彭力-物聯(lián)網(wǎng)概論-第1課 緒論課件

1、1本書內(nèi)容框架一、緒論（1、10）二、射頻識別技術(shù)（2）三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（6）四、無線單片機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)（4、5）五、無線通信系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)（3、8）六、短距離無線通信技術(shù)（7）七、智能信息處理技術(shù)（9）八、本課程考試2第一課、緒論江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院吳治海Email: Phoneddress:C4232011-9-6本節(jié)課主要內(nèi)容提綱定 義：什么是物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)：物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵歷史與發(fā)展：物聯(lián)網(wǎng)的來龍去脈典型應(yīng)用：物聯(lián)網(wǎng)的價值所在知識體系：如何學(xué)好物聯(lián)網(wǎng)51.物聯(lián)網(wǎng)定義 在這個網(wǎng)絡(luò)中，物品能夠彼此進(jìn)行“交流”，人們能夠彼此進(jìn)行“交流”，人與物能夠彼此進(jìn)

2、行“交流”，而無需人的干預(yù)。 其實(shí)質(zhì)是利用感知/無線技術(shù)，通過計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。 61.物聯(lián)網(wǎng)定義客觀事物會說話71.物聯(lián)網(wǎng)定義 物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)通訊，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是關(guān)鍵。 物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)是無線技術(shù)，包括無線SOC、無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)、無線通訊的協(xié)議棧和其它相關(guān)嵌入式軟件，數(shù)據(jù)庫，中間件等。 無線網(wǎng)絡(luò)通訊中的主流技術(shù)的工作頻率及范圍：81.物聯(lián)網(wǎng)定義無線技術(shù)及其工作頻率范圍2.物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)外在架構(gòu)形式123.物聯(lián)網(wǎng)歷史 2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)，報告指出，無

3、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(jìn)行交換。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)將到更加廣泛的應(yīng)用。3.物聯(lián)網(wǎng)歷史 IBM認(rèn)為建設(shè)智慧地球需要三個步驟：首先各種創(chuàng)新的感應(yīng)科技開始被嵌入各種物體和設(shè)施中，從而令物質(zhì)世界被極大程度的數(shù)據(jù)化。第二隨著網(wǎng)絡(luò)的高度發(fā)達(dá)，人、數(shù)據(jù)和各種事物都將以不同方式聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)。第三，先進(jìn)的技術(shù)和超級計算機(jī)則可以對這些堆積如山的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、加工和分析，將生硬的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成實(shí)實(shí)在在的洞察，并幫助人們做出正確的行動決策。14Smart Planet3.物聯(lián)網(wǎng)歷史15將“u-Japan”升級

4、至“i-Japan”戰(zhàn)略，確保日本在信息時代的國際競爭地位。日本政府早在2004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2010年實(shí)現(xiàn)“無所不在的日本”。在2009年8月，日本又將“u-Japan”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(diǎn)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。同時，日本政府希望通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，減輕由于人口老齡化所帶來的醫(yī)療、養(yǎng)老等社會負(fù)擔(dān) 。3.物聯(lián)網(wǎng)歷史16在2004年幾乎與日

5、本同步提出了u-Korea戰(zhàn)略，并制定了詳盡的IT839戰(zhàn)略，重點(diǎn)支持泛在網(wǎng)建設(shè)。在2009年10月韓國頒布了物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃，將物聯(lián)網(wǎng)市場確定為新增長動力，確定了構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、營造物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)散環(huán)境等4大領(lǐng)域、12項(xiàng)詳細(xì)課題，并提出到2012年實(shí)現(xiàn)通過構(gòu)建世界最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，打造未來廣播通信融合領(lǐng)域超一流ICT（信息通信技術(shù)）強(qiáng)國的目標(biāo)。 3.物聯(lián)網(wǎng)歷史17 溫家寶總理2009.8.7和2010.8.3兩次到無錫考察，建立無錫中國物聯(lián)網(wǎng)感知中心。感知太湖感知中國越來越小的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和功耗18物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)趨勢研究之一ZIGBEE傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

6、 AA電池X25X3CM 20-30微安電流WIFI GS1010傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) AA電池X14X3CM 電池工作5年無線監(jiān)控手表 微型電池3X3CM 平均電流10微安有源433MHZ電子標(biāo)簽 CR2032鈕扣電池直徑2.2X3CM 電池工作6年123456電子藥丸 特殊微型電池小于直徑2.0X2CM 無源EPC電子標(biāo)簽 無需電池直徑1.6X1.6X0.001 CM總量0.002克 物聯(lián)網(wǎng)傳感層無線SOC結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜20無線單片機(jī)（無線SOC）處理器內(nèi)核從8位到16位，到32位，再到多處理器，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜；不僅實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在芯片，而且實(shí)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)在芯片；我們從分析GS1010 WIFI 無

7、線單片機(jī)來看這個技術(shù)趨勢；GS1010 WI-FI無線單片機(jī)結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)趨勢研究之三無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧設(shè)計越來越難21物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)趨勢研究之四低功耗藍(lán)牙協(xié)議棧4.物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用23244.物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用26平安城市建設(shè) 利用部署在大街小巷的全球眼監(jiān)控探頭，實(shí)現(xiàn)圖像敏感性智能分析并與110、119、112等交互，實(shí)現(xiàn)探頭與探頭之間、探頭與人、探頭與報警系統(tǒng)之間的聯(lián)動，從而構(gòu)建和諧安全的城市生活環(huán)境。27家庭自動化28數(shù)字家庭是以計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，包括各類消費(fèi)電子產(chǎn)品、通信產(chǎn)品、信息家電及智能家居等，通過不同的互連方式進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)中各類電子產(chǎn)品之間的“互聯(lián)互通”的一種服務(wù)。數(shù)

8、字家庭的四大功能：信息、通信、娛樂和生活。 數(shù)字家庭信息通信娛樂生活未來數(shù)字家庭 30無線葡萄園2002 年，英特爾公司率先在俄勒岡建立了世界上第一個無線葡萄園。傳感器節(jié)點(diǎn)被分布在葡萄園的每個角落，每隔一分鐘檢測一次土壤溫度、濕度或該區(qū)域有害物的數(shù)量，以確保葡萄可以健康生長。研究人員發(fā)現(xiàn)，葡萄園氣候的細(xì)微變化可極大地影響葡萄酒的質(zhì)量。通過長年的數(shù)據(jù)記錄以及相關(guān)分析，便能精確的掌握葡萄酒的質(zhì)地與葡萄生長過程中的日照、溫度、濕度的確切關(guān)系。這是一個典型的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智能耕種的實(shí)例。葡萄園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)示意圖無線葡萄園31環(huán)境監(jiān)測32 2002年，由英特爾的研究小組和加州大學(xué)伯克利分校以及巴港大西洋大學(xué)

9、的科學(xué)家把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)視大鴨島海鳥的棲息情況。位于緬因州海岸大鴨島上的海燕由于環(huán)境惡劣，海燕又十分機(jī)警，研究人員無法采用通常方法進(jìn)行跟蹤觀察。為此他們使用了包括光、濕度、氣壓計、紅外傳感器、攝像頭在內(nèi)的近10種傳感器類型數(shù)百個節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)通過自組織無線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?00英尺外的基站計算機(jī)內(nèi)，再由此經(jīng)衛(wèi)星傳輸至加州的服務(wù)器。在那之后，全球的研究人員都可以通過互聯(lián)網(wǎng)察看該地區(qū)各個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，掌握第一手的環(huán)境資料，為生態(tài)環(huán)境研究者提供了一個極為有效便利的平臺。 大鴨島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 大鴨島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)33個人保健 人身上可以安裝不同的傳感器，對人的健康參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并且實(shí)時傳

10、送到相關(guān)的醫(yī)療保健中心，如果有異常，保健中心通過手機(jī)，提醒您去醫(yī)院檢查身體。醫(yī)院實(shí)時定位系統(tǒng) 隨著醫(yī)院信息化，智能化的發(fā)展，醫(yī)院信息化正在經(jīng)歷從數(shù)字化醫(yī)院到信息化醫(yī)院的轉(zhuǎn)變。當(dāng)前的醫(yī)院信息化系統(tǒng)是基于PC的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，也即是數(shù)字化醫(yī)院時代的產(chǎn)物。 數(shù)字化醫(yī)院，是要實(shí)現(xiàn)醫(yī)院數(shù)據(jù)的管理，包括門診，電子病例，財務(wù)管理和醫(yī)院企業(yè)管理數(shù)字化和電腦化。34醫(yī)院實(shí)時定位系統(tǒng)35醫(yī)院實(shí)時定位系統(tǒng) 目前的數(shù)字化醫(yī)院，對醫(yī)院各個群體的管理，目前都還是靜態(tài)管理，包括醫(yī)生，病人，護(hù)士，管理人員，重要儀器設(shè)備位置等。新一代ZigBee和微功耗Wi-Fi技術(shù)，已經(jīng)具備了可以對人員實(shí)時定位（搜索），人員實(shí)時呼叫，重癥病人身

11、體狀況在移動中實(shí)時監(jiān)測和報警，貴重（危險）物品（包括移動物體）實(shí)時監(jiān)測和報警等全新功能。這些功能和現(xiàn)行的醫(yī)院HIS、LIS、PACS、 EMR相結(jié)合，就可以構(gòu)成新一代物聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)院系統(tǒng)。36醫(yī)院實(shí)時定位系統(tǒng)3738畜牧溯源 給放養(yǎng)的牲畜中的每一只羊都貼上一個二維碼，這個二維碼會一直保持到超市出售的肉品上，消費(fèi)者可通過手機(jī)閱讀二維碼，知道牲畜的成長歷史，確保食品安全。我國已有10億存欄動物貼上了這種二維碼。畜牧溯源39水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 根據(jù)目前歐美各國在研項(xiàng)目的文獻(xiàn)資料，可以大致將水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)可分為以下幾類： (1) 基于水面浮標(biāo)的(射頻+水聲通信)可任意升降的三維立體水下傳感

12、器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：布放比較容易，可利用太陽能、GPS以及水面上的無線通信，回避、降低了水下通信的困難。缺點(diǎn)：阻礙航道，易被發(fā)現(xiàn)破壞，容易隨波逐流，位置不能固定。 (2) 由固定在海底基站的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，可任意升降的三維立體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過光纜或聲通信與水面網(wǎng)關(guān)、節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，將數(shù)據(jù)傳輸至基站。優(yōu)點(diǎn)：不會影響航行。缺點(diǎn)：維護(hù)不容易。 (3) 基于水面浮標(biāo)節(jié)點(diǎn) (射頻+水聲通信)、水中自主航行器（水聲通信）和水底固定節(jié)點(diǎn)（水聲通信）的三維立體系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：覆蓋全面，配置靈活，功能強(qiáng)大。缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。 與地面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相比，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)仍然存在著諸多困難：如有效帶寬非常有限、水下信道非常惡劣等

13、等，在這個領(lǐng)域還有許多的困難需要解決。 40 探索外部星球一直是人類夢寐以求的理想，借助于航天器布撒的傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對星球表面大范圍、長時期、近距離的監(jiān)測和探索，是一種經(jīng)濟(jì)可行的方案。NASA 的 JPL 實(shí)驗(yàn)室研制的 Sensor Webs 就是為將來的火星探測、選定著陸場地等需求進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備的。現(xiàn)在該項(xiàng)目已在佛羅里達(dá)宇航中心的環(huán)境監(jiān)測項(xiàng)目中進(jìn)行測試和完善。美國宇航局的空間探索計劃中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式示意圖空間探索 41 對珍貴的古老建筑進(jìn)行保護(hù)，是文物保護(hù)單位長期以來的一個工作重點(diǎn)。將具有溫度、濕度、壓力、加速度、光照等傳感器的節(jié)點(diǎn)布放在重點(diǎn)保護(hù)對象當(dāng)中，無需拉線鉆孔，便可有效地對建

14、筑物進(jìn)行長期的監(jiān)測。此外，對于珍貴文物而言，在保存地點(diǎn)的墻角、天花板等位置，監(jiān)測環(huán)境的溫度、濕度是否超過安全值，可以更妥善地保護(hù)展覽品的品質(zhì)。文物保護(hù) 425.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué) 知識體系知識點(diǎn)152 高頻技術(shù)基礎(chǔ)信號和噪聲傳輸和損耗頻率和頻道，ISM波段典型的無線收發(fā)系統(tǒng)3 、微控制器4、短距離無線通訊5、無線SOC多路訪問，F(xiàn)DMATDMA，CSMAFHSS單片機(jī)和SOC內(nèi)核單片機(jī)C語言編譯和調(diào)試工具1、物聯(lián)網(wǎng)起源和今天5.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué) 知識體系知識點(diǎn)6106無線傳感器傳感器技術(shù)單片機(jī)傳感器接口無線傳感器系統(tǒng)7 無線網(wǎng)絡(luò)微功耗8 簡單無線網(wǎng)絡(luò)9 有源RFID技術(shù)10 無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湮⒐臒o線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚傻湫蜔o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧解剖麻雀445.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué) 知識體系知識點(diǎn)111511 ZigBeeZigBee的