物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論第1章課件

物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論書名：物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論作者：劉云浩出版社：科學(xué)出版社出版時間：2010年12月ISBN：978-7-03-029253-7開本：16開定價：45.00元物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論書名：物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論第1章物聯(lián)網(wǎng)概述第1章本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術(shù)1.3主要特點1.4應(yīng)用前景什么是物聯(lián)網(wǎng)？物聯(lián)網(wǎng)的概念是如何產(chǎn)生的？本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.1歷史進(jìn)程2009

“感知中國”2008IBM“智慧地球”2005

國際電信聯(lián)盟《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，指出無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨

1995BillGates《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(jì)90年代1.1歷史進(jìn)程2009“感知中國”2008IBM“1.1歷史進(jìn)程：主線復(fù)雜，來源不單一RFID1999年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）Auto-ID中心，提出EPC系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)概念普適計算（PervasiveComputing）感知與互聯(lián)嵌入式系統(tǒng)20世紀(jì)90年代末，傳感網(wǎng)起步2006年，NSFworkshoponCPS(Cyber-PhysicalSystems)信息-物理融合系統(tǒng)1.1歷史進(jìn)程：主線復(fù)雜，來源不單一RFID什么是物聯(lián)網(wǎng)？概念的提出Incomputing,theInternetofThingsreferstoanetworkofobjects,suchashouseholdappliances.Itisoftenaself-configuringwirelessnetwork.TheconceptoftheinternetofthingsisattributedtotheoriginalAuto-IDCenter,foundedin1999andbasedatthetimeinMIT.物聯(lián)網(wǎng)實際是中國人的發(fā)明，整合了美國CPS(Cyber-PhysicalSystems)、歐盟IoT（InternetofThings)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)等信息載體，讓所有能被獨(dú)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。什么是物聯(lián)網(wǎng)？概念的提出物聯(lián)網(wǎng)的其他定義物聯(lián)網(wǎng)的其他定義本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術(shù)1.3主要特點1.4應(yīng)用前景根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用將物聯(lián)網(wǎng)分為感知識別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層。本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術(shù)：感知識別層核心技術(shù)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1.2核心技術(shù)：感知識別層核心技術(shù)1.2核心技術(shù)：感知識別層核心技術(shù)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(dú)特的部分。物聯(lián)網(wǎng)的“觸手”是位于感知識別層的大量信息生成設(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(jī)、PDA、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)。1.2核心技術(shù)：感知識別層核心技術(shù)通過感知識別技術(shù)，讓物品核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第2章技術(shù)舉例：RFID基本組成：工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為標(biāo)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(biāo)簽接收到信號后發(fā)射內(nèi)部存儲的標(biāo)識信息，閱讀器再通過天線接收并識別標(biāo)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(jī)。核心技術(shù)技術(shù)舉例：RFID基本組成：工業(yè)界經(jīng)常將RFID系技術(shù)舉例：傳感器網(wǎng)絡(luò)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)）應(yīng)用舉例：VigilNet:美國弗吉尼亞大學(xué)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。Mercury:美國哈佛大學(xué)研制的可穿戴的醫(yī)療監(jiān)控傳感器。傳感器具有設(shè)計人性化，高精度感知，連續(xù)長期采集數(shù)據(jù)等特點。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(wù)核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第3章技術(shù)舉例：傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程：傳感器→無線傳感器→無線傳感技術(shù)舉例：定位系統(tǒng)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(shè)備）定位系統(tǒng)與技術(shù)：GPS，蜂窩基站定位，無線室內(nèi)環(huán)境定位（紅外線/.超聲波/藍(lán)牙），新興定位系統(tǒng)（A-GPS/無線AP/網(wǎng)絡(luò)定位）；距離/距離差/無線信號特征物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對定位技術(shù)的挑戰(zhàn)：異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、多變環(huán)境下的精準(zhǔn)定位大規(guī)模應(yīng)用基于位置的服務(wù)（LocationbasedServices）位置信息帶來的信息安全和隱私保護(hù)問題核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第4章技術(shù)舉例：定位系統(tǒng)位置信息拓展：所在地理位置+處在該地理位置技術(shù)舉例：智能信息設(shè)備傳統(tǒng)智能設(shè)備：個人計算機(jī)（PC）/個人數(shù)字助理（PDA）/…物聯(lián)網(wǎng)時代新智能設(shè)備：數(shù)字標(biāo)牌（實時信息互動）/智能電視（具有全功能的互聯(lián)網(wǎng)，個性化體驗）/智能手機(jī)/…物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能設(shè)備發(fā)展新趨勢：更深入的智能化：縱向（包括傳統(tǒng)的智能設(shè)備）+縱向（融入沒有計算能力的簡單物理對象）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)更全面的互聯(lián)互通：互聯(lián)互通+信息共享核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第5章技術(shù)舉例：智能信息設(shè)備傳統(tǒng)智能設(shè)備：個人計算機(jī)（PC）/個人1.2核心技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第6-9章1.2核心技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層核心技術(shù)1.2核心技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第6-9章網(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管理服務(wù)層，具有強(qiáng)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)。1.2核心技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層核心技術(shù)網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)各種網(wǎng)絡(luò)形式如何應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)？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(lán)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。各種網(wǎng)絡(luò)形式如何應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)？互聯(lián)網(wǎng)：IPv6掃清了可接入網(wǎng)1.2核心技術(shù)：管理服務(wù)層核心技術(shù)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，如智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流等，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（數(shù)據(jù)庫與海量存儲技術(shù)）、如何檢索（搜索引擎）、如何使用（數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)）、如何不被濫用（數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)）等問題。1.2核心技術(shù)：管理服務(wù)層核心技術(shù)管理服務(wù)層位于感知識別和數(shù)據(jù)庫與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第10章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)特點：海量性，多態(tài)性，關(guān)聯(lián)性及語義性關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為一項有著近半個世紀(jì)歷史的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，仍可在物聯(lián)網(wǎng)中大展拳腳，為物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行提供支撐。與此同時，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提出的新需求，數(shù)據(jù)庫技術(shù)也在進(jìn)行不斷的更新，發(fā)展出新的方向。新興數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（NoSQL數(shù)據(jù)庫）針對非關(guān)系型、分布式的數(shù)據(jù)存儲，并不要求數(shù)據(jù)庫具有確定的表模式，通過避免連接操作提升數(shù)據(jù)庫性能。數(shù)據(jù)庫與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)特點：海量信息存儲與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第11章網(wǎng)絡(luò)存儲體系結(jié)構(gòu)：直接附加存儲（DAS）網(wǎng)絡(luò)附加存儲（NAS）存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）困難：只能滿足中等規(guī)模商業(yè)需求數(shù)據(jù)中心不僅包括計算機(jī)系統(tǒng)和配套設(shè)備（如通信/存儲設(shè)備），還包括冗余的數(shù)據(jù)通信連接/環(huán)境控制設(shè)備/監(jiān)控設(shè)備及安全裝置，是一大型的系統(tǒng)工程。通過高度的安全性和可靠性提供及時持續(xù)的數(shù)據(jù)服務(wù)，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供良好的支持。典型的數(shù)據(jù)中心：Google/Hadoop海量信息存儲與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)網(wǎng)絡(luò)存儲體系結(jié)構(gòu)：搜索引擎與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第12章Web搜索引擎：一個能夠在合理響應(yīng)時間內(nèi)，根據(jù)用戶的查詢關(guān)鍵詞，返回一個包含相關(guān)信息的結(jié)果列表（hitslist）服務(wù)的綜合體。傳統(tǒng)的Web搜索引擎是基于查詢關(guān)鍵詞的，對于相同的關(guān)鍵詞，會得到相同的查詢結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)時代搜索引擎的新思考從智能物體角度思考搜索引擎與物體之間的關(guān)系，主動識別物體并提取有用信息。從用戶角度上的多模態(tài)信息利用，使查詢結(jié)果更精確，更智能，更定制化。搜索引擎與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)Web搜索引擎：一個能夠在合理響應(yīng)時物聯(lián)網(wǎng)的智慧決策核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第13章需求分析：更透徹的感知要求對海量數(shù)據(jù)多維度整合與分析更深入的智能化需要普適性的數(shù)據(jù)搜索和服務(wù)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從大量數(shù)據(jù)中獲取潛在有用的且可被人理解的模式，基本類型有關(guān)聯(lián)分析，聚類分析，演化分析等。應(yīng)用舉例：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)：實時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)，挖掘影響產(chǎn)量的重要因素，獲得產(chǎn)量最大化配置方式市場營銷：通過數(shù)據(jù)庫行銷和貨籃分析等方式獲取顧客購物取向和興趣物聯(lián)網(wǎng)的智慧決策核心技術(shù)需求分析：信息安全與隱私保護(hù)核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第14章RFID安全主要安全和隱私隱患：竊聽、跟蹤、中間人攻擊、欺騙/重放/克隆、物理破解、篡改信息、拒絕服務(wù)攻擊、RFID病毒…保護(hù)手段：物理安全機(jī)制/密碼學(xué)安全機(jī)制/PUF…位置隱私定義：用戶對自己位置信息的掌控能力：用戶能自由決定是否發(fā)布位置信息，將信息發(fā)布給誰，通過何種方式來發(fā)布，以及發(fā)布的信息有多詳細(xì)。保護(hù)手段：制度制約、隱私方針、身份匿名、數(shù)據(jù)混淆信息安全與隱私保護(hù)核心技術(shù)RFID安全1.2核心技術(shù)：綜合應(yīng)用層“實踐出真知”，無論任何技術(shù)，應(yīng)用是決定成敗的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)豐富的內(nèi)涵催生出更加豐富的外延應(yīng)用。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了以數(shù)據(jù)為中心到以人為中心的轉(zhuǎn)化，典型應(yīng)用包括文件傳輸、電子郵件、萬維網(wǎng)、電子商務(wù)、視頻點播、在線游戲和社交網(wǎng)絡(luò)等；而物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以“物”或者物理世界為中心，涵蓋物品追蹤、環(huán)境感知、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)等等。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用目前正處于快速增長期，具有多樣化、規(guī)?；?、行業(yè)化等特點。核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第15-19章1.2核心技術(shù)：綜合應(yīng)用層“實踐出真知”，無論任何技術(shù)，應(yīng)本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術(shù)1.3主要特點1.4應(yīng)用前景物聯(lián)網(wǎng)相對于已有的各種通信和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)和應(yīng)用層面具有哪些特點呢？本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.3物聯(lián)網(wǎng)的主要特點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)。聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)?；锫?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。1.3物聯(lián)網(wǎng)的主要特點感知識別普適化1.3物聯(lián)網(wǎng)的主要特點（續(xù)）管理調(diào)控智能化物聯(lián)網(wǎng)高效可靠組織大規(guī)模數(shù)據(jù)，與此同時，運(yùn)籌學(xué)，機(jī)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(jìn)，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(wù)等各個環(huán)節(jié)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展跨越化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有望成為從勞動密集型向知識密集型，從資源浪費(fèi)型向環(huán)境友好型國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的重要動力。1.3物聯(lián)網(wǎng)的主要特點（續(xù)）管理調(diào)控智能化本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術(shù)1.3主要特點1.4應(yīng)用前景物聯(lián)網(wǎng)豐富的內(nèi)涵催生出更加豐富的外延應(yīng)用。本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.4物聯(lián)網(wǎng)的應(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。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(yùn)輸系統(tǒng)的安全性、可管理性、運(yùn)輸效能同時降低能源消耗和對地球環(huán)境的負(fù)面影響。綠色建筑：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(biāo)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。1.4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景智能物流：現(xiàn)代物流系統(tǒng)希望利用信息生1.4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景（續(xù)）智能電網(wǎng)：以先進(jìn)的通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以電網(wǎng)設(shè)備間的信息交互為手段，以實現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全為目的的先進(jìn)的現(xiàn)代化電力系統(tǒng)。環(huán)境監(jiān)測：通過對人類和環(huán)境有影響的各種物質(zhì)的含量、排放量、以及各種環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的檢測，跟蹤環(huán)境質(zhì)量的變化，確定環(huán)境質(zhì)量水平，為環(huán)境管理、污染治理、防災(zāi)減災(zāi)等工作提供基礎(chǔ)信息、方法指引和質(zhì)量保證。1.4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景（續(xù)）智能電網(wǎng)：以先進(jìn)的通信技術(shù)、傳本章小結(jié)內(nèi)容回顧本章討論了物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展，核心技術(shù)，主要特點以及應(yīng)用前景。重點掌握物聯(lián)網(wǎng)的基本概念，了解互聯(lián)網(wǎng)/電信網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)和信息載體。物聯(lián)網(wǎng)的四層體系結(jié)構(gòu)模型：感知識別層，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層，管理服務(wù)層，綜合應(yīng)用層。本章小結(jié)內(nèi)容回顧物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論書名：物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論作者：劉云浩出版社：科學(xué)出版社出版時間：2010年12月ISBN：978-7-03-029253-7開本：16開定價：45.00元物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論書名：物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論第1章物聯(lián)網(wǎng)概述第1章本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術(shù)1.3主要特點1.4應(yīng)用前景什么是物聯(lián)網(wǎng)？物聯(lián)網(wǎng)的概念是如何產(chǎn)生的？本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.1歷史進(jìn)程2009

“感知中國”2008IBM“智慧地球”2005

國際電信聯(lián)盟《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，指出無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨

1995BillGates《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(jì)90年代1.1歷史進(jìn)程2009“感知中國”2008IBM“1.1歷史進(jìn)程：主線復(fù)雜，來源不單一RFID1999年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）Auto-ID中心，提出EPC系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)概念普適計算（PervasiveComputing）感知與互聯(lián)嵌入式系統(tǒng)20世紀(jì)90年代末，傳感網(wǎng)起步2006年，NSFworkshoponCPS(Cyber-PhysicalSystems)信息-物理融合系統(tǒng)1.1歷史進(jìn)程：主線復(fù)雜，來源不單一RFID什么是物聯(lián)網(wǎng)？概念的提出Incomputing,theInternetofThingsreferstoanetworkofobjects,suchashouseholdappliances.Itisoftenaself-configuringwirelessnetwork.TheconceptoftheinternetofthingsisattributedtotheoriginalAuto-IDCenter,foundedin1999andbasedatthetimeinMIT.物聯(lián)網(wǎng)實際是中國人的發(fā)明，整合了美國CPS(Cyber-PhysicalSystems)、歐盟IoT（InternetofThings)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)等信息載體，讓所有能被獨(dú)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。什么是物聯(lián)網(wǎng)？概念的提出物聯(lián)網(wǎng)的其他定義物聯(lián)網(wǎng)的其他定義本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術(shù)1.3主要特點1.4應(yīng)用前景根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用將物聯(lián)網(wǎng)分為感知識別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層。本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術(shù)：感知識別層核心技術(shù)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1.2核心技術(shù)：感知識別層核心技術(shù)1.2核心技術(shù)：感知識別層核心技術(shù)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(dú)特的部分。物聯(lián)網(wǎng)的“觸手”是位于感知識別層的大量信息生成設(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(jī)、PDA、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)。1.2核心技術(shù)：感知識別層核心技術(shù)通過感知識別技術(shù)，讓物品核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第2章技術(shù)舉例：RFID基本組成：工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為標(biāo)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(biāo)簽接收到信號后發(fā)射內(nèi)部存儲的標(biāo)識信息，閱讀器再通過天線接收并識別標(biāo)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(jī)。核心技術(shù)技術(shù)舉例：RFID基本組成：工業(yè)界經(jīng)常將RFID系技術(shù)舉例：傳感器網(wǎng)絡(luò)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)）應(yīng)用舉例：VigilNet:美國弗吉尼亞大學(xué)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。Mercury:美國哈佛大學(xué)研制的可穿戴的醫(yī)療監(jiān)控傳感器。傳感器具有設(shè)計人性化，高精度感知，連續(xù)長期采集數(shù)據(jù)等特點。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(wù)核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第3章技術(shù)舉例：傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程：傳感器→無線傳感器→無線傳感技術(shù)舉例：定位系統(tǒng)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(shè)備）定位系統(tǒng)與技術(shù)：GPS，蜂窩基站定位，無線室內(nèi)環(huán)境定位（紅外線/.超聲波/藍(lán)牙），新興定位系統(tǒng)（A-GPS/無線AP/網(wǎng)絡(luò)定位）；距離/距離差/無線信號特征物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對定位技術(shù)的挑戰(zhàn)：異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、多變環(huán)境下的精準(zhǔn)定位大規(guī)模應(yīng)用基于位置的服務(wù)（LocationbasedServices）位置信息帶來的信息安全和隱私保護(hù)問題核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第4章技術(shù)舉例：定位系統(tǒng)位置信息拓展：所在地理位置+處在該地理位置技術(shù)舉例：智能信息設(shè)備傳統(tǒng)智能設(shè)備：個人計算機(jī)（PC）/個人數(shù)字助理（PDA）/…物聯(lián)網(wǎng)時代新智能設(shè)備：數(shù)字標(biāo)牌（實時信息互動）/智能電視（具有全功能的互聯(lián)網(wǎng)，個性化體驗）/智能手機(jī)/…物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能設(shè)備發(fā)展新趨勢：更深入的智能化：縱向（包括傳統(tǒng)的智能設(shè)備）+縱向（融入沒有計算能力的簡單物理對象）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)更全面的互聯(lián)互通：互聯(lián)互通+信息共享核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第5章技術(shù)舉例：智能信息設(shè)備傳統(tǒng)智能設(shè)備：個人計算機(jī)（PC）/個人1.2核心技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第6-9章1.2核心技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層核心技術(shù)1.2核心技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第6-9章網(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管理服務(wù)層，具有強(qiáng)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)。1.2核心技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層核心技術(shù)網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)各種網(wǎng)絡(luò)形式如何應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)？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(lán)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。各種網(wǎng)絡(luò)形式如何應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)？互聯(lián)網(wǎng)：IPv6掃清了可接入網(wǎng)1.2核心技術(shù)：管理服務(wù)層核心技術(shù)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，如智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流等，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（數(shù)據(jù)庫與海量存儲技術(shù)）、如何檢索（搜索引擎）、如何使用（數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)）、如何不被濫用（數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)）等問題。1.2核心技術(shù)：管理服務(wù)層核心技術(shù)管理服務(wù)層位于感知識別和數(shù)據(jù)庫與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第10章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)特點：海量性，多態(tài)性，關(guān)聯(lián)性及語義性關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為一項有著近半個世紀(jì)歷史的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，仍可在物聯(lián)網(wǎng)中大展拳腳，為物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行提供支撐。與此同時，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提出的新需求，數(shù)據(jù)庫技術(shù)也在進(jìn)行不斷的更新，發(fā)展出新的方向。新興數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（NoSQL數(shù)據(jù)庫）針對非關(guān)系型、分布式的數(shù)據(jù)存儲，并不要求數(shù)據(jù)庫具有確定的表模式，通過避免連接操作提升數(shù)據(jù)庫性能。數(shù)據(jù)庫與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)特點：海量信息存儲與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第11章網(wǎng)絡(luò)存儲體系結(jié)構(gòu)：直接附加存儲（DAS）網(wǎng)絡(luò)附加存儲（NAS）存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）困難：只能滿足中等規(guī)模商業(yè)需求數(shù)據(jù)中心不僅包括計算機(jī)系統(tǒng)和配套設(shè)備（如通信/存儲設(shè)備），還包括冗余的數(shù)據(jù)通信連接/環(huán)境控制設(shè)備/監(jiān)控設(shè)備及安全裝置，是一大型的系統(tǒng)工程。通過高度的安全性和可靠性提供及時持續(xù)的數(shù)據(jù)服務(wù)，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供良好的支持。典型的數(shù)據(jù)中心：Google/Hadoop海量信息存儲與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)網(wǎng)絡(luò)存儲體系結(jié)構(gòu)：搜索引擎與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第12章Web搜索引擎：一個能夠在合理響應(yīng)時間內(nèi)，根據(jù)用戶的查詢關(guān)鍵詞，返回一個包含相關(guān)信息的結(jié)果列表（hitslist）服務(wù)的綜合體。傳統(tǒng)的Web搜索引擎是基于查詢關(guān)鍵詞的，對于相同的關(guān)鍵詞，會得到相同的查詢結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)時代搜索引擎的新思考從智能物體角度思考搜索引擎與物體之間的關(guān)系，主動識別物體并提取有用信息。從用戶角度上的多模態(tài)信息利用，使查詢結(jié)果更精確，更智能，更定制化。搜索引擎與物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)Web搜索引擎：一個能夠在合理響應(yīng)時物聯(lián)網(wǎng)的智慧決策核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第13章需求分析：更透徹的感知要求對海量數(shù)據(jù)多維度整合與分析更深入的智能化需要普適性的數(shù)據(jù)搜索和服務(wù)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從大量數(shù)據(jù)中獲取潛在有用的且可被人理解的模式，基本類型有關(guān)聯(lián)分析，聚類分析，演化分析等。應(yīng)用舉例：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)：實時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)，挖掘影響產(chǎn)量的重要因素，獲得產(chǎn)量最大化配置方式市場營銷：通過數(shù)據(jù)庫行銷和貨籃分析等方式獲取顧客購物取向和興趣物聯(lián)網(wǎng)的智慧決策核心技術(shù)需求分析：信息安全與隱私保護(hù)核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理服務(wù)層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層感知識別層詳見第14章RFID安全主要安全和隱私隱患：竊聽、跟蹤、中間人攻擊、欺騙/重放/克隆、物理破解、篡改信息、拒絕服務(wù)攻擊、RFID病毒…保護(hù)手段：物理安全機(jī)制/密碼學(xué)安全機(jī)制/PUF…位置隱私定義：用戶對自己位置信息的掌控能力：用戶能自由決定是否發(fā)布位置信息，將信息發(fā)布給誰，通過何種方式來發(fā)布，以及發(fā)布的信息有多詳細(xì)。保護(hù)手段：制度制約、隱私方針、身份匿名、數(shù)據(jù)混淆信息安全與隱私保護(hù)核心技術(shù)RFID安全1.2核心技術(shù)：綜合應(yīng)用層“實踐出真知”，無論任何技術(shù)，應(yīng)用是決定成敗的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)豐富的內(nèi)涵催生出更加豐富的外延應(yīng)用。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了以數(shù)據(jù)為中心到以人為中心的轉(zhuǎn)化，典型應(yīng)用包括文件傳輸、電子郵件、萬維網(wǎng)、電子商務(wù)、視頻點播、在線游戲和社交網(wǎng)絡(luò)等；而物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以“物”或者物理世界為中心，涵蓋物品追蹤、環(huán)境感知、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)等等。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用目前正處于快速增長期，具有多樣化、規(guī)模化、行業(yè)化等特點。核心技術(shù)綜合應(yīng)用層管理