物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用：第1章_物聯(lián)網(wǎng)概述

1、第1章 物聯(lián)網(wǎng)概述2課程要求平時成績：30%（作業(yè)、點名）期末考試：70%加分項：小論文、相關(guān)信息報告1.1 起源與發(fā)展1.2 核心技術(shù)1.3 主要特點1.4 發(fā)展趨勢1.5 應(yīng)用前景3本章內(nèi)容4起源與發(fā)展溫家寶 “感知中國”IBM “智慧地球” 國際電信聯(lián)盟 ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨 Bill Gates 未來之路 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1995200520092009 當(dāng)外面黑暗時，電子時針會發(fā)出一個移動光陪你走完這棟房子?？辗孔硬挥谜彰鳌．?dāng)你沿大廳的路走時，你可能不會注意到你前面的光逐漸變得很強，你身后的光正在消失。音樂也會和你

2、一起移動。盡管看上去音樂無所不在，但事實上，房子里的其他人會聽完全不同的音樂，或者什么也聽不到。電影或新聞也將跟著你在房子里移動。如果你接到一個電話，只有離你最近的話機才會響 比爾蓋茨未來之路5朦朧中的物聯(lián)網(wǎng)（1995年） “物聯(lián)網(wǎng)”概念的出現(xiàn)最早是在1999年，是由美國Auto-ID首先提出，當(dāng)時的物聯(lián)網(wǎng)主要是建立在物品編碼、RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上。它是以美國麻省理工學(xué)院Auto-ID中心研究的產(chǎn)品電子代碼EPC（Electronic Product Code）為核心，利用射頻識別、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，基于計算機互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)造的實物互聯(lián)網(wǎng)。6物聯(lián)網(wǎng)溯源（1999年） 2005年11月17日

3、，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)，提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的新概念。報告指出：無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進行信息交換。射頻識別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。該報告曾描繪“物聯(lián)網(wǎng)”時代的圖景：當(dāng)司機出現(xiàn)操作失誤時汽車會自動報警；公務(wù)包會提醒主人忘帶了什么東西；衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求等等。7物聯(lián)網(wǎng)重現(xiàn)（2005）更透徹的感知 利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設(shè)備、系統(tǒng)或流程。更全面的互聯(lián)互通 先

4、進的系統(tǒng)可按新的方式協(xié)同工作。更深入的智能化 利用先進技術(shù)獲取更智能的洞察并付諸實踐，進而創(chuàng)造新的價值。8IBM智慧地球（2009） 該提議得到了奧巴馬總統(tǒng)的積極回應(yīng)，在隨后出臺的總額7870億美元經(jīng)濟復(fù)蘇和再投資法中對上述戰(zhàn)略建議加以具體落實，其中鼓勵物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展政策主要體現(xiàn)在推動能源、寬帶與醫(yī)療三大領(lǐng)域開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。9美國政府回應(yīng)IBM戰(zhàn)略 2009年，歐盟執(zhí)委會發(fā)表了題為“Internet of Things An action plan for Europe”的物聯(lián)網(wǎng)行動方案，描繪了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的前景，并提出要加強歐盟政府對物聯(lián)網(wǎng)的管理，羅列出物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的障礙。 為增強機構(gòu)

5、間協(xié)調(diào)，加深各相關(guān)方對物聯(lián)網(wǎng)機遇、挑戰(zhàn)的理解，共同推動物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，歐盟執(zhí)委會將定期向歐洲議會、歐盟理事會、歐洲經(jīng)濟與社會委員會、歐洲地區(qū)委員會、數(shù)據(jù)保護法案29工作組等相關(guān)機構(gòu)通報物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展狀況。10歐盟發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)行動方案11物聯(lián)網(wǎng)上升為國家戰(zhàn)略美國：2008年底IBM向美國政府提出“智慧地球”戰(zhàn)略歐盟：2009年6月 物聯(lián)網(wǎng)行動計劃日本：2009年8月i-Japan戰(zhàn)略中國：2009年8月 感知中國12國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展概念的提出In computing, the Internet of Things refers to a network of objects, such as househo

6、ld appliances. It is often a self-configuring wireless network. The concept of the internet of things is attributed to the original Auto-ID Center, founded in 1999 and based at the time in MIT.物聯(lián)網(wǎng)這個概念實際是中國人提出的，整合了美國CPS(Cyber-Physical Systems)、歐盟IoT（Internet of Things)和日本U-Japan等概念。是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息載

7、體，讓所有能被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。普通對象設(shè)備化，自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化是其三個重要特征。13Q：什么是物聯(lián)網(wǎng)？14物物互聯(lián)物物互聯(lián)：溝通物理世界與信息世界1.1 起源與發(fā)展1.2 核心技術(shù)1.3 主要特點1.4 發(fā)展趨勢1.5 應(yīng)用前景15本章內(nèi)容16核心技術(shù)信息生成信息應(yīng)用信息處理信息傳輸綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層17物聯(lián)網(wǎng)四層模型18核心技術(shù)感知識別層RFID無線傳感器智能設(shè)備信息生成方式多樣化通過感知識別技術(shù)，讓物品“開口說話、發(fā)布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一環(huán)，是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)的最獨特的部分。物聯(lián)網(wǎng)的“觸手”是位于感知識別層

8、的大量信息生成設(shè)備，既包括采用自動生成方式的RFID、傳感器、定位系統(tǒng)等，也包括采用人工生成方式的各種智能設(shè)備，例如智能手機、多媒體播放器、上網(wǎng)本、筆記本電腦等等。信息生成方式多樣化是物聯(lián)網(wǎng)的重要特征之一。感知識別層位于物聯(lián)網(wǎng)四層模型的最底端，是所有上層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。19核心技術(shù)：感知識別層基本組成：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。工作原理：閱讀器通過天線發(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。20感知識別層技術(shù)舉例：RFID標簽閱讀器天線詳見 第2章 RFID技術(shù) 在物聯(lián)網(wǎng)信息采集

9、層面，作為構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)單元傳感器，能否完成它的使命，成為物聯(lián)網(wǎng)成敗的關(guān)鍵。傳感技術(shù)與現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的關(guān)系密切，幾乎滲透到人類的一切活動領(lǐng)域，發(fā)揮著越來越重要的作用。21感知識別層核心器件：傳感器溫度傳感器濕度傳感器超聲波傳感器詳見 第3章 傳感器技術(shù)發(fā)展歷程：傳感器無線傳感器無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（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(luò)）22感知識別層技術(shù)舉例：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)詳見 第4章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)有何異同？物聯(lián)網(wǎng)是下一代互聯(lián)網(wǎng)嗎？無線網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)中究竟扮演了什么角色？網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層在物聯(lián)網(wǎng)四層模型中連接感知識別層和

10、管理服務(wù)層，具有強大的紐帶作用，高效、穩(wěn)定、及時、安全地傳輸上下層的數(shù)據(jù)。23網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層24網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層舉例互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)無線個域網(wǎng)BluetoothZigBee無線城域網(wǎng)WiMax無線廣域網(wǎng)3G/4G無線局域網(wǎng)WiFi互聯(lián)網(wǎng)：IPv6掃清了可接入網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備在數(shù)量上的限制?；ヂ?lián)網(wǎng)/電信網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)、平臺和技術(shù)支持。無線寬帶網(wǎng)：WiFi/WiMAX等無線寬帶技術(shù)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(shè)備位置限制的互聯(lián)手段。無線低速網(wǎng)：ZigBee/藍牙/紅外等低速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能夠適應(yīng)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。移

11、動通信網(wǎng)：移動通信網(wǎng)絡(luò)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。25Q：各種網(wǎng)絡(luò)形式如何應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)？管理服務(wù)層位于感知識別和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層之上，綜合應(yīng)用層之下，是物聯(lián)網(wǎng)智慧的源泉。人們通常把物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用冠以“智能”的名稱，如智能交通、智能物流、智能建筑等，其中的智慧就來自這一層。當(dāng)感知識別層生成的大量信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層傳輸匯聚到管理服務(wù)層，如果不能有效地整合與利用，那無異于入寶山而空返，望“數(shù)據(jù)的海洋”而興嘆。管理服務(wù)層解決數(shù)據(jù)如何存儲（大數(shù)據(jù)與海量存儲）、如何檢索（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）、如何使用、如何不被濫用（信息安全與隱私保護）等問題

12、。26管理服務(wù)層詳見 第57章1.1 起源與發(fā)展1.2 核心技術(shù)1.3 主要特點1.4 發(fā)展趨勢1.5 應(yīng)用前景27本章內(nèi)容聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模化物聯(lián)網(wǎng)時代每一件物品均具通信功能成為網(wǎng)絡(luò)終端，5-10年內(nèi)聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模有望突破百億。感知識別普適化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異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)化各種異構(gòu)設(shè)備利用無線通信模塊和協(xié)議自組成網(wǎng)，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通過“網(wǎng)關(guān)”互通互聯(lián)。28主要特點管理處理智能化物聯(lián)網(wǎng)高效可靠組織大規(guī)模數(shù)據(jù)，與此同時，運籌學(xué)，機器學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)挖掘，專家系統(tǒng)等決策手段將廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。應(yīng)用服務(wù)鏈條化以工業(yè)生產(chǎn)為例，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)覆蓋從原材料引進，生產(chǎn)調(diào)度，節(jié)能減排，倉儲

13、物流到產(chǎn)品銷售，售后服務(wù)等各個環(huán)節(jié)。 物聯(lián)網(wǎng)在實際發(fā)展過程中，不可避免地遇到很多技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，目前亟待解決的主要問題包括以下幾個方面：技術(shù)標準問題，世界各國存在不同的標準；安全問題，信息采集頻繁，其數(shù)據(jù)安全必須重點考慮；協(xié)議問題，在物聯(lián)網(wǎng)核心層面是基于TCP/IP協(xié)議的，但在接入層面，協(xié)議類別五花八門，需要一個統(tǒng)一的協(xié)議棧；IP地址問題，物品若需要在物聯(lián)網(wǎng)中被尋址，就需要一個地址，與互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)需要更多的IP地址，目前IPv4資源已經(jīng)耗盡，需要IPv6來支撐；終端問題，物聯(lián)網(wǎng)終端除具有自身特定功能外，還擁有傳感器和網(wǎng)絡(luò)接入等功能，且不同行業(yè)需求千差萬別。29難點1.1 起源與發(fā)展1.2

14、 核心技術(shù)1.3 主要特點1.4 發(fā)展趨勢1.5 應(yīng)用前景30本章內(nèi)容更廣泛的互聯(lián)互通互聯(lián)互通的對象從人延伸到物體互聯(lián)互通方式的擴展更透徹的感知通信功能使傳感器能夠協(xié)同工作更深入的智能多傳感器實現(xiàn)“人多力量大”的智能多維感知數(shù)據(jù)實現(xiàn)“防患于未然”的智能大數(shù)據(jù)挖掘?qū)崿F(xiàn)“見微知著”的智能31發(fā)展趨勢1.1 起源與發(fā)展1.2 核心技術(shù)1.3 主要特點1.4 發(fā)展趨勢1.5 應(yīng)用前景32本章內(nèi)容智能交通：通過在基礎(chǔ)設(shè)施和交通工具當(dāng)中廣泛應(yīng)用信息、通訊技術(shù)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球環(huán)境的負面影響。 33應(yīng)用前景實時路況與導(dǎo)航車載電子設(shè)備智能交通：通過在基礎(chǔ)設(shè)施

15、和交通工具當(dāng)中廣泛應(yīng)用信息、通訊技術(shù)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球環(huán)境的負面影響。 34應(yīng)用前景智能物流：現(xiàn)代物流系統(tǒng)希望利用信息生成設(shè)備，如RFID設(shè)備、感應(yīng)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(luò)，并能夠在這個物聯(lián)化的物流網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)智能化的物流管理。35應(yīng)用前景智能家居：(smart home, home automation) 是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。36應(yīng)用前景智能建筑：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，將各種設(shè)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(yīng)用系統(tǒng)，有效的為建筑節(jié)能減排提供有力的支撐。37應(yīng)用前景環(huán)境監(jiān)測：通過對人類和環(huán)境有影響的各種物質(zhì)的含