一些发达国家和城市追求的目标。

M2M是指将数据从一台终端传送到另一台终端，即机器与机器（Machine to Machine）的对话。但广义上说，M2M涵盖了所有实现人、机器、系统之间通信连接的技术和手段，即包括了：机器对机器（Machine to Machine）、人对机器（Man to Machine）、移动网络对机器（Mobile to Machine）之间的连接与通信。

在传感网、泛在网概念的基础上，加上FRID、M2M技术的发展，人们重新思考人与物、物与物之间的信息交互和工作组织。1995年，比尔盖茨在《未来之路》中首次提出“物联网”的概念。受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，当时并未引起人们的重视。直到2005年11月，“物联网”的概念才被正式提出：国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》。该报告全面、透彻分析了物联网的关键技术、市场机遇与挑战，并展望了物联网对社会模式和人类生活的改变。2009年1月，IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”的构想，其中物联网成为“智慧地球”不可或缺的一部分。通过“互联网”将“物联网”整合起来，从而使人类能以更精细和动态的方式管理生产和生活，实“智慧”状态，形成“互联网+物联网=智慧的地球” [2]。从宏观层面上说，“智慧地球”的理念深化了物联网的认识。同年9月15日，CERP-IOT发布的《物联网战略研究路线图》报告中，对物联网提出了新的概念。他们认为物联网是未来Internet的一个组成部分，可定义为基于标准的和可互操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”是具有标识、物理属性和实质上的个性。通过智能接口可实现与信息网络的无缝整合。物联网作为一个新兴产业，物联网引起了多国

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的广泛关注，各国纷纷将物联网的发展提上议事日程。

在国外，对物联网的研究主要集中在美国、欧盟、日本、韩国等少数国家，其最初的研究方向主要是条形码、RFID等技术在商业零售、物流领域应用，随着技术的发展，今年来其研究、应用开始拓展到环境监测、生物医疗、智能基础设施等领域。

在美国，物联网已经开始在军事、工业、农业、环境监测、建筑、医疗、空间和海洋探索等领域投入应用。如美国国防部的“智能微尘”（SMART DUST）、国家科学基金会的“全球网络研究环境”（GENI）等项目。

物联网在欧盟作为经济刺激计划的一部分，除了进行大规模的研发外，欧盟物联网已经在智能汽车、只能建筑等领域进行应用。

在日本，物联网包含在其提出的“泛在（Ubiquitous）”概念中，并服务于“U-Japan”战略及后续的信息化战略。通过这些战略，日本开始推广物联网在电网、远程监测、只能家居、汽车联网和灾难应对等方面的应用。

2009年10月，韩国出台了《物联网基础设施构建基本规划》。提出到2012年实现“通过构建世界最先进的物联网基础设施，打造未来广播通信融合领域超一流信息通信技术强国”的目标，并确定了构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境四大领域、12项详细课题[3]。

在国内，2009年8月总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物联网应用也提出了一些看法和要求。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“工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大关注，多家高校、研究机构、企业都积极研发物联网的软、硬件。目前已形成基本齐全的物联网产业体系，网络通信相关技术和产业支持能力与国外差距相对较小，但传感器、RFID （无线射频技术）等感知端制造产业、高端软件与集成服务与国外差距相对较大

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第二章 物联网基础理论

第二章 物联网基础理论

2.1物联网的概念

物联网作为一个新兴的领域，人们对它仍处于探索和发展的过程。对物联网的定义，不同的专业，不同的技术，不同的部门，都有着不同的描述和定义。目前，普遍认可的定义是：通过射频识别技术、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按规定的协议，将任何物品通过有线或无线方式与互联网连接，进行通信和信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。认可的一种是：通过射频识别技术、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按规定协议，将任何物品通过有线与无线方式与互联网连接，进行通信和信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

对于物联网的定义，我们可以这样理解：一、物联网是以计算机系统作为基础和支撑，是以计算机网络为核心进行延伸和扩展而成的网络；二、物联网的用户端已延伸和扩展到众多物品与物品之间。物品与物品之间进行数据交换和通信，从而实现许多新的系统功能。

2.2物联网的特点

随着物联网的不断发展和延伸，它已在现有网络概念的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网主要有以下四个特点：一、连通性。国际电信联盟认为，“连通性”主要有三个维度：任意时间的连通性（Anytime Connection），任意地点的连通性（Any Place Connection）,任意物体的连通性（Anything Connection）。二、技术性。物联网的发展依赖众多技术的支持，如射频识别技术、传感技术、纳米技术、智能嵌入技术等等。它代表了未来计算与通信技术的发展趋势。三、智能性。物联网将人类所处的物质世界最大程度的数字化、网络化，使得世界中的物体能以传感方式、智能化方式关联起来，同时网络服务也得以智能化。四、嵌入性。嵌入性主要体现在两个方面：一是各种物体被嵌入到人类环境中；二是物联网提供的网络服务将被无缝地嵌入到人们的日常工作和生活中。

2.3物联网的总体架构与组成

从技术架构上来看，物联网可以分为三层：感知层、网络层和应用层，具体如图2-1所示。物联网各组成部分有机结合，分工协作，实现物与物之间的相互沟通[5]。

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应用层网络层感知层物流军事传输农业交通调用处理安全监控医疗护理存储感知工具感触传输网实体感触端

图2-1 物联网的基本结构

2.3.1感知层

物联网的作用对象是由物理实体的集合构成的物质实体。物联网的感知层就是通过对物质实体的感知布局，实现对物质实体的属性的感知、采集，使之成为可识读和传输的载体。

感知层是由实体感触端、感触传输网与感知工具构成。实体感触端是物联网对物质实体属性信息进行直接接触的载体。它与物质世界紧密相连，是物联网网络的末梢节点。感触传输网是物质实体的属性信息进行传输的网络。感知工具是将物质实体的属性信息转化为可在网络层进行传输的信息的工具。

目前，运用于物联网感知层的技术和设备有：二维码、RFID标签和读写器、标签和识读器、GPS、传感器、M2M终端、传感器网络等。在物联网的发展过程中，感知层所追求的是更安全、更敏感的感知能力，降低功耗、成本和小型化。

2.3.2网络层

物联网的网络层是通过相关工具和媒介对感知层所获得信息进行汇集、处理、储存、调用、传输。其中，汇集工具是将感知层采集终端的信息进行集中，并接入物联网的传输体系；处理工具负责对传输信息进行选择，纠正，以及转化等处理工作；存储工具主

第二章 物联网基础理论

要负责对信息进行存储；调用工具是以某种方式实现对感知信息进行准确调用；传输工具是指通过用可传递感知信息的传输介质构建传输网络，是感知信息传递到物联网的任何工作节点上。

物联网的网络层各功能要素的实现水平，决定了整个物联网体系的工作效率和服务质量。目前，网络层在传输容量、海量信息处理、传输速率、传输安全等方面寻求进一步的发展。

2.3.3应用层

应用层将物联网技术与各类行业应用相结合，实现无所不在的智能化应用，如物流、安全监测、农业、灾害监控、危机管理、军事、医疗护理等领域。物联网通过应用层实现信息技术与各行业专业应用的深度融合。它是实现物联网社会价值的部分，是物联网拓宽产业需求、带来经济效益的关键，还是推动物联网产业发展的原动力。拓宽产业领域、增加应用模式、创新商业运营模式，推进社会化的信息共享是物联网应用层未来的发展方向[6]。

2.4本章小结

本章从物联网的概念、特点、总体架构及组成四个方面阐述了什么是物联网，为后续的系统研究奠定了理论基础。

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第三章 物联网技术构成

物联网基础技术、核心技术、支撑技术、应用技术和安全技术构成了物联网技术。

3.1物联网基础技术

3.1.1射频识读器

射频识读器是射频识别系统的重要组成部分，其基本任务是激活标签。在射频识别系统中，射频识读器读出标签中的信息，将标签所需存储的信息写入标签，与标签建立通信并在应用软件和标签之间传输数据，将信息传输至射频识别系统中，进行信息的识别处理[7]。

目前，EPC标签识读器和RFID标签识读器的运用最为广泛，两者的区别在于：EPC电子编码标签必须按照EPC规则编码，并遵循EPC标签与EPC读写器之间的空中接口协议。而RFID标签识读器则不需要。

3.1.2传感器与无线传感器网络

传感器是一种检测装置，用于获取物质实体的实时信息，如温度、适度，以及其他的物理、化学变化等信息，实现物体的感知、识别、采集、捕获信息[8]。传感器将检测到的信息按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息，已满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求[9]。传感器能对物体动态和静态属性进行标识。静态属性可直接存储在标签中，通过RFID技术进行识别。动态属性需要传感器进行实时探测。

无线传感网络（WSN）是由传感器节点构成的网络。它实时地感知、采集、监测节点部署区内的各种信息，对信息进行处理，然后通过无线网络发送至网络终端[10]。无线传感网络已广泛应用于环境监测、军事侦察、智能家居、工业生产控制等领域。

3.1.3嵌入式智能技术

嵌入式智能技术是针对具体的应用特点设计的专用嵌入式系统。嵌入式系统是以应用为中心，计算机技术为基础。嵌入式系统及其相关技术在机电一体化控制、生产制造、工业的智能监控及智能家居等领域有所应用。它通常潜入在大的设备中，不容易让人察觉，如手机、微波炉、空调中的控制部件都属于嵌入式系统[11]。

嵌入式系统与通用计算机技术有所区别。通用计算机更多是根据人发出的制定进行工作，而嵌入式系统更多是根据自己“感知”的事件自行处理，它对时间性和可靠性的要求更高。

第三章 物联网技术构成

3.2物联网核心技术

3.2.1RFID技术

RFID技术利用感应、无线电波进行非接触双向通信，达到自动识别和数据交换的目的。RFID系统是由电子标签、读写器、计算机网络和应用程序及数据库组成的自动识别和数据采集系统。电子标签是RFID系统的数据载体，由耦合元件和芯片组成。在RFID系统中，每个电子标签都有全球唯一的电子编码。天线是电子标签和读写器传递射频信号的装置。读写器是读取或写入电子标签信息的设备。它通常与计算机连接进行信息的进一步处理[12]。

RFID系统的工作原理是：读写器通过天线在一个区域内发送射频信号，电子标签进入其信号范围内会被触发，产生感应电流，获得能量，将存储在电子标签芯片内的信息发送到RFID读写器。FRID读写器接收到信息后，传送到RFID数据管理系统，再将数据传输至数据库服务中心[13]。RFID的系统结构与工作原理如图3-1所示：

数据库服务器域RFID数据处理系统RFID标签RFID标签

图3-1 RFID的系统结构与工作原理

RFID技术作为物联网的核心技术，凭借其信息容量、抗干扰能力、保密性、使用寿命和智能化等方面的突出优势，现已在不同的行业领域中得到了广泛的运用。在交通领域，高速公路的不停车收费系统，铁路车号自动识别系统，以及在公交枢纽管理中心

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等。在物流领域，物流过程中货物的跟踪、信息的自动采集、仓储管理等，都广泛运用到RFID技术。

3.2.2EPC编码技术

EPC编码体系是目前应用最广泛的编码标准。美国统一代码协会和国际物品编码协会于2003年9月共成立了非营利性组织：EPCglobal,是EPC(Electronic Product Code)产品电子代码在全球的管理机构，主要负责全球范围内对各个行业建立和维护EPC网络。通过发展和管理EPC网络标准来提高供应链上贸易单元信息的透明度和可视性，以此来提高全球供应链的运作效率。EPC编码技术是利用EPC编码体系对物品的编码进行信息的采集[14]。

EPC作为唯一标识物品的电子代码，它是数据库中无数的动态数据能与EPC标签相连接。EPC码主要有位、96位和256位3种编码结构，有EPC-、EPC-96、EPC-256三种标准。目前，使用最多的是EPC-，新一代的EPC(RFID)标签将采用EPC-96的标准。EPC标准不会在短时间内完全取代现有的编码标准，而是将现实与其他主流编码进行兼容[15]。

EPC编码结构主要包括版本号、域名管理、对象分类、序列号四个部分。版本号：标识EPC编码结构的版本，他决定了EPC代码的总长、识别类型和具体的编码结构。域名管理者：用于唯一标识一个组织实体。通常用作描述与EPC相关的生产厂商的信息。对象分类：用于识别某一物品类型。序列号：用于唯一标识某一具体的物品。域名管理者负责为每一个对象分类代码分配唯一的、不重复的序列号。

3.2.3资源寻址技术

因为物联网存在跨域通信的情况，所以它同样需要网络资源寻址技术，从而实现资源名称到相关资源地址的寻址解析。物联网资源寻址技术的核心是完成由物品编码到相关资源地址的寻址过程。它是实现全球物品信息定位和跨域信息交流的关键技术[16]。

物联网编码结构与互联网结构存在差异，物联网资源寻址技术与互联网不尽相同。它不仅要支持物品名称与其对应的特定信息资源地址的寻址解析，还要支持物品名称到与其相关的诸多信息资源地址的寻址与定位。因此，物联网资源寻址的输出信息不仅局限于地址本身，而应扩展为生成物联网资源地址所需的信息，该信息可以本身就是物联网资源地址，也可以是将其他物联网资源名称转换为间接资源地址所需的地址生成信息。物联网中完成转换所用到的信息需要通过物联网资源寻址技术来获取。物联网资源

第三章 物联网技术构成

寻址的输出信息称为物联网资源地址信息。

3.3物联网支撑技术

3.3.1物联网中间件技术

物联网中间件（IOT Middleware）是一个软、硬件集成的桥梁，负责实现RFID硬件和配套设备的信息交换和管理，完成与上层复杂应用的信息交换。在RFID应用框架中，它起到一个中介的与作用，屏蔽前端硬件的复杂性，并把采集的数据发送到后端的IT系统[17]。

在应用中，物联网中间件主要有以下两个作用：一、控制RFID读写设备。保证RFID读写设备按照预定的方式工作，保证不同读写设备能相互配合、协调；二、过滤数据。按一定的规则筛选绝大部分冗余数据，将真正有效的数据传送给后台的信息系统。在应用程序中使用中间件所提供的一组通用的应用程序接口（API），能直接连到RFID读写器，读取RFID标签数据[18]。

3.3.2物联网名称解析服务技术

物联网名称解析服务（IOT Name Service，IOT-NS）是负责将标签ID解析成其对应的网络资源地址的服务[19]。例如，客户端有一个请求，需要标签号为“123456”的一个产品的详细信息，IOT-NS服务器接到请求后将标签号转换成资源地址。然后从资源服务器上查到此产品的详细信息，如生产日期、成本、型号等。

目前比较成熟的名称解析服务解决方案是EPC系统中的对象名解析服务(Object Name Service,ONS)。它是联系物联网中间件和信息服务的网络枢纽，指明了存储产品相关信息的服务器，将产品电子代码匹配到相应商品信息中。ONS的作用是通过电子产品代码，获取EPC数据访问通道信息。

读写器将RFID标签信息发送到本地服务器，本地服务器将这一信息转化为抽象的统一资源标识（Universal Resource Identifier，URI），并把这个URI数据提交到本地ONS服务器上，ONS把URI转化成两个部分：域名和根据名称权威指针（Naming Authority Pointer,NAPTR）记录的与这个域名相对应DNS询问。

3.3.3物联网系统信息服务技术

物联网架构中的信息服务系统（EPCIS）是以实体标语言（Physical Marup Language,PML）作为系统信息的描述语言，对网络监控信息以及读写器读取的信息进行处理和发布的信息服务系统。EPCIS在物联网系统中的主要作用是提供一个接口，用于

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存储并管理所捕获的信息。EPCIS只提供标识对象的信息接口，它可以连接到现有数据库，应用信息系统，也可以存储为PML文档。其建立的关键就是用PML来组建EPCIS服务器，完成EPCIS的工作。而PML Core和PML Extension两部分组成了PML，PML Core主要应用于读写器、传感器、EPC中间件和EPC信息服务器之间的信息交换；PML Extension主要应用于整合非自动识别的信息和其他来源的信息。

3.4物联网应用技术

3.4.1面向服务的体系架构

近年来，很多行业推出了自己面向服务的应用平台，提出将服务支撑平台运用到企业物联网中。面向服务的体系架构（Service Oriented Architecture，SOA）是一个基于标准的软件开发、组织和设计方法的架构，其整体设计是面向服务的。SOA利用一系列标准化的网络共享服务，是IT技术和应用能够更紧密地服务于企业的业务流程，适应企业业务流程的动态变化，通过标准化的方式来屏蔽技术的异构性和复杂性。SOA的应用能实现数据信息动态的获取与实时的传输，实现“无处不在”的数据信息服务，使企业业务流程更加自动化与智能化，管理更加透明化[20]。

3.4.2云计算

云计算是一种全新的网络服务模式，它以网络为核心，是传递服务和信息的综合，实现了真正的网络协作[21]。其基本原理是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。

云计算的基础架构通过硬件资源的虚拟化，屏蔽软件对硬件的相关性，增强系统的可维护性和快速部署能力，大幅提高了业务系统的弹性和灵活性，其关键技术包括有：数据存储技术、数据管理技术和服务改善技术等。云计算平台的作用是在物联网应用中实现对物联网的海量数据存储及计算，最终实现企业与网络的链接，是客户通过服务交互的方式获取所需的信息[22]。

3.5本章小结

本章重点研究物联网技术的构成，详细分析了物联网基础技术、核心技术、支撑技术、应用技术和安全技术。

总 结

总结

为了满足物质需求，人类不断地改革和创新、不断利用自然和改造自然。这过程可大致分为五个阶段。第一阶段：原始的生产。这是为了满足人类的衣食住行等基本需求，而产生的人与物之间发生的以人为主导的关系与作用。第二阶段：交换。此阶段是通过人与人的沟通来实现人与物之间的关系和作用。第三阶段：科学技术的发展（工业）。科学技术扩大了参与这种关系和作用的人和物的范围，提高了效率。第四阶段：互联网时代。此阶段，人与人通过互联网的平台进行沟通，交流。互联网丰富了信息获得的渠道，提高了沟通的效率。第五阶段：物联网时代[21]。随着人类智能技术和传感技术的发展，人与物关系和作用有了新模式和新设想。通过物联网平台，无欲无可以直接进行沟通，无需通过人作为沟通媒介。

物联网集合了编码技术、射频识别技术、网络技术等，突破了传统资产信息获取模式的瓶颈，可以对单个信息实现自动、快捷、实时、并行、非接触式处理，并通过网络实现信息共享，使企业的管理者能及时、准确、全面地获取所需信息。掌握、研究物联网技术，能更好结合到现代企业管理当中，提高管理效益。

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参考文献

[1] 吴勇毅．IBM“智慧地球”是救世主还是乌托邦？[N]．通信信息

报．2009-03-11(B13)．

[2] 朱国平．国内外物联网产业发展动态[J]．杭州科技,2010．

[3] 杨永志，高建华．试论物联网及其在我国的科学发展[J]．中国交通经济,2010． [4] 沈苏彬,范曲立,宗平．物联网的体系结构与相关技术研究[J]．南京邮电大学

学报：自然科学版,2009,29(06) ：1-11．

[5] 吴功宜．智慧物联网-感知中国和世界的技术[M]．北京：机械工业出版

社,2010．

[6] 饶运涛，邹继军．电子标签技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2011． [7] 汪亮．物联网主要关键技术发展简述[J]．杭州科技,2010(1):15-17． [8] 樊尚春．传感器技术及应用[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2010． [9] 王保云．物联网技术研究综述[J]．电子测量与仪器学报,2009,23(12) ：1-7． [10] 韩宝安．嵌入式系统[M]．成都：电子科技大学出版社, 2010．

[11] 周晓光，王晓华. 射频识别(RFID)系统设计、仿真与应用[M]．北京：人民

邮电出版社，2008．

[12] 董丽华．RFID技术与应用[M]．北京：电子工业出版社,2008：10-15 [13] 王忠敏．EPC技术基础教程[M]．北京：中国标准出版社，2004． [14] 田景熙．物联网概论[M] ．南京：东南大学出版社, 2010.11． [15] 庞晓提．信息系统工程[J] ．天津市信息中心, 2012 (1)．

[16] 宁焕生，张彦．RFID与物联网：射频、中间件、解析与服务[M]．北京：电

子工业出版社,2008．

[17] 张鸿涛．物联网关键技术及系统应用[M]．北京：机械工业出版社,2012． [18] 武奇生．物联网技术与应用[M]．．北京：机械工业出版社,2012． [19] 周洪波．物联网：技术、应用、标准和商业模式[M]．北京：电子工业出版

社,2010．

[20] 王鹏.走近云计算[M]．北京：人民邮电出版社,2009．

参考文献

[21] 王喜富．物联网与物流信息化[M]．北京：电子工业出版社，2011．