物聯(lián)網(wǎng)編程導(dǎo)論

1、本章內(nèi)容1.1 起源與發(fā)展起源與發(fā)展1.2 核心技術(shù)1.3 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？1.1 歷史進(jìn)程2009 “”2008 IBM “智慧地球智慧地球” 2005 國(guó)際電信聯(lián)盟國(guó)際電信聯(lián)盟 ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)，指出，指出無(wú)所不在的無(wú)所不在的“物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來(lái)臨通信時(shí)代即將來(lái)臨 1995 Bill Gates 未來(lái)之路未來(lái)之路 物物互聯(lián)物物互聯(lián)1.1 歷史進(jìn)程：主線復(fù)雜，來(lái)源不單一RFID1999年，美國(guó)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(jì)算（普適計(jì)算（Pervasive Computin

2、g）感知與互聯(lián)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)20世紀(jì)90年代末，傳感網(wǎng)起步2006年，NSF workshop on CPS (Cyber-Physical Systems)信息-物理融合系統(tǒng)什么是物聯(lián)網(wǎng)？實(shí)際是中國(guó)人的發(fā)明，整合了美國(guó)CPS(Cyber-Physical Systems)、歐盟IoT（Internet of Things)和日本U-Japan等概念。是一個(gè)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)立尋址的實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。普通對(duì)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(gè)重要特征。本章內(nèi)容1.1 起源與發(fā)展1.2 核心技術(shù)核心技術(shù)1.3 應(yīng)用前景根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用

3、將物聯(lián)網(wǎng)分為感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層。1.2 核心技術(shù)：感知識(shí)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(shí)別層1.2 核心技術(shù)：感知識(shí)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(shí)別層通過(guò)感知識(shí)別技術(shù)，讓物品“開(kāi)口說(shuō)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(shí)別層的大量信息生成設(shè)備，既包括采用自動(dòng)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(shí)別層位于物聯(lián)網(wǎng)

4、四層模型的最底端，是所有上層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。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(shí)別層技術(shù)舉例：RFID 基本組成：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：工作原理：閱讀器通過(guò)天線發(fā)送電子信號(hào)，標(biāo)簽接收到信號(hào)后發(fā)射內(nèi)部存儲(chǔ)的標(biāo)識(shí)信息，閱讀器再通過(guò)天線接收并識(shí)別標(biāo)簽發(fā)回的信息，最后閱讀器再將識(shí)別結(jié)果發(fā)送給主機(jī)。技術(shù)舉例：傳感器網(wǎng)絡(luò) 發(fā)展歷程：發(fā)展歷程：傳感器無(wú)線傳感器無(wú)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(diǎn)組成的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)）應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：VigilNet: 美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)研制的用于軍事監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。傳感節(jié)點(diǎn)具有自主成網(wǎng)，多跳傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。M

5、ercury:美國(guó)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(jì)人性化，高精度感知，連續(xù)長(zhǎng)期采集數(shù)據(jù)等特點(diǎn)。GreenOrbs（綠野千傳）（綠野千傳）：森林監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)系統(tǒng)，適用于長(zhǎng)期、大規(guī)模、自動(dòng)化的環(huán)境監(jiān)測(cè)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(shí)別層技術(shù)舉例：定位系統(tǒng)位置信息拓展位置信息拓展：所在地理位置+處在該地理位置的時(shí)間+處在該地理位置的對(duì)象（人或設(shè)備）定位系統(tǒng)與技術(shù)：定位系統(tǒng)與技術(shù)：GPS，蜂窩基站定位，無(wú)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(wú)線AP/網(wǎng)絡(luò)定位）；距離/距離差/無(wú)線信號(hào)特征物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對(duì)定位技術(shù)的挑戰(zhàn)：物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對(duì)定位技

6、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)（Location based Services）位置信息帶來(lái)的信息安全和隱私保護(hù)問(wèn)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(shí)別層技術(shù)舉例：智能信息設(shè)備傳統(tǒng)智能設(shè)備：傳統(tǒng)智能設(shè)備：個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）/個(gè)人數(shù)字助理（PDA）/ 物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代新智能設(shè)備：物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代新智能設(shè)備：數(shù)字標(biāo)牌（實(shí)時(shí)信息互動(dòng)）/智能電視（具有全功能的互聯(lián)網(wǎng)，個(gè)性化體驗(yàn)）/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(shì)：物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能設(shè)備發(fā)展新趨勢(shì)：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(méi)有計(jì)算能力的簡(jiǎn)單物理對(duì)象）更透徹的感知：主動(dòng)感知 (部署傳感

7、器) + 被動(dòng)感知 (發(fā)出查詢請(qǐng)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(shí)別層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(shí)別層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(shí)別層網(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(wú)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(shí)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(shí)、安全地傳輸上下層的數(shù)據(jù)。各種網(wǎng)絡(luò)形式如何應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)？互聯(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

8、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(tái)和技術(shù)支持。無(wú)線寬帶網(wǎng)無(wú)線寬帶網(wǎng)：WiFi/WiMAX等無(wú)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(jià)且不受接入設(shè)備位置限制的互聯(lián)手段。無(wú)線低速網(wǎng)無(wú)線低速網(wǎng)：ZigBee/藍(lán)牙藍(lán)牙/紅外紅外等低速網(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(diǎn)的低速率、低通信半徑、低計(jì)算能力和低能量來(lái)源等特征。移動(dòng)通信網(wǎng)移動(dòng)通信網(wǎng)：移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將成為“全面、隨時(shí)、隨地”傳輸信息的有效平臺(tái)。高速、實(shí)時(shí)、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。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(shí)別層管理服務(wù)層位于感知

9、識(shí)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(lái)自這一層。當(dāng)感知識(shí)別層生成的大量信息經(jīng)過(guò)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(wú)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(chǔ)（數(shù)據(jù)庫(kù)與海量存儲(chǔ)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(wèn)題。(大數(shù)據(jù)、云計(jì)算！)海量信息存儲(chǔ)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(shí)別層網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)：直接附加存儲(chǔ)（DAS）網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NAS

10、）存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）困難：困難：只能滿足中等規(guī)模商業(yè)需求數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心不僅包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和配套設(shè)備（如通信/存儲(chǔ)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(guò)高度的安全性和可靠性提供及時(shí)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：典型的數(shù)據(jù)中心：Google/Hadoop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(shí)別層情景（情景（Context）搜索：）搜索：一個(gè)能夠在合理響應(yīng)時(shí)間內(nèi)，根據(jù)用戶的查詢關(guān)鍵詞和用戶所在的情景，返回包含相關(guān)信息的結(jié)果列表（hits list）。傳統(tǒng)的搜索引擎?zhèn)鹘y(tǒng)的搜索引擎是基于查詢關(guān)

11、鍵詞的，對(duì)于相同的關(guān)鍵詞，會(huì)得到相同的查詢結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代搜索引擎的新思考物聯(lián)網(wǎng)時(shí)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(dòng)識(shí)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。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(shí)別層需求分析：需求分析：更透徹的感知要求對(duì)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)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：應(yīng)用舉例：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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

12、化配置方式市場(chǎng)營(yíng)銷：通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)行銷和貨籃分析等方式獲取顧客購(gòu)物取向和興趣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(shí)別層RFID安全安全主要安全和隱私隱患：主要安全和隱私隱患：竊聽(tīng)、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：保護(hù)手段：物理安全機(jī)制/密碼學(xué)安全機(jī)制/PUF位置隱私位置隱私定義：定義：用戶對(duì)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(shuí)，通過(guò)何種方式來(lái)發(fā)布，以及發(fā)布的信息有多詳細(xì)。 保護(hù)手段：保護(hù)手段：制度制約、隱私方針、身份匿名、數(shù)據(jù)混淆1.2 核心技術(shù)：綜合應(yīng)用層“實(shí)踐出真知”，無(wú)論任何

13、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(wàn)維網(wǎng)、電子商務(wù)、視頻點(diǎn)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(zhǎng)期，具有多樣化、規(guī)?；?、行業(yè)化等特點(diǎn)。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(shí)別層本章內(nèi)容1.1 起源與發(fā)展1.2 核心技術(shù)1.3 應(yīng)用前景應(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。1.3 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景智能物流：智能物流：現(xiàn)代物流系統(tǒng)希望利用信息生成設(shè)備，如

14、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(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，并能夠在這個(gè)物聯(lián)化的物流網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)智能化的物流管理。智能交通：智能交通：通過(guò)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(lái)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(shí)降低能源消耗和對(duì)地球環(huán)境的負(fù)面影響。 綠色建筑：綠色建筑：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為綠色建筑帶來(lái)了新的力量。通過(guò)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。1.3 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用前景（續(xù)）智能電網(wǎng)：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(shí)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(cè)