物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述課件

1、1第一章 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述 教學(xué)目標(biāo)知道物聯(lián)網(wǎng)的起源和發(fā)展熟練掌握物聯(lián)網(wǎng)的定義及特征理解物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)了解人類進入物聯(lián)網(wǎng)時代的特征熟悉物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域重點：物聯(lián)網(wǎng)的概念難點：物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)21 物聯(lián)網(wǎng)概述 1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源和發(fā)展1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源一是物理世界的聯(lián)網(wǎng)需求，以傳感器和智能識別終端為代表的信息自動生成設(shè)備可以實時準(zhǔn)確地開展對物理世界的感知、測量和監(jiān)控。二是信息世界的擴展需求，互聯(lián)網(wǎng)的觸角（網(wǎng)絡(luò)終端和接入技術(shù)）不斷延伸，深入到人們生產(chǎn)、生活的各個方面。 。來自上述兩方面的需求催生出了一類新型網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）。 3物聯(lián)網(wǎng)是什么？物聯(lián)網(wǎng)是一個基

2、于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠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)。物聯(lián)網(wǎng)的3個重要特征：普通對象設(shè)備化自治終端互聯(lián)化普適服務(wù)智能化 1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源4物聯(lián)網(wǎng)概念的提出 物聯(lián)網(wǎng)概念最早出現(xiàn)于比爾蓋茨2019年未來之路一書 。2019年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）創(chuàng)造性地提出了當(dāng)時被稱作EPC系統(tǒng)的“物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想。 如下圖所示。2019年，美國Auto-ID首先提出“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，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。2019年，美國技術(shù)評論提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首。5物聯(lián)網(wǎng)概念的提出 2019年11月17日，在突尼斯舉行的

3、信息社會世界峰會(WSIS)上，國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2019：物聯(lián)網(wǎng)，正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念2009年1月28日，奧巴馬就任美國總統(tǒng)后，與美國工商業(yè)領(lǐng)袖舉行了一次“圓桌會議”，作為僅有的兩名代表之一， IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念，具體地說，就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成物聯(lián)網(wǎng)。 61.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 業(yè)內(nèi)專家表示，物聯(lián)網(wǎng)把我們的生活擬人化了，萬物成了人的同類。在這個物物相聯(lián)的世界中，物品（商品）能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預(yù)。物聯(lián)網(wǎng)利用射頻自動

4、識別（RFID）技術(shù)，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品（商品）的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。 物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟效益，大大節(jié)約成本；另一方面可以為全球經(jīng)濟的復(fù)蘇提供技術(shù)動力。 71.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 1. 美國USA 2019年12月，奧巴馬向IBM咨詢了智慧地球的有關(guān)細(xì)節(jié)，并共同就投資智能基礎(chǔ)設(shè)施對于經(jīng)濟的促進效果進行了研究，結(jié)果顯示，如果在新一代寬帶網(wǎng)絡(luò)、智能電網(wǎng)和醫(yī)療IT系統(tǒng)的建設(shè)方面投入300億美元，就可以產(chǎn)生100萬個就業(yè)崗位，并衍生出眾多新型現(xiàn)代服務(wù)業(yè)態(tài)，從而幫助美國建立長期競爭優(yōu)勢。 8 2. 歐盟EU

5、2009年6月18日，歐盟委員會向歐盟議會、理事會、歐洲經(jīng)濟和社會委員會及地區(qū)委員會遞交了歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃，希望歐洲在構(gòu)建新型物聯(lián)網(wǎng)管制框架的過程中，在世界范圍內(nèi)起主導(dǎo)作用。 EU通過ICT研發(fā)計劃投資4億歐元，啟動90多個研發(fā)項目提高網(wǎng)絡(luò)智能化水平外，歐盟委員會還將于2019年2019年間每年新增2億歐元進一步加強研發(fā)力度，同時拿出3億歐元?？?，支持物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)公私合作短期項目建設(shè)。 1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展9 3.日本Japan 2019年就推出了u-Japan計劃，著力于發(fā)展泛在網(wǎng)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，并希望由此催生新一代信息科技革命，在2019年實現(xiàn)無所不在的日本。2009年8月，日本又將u-J

6、apan升級為i-Japan戰(zhàn)略，提出智慧泛在構(gòu)想，將傳感網(wǎng)列為其國家重點戰(zhàn)略之一，致力于構(gòu)建一個個性化的物聯(lián)網(wǎng)智能服務(wù)體系，充分調(diào)動日本電子信息企業(yè)積極性，確保日本在信息時代的國家競爭力始終位于全球第一陣營。1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展10 5.國內(nèi)政策 （1）胡錦濤主席2019年6月7日在中國科學(xué)院第十五次院士大會、中國工程院第十次院士大會上的講話： “當(dāng)前，要重點在推動以下科技發(fā)展上做出努力，爭取盡快取得突破性進展。第三，大力發(fā)展信息網(wǎng)絡(luò)科學(xué)技術(shù)。要抓住新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的機遇，創(chuàng)新信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)，以信息化帶動工業(yè)化，發(fā)展和普及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，重視網(wǎng)絡(luò)計算和信息存儲技術(shù)開發(fā)

7、，加快相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，積極研發(fā)和建設(shè)新一代互聯(lián)網(wǎng)1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展11 5.國內(nèi)政策 （2）物聯(lián)網(wǎng)是國家重點發(fā)展的一項戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。溫家寶總理在十一屆全國人大三次會議上作政府工作報告時明確提出：“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用。加大對戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的投入和政策支持。1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展12 5.國內(nèi)政策 （3）中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用市場規(guī)模預(yù)測：新華社副社長周錫生在2019年中國國際物聯(lián)網(wǎng)（傳感網(wǎng)）博覽會暨中國物聯(lián)網(wǎng)大會上發(fā)布了20092019中國物聯(lián)網(wǎng)年度發(fā)展報告：年報認(rèn)為，2009年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模1700多億元，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在公眾業(yè)務(wù)領(lǐng)域、以及平安家居、電力安全、公共安全、健康監(jiān)測、

8、智能交通、重要區(qū)域防入侵、環(huán)保等諸多行業(yè)的市場規(guī)模均超過百億。2019年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模超過2000億元，2019年中國物聯(lián)網(wǎng)整體市場規(guī)模有望達(dá)到7500億元。 1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展131.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 5.國內(nèi)政策 （4）各省市也相應(yīng)制定了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，涉及到的重點示范行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域為：建設(shè)經(jīng)濟領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)示范工程。重點建設(shè)智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流和智能電網(wǎng)等示范工程。建設(shè)公共管理領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)示范工程。重點建設(shè)城市智能交通、智能公共安全、智能環(huán)保和智能災(zāi)害防控等示范工程。建設(shè)公眾服務(wù)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)示范工程，建設(shè)智能醫(yī)護和智能家居等示范工程等。 物聯(lián)網(wǎng)將是下一個推動世界高速發(fā)展的

9、“重要生產(chǎn)力”！ 141 物聯(lián)網(wǎng)概念 1.2 物聯(lián)網(wǎng)概念 1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)定義及特征 1.定義定義一：通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)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)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。 物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。 15定義二：通過各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、射頻識別（RFID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程的聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、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(luò)，

10、實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制?！耙痪涫健崩斫馕锫?lián)網(wǎng)：把所有物品通過信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，以實現(xiàn)智能化識別和管理。 1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)定義及特征 162. 特征 全面感知：它是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的多種類型傳感器，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實時性。 可靠傳遞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)和核心仍舊是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實時準(zhǔn)確地傳遞出去。在物聯(lián)網(wǎng)上，由于其數(shù)量極其龐大，在傳輸過程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時性，必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)

11、議。 智能處理：能夠?qū)ξ矬w實施智能控制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用云計算、模式識別等各種智能技術(shù)，擴充其應(yīng)用領(lǐng)域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。 1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)定義及特征 173. “物”的涵義 特別注意的是物聯(lián)網(wǎng)中“物”的涵義，這里的“物”要滿足以下條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍：要有數(shù)據(jù)傳輸通路；要有一定的存儲功能；要有CPU；要有操作系統(tǒng)；要有專門的應(yīng)用程序；遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；在世界網(wǎng)絡(luò)中有可被識別的唯一編號。1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)定義及特征 181.RFID和EPC技術(shù) 是物聯(lián)網(wǎng)中讓物品“開

12、口說話”的關(guān)鍵技術(shù)，通過EPC編碼和RFID標(biāo)簽上存儲著規(guī)范而具有互用性的信息，經(jīng)過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)把它們自動采集到中央信息系統(tǒng)，實現(xiàn)物品（商品）的識別。2.傳感控制技術(shù) 主要負(fù)責(zé)接收物品“講話”的內(nèi)容。傳感控制技術(shù)是關(guān)于從自然信源獲取信息，并對之進行處理、變換和識別的一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù)，它涉及傳感器、信息處理和識別的規(guī)劃設(shè)計、開發(fā)、制造、測試、應(yīng)用及評價改進等活動。1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 193.無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 物品與人的無障礙交流，必然離不開高速、可進行大批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)既包括允許用戶建立遠(yuǎn)距離無線連接的全球語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，也包括為近距離的藍(lán)牙技術(shù)和紅外技

13、術(shù)。4.組網(wǎng)技術(shù) 就是網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)，分為以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)和ATM局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，也可分為有線、無線組網(wǎng)，在物聯(lián)網(wǎng)中，組網(wǎng)技術(shù)起到“橋梁”的作用，其中應(yīng)用最多的是無線自組網(wǎng)技術(shù)，它能將分散的節(jié)點在一定范圍之內(nèi)自動組成一個網(wǎng)絡(luò)，來增加各采集節(jié)點獲取信息的渠道。1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 20除了采集到的信息外，該節(jié)點還能獲取一定范圍之內(nèi)的其他節(jié)點采集到的信息，因此在該范圍內(nèi)節(jié)點采集到的信息可以統(tǒng)一處理，統(tǒng)一傳送，或者經(jīng)過節(jié)點之間的相互“聯(lián)系”后，它們協(xié)商傳送各自的部分信息。5.人工智能 人工智能是研究使計算機來模擬人的某些思維過程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等）的技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)中，人工智能技

14、術(shù)主要負(fù)責(zé)將物品“說話”的內(nèi)容進行分析，從而實現(xiàn)計算機自動處理。1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 21互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的比較 1.2.3 物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系 221. 上海浦東國際機場防入侵系統(tǒng)1.3.1 應(yīng)用案例機場防入侵系統(tǒng)鋪設(shè)了3萬多個傳感節(jié)點，覆蓋了地面、柵欄和低空探測，可以防止人員的翻越、偷渡、恐怖襲擊等攻擊性入侵。浦東機場周界防入侵系統(tǒng)一期工程的系統(tǒng)組成如圖所示。 232. ZigBee路燈控制系統(tǒng) 1.3.1 應(yīng)用案例系統(tǒng)功能：數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計管理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)查詢報警滿足道路亮化要求，提高路燈系統(tǒng)的管理水平實現(xiàn)智能化的按需節(jié)能照明、單個路燈測控對城市路燈設(shè)施進行線控、點控、點測等多種科學(xué)有效的

15、控制管理滿足遠(yuǎn)程控制、實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)收集、適時調(diào)光、燈具保護、動態(tài)節(jié)電等功能需求243. 智能交通系統(tǒng)(ITS) 1.3.1 應(yīng)用案例利用現(xiàn)代信息技術(shù)為核心，利用先進的通訊、計算機、自動控制、傳感器技術(shù)，實現(xiàn)對交通的實時控制與指揮管理。包括基于浮動車技術(shù)的實時交通信息生成和發(fā)布系統(tǒng)、推定補全系統(tǒng)、實時預(yù)測系統(tǒng)、統(tǒng)計預(yù)測系統(tǒng)，為駕駛者、交管機構(gòu)等提供實時交通路況及短長期預(yù)測路況信息。如圖所示。 254高鐵物聯(lián)網(wǎng) 1.3.1 應(yīng)用案例 我國首家高鐵物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用中心2019年6月18日在蘇州科技城投用，將為高鐵物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科技支撐。高鐵檢票入站系統(tǒng)如圖所示。 高鐵物聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中投資規(guī)

16、模最大、市場前景最好的產(chǎn)業(yè)之一，正在改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)和生活方式。刷卡購票、手機購票、電話購票等新技術(shù)的集成使用，讓旅客可以擺脫擁擠的車站購票。 265.國家電網(wǎng)首座220千伏智能變電站 1.3.1 應(yīng)用案例 2019年1月3日，國家電網(wǎng)首座220千伏智能變電站無錫市惠山區(qū)西涇變電站投入運行，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立傳感測控網(wǎng)絡(luò)，將傳統(tǒng)意義上的變電設(shè)備“活化”，實現(xiàn)自我感知、判別和決策，從而完成自動控制 ，實現(xiàn)了真正意義上的“無人值守和巡檢，建設(shè)水平全國領(lǐng)先。 276. 首家“手機物聯(lián)網(wǎng)”落戶廣州 1.3.1 應(yīng)用案例將移動終端與電子商務(wù)相結(jié)合的模式，讓消費者可以與商家進行便捷的互動交流，隨時隨地體驗品牌品質(zhì)，傳播分享信息，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)向物聯(lián)網(wǎng)的從容過度，締造出一種全新的零接觸、高透明、無風(fēng)險的市場模式。專家稱，這種智能手機和電子商務(wù)的結(jié)合，是“手機物聯(lián)網(wǎng)”的其中一項重要功能。市場分析如圖所示。 281.3.3 物聯(lián)網(wǎng)的十大應(yīng)用領(lǐng)域 從智能家居到智能交通、智能電網(wǎng)、智能物流、工業(yè)自動化、金融服務(wù)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、醫(yī)療健康、國防軍事，從幕后到臺前，物聯(lián)網(wǎng)正迅速地改變著世界。 29小結(jié) 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是隨著互聯(lián)網(wǎng)、傳感器等發(fā)展而發(fā)展的。理念是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識別技術(shù)、