第1章 物聯(lián)網(wǎng)緒論

開設(shè)本課程的目的意義當(dāng)今世界，通信領(lǐng)域的三大熱點(diǎn)技術(shù)？物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)（MobileInternet）移動(dòng)和互聯(lián)網(wǎng)融合的產(chǎn)物，繼承了移動(dòng)隨時(shí)隨地隨身和互聯(lián)網(wǎng)分享、開放、互動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，即運(yùn)營(yíng)商提供無(wú)線接入，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供各種成熟的應(yīng)用。云計(jì)算（CloudComputing）基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。

“物聯(lián)網(wǎng)”是通信網(wǎng)絡(luò)新興的概念和技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)是全球研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外都把它的發(fā)展提到了國(guó)家級(jí)的戰(zhàn)略高度。新技術(shù)發(fā)展需要大批專業(yè)技術(shù)人才。開設(shè)本課程的目的意義開設(shè)本課程的目的意義From30%to70%全世界城市人口到2025年將會(huì)上升到55億；2050年人口城市化率將超過(guò)70%；From6Bto50B通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)了全球60億人的溝通需求；未來(lái)超過(guò)500億機(jī)器構(gòu)成“物聯(lián)網(wǎng)”

；From50Bto110BUSD預(yù)計(jì)，從08年582億美金市場(chǎng)，增長(zhǎng)到12年1142億美金；物聯(lián)網(wǎng)正成為全球新興戰(zhàn)略行業(yè)，將成為未來(lái)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的引擎。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)本身是一跨學(xué)科門類的新型交叉專業(yè)。教育界對(duì)專業(yè)歸屬/學(xué)習(xí)中的相關(guān)問(wèn)題尚有爭(zhēng)論。全國(guó)有多少所高校在辦物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)？第一批重點(diǎn)院校，70%放在計(jì)算機(jī)學(xué)院，其它通信學(xué)院和電子學(xué)院；第二批重點(diǎn)是地方院校和職業(yè)院校，后將傳感網(wǎng)技術(shù)專業(yè)并入了物聯(lián)網(wǎng)工程。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)本專業(yè)培養(yǎng)在通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領(lǐng)域中具有寬廣專業(yè)知識(shí)的高級(jí)工程技術(shù)人才。本專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃與國(guó)際接軌，通過(guò)培養(yǎng)計(jì)劃實(shí)施及理論、抽象、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等教育過(guò)程，使學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)工程方面的基本理論和基本知識(shí)，接受從事計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)工程及產(chǎn)品研發(fā)的基本訓(xùn)練，具備研究和開發(fā)計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)工程系統(tǒng)的綜合能力。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)發(fā)展主要課程： 模擬電子技術(shù)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、通信原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、現(xiàn)代通信網(wǎng)； 物聯(lián)網(wǎng)原理、射頻識(shí)別與傳感器技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)計(jì)算技術(shù)、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程與組網(wǎng)技術(shù)等。就業(yè)情況： 目前無(wú)畢業(yè)生課程介紹學(xué)時(shí)：40學(xué)分：2.5課程性質(zhì)和目的：物聯(lián)網(wǎng)被稱為信息社會(huì)的第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將人類生存的物理世界網(wǎng)絡(luò)化、信息化，將分離的物理世界和信息空間互聯(lián)整合，代表了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。本課程的目的是使學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義和基本原理及應(yīng)用，了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，了解物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和方法。參考書CunoPfister.GettingStartedwiththeInternetofThings.O'ReillyMedia,2011.($24.99)OlivierHersent,DavidBoswarthick,OmarElloumi.TheInternetofThings.JohnWiley&Sons,2012.(￥

759)DieterUckelmann

,

MarkHarrison,

FlorianMichahelles.ArchitectingtheInternetofThings.Springer-VerlagBerlinandHeidelbergGmbH&Co.K,2011.(￥

1561)HarveChabanne,PascalUrien.RFIDandtheInternetofThings.JohnWiley&Sons,2011.(

￡83.50)主要內(nèi)容第一章物聯(lián)網(wǎng)概述第二章物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)第三章全球物品編碼第四章物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)第五章物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)第六章物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)第1章物聯(lián)網(wǎng)概述TheIntroductionoftheInternetofThings主要內(nèi)容1.1物聯(lián)網(wǎng)來(lái)了1.2物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展概況1.3物聯(lián)網(wǎng)概念1.4物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域1.5

物聯(lián)網(wǎng)前景展望Whatwillourlifebelikeinthefuture?1.1InternetofThingsisComing吃 未來(lái)，也許您把蔬菜的標(biāo)簽在儀器前輕輕一刷，就可以了解它的產(chǎn)地，農(nóng)藥殘余量和營(yíng)養(yǎng)成分。農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)讓您買著順心，吃著放心！1.1物聯(lián)網(wǎng)來(lái)了AgricultureProductsTracingSystem穿 未來(lái)，也許您只需坐在電腦前，就可以體驗(yàn)到真實(shí)的購(gòu)物享受，不必再詢問(wèn)淘寶店主尺碼是否合身，如果喜歡，就試穿一下吧！1.1物聯(lián)網(wǎng)來(lái)了住 未來(lái)，也許您只需一部手機(jī)，就可以遙控家中一切電器，坐在辦公室，就可以打開空調(diào)，并且泡上一壺濃茶！1.1物聯(lián)網(wǎng)來(lái)了行 未來(lái)，也許開車不再是焦急的等待，而是自由馳騁。借助全球定位系統(tǒng)和智能交通系統(tǒng)，道路將處處通暢，城市將不再擁堵。1.1物聯(lián)網(wǎng)來(lái)了1.2HistoryoftheInternetofThings物聯(lián)網(wǎng)作為一種模糊的意識(shí)或想法而出現(xiàn)，可以追溯到上世紀(jì)末。1995年，比爾·蓋茨在《未來(lái)之路》一書中就已經(jīng)提及類似于物品互聯(lián)的想法，只是當(dāng)時(shí)受限于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、硬件及傳感設(shè)備的發(fā)展，并未引起重視。1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況1999年，美國(guó)麻省理工大學(xué)Auto-ID研究中心的創(chuàng)建者之一的KevinAshton教授在他的一個(gè)報(bào)告中首次使用了“InternetofThings”這個(gè)短語(yǔ)。Auto-ID中心的目標(biāo)就是在Internet的基礎(chǔ)上建造一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與物品（objects）之間的互聯(lián)，這里的物品包括各種各樣的硬件設(shè)備、軟件、協(xié)議等等。1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況1999年至2003年，物聯(lián)網(wǎng)方面的工作局限于實(shí)驗(yàn)室中，這一時(shí)期的主要工作集中在物品身份的自動(dòng)識(shí)別，如何減少識(shí)別錯(cuò)誤和提高識(shí)別效率是關(guān)注的重點(diǎn)。2003年，“EPC決策研討會(huì)”在芝加哥召開。作為物聯(lián)網(wǎng)方面第一個(gè)國(guó)際會(huì)議，該研討會(huì)得到了全球90多個(gè)公司的大力支持。從此，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工作開始走出實(shí)驗(yàn)室。1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況2005年，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了題為《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》的報(bào)告，物聯(lián)網(wǎng)概念開始正式出現(xiàn)在官方文件中。 ITU曾描繪出“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代的情形：司機(jī)出現(xiàn)操作失誤時(shí)汽車會(huì)自動(dòng)報(bào)警；公文包會(huì)提醒主人忘帶的東西；衣服會(huì)告訴洗衣機(jī)對(duì)顏色和水溫的要求；……

此后，物聯(lián)網(wǎng)獲得跨越式的發(fā)展，美國(guó)、中國(guó)、日本、韓國(guó)以及歐洲一些國(guó)家紛紛將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施列為國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃的重要內(nèi)容。在美國(guó)，IBM提出了“智慧地球”的構(gòu)想，其中物聯(lián)網(wǎng)是不可缺少的一部分，2009年1月，美國(guó)將其提升到國(guó)家戰(zhàn)略。1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況美國(guó)“智慧地球”：把感應(yīng)器嵌入、裝備到全球的醫(yī)院、電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道，通過(guò)互聯(lián)形成“物聯(lián)網(wǎng)”，而后通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)和云計(jì)算，使得人類以更加精細(xì)、動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，從而在世界范圍內(nèi)提升“智慧水平”?！耙蛱鼐W(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)=智慧的地球”。1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)2009年6月，歐盟在比利時(shí)首都布魯塞爾向歐洲議會(huì)、歐洲理事會(huì)、歐洲經(jīng)濟(jì)與社會(huì)委員會(huì)和地區(qū)委員會(huì)提交了以《物聯(lián)網(wǎng)——?dú)W洲行動(dòng)計(jì)劃》(InternetofThings--AnactionplanforEurope)為題的公告，其目的是希望歐洲通過(guò)構(gòu)建新型物聯(lián)網(wǎng)管理框架來(lái)引領(lǐng)世界物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況歐盟委員會(huì)提出物聯(lián)網(wǎng)的三方面特性：第一，不能簡(jiǎn)單的將物聯(lián)網(wǎng)看做互聯(lián)網(wǎng)的延伸，物聯(lián)網(wǎng)建立在特有基礎(chǔ)設(shè)施上，將是一系列新的獨(dú)立系統(tǒng)，當(dāng)然，部分基礎(chǔ)設(shè)施仍要依存于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)。第二，物聯(lián)網(wǎng)將伴隨新的業(yè)務(wù)共同發(fā)展；第三，物聯(lián)網(wǎng)包括了多種不同的通信模式，物與人通信，物與物通信，其中特別強(qiáng)調(diào)了包括機(jī)對(duì)機(jī)通信（M2M）。1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況日本“i－Japan”戰(zhàn)略日本自2001年以來(lái)，相繼制訂了“e－Japan”戰(zhàn)略、“u－Japan”戰(zhàn)略、“i－Japan”戰(zhàn)略等多項(xiàng)國(guó)家信息技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，從大規(guī)模開展信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)入手，不斷拓展和深化信息技術(shù)應(yīng)用，以此帶動(dòng)本國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況韓國(guó)“u-Korea”戰(zhàn)略繼日本提出“u-Japan”戰(zhàn)略之后，韓國(guó)也在2006年提出了“u-Korea”戰(zhàn)略，重點(diǎn)支持泛在網(wǎng)的建設(shè)。2009年10月，韓國(guó)通信委員會(huì)出臺(tái)了“物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃”，該規(guī)劃確立到2012年“通過(guò)構(gòu)建世界最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)未來(lái)廣播通信融合領(lǐng)域超一流ICT強(qiáng)國(guó)”的目標(biāo)。1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況中國(guó)“感知中國(guó)”在我國(guó)，2009年8月溫家寶總理視察無(wú)錫中科院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心時(shí)指出并強(qiáng)調(diào)，要盡快突破物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，把傳感技術(shù)和TD的發(fā)展結(jié)合起來(lái)。此后，我國(guó)官方對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的多次提議和眾多規(guī)劃表示我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已正式提上議事日程。1.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況各國(guó)物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略或計(jì)劃1.3物聯(lián)網(wǎng)概念 “TheInternetofThings”可理解為“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)”?！拔锫?lián)網(wǎng)”有兩層含義：第一，物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和支撐仍是功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為核心進(jìn)行延伸和擴(kuò)展而成的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端已延伸和擴(kuò)展到了眾多物品與物品之間，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信。1.3物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。當(dāng)時(shí)基于互聯(lián)網(wǎng)、RFID技術(shù)、EPC標(biāo)準(zhǔn)，在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識(shí)別技術(shù)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等，構(gòu)造了一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)“Internetofthings”（IOT，簡(jiǎn)稱物聯(lián)網(wǎng)）。1.3物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)的基本含義是一種虛擬數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)物理世界的融合。

注意：這種融合是雙向的。第一個(gè)方向是現(xiàn)實(shí)世界向虛擬世界的融入，通過(guò)嵌入式技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)使得現(xiàn)實(shí)世界處處產(chǎn)生數(shù)字信息，稱為“數(shù)字世界泛在化”。第二個(gè)方向是虛擬世界向現(xiàn)實(shí)世界的融入，通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)、RFID等技術(shù)讓現(xiàn)實(shí)物理世界中的物品能夠被數(shù)字世界感知、識(shí)別、控制，稱為“物理世界智能化”。從領(lǐng)域的維度物聯(lián)網(wǎng)覆蓋了信息技術(shù)和通信技術(shù)的眾多領(lǐng)域。

對(duì)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)就是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，不同的是將物品也接入互聯(lián)網(wǎng)。

對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)就是一個(gè)廣域的傳感網(wǎng)。

對(duì)RFID領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，每一個(gè)物品上都貼電子標(biāo)簽，通過(guò)后臺(tái)信息系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)借助于互聯(lián)網(wǎng)，所有物品都能互相聯(lián)系起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)就是物聯(lián)網(wǎng)。1.3物聯(lián)網(wǎng)概念從層次的維度，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)層次化的網(wǎng)絡(luò)。第一層是感知網(wǎng)絡(luò)第二層是傳輸網(wǎng)絡(luò)第三層是業(yè)務(wù)和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)1.3物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)的三大特征①全面感知利用RFID、傳感器、二維碼等隨時(shí)隨地獲取物體的信息。②可靠傳遞通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞給用戶。③智能處理利用云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘以及模糊識(shí)別等人工智能技術(shù)，對(duì)海量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對(duì)物體實(shí)施智能化的控制。1.3物聯(lián)網(wǎng)概念1.3物聯(lián)網(wǎng)概念普遍認(rèn)可的定義：物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品通過(guò)有線與無(wú)線方式與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。1.3物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)中的“物”的涵義要滿足以下條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍：①要有相應(yīng)信息的接收器；②要有數(shù)據(jù)傳輸通路；③要有一定的存儲(chǔ)功能；④要有CPU；⑤要有操作系統(tǒng)；⑥要有專門的應(yīng)用程序；⑦要有數(shù)據(jù)發(fā)送器；⑧遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；⑨在世界網(wǎng)絡(luò)中有可被識(shí)別的唯一編號(hào)。物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)識(shí)方面的誤區(qū)誤區(qū)之一，把傳感器網(wǎng)絡(luò)或RFID網(wǎng)等同于物聯(lián)網(wǎng)。誤區(qū)之二，把物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)成互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)邊無(wú)際的無(wú)限延伸，把物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)成所有物的完全開放、全部互連、全部共享的互聯(lián)網(wǎng)平