第05章物聯(lián)網(wǎng)基礎知識課件

第05章物聯(lián)網(wǎng)基礎知識第05章物聯(lián)網(wǎng)基礎知識第05章物聯(lián)網(wǎng)基礎知識5.1物聯(lián)網(wǎng)概述1.什么是物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)即“物品的互聯(lián)網(wǎng)”，其英文名稱為“TheInternetofthings”，主要解決物品到物品（ThingtoThing，T2T），人到物品（HumantoThing，H2T）以及人與人（HumantoHuman，H2H）之間的互連。溫家寶總理在2010年政府工作報告中對物聯(lián)網(wǎng)作了如下定義：物聯(lián)網(wǎng)指通過信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，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。它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡。5.1物聯(lián)網(wǎng)概述物聯(lián)網(wǎng)特點1全面感知，傳輸信息多樣化。2物聯(lián)網(wǎng)將各種有線、無線網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)融合，進行信息可靠傳遞。

3物聯(lián)網(wǎng)廣泛應用各種智能計算技術(shù)進行管理調(diào)控。5.1物聯(lián)網(wǎng)概述2.物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)概念并不是新概念，其最早出現(xiàn)在比爾?蓋茨1995年的《未來之路》一書。2005年4月8日，在日內(nèi)瓦舉辦的信息社會世界峰會上，ITU成立了泛在網(wǎng)絡社會（UbiquitousNetworkSociety）國家專家工作組，提高了一個在國際上討論物聯(lián)網(wǎng)的常設咨詢機構(gòu)。5.1物聯(lián)網(wǎng)概述美國——2009年2月17日，奧巴馬總統(tǒng)簽署生效的《2009年美國恢復與再投資法案》中提出在智能電網(wǎng)、衛(wèi)生醫(yī)療信息技術(shù)應用和教育信息技術(shù)進行大量投資，這些投資建設與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)直接相關。歐盟執(zhí)委會——2009年6月18日發(fā)表了《Internetofthings——anactionplanforEurope》日本——2004年5月日本總務省向日本經(jīng)濟財政咨詢會議正式提出了以發(fā)展Ubiquitous社會為目標的U-Japan構(gòu)想。5.1物聯(lián)網(wǎng)概述韓國——2009年10月13日，韓國通信委員會通過了《物聯(lián)網(wǎng)基礎設施構(gòu)建基本規(guī)劃》中國——2009年8月7日，溫家寶總理視察無錫時提出“感知中國”理念，由此推動了物聯(lián)網(wǎng)概念在國內(nèi)的重視，成為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后引發(fā)新一輪信息產(chǎn)業(yè)浪潮的核心領域。5.1物聯(lián)網(wǎng)概述3.物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別物聯(lián)網(wǎng)的終端比互聯(lián)網(wǎng)更加多樣化。物聯(lián)網(wǎng)的終端系統(tǒng)接入方式與互聯(lián)網(wǎng)不同。與互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)具有主動感知的特點。物聯(lián)網(wǎng)具有不同應用領域的專用性。除以上幾點之外，物聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡的穩(wěn)定性、可靠性以及安全性和可控性等方面比互聯(lián)網(wǎng)要求更高。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)1.物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)物品萬維網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)自主體系結(jié)構(gòu)知識面控制面數(shù)據(jù)面管理面提供控制決策需要的知識發(fā)送配置報文，優(yōu)化吞吐量、可靠性圖5-1物聯(lián)網(wǎng)自主體系結(jié)構(gòu)圖5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的EPC體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息系統(tǒng)（ERP等）對象名字服務器ONS本地ONSEPC信息服務EPC中間件EPC信息服務EPC中間件EPC閱讀器物品EPC閱讀器物品身份驗證和授權(quán)本地ONS內(nèi)部信息系統(tǒng)（ERP等）互聯(lián)網(wǎng)圖5-2物聯(lián)網(wǎng)的EPC體系結(jié)構(gòu)圖5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)圖5-4物聯(lián)網(wǎng)四層體系結(jié)構(gòu)模型5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)2.識別技術(shù)——RFIDRFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫，即射頻識別，又稱電子標簽，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過利用無線射頻信號在閱讀器和射頻卡之間進行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達到自動識別目標對象，快速進行物品追蹤和數(shù)據(jù)交換的目的。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)RFID系統(tǒng)組成與工作原理

典型的RFID系統(tǒng)一般由標簽（Tag）、天線（Antenna）、數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)組成，數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)通常被封裝在一起，統(tǒng)稱為閱讀器（Reader）。因此工業(yè)界常將RFID系統(tǒng)分為標簽、天線和閱讀器三部分，如圖5-5所示。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)天線閱讀器標簽附著在物品上的標簽接收到信號，被激活并發(fā)送正確信息。閱讀器通過天線發(fā)送信號。閱讀器將信息送給計算機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。圖5-5RFID工作原理示意圖5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)RFID工作頻率RFID系統(tǒng)的工作頻率一般是指閱讀器發(fā)送信息時所使用的頻率。其典型的工作頻率有低頻125kHz、133kHz，高頻13.56MHz、27.12MHz以及超高頻433MHz、860~960MHz、2.45GHz、5.8GHz。低頻系統(tǒng)工作頻率范圍為30~300kHz，一般使用無源標簽，其通信范圍一般小于1米。高頻系統(tǒng)一般指其工作頻率3~30MHz，其通信距離也小于1米。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)感知技術(shù)——傳感技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡（WirelessSensorNetwork，WSN）是傳感器技術(shù)與無線網(wǎng)絡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，無線傳感器網(wǎng)絡綜合了微電子技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等先進技術(shù)，能夠協(xié)同地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進行處理，處理后的信息通過無線方式發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡方式傳送給觀察者。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)組成電源傳感器微處理器無線通信圖5-6無線傳感器節(jié)點組成5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)目標傳感節(jié)點感知現(xiàn)場遠程任務管理用戶外部網(wǎng)絡（衛(wèi)星通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等）觀測節(jié)點圖5-7無線傳感器網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)特點①自組織。②節(jié)點分布空間面積大。③多跳路由。④動態(tài)網(wǎng)絡拓撲。⑤節(jié)點能源受限。⑥傳輸能力有限。應用現(xiàn)狀環(huán)境的監(jiān)測和保護。建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測。醫(yī)療護理智能交通應用軍事領域5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)4.網(wǎng)絡與通信技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以說互聯(lián)網(wǎng)為物聯(lián)網(wǎng)提供應用平臺，同時物聯(lián)網(wǎng)對互聯(lián)網(wǎng)提出了更高的要求，也能反過來促進互聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展。移動通信技術(shù)移動通信網(wǎng)是實現(xiàn)未來物聯(lián)網(wǎng)應用的重要基礎設施，它賦予物聯(lián)網(wǎng)強大通信能力，物聯(lián)網(wǎng)的概念也為移動通信發(fā)展注入了強大推動力。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)無線通信網(wǎng)絡無線通信沒有有線網(wǎng)絡在連接空間上的局限性，將成為物聯(lián)網(wǎng)的另一重要網(wǎng)絡接入方式。無線通信網(wǎng)絡按照其傳輸速率高低可分為無線寬帶網(wǎng)絡，如WiFi（WirelessFidelity）、WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess）和無線低速網(wǎng)絡，如藍牙（BlueTooth）、紅外（Infrared）、紫蜂（ZigBee）等。（1）無線寬帶網(wǎng)絡按照傳統(tǒng)的定義，寬帶超過1.54Mb/s的網(wǎng)絡即為寬帶網(wǎng)絡。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)WiFiWiFi原為無線保真WirelessFidelity的縮寫，是一種可以將個人電腦、手持設備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。特點：無線電波的覆蓋范圍廣，傳輸速度非?？?，可以達到54Mb/s，無需布線，能夠滿足移動辦公用戶的需求。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)WiMAXWiMAX是WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess的縮寫，即全球微波互聯(lián)接入，WiMAX也叫802.16無線城域網(wǎng)或802.16。特點：傳輸距離更遠——50公里，提供更高速的寬帶接入——70M，提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡接入服務，提供多媒體通信服務。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)（2）無線低速網(wǎng)絡藍牙——是一種目前廣泛應用的短距離通信（一般10m內(nèi)）的無線電技術(shù)。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、GPS設備、游戲平臺ps3、筆記本電腦、無線外圍設備（如藍牙鼠標、藍牙鍵盤）等眾多設備之間進行無線信息交換。紅外——紅外是一種利用紅外線傳輸數(shù)據(jù)的無線通信方式，采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長在0.75μm~25μm之間。自1974年發(fā)明以來得到很普遍的應用，如紅外線鼠標、紅外線打印機、紅外線鍵盤等。紅外傳輸采用點對點方式，傳輸距離一般為1米左右，由于紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，適合于短距離、方向性強的無線通訊場合。紅外設備一般具有體積小、成本低、功耗低、無需頻率申請等優(yōu)勢。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)ZigBee—紫蜂ZigBee是一種新興的短距離無線通信技術(shù)，是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞。特點：低功耗特性，數(shù)據(jù)速率比較低，可靠性有保障，近距離傳輸特性，組網(wǎng)規(guī)模大。應用領域應用說明家庭和樓宇網(wǎng)絡空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制、照明的自動控制、窗簾的自動控制、煤氣計量控制、家用電器的遠程控制等。工業(yè)控制各種監(jiān)控器、傳感器的自動化控制。商業(yè)智慧型標簽等。公共場所煙霧探測器等。農(nóng)業(yè)控制利用傳感器收集各種土壤信息和氣候信息。醫(yī)療老人與行動不便者的緊急呼叫器和醫(yī)療傳感器等。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)云計算與智能決策技術(shù)（1）云計算云計算是一種商業(yè)計算模型。它將計算任務分布在大量計算機構(gòu)成的資源池上，使各種應用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和信息服務。廣義的云計算指廠商通過建立網(wǎng)絡服務器集群，向各種不同類型客戶提供在線軟件服務、硬件租借、數(shù)據(jù)存儲、計算分析等不同類型的服務。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)從用戶的角度來看，云計算具有以下特點：云計算提供了最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲中心。云計算對用戶端的設備要求最低，使用方便。云計算可以輕松實現(xiàn)不同設備間的數(shù)據(jù)與應用共享。云計算為我們使用網(wǎng)絡提供了幾乎無限多的可能。極其廉價。云計算技術(shù)方面具有如下特點：規(guī)模超大，且具有可擴展性。虛擬化。高可靠性。通用性。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)（2）智能決策技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)通過將數(shù)據(jù)采集、傳輸并進行計算處理之后，最終目的是對物品實現(xiàn)智能化管理，智能化管理是建立在海量數(shù)據(jù)上的，有效利用海量信息并做出智能決策是物聯(lián)網(wǎng)應用的關鍵。目前智能決策方法主要有基于人工智能、基于數(shù)據(jù)倉庫和基于范例推理三種。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)基于人工智能的智能決策人工智能是用人工方法在機器（計算機）上實現(xiàn)的智能，主要研究如何用計算機來表示和執(zhí)行人類的智能活動，以模擬人腦所從事的推理、學習、思考和規(guī)劃等思維活動，并解決需要人類的智力才能處理的復雜問題，如醫(yī)療診斷、管理決策、自然語言理解等。基于人工智能的智能決策方法主要有專家系統(tǒng)、機器學習和基于Agent三種。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)基于數(shù)據(jù)倉庫的智能決策數(shù)據(jù)倉庫通過多數(shù)據(jù)源信息的概括、聚集和集成，建立面向主題、集成、時變、持久的數(shù)據(jù)集合，從而為決策提供可用信息。數(shù)據(jù)挖掘是從大量數(shù)據(jù)中析取有用的、前所未知的和最終可理解的知識的過程。數(shù)據(jù)挖掘可以建立在數(shù)據(jù)倉庫之上，基于數(shù)據(jù)倉庫的挖掘可以更好的保障數(shù)據(jù)挖掘的效果。5.2物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與關鍵技術(shù)基于范例推理的智能決策基于范例推理是從過去的經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)解決當前問題線索的方法。過去事件的集合構(gòu)成一個范例庫，即問題處理的模型，當前處理的問題成為目標范例，記憶的問題或情景成為源范例，這樣在處理問題時，先在范例庫中搜索與目標范例具有相同屬性的源范例，再通過范例的匹配情況進行調(diào)整，基于范例推理簡化了知識獲取的過程，對過去的求解過程的復用提高了問題求解的效率，對難以通過計算推導來求解的問題可以發(fā)揮很好的作用。5.3物聯(lián)網(wǎng)的應用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎上的延伸和擴展，其用戶終端延伸到了任何物品，可以實現(xiàn)任何物品之間的信息交換和通信，因此其應用以“物品”為中心，可遍及交通、物流、教學、醫(yī)療、衛(wèi)生、安防、家居、旅游及農(nóng)業(yè)等領域，在未來3年內(nèi)中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將在智能電網(wǎng)、智能家居、數(shù)字城市、智能醫(yī)療、車用傳感器等領域率先普及。本節(jié)主要介紹其在智能物流、智能家居、智能交通和智能醫(yī)療方面的應用。5.3物聯(lián)網(wǎng)的應用

1．智能物流5.3物聯(lián)網(wǎng)的應用

5.3物聯(lián)網(wǎng)的應用

5.3物聯(lián)網(wǎng)的應用

2.智能家庭數(shù)字家庭信息娛樂生活通信智能家居系統(tǒng)是利用先進的計算機、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡通訊技術(shù)，將家庭中的各種設備如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡家電、音視頻設備等通過家庭網(wǎng)絡連接到一起，實現(xiàn)對家庭設備的遠程操控。5.3物聯(lián)網(wǎng)的應用

3．智能交通目前的智能交通系統(tǒng)主要包括以下幾方面：交通管理系統(tǒng)、交通信息服務系統(tǒng)、公共交通系統(tǒng)、車輛控制與安全系統(tǒng)、不停車電子收費系統(tǒng)等。目前國內(nèi)外智能交通成功案例以不停車電子收費系統(tǒng)和交通誘導服務系統(tǒng)居多。例如德國高速公路啟用衛(wèi)星卡車收費系統(tǒng)