物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論

1、第一章授課教師：季順寧物聯(lián)網(wǎng)概述1物聯(lián)網(wǎng)概概述1.1物聯(lián)網(wǎng)相相關(guān)的概概念1.2物聯(lián)網(wǎng)的的發(fā)展與與特點1.3物聯(lián)網(wǎng)體體系架構(gòu)構(gòu)1.4物聯(lián)網(wǎng)的的技術(shù)體體系框架架1.5物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化1.1物聯(lián)網(wǎng)相相關(guān)的概概念1.1.1物聯(lián)網(wǎng)1.1.2無線傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)1.1.3泛在網(wǎng)絡(luò)絡(luò)1.1.4物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)網(wǎng)與泛在在網(wǎng)之間間的關(guān)系系1.1.1物聯(lián)網(wǎng)不同研究究機構(gòu)對對于物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的起起點和側(cè)側(cè)重點不不同，目目前還沒沒有一個個權(quán)威的的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)定義，只存在在幾個具具有代表表性的被被普遍認(rèn)認(rèn)可的定定義。定義1：把所有物物品通過過射頻識識別(RFID)和條碼等等信息傳傳感設(shè)備備與互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)連接接起來，實現(xiàn)智智能化識識別和管管

2、理。（美國）定義2：任何時刻刻，任何何地點，任意物物體之間間的互聯(lián)聯(lián)，無所所不在的的網(wǎng)絡(luò)和和無所不不在計算算的發(fā)展展愿景，除RFID技術(shù)外，傳感器器技術(shù)，納米技技術(shù)，智智能終端端等技術(shù)術(shù)將得到到更加廣廣泛的應(yīng)應(yīng)用。(ITU)定義3：由具有標(biāo)標(biāo)識、虛虛擬個性性的物體體/對象所組組成的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，這這些標(biāo)識識和個性性運行在在智能空空間，使使用智慧慧的接口口與用戶戶、社會會的和環(huán)環(huán)境的上上下文進進行連接接和通信信。(EPoSS)定義4：物聯(lián)網(wǎng)是是未來Internet的一個組組成部分分，可以以被定義義為基于于標(biāo)準(zhǔn)的的和可互互操作的的通信協(xié)協(xié)議且具具有自配配置能力力的動態(tài)態(tài)的全球球網(wǎng)絡(luò)基基礎(chǔ)架構(gòu)構(gòu)。物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)

3、中的的“物”都具有有標(biāo)識、物理屬屬性和實實質(zhì)上的的個性，使用智智能接口口，實現(xiàn)現(xiàn)與信息息網(wǎng)絡(luò)的的無縫整整合。（歐洲）1.1.2無線傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)定義5：無線傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)(WirelessSensor Network，WSN)，由若干干具有無無線通信信能力的的傳感器器節(jié)點自自組織構(gòu)構(gòu)成的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。（美軍）定義6：泛在傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)(UbiquitousSensorNetwork，USN)由智能傳傳感器節(jié)節(jié)點組成成的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，可以以以“任任何地點點、任何何時間、任何人人、任何何物”的的形式被被部署。該技術(shù)術(shù)具有巨巨大的潛潛力，因因為它可可以在廣廣泛的領(lǐng)領(lǐng)域中推推動新的的應(yīng)用和和服務(wù)，從安全全保衛(wèi)和和

4、環(huán)境監(jiān)監(jiān)控到推推動個人人生產(chǎn)力力和增強強國家競競爭力。（ITU-T）定義7：傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(Sensor Network)以對物理理世界的的數(shù)據(jù)采采集和信信息處理理為主要要任務(wù)，以網(wǎng)絡(luò)絡(luò)為信息息傳遞載載體，實實現(xiàn)物與與物、物物與人、人與物物之間信信息交互互，提供供信息服服務(wù)的智智能網(wǎng)絡(luò)絡(luò)信息系系統(tǒng)。定義8：傳感網(wǎng)(SensingNetwork)，是以感感知為目目的，實實現(xiàn)人與與人、人人與物、物與物物全面互互聯(lián)的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。其其突出特特征是通通過傳感感器等方方式獲取取物理世世界的各各種信息息，結(jié)合合互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)、移動動通信網(wǎng)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)絡(luò)進行信信息的傳傳送與交交互，采采用智能能計算技技術(shù)對信信息進行行分析處處

5、理，從從而提升升對物質(zhì)質(zhì)世界的的感知能能力，實實現(xiàn)智能能化的決決策和控控制。 1.1.3泛在網(wǎng)絡(luò)絡(luò)定義9：指無所不不在的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，又又稱泛在在網(wǎng)絡(luò)。最早提出出U戰(zhàn)略的日日韓給出出的定義義是：無無所不在在的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)社會將將是由智智能網(wǎng)絡(luò)絡(luò)、最先先進的計計算技術(shù)術(shù)以及其其他領(lǐng)先先的數(shù)字字技術(shù)基基礎(chǔ)設(shè)施施武裝而而成的技技術(shù)社會會形態(tài)。根據(jù)這這樣的構(gòu)構(gòu)想，U網(wǎng)絡(luò)將以以“無所所不在”、“無無所不包包”、“無所不不能”為為基本特特征，幫幫助人類類實現(xiàn)“4A”化通信，即在任任何時間間(anytime)、任何地地點(any-where)、任何人人(anyone)、任何物物(anything)都能順暢暢地通信信。1

6、.1.4物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)網(wǎng)與泛在在網(wǎng)之間間的關(guān)系系傳感網(wǎng)是是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的組成成部分，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)是互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的延延伸，泛泛在網(wǎng)是是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)發(fā)展的的愿景。傳感器器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)和泛在在網(wǎng)之間間的關(guān)系系如圖所所示。物聯(lián)/泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)泛在網(wǎng)絡(luò)1.2物聯(lián)網(wǎng)的的發(fā)展與與特點1.2.1物聯(lián)網(wǎng)的的特點1.2.2物聯(lián)網(wǎng)的的發(fā)展1.2.1物聯(lián)網(wǎng)的的特點1）各種感感知技術(shù)術(shù)的廣泛泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)上上部署了了海量的的多種類類型傳感感器，每每個傳感感器都是是一個信信息源，不同類類別的傳傳感器所所捕獲的的信息內(nèi)內(nèi)容和信信息格式式不同。傳感器器獲得的的數(shù)據(jù)具具有實時時性，按按一定的的頻率周周期性的的采集環(huán)環(huán)境信息息，不斷

7、斷更新數(shù)數(shù)據(jù)。2）建立在在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)上的泛泛在網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。通過各種種有線和和無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與互互聯(lián)網(wǎng)融融合，將將物體的的信息實實時準(zhǔn)確確地傳遞遞出去。在傳輸輸過程中中，為了了保障數(shù)數(shù)據(jù)的正正確性和和及時性性，必須須適應(yīng)各各種異構(gòu)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和和協(xié)議。3）不僅提供供了傳感感器的連連接，其其本身也也具有智智能處理理的能力力，能夠夠?qū)ξ矬w體實施智智能控制制。1.2.2物聯(lián)網(wǎng)的的發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的的發(fā)展主主要經(jīng)歷歷三個階階段。初級階段段：已存在的的一些各各行業(yè)基基于各種種行業(yè)數(shù)數(shù)據(jù)交換換和傳輸輸標(biāo)準(zhǔn)的的連網(wǎng)監(jiān)監(jiān)測監(jiān)控控，兩化化融合引引等MAI應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)；中級階段段：在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)理念推推動下，基于局局部統(tǒng)一一的數(shù)據(jù)據(jù)交換標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

8、實現(xiàn)現(xiàn)的跨行行業(yè)、跨跨業(yè)務(wù)綜綜合管理理大集成成系統(tǒng)，包括一一些基于于SaaS模式和“私有云云”的M2M營運系統(tǒng)統(tǒng)；高級階段段：基于物物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，SOA，WebService，云計算算虛擬服服務(wù)的onDemand系統(tǒng)，最最終實實現(xiàn)基于于“公有有云”TaaS： “Thingasa Service”。1.3物聯(lián)網(wǎng)體體系架構(gòu)構(gòu)1.3.1感知層1.3.2網(wǎng)絡(luò)層1.3.3應(yīng)用層1.3物聯(lián)網(wǎng)體體系架構(gòu)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)通通常被公公認(rèn)為有有3個層次，從下到到上依次次是感知知層、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層和和應(yīng)用層層，如圖圖所示。1.3.1感知層功能：物聯(lián)網(wǎng)的的感知層層主要完完成信息息的采集集、轉(zhuǎn)換換和收集集。組成：傳感器（或

9、控制器）、短距距離傳輸輸網(wǎng)絡(luò)。傳感器（或控制制器）用用來進行行數(shù)據(jù)采采集及實實現(xiàn)控制制；短距離傳傳輸網(wǎng)絡(luò)絡(luò)將傳感器器收集的的數(shù)據(jù)發(fā)發(fā)送到網(wǎng)網(wǎng)關(guān)或?qū)?yīng)用平平臺控制制指令發(fā)發(fā)送到控控制器。關(guān)鍵技術(shù)術(shù)：主要為傳傳感器技技術(shù)和短短距離傳傳輸網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)。1.3.2網(wǎng)絡(luò)層功能：主要完成成信息傳傳遞和處處理。組成：兩個部分分：接入入單元、接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。接入單元元是連接感感知層的的網(wǎng)橋，它匯聚聚從感知知層獲得得的數(shù)據(jù)據(jù)，并將將數(shù)據(jù)發(fā)發(fā)送到接接入網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。接入網(wǎng)絡(luò)絡(luò)即現(xiàn)有的的通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，包包括移動通信信網(wǎng)、有線線電話網(wǎng)網(wǎng)、有線線寬帶網(wǎng)網(wǎng)等。通通過接入入網(wǎng)絡(luò)，人們將將數(shù)據(jù)最最終傳入入互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)。關(guān)鍵技術(shù)術(shù)：包含了現(xiàn)現(xiàn)

10、有的通通信技術(shù)術(shù)，如移移動通信信技術(shù)、有線寬寬帶技術(shù)術(shù)、公共共交換電電話網(wǎng)（PSTN）技術(shù)、Wi-Fi通信技術(shù)術(shù)等，也也包含了了終端技技術(shù)，如如實現(xiàn)傳傳感網(wǎng)與與通信網(wǎng)網(wǎng)結(jié)合的的網(wǎng)橋設(shè)設(shè)備、為為各種行行業(yè)終端端提供通通信能力力的通信信模塊等等。1.3.3應(yīng)用層功能：主要完成成數(shù)據(jù)的的管理和和數(shù)據(jù)的的處理，并將這這些數(shù)據(jù)據(jù)與各行行業(yè)應(yīng)用用的結(jié)合合。組成：包括兩部部分：物物聯(lián)網(wǎng)中中間件、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)中中間件是是一種獨獨立的系系統(tǒng)軟件件或服務(wù)務(wù)程序。中間件將將許多可可以公用用的能力力進行統(tǒng)統(tǒng)一封裝裝，提供供給豐富富多樣的的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)應(yīng)用。應(yīng)用：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)應(yīng)用是用用戶直接接使用的的各種應(yīng)應(yīng)用。主主要

11、包括括家庭物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用用，如家電智能控制制、家庭庭安防等等；企業(yè)和行行業(yè)應(yīng)用用，如石石油監(jiān)控控應(yīng)用、電力抄抄表、車車載應(yīng)用用、遠(yuǎn)程程醫(yī)療等等。關(guān)鍵技術(shù)術(shù)：主要是基基于軟件件的各種種數(shù)據(jù)處處理技術(shù)術(shù)，此外外云計算技術(shù)作為為海量數(shù)數(shù)據(jù)的存存儲、分分析平臺臺，也將將是物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用用層的重重要組成成部分。1.4物聯(lián)網(wǎng)的的技術(shù)體體系框架架1.4.1感知層的的技術(shù)1.4.2網(wǎng)絡(luò)層的的技術(shù)：1.4.3應(yīng)用層的的技術(shù)1.4物聯(lián)網(wǎng)的的技術(shù)體體系框架架物聯(lián)網(wǎng)技技術(shù)體系系框架包包括感知知層技術(shù)術(shù)、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層技術(shù)術(shù)、應(yīng)用用層技術(shù)術(shù)和公共共技術(shù)。如圖所所示。1.4.1感知層的的技術(shù)1）傳感器器技術(shù)2）射頻識識別（RFID

12、）技術(shù)3）微機電電系統(tǒng)（MEMS）4）GPS技術(shù)5）二維碼碼技術(shù)6)無線傳感感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)7）藍牙技技術(shù)(Bluetooth)8）ZigBee無線接入入技術(shù)1.4.2網(wǎng)絡(luò)層的的技術(shù)1）Internet，（因特網(wǎng)，又叫做做國際互互聯(lián)網(wǎng)）。2）通信網(wǎng)網(wǎng)移動電電話網(wǎng)絡(luò)絡(luò)(GPRS/CDMA/GSM/3G網(wǎng)絡(luò))廣電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)NGB廣域網(wǎng)絡(luò)絡(luò) 1.4.3應(yīng)用層的的技術(shù)1）M2M2）云計算算3）人工智智能4）數(shù)據(jù)挖挖掘5）物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)中間件件1.5物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化1.5.1國際物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)制定現(xiàn)現(xiàn)狀1.5.2中國物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)制定現(xiàn)現(xiàn)狀1.5.1國際物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)制定現(xiàn)現(xiàn)狀1）ITU-T物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進展展2）ETSI物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進展展3）3GPP/3GPP2物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進展展4）IEEE物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進展展1.5.2中國物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)制定現(xiàn)現(xiàn)狀中國物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的制訂訂工作還還處于起起步階段段，但發(fā)發(fā)展迅速速。目前前中國已已有涉及及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)總體架架構(gòu)、無無線傳感感網(wǎng)、物物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)應(yīng)用層面面的眾多多標(biāo)準(zhǔn)正正在制訂訂中，并并且有相相當(dāng)一部部分