物聯(lián)網(wǎng)技術課件第一章物聯(lián)網(wǎng)簡介匯編資料

1、第一章物聯(lián)網(wǎng)簡介張光河Email: 2參考書目l物聯(lián)網(wǎng)概論：物聯(lián)網(wǎng)概論：張光河 主編，人民郵電出版社，2014-9-1。ISBN：9787115361158（淘寶，當當均有售）l物聯(lián)網(wǎng)架構物聯(lián)網(wǎng)架構物聯(lián)網(wǎng)技術與社會影響物聯(lián)網(wǎng)技術與社會影響3大綱l物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生背景l(fā)物聯(lián)網(wǎng)的核心技術l物聯(lián)網(wǎng)的主要特點l物聯(lián)網(wǎng)的應用前景l(fā)物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)4物聯(lián)網(wǎng)的由來2009 “”2008 IBM “智慧地球智慧地球” 2005 國際電信聯(lián)盟國際電信聯(lián)盟 ITU互聯(lián)網(wǎng)報告互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)，指出，指出無所不在的無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨通信時代即將來臨 1995 Bill Gates 未

2、來之路未來之路 物物互聯(lián)物物互聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)的基本思想出現(xiàn)于20世紀90年代51995未來之路 l蓋茨在書中寫道：“雖然現(xiàn)在看來這些預測不太可能實現(xiàn)，甚至有些荒謬，但是我保證這是本嚴肅的書，而決不是戲言。十年后我的觀點將會得到證實。” 6未實現(xiàn)篇（一）l 未來之路中寫道：用戶遺失或遭竊的照相機將自動發(fā)回信息，告訴用戶它現(xiàn)在所處的具體位置，甚至當它已經(jīng)身處不同的城市。評注：十分不幸，蓋茨的這一預言并沒有實現(xiàn)。但現(xiàn)在的手機大多有拍照功能，從這個角度來看，我們用來發(fā)信息的手機同時也是照相機，因此并不能說蓋茨完全錯誤。l 未來之路中寫道：如果您的孩子需要零花錢，您可以從電腦錢包中給他轉(zhuǎn)帳5美元。此外，當您駕

3、車駛過機場大門時，電腦錢包將會與機場購票系統(tǒng)連接，檢驗您是否購買了機票。評注：如今的信用卡及Ebay的PayPal服務最接近比爾蓋茨的預測，然而迄今為止電子貨幣時代還遠遠沒有到來。7未實現(xiàn)篇（二）l 未來之路中寫道：未來人們在觀看電影飄時，可以用自己的面孔替換片中的嘉寶等知名演員，實實在在體會一下當明星的感覺。評注：這種電影卡拉ok技術至今為止還沒有出現(xiàn)。不過您可以在觀看電影的時候關掉聲音，用自己制作的字幕來自娛自樂一下。l 未來之路中寫道：您可以親自進入地圖之中，方便的找到每一條街道或每一座建筑。 評注：這就是三維版本的MapQuest，但目前還沒有實現(xiàn)。8實現(xiàn)篇（一）l 未來之路中寫道：未

4、來您將可以選擇收看自己喜歡的節(jié)目，而不是被動的等著電視臺播放。l 評注：蓋茨的這一預言很早就得以實現(xiàn)，Tivo技術出現(xiàn)在1997年。l 未來之路中寫道：如果您計劃購買一臺冰箱，您將不用再聽那些喋喋不休的推銷員嘮叨，因為電子公告板上有各種正式和非正式的評價信息。l 評注：用戶已經(jīng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)找到各種有用的信息，在電子購物方面我們要感謝亞馬遜和S的努力。 9實現(xiàn)篇（二）l 未來之路中寫道：一對鄰居在各自家中收看同一部電視劇，然而在中間插播電視廣告的時段，兩家電視中卻出現(xiàn)完全不同的節(jié)目。中年夫妻家中的電視廣告節(jié)目是退休理財服務廣告，而年輕夫婦的電視中播放的是假期旅行廣告。 評注：定制廣告業(yè)務至今還

5、沒有完全實現(xiàn)，不過Open和Navic等公司已經(jīng)開始向廣播公司和廣告客戶推銷這一技術。l 未來之路中寫道：音樂銷售將出現(xiàn)新的模式。那些對光盤和磁帶等耗材產(chǎn)品感到頭疼的用戶將不會再受到磨損的困擾，未來的音樂將存儲在一臺服務器上，供用戶通過互聯(lián)網(wǎng)下載。10ITU互聯(lián)網(wǎng)報告互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng) l 第一章，物聯(lián)網(wǎng)簡介，探索了物聯(lián)網(wǎng)下的關鍵技術遠景，如全域網(wǎng)絡（Ubiquitous Networks，又譯泛在網(wǎng)絡）、下一代網(wǎng)絡（NGN）和全域計算。 l 第二章，可用技術，檢視了那些能夠引導未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術，包括無線射頻識別（RFID）、傳感網(wǎng)技術、智能器件、納米技術和小型化技術。 l

6、 第三章，市場機會，探索了這些技術的市場潛力和抑制市場增長的因素。文章選取了部分行業(yè)的新商業(yè)模型作為范例，描繪了物聯(lián)網(wǎng)如何做到改變產(chǎn)業(yè)基石。 11ITU互聯(lián)網(wǎng)報告互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)l第四章，潛在挑戰(zhàn)，思考了阻礙物聯(lián)網(wǎng)標準化和廣泛部署的障礙，如日益增長的隱私關注。 l第五章，發(fā)展中國家的機遇，提出了一些物聯(lián)網(wǎng)技術能夠給發(fā)展中國家?guī)淼囊嫣?，這些益處將能使這些國家成為先鋒用戶和市場催化劑。 12ITU互聯(lián)網(wǎng)報告互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)l第六章，美好前景，將上述內(nèi)容融合到一起，總結(jié)了在未來十年我們的生活方式將會被如何改變。 l第七章，新生態(tài)系統(tǒng)，總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)帶來的影響社會發(fā)

7、展、人類生活和電信行業(yè)的全新生態(tài)系統(tǒng)。13智慧地球2008年11月，IBM總裁提出:l讓社會更智慧地進步l讓人類更智慧地生存l讓地球更智慧地運轉(zhuǎn)l其愿景(三個維度)： 更透徹地感應和度量世界的本質(zhì)和變化 更全面地讓世界互聯(lián)互通 更深入地讓事物、流程、運行方式智能化14感知中國l2009年 8月 7日，溫總理提出感知中國l溫家寶總理指出：“在傳感器發(fā)展中，要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術”，“盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫感知中國中心”。 15Radio Frequency Identificationl1999年，美國麻省理工學院（MIT） Auto ID中心，提出EPC系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)概

8、念lElectronic Product Code, EPC:電子編碼lRadio Frequency Identification, RFID:(無線)射頻識別 16什么是物聯(lián)網(wǎng)？l物聯(lián)網(wǎng)實際是中國人的發(fā)明，整合了美國CPS(Cyber Physical Systems)、歐盟IoT（Internet of Things)和日本U Japan等概念。l普通對象設備化l自治終端互聯(lián)化l普適服務智能化17傳感網(wǎng)的定義(MIT,1999)l通過 RFID、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)

9、控和管理的一種網(wǎng)絡概念。18IOT的基本定義l指將各種信息傳感設備，如 RFID裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡連接在一起，方便識別和管理。19中國移動通信的定義l 物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設備，如傳感器、射頻識別(RFID) 技 術 、 全 球 定 位 系 統(tǒng) 、 紅 外 感 應 器 、 激 光 掃 描 器 、氣體感應器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個巨大網(wǎng)絡。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的

10、物品與網(wǎng)絡的連接，方便識別、管理和控制。( http:/ ,中國移動通信 )20百度百科的定義l 物聯(lián)網(wǎng)指的是將無處不在的末端設備和設施，包括具備 “內(nèi)在智能 ”的傳感 器、 移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、 樓控系統(tǒng) 、家庭智能設施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等、和 “ 外在使能 ” 的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)、攜帶無線終端的個人與車輛等等 “智能化物件或動物 ”或 “智能塵埃 ” ，通過各種無線和/或有線的長距離和/或短距 離通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M)、應用大集成 （Grand Integration) 、 以 及基于云計算的SaaS 營運等模式，在內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)、和/或互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，采用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制，

11、提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持 、 領 導桌 面（ 集中展示的Cockpit Dashboard) 等管理和服務功能 ，實現(xiàn)對 “萬物 ”的 “高 效 、節(jié)能、安全、環(huán)保 ”的“管、控、營 ”一體化。 （ http:/ ）21物聯(lián)網(wǎng)定義（官方）l指通過信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡（2010年3月，我國政府工作報告所附的注釋中物聯(lián)網(wǎng)定義）22普適計算l199

12、9年，IBM提出普適計算(又叫普及計算)的概念 l普適計算（Pervasive Computing / Ubiquitous Computing）指的是，無所不在的、隨時隨地可以進行計算的一種方式；無論何時何地，只要需要，就可以通過某種設備訪問到所需的信息。 23傳感網(wǎng)l隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點，通過自組織的方式構成的無線網(wǎng)絡 l20世紀90年代末，傳感網(wǎng)起步24傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)絡傳感網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)泛在網(wǎng)25大綱l物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生背景l(fā)物聯(lián)網(wǎng)核心技術l物聯(lián)網(wǎng)主要特點l物聯(lián)網(wǎng)的應用前景l(fā)物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)26物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構l感知層l網(wǎng)絡層l應用層27物聯(lián)網(wǎng)的重要特征l全面感

13、知全面感知，利用 RFID，傳感器，二維碼等隨時隨地獲取物理世界的信息l可靠傳遞可靠傳遞，通過各種電信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去l智能處理智能處理，利用云計算，模糊識別等各種智能計算技術，對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制28感知層l感知和識別物體，采集和捕獲信息l完成信息的收集與簡單處理l主要由傳統(tǒng)的WSN、RFID和執(zhí)行器組成l包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器和M2M終端、手持終端、傳感器網(wǎng)絡和傳感器網(wǎng)關等29技術舉例：RFIDl基本組成：工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為標簽，閱讀器和天線三大組件。l工作原理：閱

14、讀器通過天線發(fā)送電子信號，標簽接收到信號后發(fā)射內(nèi)部存儲的標識信息，閱讀器再通過天線接收并識別標簽發(fā)回的信息，最后閱讀器再將識別結(jié)果發(fā)送給主機。30技術舉例：傳感器網(wǎng)絡l 發(fā)展歷程發(fā)展歷程：傳感器無線傳感器無線傳感器網(wǎng)絡（大量微型、低成本、低功耗的傳感器節(jié)點組成的多跳無線網(wǎng)絡）l VigilNet: 美國弗吉尼亞大學研制的用于軍事監(jiān)測的系統(tǒng)。傳感節(jié)點具有自主成網(wǎng)，多跳傳輸?shù)忍攸c。l Mercury:美國哈佛大學研制的可穿戴的醫(yī)療監(jiān)控傳感器。傳感器具有設計人性化，高精度感知，連續(xù)長期采集數(shù)據(jù)等特點。l GreenOrbs（綠野千傳）：森林監(jiān)測傳感網(wǎng)系統(tǒng)，適用于長期、大規(guī)模、自動化的環(huán)境監(jiān)測任務31

15、技術舉例：定位系統(tǒng)l位置信息拓展：所在地理位置+處在該地理位置的時間+處在該地理位置的對象（人或設備）l定位系統(tǒng)與技術：GPS，蜂窩基站定位，無線室內(nèi)環(huán)境定位（紅外線/.超聲波/藍牙），新興定位系統(tǒng)（AGPS/無線AP/網(wǎng)絡定位）；距離/距離差/無線信號特征32物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對定位技術的挑戰(zhàn)l異構網(wǎng)絡、多變環(huán)境下的精準定位l大規(guī)模應用l基于位置的服務（Location based Services）l位置信息帶來的信息安全和隱私保護問題33技術舉例：智能信息設備l傳統(tǒng)智能設備：個人計算機（PC）/個人數(shù)字助理（PDA）/ l物聯(lián)網(wǎng)時代新智能設備：數(shù)字標牌（實時信息互動）/智能電視（具有全功能的互

16、聯(lián)網(wǎng)，個性化體驗）/智能手機/ 34物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能設備發(fā)展新趨勢l更深入的智能化：縱向（包括傳統(tǒng)的智能設備）+橫向（融入沒有計算能力的簡單物理對象）l更透徹的感知：主動感知(部署傳感器) + 被動感知(發(fā)出查詢請求)l更全面的互聯(lián)互通：互聯(lián)互通+ 信息共享35網(wǎng)絡層l建立在現(xiàn)有的移動通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎上，主要完成信息的遠距離傳輸?shù)裙δ躭網(wǎng)絡層包括各種通信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)形成的融合網(wǎng)絡l網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)成為普遍服務的基礎設施，有待突破的方向是向下與感知層的結(jié)合，向上與應用層的結(jié)合36網(wǎng)絡層協(xié)議37各種網(wǎng)絡形式應用于物聯(lián)網(wǎng)l 互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)：IPv6掃清了可接入網(wǎng)絡的終端設備在數(shù)量上的限制?；ヂ?lián)網(wǎng)/電信

17、網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡、平臺和技術支持。l 無線寬帶網(wǎng)無線寬帶網(wǎng)：WiFi/WiMAX等無線寬帶技術覆蓋范圍較廣，傳輸速度較快，為物聯(lián)網(wǎng)提供高速可靠廉價且不受接入設備位置限制的互聯(lián)手段。l 無線低速網(wǎng)無線低速網(wǎng)：ZigBee/藍牙/紅外等低速網(wǎng)絡協(xié)議能夠適應物聯(lián)網(wǎng)中能力較低的節(jié)點的低速率、低通信半徑、低計算能力和低能量來源等特征。l 移動通信網(wǎng)移動通信網(wǎng)：移動通信網(wǎng)絡將成為“全面、隨時、隨地”傳輸信息的有效平臺。高速、實時、高覆蓋率、多元化處理多媒體數(shù)據(jù)，為“物品觸網(wǎng)”創(chuàng)造條件。38應用層l主要完成服務發(fā)現(xiàn)和服務呈現(xiàn)的工作。應用層是將物聯(lián)網(wǎng)技術與行業(yè)專業(yè)技術相結(jié)合，實現(xiàn)廣泛智能化應用的解決方案集

18、。l物聯(lián)網(wǎng)通過應用層最終實現(xiàn)信息技術與行業(yè)的深度融合，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有廣泛影響。l應用層的關鍵問題在于信息的社會化共享，以及信息安全的保障。39大綱l物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生背景l(fā)物聯(lián)網(wǎng)核心技術l物聯(lián)網(wǎng)主要特點l物聯(lián)網(wǎng)的應用前景l(fā)物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)40物聯(lián)網(wǎng)的主要特點l感知識別普適化l異構設備互聯(lián)化l聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)?；痩管理調(diào)控智能化l應用服務鏈條化l經(jīng)濟發(fā)展跨越化41感知識別普適化l無所不在的感知和識別將傳統(tǒng)上分離的物理世界和信息世界高度融合42異構設備互聯(lián)化l各種異構設備利用無線通信模塊和協(xié)議自組成網(wǎng)，異構網(wǎng)絡通過“網(wǎng)關”互通互聯(lián)43聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模化l物聯(lián)網(wǎng)時代每一件物品均具通信功能成為網(wǎng)絡終端，5 10

19、年內(nèi)聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模有望突破百億44管理調(diào)控智能化l物聯(lián)網(wǎng)高效可靠組織大規(guī)模數(shù)據(jù)，與此同時，運籌學，機器學習，數(shù)據(jù)挖掘，專家系統(tǒng)等決策手段將廣泛應用于各行各業(yè)。45應用服務鏈條化l以工業(yè)生產(chǎn)為例，物聯(lián)網(wǎng)技術覆蓋從原材料引進，生產(chǎn)調(diào)度，節(jié)能減排，倉儲物流到產(chǎn)品銷售，售后服務等各個環(huán)節(jié)。46經(jīng)濟發(fā)展跨越化l物聯(lián)網(wǎng)技術有望成為從勞動密集型向知識密集型，從資源浪費型向環(huán)境友好型國民經(jīng)濟發(fā)展過程中的重要動力。47大綱l物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生背景l(fā)物聯(lián)網(wǎng)核心技術l物聯(lián)網(wǎng)主要特點l物聯(lián)網(wǎng)的應用前景l(fā)物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)48物聯(lián)網(wǎng)的應用前景l(fā)智能工業(yè)l智能農(nóng)業(yè)l智能物流l智能交通l智能醫(yī)療l綠色建筑l智能電網(wǎng)l環(huán)境監(jiān)測49智能工業(yè)

20、l支持工業(yè)生產(chǎn)過程控制，如：礦山、石油、民爆等行業(yè)的安全生產(chǎn)和原材料、能源等生產(chǎn)過程的節(jié)能減排等領域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研制。50智能農(nóng)業(yè)l支持農(nóng)作物、經(jīng)濟作物等規(guī)?；N植領域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研制，形成在農(nóng)場、農(nóng)業(yè)集中區(qū)應用的監(jiān)測、診斷、控制和運行平臺，提高農(nóng)業(yè)精細化管理水平、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。51智能物流l現(xiàn)代物流系統(tǒng)希望利用信息生成設備，如RFID設備、感應器或全球定位系統(tǒng)等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡，并能夠在這個物聯(lián)化的物流網(wǎng)絡中實現(xiàn)智能化的物流管理。52智能交通l通過在基礎設施和交通工具當中廣泛應用信息、通訊技術來提高交通運輸系統(tǒng)的安全性、可管理性、運輸效能同時降低能源消耗和對地

21、球環(huán)境的負面影響。53智能醫(yī)療l支持家庭和社區(qū)遠程醫(yī)療、住院人員健康實時監(jiān)測、醫(yī)療器械流通和管理等領域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研制，形成社區(qū)遠程醫(yī)療實時監(jiān)測系統(tǒng)平臺，提高醫(yī)療管理服務的水平。54綠色建筑l物聯(lián)網(wǎng)技術為綠色建筑帶來了新的力量。通過建立以節(jié)能為目標的建筑設備監(jiān)控網(wǎng)絡，將各種設備和系統(tǒng)融合在一起，形成以智能處理為中心的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)，有效的為建筑節(jié)能減排提供有力的支撐。55智能電網(wǎng)l以先進的通信技術、傳感器技術、信息技術為基礎，以電網(wǎng)設備間的信息交互為手段，以實現(xiàn)電網(wǎng)運行的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全為目的的先進的現(xiàn)代化電力系統(tǒng)。56環(huán)境監(jiān)測l通過對人類和環(huán)境有影響的各種物質(zhì)的含量