物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用第1章-緒論課件

1、物聯(lián)網(wǎng)武奇生物聯(lián)網(wǎng)武奇生第一章 緒論本章內(nèi)容：物聯(lián)網(wǎng)概述 互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系 物聯(lián)網(wǎng)的傳輸通信保障互聯(lián)網(wǎng) 物聯(lián)網(wǎng)的一般應(yīng)用及發(fā)展 第一章 緒論本章內(nèi)容：1.1 物聯(lián)網(wǎng)概述 物聯(lián)網(wǎng)的概念首先由麻省理工學(xué)院（MIT）的自動(dòng)識(shí)別實(shí)驗(yàn)室在1999年提出，中科院在1999年也啟動(dòng)了傳感網(wǎng)的研究和開發(fā)，當(dāng)時(shí)不叫“物聯(lián)網(wǎng)”而叫“傳感網(wǎng)”，與其他國(guó)家相比，我國(guó)的技術(shù)研發(fā)水平處于世界前列，具有同等優(yōu)勢(shì)和重大影響力。 物聯(lián)網(wǎng)概念的興起，很大程度上得益于國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展年度報(bào)告，但是ITU的報(bào)告對(duì)物聯(lián)網(wǎng)并沒有給出一個(gè)清晰的定義， 總的來說，“物聯(lián)網(wǎng)”是指各類傳感器和現(xiàn)有的“互聯(lián)網(wǎng)”相互銜接的一種

2、新技術(shù)，過去對(duì)物質(zhì)的概念一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)設(shè)施分開,一方面是機(jī)場(chǎng)、公路、建筑物等存在的物質(zhì)世界，另1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念1.1 物聯(lián)網(wǎng)概述 物聯(lián)網(wǎng)的概念首先由麻省理工 是可對(duì)其進(jìn)行管理的數(shù)據(jù)中心、個(gè)人電腦、寬帶等IT基礎(chǔ)設(shè)施，而在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,建筑物、電纜等將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。 是可對(duì)其進(jìn)行管理的數(shù)據(jù)中心、個(gè)人電腦、寬帶等IT基礎(chǔ)設(shè)施1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)定義： 通過射頻識(shí)別（RFID）卡、無線傳感器等信息傳感設(shè)備，按傳輸協(xié)議，以有線和無線的方式把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，運(yùn)用“云計(jì)算”等技術(shù)，進(jìn)行信息交換、通信等處理，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控

3、和管理等功能的一種網(wǎng)絡(luò)。 “物聯(lián)網(wǎng)概念”是在“互聯(lián)網(wǎng)概念”的基礎(chǔ)上，將其用戶端延伸和擴(kuò)展到任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)。也就是說在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物品(商品)能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無需人的干預(yù)。其實(shí)質(zhì)是利用射頻自動(dòng)識(shí)別等技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品(商品)的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)定義：1.1.3 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)1.互聯(lián)網(wǎng)與無線通信網(wǎng)絡(luò)為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)2.解決物理世界與信息世界分離所造成的問題成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的推動(dòng)力3.社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的推動(dòng)力1.1.3 從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)1.互聯(lián)網(wǎng)與無線通信網(wǎng)絡(luò)為物聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的

4、社會(huì)背景物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的社會(huì)背景物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的社會(huì)與技術(shù)背景物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的社會(huì)與技術(shù)背景1.2 互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系1.2.1 從端系統(tǒng)接入的角度看互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)的端系統(tǒng)接入主要有兩種類型：有線接入與無線接入。 有線接入主要有三種基本方法：1）計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)卡接入局域網(wǎng)，然后再通過企業(yè)或校園網(wǎng)接入地區(qū)主干網(wǎng)，通過地區(qū)主干網(wǎng)接入國(guó)家或國(guó)際主干網(wǎng)，最終接入到互聯(lián)網(wǎng)。2）計(jì)算機(jī)可以使用ADSL接入設(shè)備，通過電話交換網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)。1.2 互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系1.2.1 從端系統(tǒng)接入的角度3）計(jì)算機(jī)可以使用Cable Modem接入設(shè)備，通過有線電視網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)。無線接入也有三種基本方法：1）計(jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)

5、卡接入無線局域網(wǎng)，然后再通過企業(yè)網(wǎng)或校園網(wǎng)接入地區(qū)主干網(wǎng)，通過地區(qū)主干網(wǎng)接入國(guó)家或國(guó)際主干網(wǎng)，最終接入互聯(lián)網(wǎng)。2）計(jì)算機(jī)可以通過無線城域網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)。3）計(jì)算機(jī)可以通過無線自組網(wǎng)接入物聯(lián)網(wǎng)。3）計(jì)算機(jī)可以使用Cable Modem接入設(shè)備，通過有線電從端系統(tǒng)接入的角度看互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖從端系統(tǒng)接入的角度看互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖1.2.2 從端系統(tǒng)接入的角度看物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)從端系統(tǒng)接入的角度看物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖1.2.2 從端系統(tǒng)接入的角度看物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)從端系統(tǒng)接入物聯(lián)網(wǎng)的以下兩個(gè)重要的特點(diǎn) ：1）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)核心交換結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，在規(guī)劃和組建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的過程中，我們將充分利用互

6、聯(lián)網(wǎng)的核心交換部分，基本上不會(huì)改變互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)是運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)核心交換結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的。這一點(diǎn)正體現(xiàn)出互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的相同之處。2）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)將根據(jù)需要選擇無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或RFID應(yīng)用系統(tǒng)的接入方式。互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)在接入方式上是不相同的。互聯(lián)網(wǎng)用戶通過端系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)或手機(jī)、PDA訪問互聯(lián)網(wǎng)資源，發(fā)送物聯(lián)網(wǎng)的以下兩個(gè)重要的特點(diǎn) ： 或接收電子郵件；閱讀新聞；寫博客或讀博客；通過網(wǎng)絡(luò)電話通信；在網(wǎng)上買賣股票，定機(jī)票、酒店。而物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器結(jié)點(diǎn)需要通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匯聚結(jié)點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)；RFID芯片通過讀寫器與控制主機(jī)連接，再通過控制結(jié)點(diǎn)的主機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)。因此，由

7、于互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用系統(tǒng)不同，所以接入方式也不同。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)將根據(jù)需要選擇無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或RFID應(yīng)用系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)。 或接收電子郵件；閱讀新聞；寫博客或讀博客；通過網(wǎng)絡(luò)電話1.2.3 互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合接入網(wǎng)技術(shù)解決的是最終用戶接入寬帶城域網(wǎng)的問題。接入方式涉及用戶的環(huán)境與需求，它大致可以分為家庭接入、校園接入、機(jī)關(guān)與企業(yè)接入。接入技術(shù)可以分為有線接入與無線接入兩類。從實(shí)現(xiàn)技術(shù)的角度，目前寬帶接入技術(shù)主要有：數(shù)字用戶線技術(shù)、光纖同軸電纜混合網(wǎng)技術(shù)、光纖接入技術(shù)、無線接入技術(shù)與局域網(wǎng)接入技術(shù)。無線接入又可以分為無線局域網(wǎng)接入、無線城域網(wǎng)接入與無線自組網(wǎng)接入。這些接入技術(shù)會(huì)逐漸互相融合構(gòu)

8、成一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。1.2.3 互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合接入網(wǎng)技術(shù)解決的是最終用戶接1.3 物聯(lián)網(wǎng)的傳輸通信保障互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)邊緣部分主要包括大量接入互聯(lián)網(wǎng)的主機(jī)和用戶設(shè)備，核心交換部分包括由大量路由器互聯(lián)的廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)和局域網(wǎng)。邊緣部分利用核心交換部分所提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)功能，使得接入互聯(lián)網(wǎng)的主機(jī)之間能夠相互通信和共享資源。互聯(lián)網(wǎng)邊緣部分的用戶設(shè)備也稱為端系統(tǒng)（End System）。端系統(tǒng)是指能夠運(yùn)行FTP應(yīng)用程序、E-mail應(yīng)用程序、Web應(yīng)用程序，以及P2P文件共享程序或即時(shí)通信程序的計(jì)算機(jī)。因此，端系統(tǒng)又統(tǒng)稱為主機(jī)（host）。1.3 物聯(lián)網(wǎng)的傳輸通信保障互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)邊緣部分主要包括大互

9、聯(lián)網(wǎng)抽象和核心交換部分與邊緣部分的結(jié)構(gòu)示意圖互聯(lián)網(wǎng)抽象和核心交換部分與邊緣部分的結(jié)構(gòu)示意圖1.4 物聯(lián)網(wǎng)的一般應(yīng)用及發(fā)展1.4.1 物聯(lián)感知下的發(fā)展階段物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展可以分為三個(gè)階段：信息匯聚、協(xié)同感知和泛在聚合。1）信息匯聚 在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用初期，根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際需求，我們可實(shí)現(xiàn)局部應(yīng)用場(chǎng)景的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它的主要作用是信息匯聚。1.4 物聯(lián)網(wǎng)的一般應(yīng)用及發(fā)展1.4.1 物聯(lián)感知下的發(fā)展a）無限傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)（局部范圍應(yīng)用）b）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)（遠(yuǎn)距離應(yīng)用）c）RFID應(yīng)用系統(tǒng)（局部范圍應(yīng)用）信息匯聚應(yīng)用示意圖a）無限傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)（局部范圍應(yīng)用）b）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2）協(xié)同

10、感知有幾種情況需要采用協(xié)同感知的方法。例如：如果簡(jiǎn)單地使用RFID或WSN中的一種感知方法已經(jīng)不能夠滿足應(yīng)用需求；或者是一個(gè)區(qū)域內(nèi)，一個(gè)車輛從一個(gè)入口進(jìn)入，然后它可能裝載另一批貨物出去的復(fù)雜情況；或者是需要融合不同位置、不同傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的應(yīng)用場(chǎng)景。這時(shí)我們需要選擇將RFID和WSN兩種方法協(xié)同感知，或者將多種傳感器綜合起來協(xié)同感知。軍事物流、大型集裝箱碼頭、保稅區(qū)物流、城市智能交通、戰(zhàn)場(chǎng)協(xié)同感知系統(tǒng)的應(yīng)用都屬于協(xié)同感知應(yīng)用。協(xié)同感知系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，屬于中等規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。協(xié)同感知系統(tǒng)的通信網(wǎng)可以使用M2M無線網(wǎng)絡(luò)或者互聯(lián)網(wǎng)。2）協(xié)同感知3）泛在聚合更大范圍的物聯(lián)網(wǎng)，例如國(guó)際民用航

11、空運(yùn)輸、海運(yùn)物流、我國(guó)的智慧城市，以及國(guó)家級(jí)數(shù)字環(huán)保、數(shù)字防災(zāi)、數(shù)字農(nóng)業(yè)等大型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)都屬于泛在聚合的類型。這種類型的特點(diǎn)是覆蓋范圍廣、技術(shù)復(fù)雜、感知目標(biāo)多樣化，屬于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高級(jí)階段。3）泛在聚合1.4.2 物聯(lián)網(wǎng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.國(guó)外現(xiàn)狀目前國(guó)際上最典型的解決方案有歐美的EPC系統(tǒng)和日本的UID系統(tǒng)等。 EPC系統(tǒng)是一個(gè)先進(jìn)的、綜合性的和復(fù)雜的系統(tǒng)。它由EPC編碼體系、RFID系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三個(gè)部分組成，主要包括六個(gè)方面：EPC編碼、EPC標(biāo)簽、讀寫器、Savant管理軟件、對(duì)象名解析服務(wù)器（ONS）和實(shí)體標(biāo)記語(yǔ)言（Physical Markup Language，PML。1

12、.4.2 物聯(lián)網(wǎng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.國(guó)外現(xiàn)狀EPC系統(tǒng)工作示意圖EPC系統(tǒng)工作示意圖EPCIS在EPC系統(tǒng)中的作用EPCIS在EPC系統(tǒng)中的作用近年來，在各種力量的推動(dòng)下，EPC已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，在許多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。沃爾瑪使用EPC系統(tǒng)近年來，在各種力量的推動(dòng)下，EPC已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，在許多行業(yè)意大利紡織品制造商Griva S.p.A應(yīng)用EPC卷板布匹追蹤系統(tǒng)a）固定在傳送帶上的Alien 8800讀寫器；b）布匹卷軸中心貼有EPC Gen 2 Squiggle意大利紡織品制造商Griva S.p.A應(yīng)用EPC卷板布匹追UID技術(shù)體系結(jié)構(gòu)主要由Ubiquitous Code（泛在識(shí)別碼，簡(jiǎn)

13、稱Ucode）、Ubiquitous Communication（泛在通信器，簡(jiǎn)稱UC）、Ucode解析服務(wù)器和信息系統(tǒng)服務(wù)器四個(gè)部分組成。其中UC支持用戶和泛在識(shí)別計(jì)算機(jī)環(huán)境的通信，并提供了多制式的通信接口以處理不同種類的標(biāo)簽和讀寫器的信息，無論是本地還是遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)都可以通過嵌入式的接口連接UID信息服務(wù)系統(tǒng)。UID技術(shù)體系結(jié)構(gòu)主要由Ubiquitous Code（泛在2.國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)外經(jīng)濟(jì)交流的日益頻繁，而國(guó)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，客觀上可能形成新的技術(shù)壁壘，這就要求我們緊密把握這一發(fā)展趨勢(shì)，迎頭趕上，真正在國(guó)內(nèi)也推廣使用這一新技術(shù)，達(dá)到提升我國(guó)工商企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)

14、力的目的。因此，物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)在我國(guó)也成為大家普遍關(guān)注的熱點(diǎn)，得到國(guó)家科技部、質(zhì)檢總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委等政府部門和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)等相關(guān)行業(yè)及企業(yè)的高度重視。2.國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀2010中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)2010中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)大會(huì) 上海世博會(huì)的RFID示范店 上海世博會(huì)的RFID示范店2010年教育部批準(zhǔn)設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)2010年教育部批準(zhǔn)設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)圖1-14 RFID應(yīng)用測(cè)試公共服務(wù)平臺(tái)圖1-14 RFID應(yīng)用測(cè)試公共服務(wù)平臺(tái)1.4.3 物聯(lián)網(wǎng)未來趨勢(shì)網(wǎng)絡(luò)融合目前可以作為用戶接入網(wǎng)的主要有三類：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電信通信網(wǎng)與廣播電視網(wǎng)。長(zhǎng)期以來，我國(guó)的這三種網(wǎng)絡(luò)是由不同的部門管理的，它們是按照各自的需求、采用不同的體制發(fā)

15、展的。 數(shù)字化技術(shù)使得這三種網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)業(yè)務(wù)相互交叉，三種網(wǎng)絡(luò)之間的界限越來越模糊，人們可以選擇一種最簡(jiǎn)單、費(fèi)用最低的方式將自己的計(jì)算機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)。1.4.3 物聯(lián)網(wǎng)未來趨勢(shì)網(wǎng)絡(luò)融合目前可以作為用戶接入網(wǎng)未來的信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)該將服務(wù)與建設(shè)分開，建立分層的服務(wù)模型與統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以使原屬于不同行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)過渡形成一個(gè)全國(guó)性的大網(wǎng)，為各種新應(yīng)用的發(fā)展提供高效能的服務(wù)平臺(tái)，讓更多的家庭、企業(yè)、機(jī)關(guān)的計(jì)算機(jī)更方便地接入互聯(lián)網(wǎng)。這種應(yīng)用需求促進(jìn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電信通信網(wǎng)與電視通信網(wǎng)的“三網(wǎng)融合”局面的出現(xiàn)。三網(wǎng)融合所形成的高性能、全覆蓋的通信網(wǎng)絡(luò)將為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。未來的信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)該將服務(wù)與建設(shè)分開，建立分層