物聯(lián)網(wǎng)技術課件第一章 物聯(lián)網(wǎng)簡介

第一章

物聯(lián)網(wǎng)簡介張光河Email:guanghezhang@163.com1參考書目物聯(lián)網(wǎng)概論：張光河

主編，人民郵電出版社，2014-9-1。ISBN：9787115361158（淘寶，當當均有售）物聯(lián)網(wǎng)架構——物聯(lián)網(wǎng)技術與社會影響2大綱物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生背景物聯(lián)網(wǎng)的核心技術物聯(lián)網(wǎng)的主要特點物聯(lián)網(wǎng)的應用前景物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)3物聯(lián)網(wǎng)的由來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90年代41995《未來之路》蓋茨在書中寫道：“雖然現(xiàn)在看來這些預測不太可能實現(xiàn)，甚至有些荒謬，但是我保證這是本嚴肅的書，而決不是戲言。十年后我的觀點將會得到證實?！?/p>

5未實現(xiàn)篇（一）《未來之路》中寫道：用戶遺失或遭竊的照相機將自動發(fā)回信息，告訴用戶它現(xiàn)在所處的具體位置，甚至當它已經(jīng)身處不同的城市。

評注：十分不幸，蓋茨的這一預言并沒有實現(xiàn)。但現(xiàn)在的手機大多有拍照功能，從這個角度來看，我們用來發(fā)信息的手機同時也是照相機，因此并不能說蓋茨完全錯誤?！段磥碇贰分袑懙溃喝绻暮⒆有枰慊ㄥX，您可以從電腦錢包中給他轉帳5美元。此外，當您駕車駛過機場大門時，電腦錢包將會與機場購票系統(tǒng)連接，檢驗您是否購買了機票。

評注：如今的信用卡及Ebay的PayPal服務最接近比爾蓋茨的預測，然而迄今為止電子貨幣時代還遠遠沒有到來。6未實現(xiàn)篇（二）《未來之路》中寫道：未來人們在觀看電影《飄》時，可以用自己的面孔替換片中的嘉寶等知名演員，實實在在體會一下當明星的感覺。

評注：這種電影卡拉ok技術至今為止還沒有出現(xiàn)。不過您可以在觀看電影的時候關掉聲音，用自己制作的字幕來自娛自樂一下?！段磥碇贰分袑懙溃耗梢杂H自進入地圖之中，方便的找到每一條街道或每一座建筑。評注：這就是三維版本的MapQuest，但目前還沒有實現(xiàn)。7實現(xiàn)篇（一）《未來之路》中寫道：未來您將可以選擇收看自己喜歡的節(jié)目，而不是被動的等著電視臺播放。評注：蓋茨的這一預言很早就得以實現(xiàn)，Tivo技術出現(xiàn)在1997年?！段磥碇贰分袑懙溃喝绻媱澷徺I一臺冰箱，您將不用再聽那些喋喋不休的推銷員嘮叨，因為電子公告板上有各種正式和非正式的評價信息。評注：用戶已經(jīng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)找到各種有用的信息，在電子購物方面我們要感謝亞馬遜和S的努力。

8實現(xiàn)篇（二）《未來之路》中寫道：一對鄰居在各自家中收看同一部電視劇，然而在中間插播電視廣告的時段，兩家電視中卻出現(xiàn)完全不同的節(jié)目。中年夫妻家中的電視廣告節(jié)目是退休理財服務廣告，而年輕夫婦的電視中播放的是假期旅行廣告。評注：定制廣告業(yè)務至今還沒有完全實現(xiàn)，不過Open和Navic等公司已經(jīng)開始向廣播公司和廣告客戶推銷這一技術?！段磥碇贰分袑懙溃阂魳蜂N售將出現(xiàn)新的模式。那些對光盤和磁帶等耗材產(chǎn)品感到頭疼的用戶將不會再受到磨損的困擾，未來的音樂將存儲在一臺服務器上，供用戶通過互聯(lián)網(wǎng)下載。9《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》

第一章，物聯(lián)網(wǎng)簡介，探索了物聯(lián)網(wǎng)下的關鍵技術遠景，如全域網(wǎng)絡（UbiquitousNetworks，又譯泛在網(wǎng)絡）、下一代網(wǎng)絡（NGN）和全域計算。第二章，可用技術，檢視了那些能夠引導未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術，包括無線射頻識別（RFID）、傳感網(wǎng)技術、智能器件、納米技術和小型化技術。第三章，市場機會，探索了這些技術的市場潛力和抑制市場增長的因素。文章選取了部分行業(yè)的新商業(yè)模型作為范例，描繪了物聯(lián)網(wǎng)如何做到改變產(chǎn)業(yè)基石。10《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》第四章，潛在挑戰(zhàn)，思考了阻礙物聯(lián)網(wǎng)標準化和廣泛部署的障礙，如日益增長的隱私關注。第五章，發(fā)展中國家的機遇，提出了一些物聯(lián)網(wǎng)技術能夠給發(fā)展中國家?guī)淼囊嫣?，這些益處將能使這些國家成為先鋒用戶和市場催化劑。11《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》第六章，美好前景，將上述內(nèi)容融合到一起，總結了在未來十年我們的生活方式將會被如何改變。第七章，新生態(tài)系統(tǒng)，總結了物聯(lián)網(wǎng)帶來的影響社會發(fā)展、人類生活和電信行業(yè)的全新生態(tài)系統(tǒng)。12智慧地球2008年11月，IBM總裁提出:讓社會更智慧地進步讓人類更智慧地生存讓地球更智慧地運轉其愿景(三個維度)：更透徹地感應和度量世界的本質和變化更全面地讓世界互聯(lián)互通更深入地讓事物、流程、運行方式智能化13感知中國2009年8月7日，溫總理提出感知中國溫家寶總理指出：“在傳感器發(fā)展中，要早一點謀劃未來，早一點攻破核心技術”，“盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫‘感知中國’中心”。14RadioFrequencyIdentification1999年，美國麻省理工學院（MIT）Auto‐ID中心，提出EPC系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)概念ElectronicProductCode,EPC:電子編碼RadioFrequencyIdentification,RFID:(無線)射頻識別15什么是物聯(lián)網(wǎng)？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。普通對象設備化自治終端互聯(lián)化普適服務智能化16傳感網(wǎng)的定義(MIT,1999)通過RFID、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，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)絡概念。17IOT的基本定義指將各種信息傳感設備，如RFID裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡連接在一起，方便識別和管理。18中國移動通信的定義物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設備，如傳感器、射頻識別(RFID)技術、全球定位系統(tǒng)、紅外感應器、激光掃描器、氣體感應器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結合形成的一個巨大網(wǎng)絡。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡的連接，方便識別、管理和控制。(/2011-08-10/1312656395008.html,中國移動通信)19百度百科的定義物聯(lián)網(wǎng)指的是將無處不在的末端設備和設施，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等、和“外在使能”的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)、攜帶無線終端的個人與車輛等等“智能化物件或動物”或“智能塵?！?，通過各種無線和/或有線的長距離和/或短距離通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M)、應用大集成（GrandIntegration)、以及基于云計算的SaaS營運等模式，在內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)、和/或互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，采用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領導桌面（集中展示的CockpitDashboard)等管理和服務功能，實現(xiàn)對“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮?、控、營”一體化。（/view/4114160.htm）20物聯(lián)網(wǎng)定義（官方）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，進行信息交換和通訊，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（2010年3月，我國政府工作報告所附的注釋中物聯(lián)網(wǎng)定義）21普適計算1999年，IBM提出普適計算(又叫普及計算)的概念普適計算（PervasiveComputing/UbiquitousComputing）指的是，無所不在的、隨時隨地可以進行計算的一種方式；無論何時何地，只要需要，就可以通過某種設備訪問到所需的信息。22傳感網(wǎng)隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點，通過自組織的方式構成的無線網(wǎng)絡20世紀90年代末，傳感網(wǎng)起步23傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)絡傳感網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)泛在網(wǎng)24大綱物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生背景物聯(lián)網(wǎng)核心技術物聯(lián)網(wǎng)主要特點物聯(lián)網(wǎng)的應用前景物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)25物聯(lián)網(wǎng)體系結構感知層網(wǎng)絡層應用層26物聯(lián)網(wǎng)的重要特征全面感知，利用RFID，傳感器，二維碼等隨時隨地獲取物理世界的信息可靠傳遞，通過各種電信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去智能處理，利用云計算，模糊識別等各種智能計算技術，對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制27感知層感知和識別物體，采集和捕獲信息完成信息的收集與簡單處理主要由傳統(tǒng)的WSN、RFID和執(zhí)行器組成包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器和M2M終端、手持終端、傳感器網(wǎng)絡和傳感器網(wǎng)關等28技術舉例：RFID基本組成：工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為標簽，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，標簽接收到信號后發(fā)射內(nèi)部存儲的標識信息，閱讀器再通過天線接收并識別標簽發(fā)回的信息，最后閱讀器再將識別結果發(fā)送給主機。29技術舉例：傳感器網(wǎng)絡發(fā)展歷程：傳感器→無線傳感器→無線傳感器網(wǎng)絡（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）VigilNet:美國弗吉尼亞大學研制的用于軍事監(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:美國哈佛大學研制的可穿戴的醫(yī)療監(jiān)控傳感器。傳感器具有設計人性化，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30技術舉例：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（人或設備）定位系統(tǒng)與技術：GPS，蜂窩基站定位，無線室內(nèi)環(huán)境定位（紅外線/.超聲波/藍牙），新興定位系統(tǒng)（AGPS/無線AP/網(wǎng)絡定位）；距離/距離差/無線信號特征31物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對定位技術的挑戰(zhàn)異構網(wǎng)絡、多變環(huán)境下的精準定位大規(guī)模應用基于位置的服務（LocationbasedServices）位置信息帶來的信息安全和隱私保護問題32技術舉例：智能信息設備傳統(tǒng)智能設備：個人計算機（PC）/個人數(shù)字助理（PDA）/…物聯(lián)網(wǎng)時代新智能設備：數(shù)字標牌（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/…33物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能設備發(fā)展新趨勢更深入的智能化：縱向（包括傳統(tǒng)的智能設備）+橫向（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34網(wǎng)絡層建立在現(xiàn)有的移動通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎上，主要完成信息的遠距離傳輸?shù)裙δ芫W(wǎng)絡層包括各種通信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)形成的融合網(wǎng)絡網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)成為普遍服務的基礎設施，有待突破的方向是向下與感知層的結合，向上與應用層的結合35網(wǎng)絡層協(xié)議36各種網(wǎng)絡形式應用于物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)：IPv6掃清了可接入網(wǎng)絡的終端設備在數(shù)量上的限制。互聯(lián)網(wǎng)/電信網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡、平臺和技術支持。無線寬帶網(wǎng)：WiFi/WiMAX等無線寬帶技術覆蓋范圍較廣，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備位置限制的互聯(lián)手段。無線低速網(wǎng)：ZigBee/藍牙/紅外等低速網(wǎng)絡協(xié)議能夠適應物聯(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。37應用層主要完成服務發(fā)現(xiàn)和服務呈現(xiàn)的工作。應用層是將物聯(lián)網(wǎng)技術與行業(yè)專業(yè)技術相結合，實現(xiàn)廣泛智能化應用的解決方案集。物聯(lián)網(wǎng)通過應用層最終實現(xiàn)信息技術與行業(yè)的深度融合，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有廣泛影響。應用層的關鍵問題在于信息的社會化共享，以及信息安全的保障。38大綱物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生背景物聯(lián)網(wǎng)核心技術物聯(lián)網(wǎng)主要特點物聯(lián)網(wǎng)的應用前景物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)39物聯(lián)網(wǎng)的主要特點感知識別普適化異構設備互聯(lián)化聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)?；芾碚{(diào)控智能化應用服務鏈條化經(jīng)濟發(fā)展跨越化40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41異構設備互聯(lián)化各種異構設備利用無線通信模塊和協(xié)議自組成網(wǎng)，異構網(wǎng)絡通過“網(wǎng)關”互通互聯(lián)42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)絡終端，5‐10年內(nèi)聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模有望突破百億43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，運籌學，機器學習，數(shù)據(jù)挖掘，專家系統(tǒng)等決策手段將廣泛應用于各行各業(yè)。44應用服務鏈條化以工業(yè)生產(chǎn)為例，物聯(lián)網(wǎng)技術覆蓋從原材料引進，生產(chǎn)調(diào)度，節(jié)能減排，倉儲物流到產(chǎn)品銷售，售后服務等各個環(huán)節(jié)。45經(jīng)濟發(fā)展跨越化物聯(lián)網(wǎng)技術有望成為從勞動密集型向知識密集型，從資源浪費型向環(huán)境友好型國民經(jīng)濟發(fā)展過程中的重要動力。46大綱物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生背景物聯(lián)網(wǎng)核心技術物聯(lián)網(wǎng)主要特點物聯(lián)網(wǎng)的應用前景物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)47物聯(lián)網(wǎng)的應用前景智能工業(yè)智能農(nóng)業(yè)智能物流智能交通智能醫(yī)療綠色建筑智能電網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測48智能工業(yè)支持工業(yè)生產(chǎn)過程控制，如：礦山、石油、民爆等行業(yè)的安全生產(chǎn)和原材料、能源等生產(chǎn)過程的節(jié)能減排等領域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研制。49智能農(nóng)業(yè)支持農(nóng)作物、經(jīng)濟作物等規(guī)?；N植領域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研制，形成在農(nóng)場、農(nóng)業(yè)集中區(qū)應用的監(jiān)測、診斷、控制和運行平臺，提高農(nóng)業(yè)精細化管理水平、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質量。50智能物流現(xiàn)代物流系統(tǒng)希望利用信息生成設備，如RFID設備、感應器或全球定位系統(tǒng)等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡，并能夠在這個物聯(lián)化的物流網(wǎng)絡中實現(xiàn)智能化的物流管理。51智能交通通過在基礎設施和交通工具當中廣泛應用信息、通訊技術來提高交通運輸系統(tǒng)的安全性、可管理性、運輸效能同時降低能源消耗和對地球環(huán)境的負面影響。52智能醫(yī)療支持家庭和社區(qū)遠程醫(yī)療、住院人員健康實時監(jiān)測、醫(yī)療器械流通和管理等領域的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研制，形成社區(qū)遠程醫(yī)療實時監(jiān)測系統(tǒng)平臺，提高醫(yī)療管理服務的水平。53綠色建筑物聯(lián)網(wǎng)技術為綠色建筑帶來了新的力量。通過建立以節(jié)能為目標的建筑設備監(jiān)控網(wǎng)絡，將各種設備和系統(tǒng)融合在一起，形成以智能處理為中心的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)，有效的為建筑節(jié)能減排提供有力的支撐。54智能電網(wǎng)以先進的通信技術、傳感器技術、信息技術為基礎，以電網(wǎng)設備間的信息交互為手段，以實現(xiàn)電網(wǎng)運行的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全為目的的先進的現(xiàn)代化電力系統(tǒng)。55環(huán)境監(jiān)測通過對人類和環(huán)境有影響的各種物質的含量、排放量、以及各種環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的檢測，跟蹤環(huán)