物聯(lián)網(wǎng)概論 模塊1 通過智慧城市進入物聯(lián)網(wǎng)的世界

模塊1通過智慧城市進入物聯(lián)網(wǎng)的世界目錄CONTENTS1智慧城市2物聯(lián)網(wǎng)的概念與發(fā)展3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述思維導圖學習目標熟悉物聯(lián)網(wǎng)的概念，了解物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別了解物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起源、現(xiàn)狀與趨勢熟悉物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)特征和層次劃分知識目標能描述物聯(lián)網(wǎng)的概念、發(fā)展進程及未來趨勢能熟練列舉物聯(lián)網(wǎng)的各種關(guān)鍵技術(shù)能夠陳述物聯(lián)網(wǎng)的“12字”技術(shù)特征和3大層次劃分技能目標培養(yǎng)學生信息時代下的與時俱進的信息素養(yǎng)培養(yǎng)學生基于物聯(lián)網(wǎng)的萬物互聯(lián)的創(chuàng)新思維素質(zhì)目標01PARTONE智慧城市情景導入自動駕駛、VR購物遠程看病、智能樓宇……“未來的城市”什么是智慧城市？1.1智慧城市概述智慧城市是當前城市發(fā)展的新理念和新模式，以改善城市人居環(huán)境質(zhì)量、優(yōu)化城市管理和生產(chǎn)生活方式、提升城市居民幸福感受為目的，是信息時代的新型城市化發(fā)展模式，對城市實現(xiàn)以人為本、全面協(xié)調(diào)可持續(xù)的科學發(fā)展具有重要意義。智慧城市的核心驅(qū)動力是通過深度的城市信息化來滿足城市發(fā)展轉(zhuǎn)型和管理方式轉(zhuǎn)變的需求。

1.2基本內(nèi)涵以推進實體基礎設施和信息基礎設施相融合、構(gòu)建城市智能基礎設施為基礎；以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息通信技術(shù)在城市經(jīng)濟社會發(fā)展各領域的充分運用為主線；以最大限度地開發(fā)、整合和利用各類城市信息資源為核心；以為居民、企業(yè)和社會提供及時、互動、高效的信息服務為手段；以全面提升城市規(guī)劃發(fā)展能力、提高城市公共設施水平、增強城市公共服務能力、激發(fā)城市新興業(yè)態(tài)活力為宗旨。1.3智慧城市的4個層面1.3智慧城市的4個層面（1）深層感知利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設備、系統(tǒng)或流程實現(xiàn)深層感知，如城市中的監(jiān)控攝像頭、傳感器、射頻識別（RadioFrequencyIdentification,RFID）設備、移動和手持設備、計算機和多媒體終端、GPS、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)挖掘和分析工具等。通過使用這些新設備和系統(tǒng)，包括人在內(nèi)的城市的任何信息都可以被快速獲取并進行分析，便于立即采取應對措施和進行長期規(guī)劃。（2）廣泛互聯(lián)。通過各種形式的高速、高帶寬的通信網(wǎng)絡工具，如有線網(wǎng)、無線網(wǎng)等，發(fā)揮“三網(wǎng)融合”的優(yōu)勢，將傳感器、個人電子設備等智能設備連接起來進行交互，實現(xiàn)互聯(lián)互通，實時監(jiān)控。（3）高度共享利用面向服務的體系結(jié)構(gòu)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，通過將資源“服務”化、集中存儲、共享計算資源等方式，對整個城市信息資源進行匯集、存儲、分類、整合，將全社會信息系統(tǒng)中收集和儲存的分散的信息及數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，多方共享，使得工作和任務可以通過多方協(xié)作，遠程完成。共享視頻監(jiān)控、地理信息、通信調(diào)度等平臺，用于城市管理和部門間業(yè)務聯(lián)動。（4）智慧應用通過使用傳感器、先進的移動終端，可以實時收集城市中的所有信息，采用高速分析工具和集成IT處理復雜的數(shù)據(jù)分析、匯總和計算工作，把數(shù)據(jù)變成信息，把信息變成知識，把知識變成智慧，從全局的角度分析形勢并實時解決問題，以便政府及相關(guān)機構(gòu)及時做出決策并采取適當?shù)拇胧?.3智慧城市的4個層面1.4智慧城市體系架構(gòu)

2017年，國家標準委發(fā)布《智慧城市技術(shù)參考模型》（GB/T34678-2017）。該標準從城市信息化整體建設層面考慮，以ICT技術(shù)為視角，規(guī)定了ICT視角下的智慧城市技術(shù)參考模型圖片來源：智慧城市技術(shù)參考模型（GB/T34678-2017）1.5智慧城市應用領域

在智慧城市建設背景下，物聯(lián)網(wǎng)的應用涉及領域很廣，從簡單的人類個人生活到工業(yè)的現(xiàn)代化和自動化控制，再到城市建設、軍事、反恐等領域。物聯(lián)網(wǎng)的應用涉及由傳感器技術(shù)所推動的各產(chǎn)業(yè)鏈領域，包括社區(qū)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、物流、校園、旅游等。

國際電信聯(lián)盟電信標準分局(ITU-T)提出的物聯(lián)網(wǎng)應用領域，被廣大學者和工程師普遍采用。1.6拓展知識全球智慧城市盤點，我國多城市陸續(xù)斬獲世界智慧城市“奧斯卡”

02PARTTWO物聯(lián)網(wǎng)的概念與發(fā)展情景導入物聯(lián)網(wǎng)如何起源和發(fā)展的？上世紀80年代卡內(nèi)基美隆大學的程序員，不愿上下樓，將可樂販賣機聯(lián)網(wǎng)；1991年在英國劍橋大學誕生的“特洛伊咖啡壺”。根據(jù)上述關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)起源的描述，你能否思考總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)的特點？列舉你身邊可能存在哪些涉及物聯(lián)網(wǎng)的事物或事件。2.1物聯(lián)網(wǎng)的概念英文名稱“TheInternetofThings”

物聯(lián)網(wǎng)就是“物與物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這里有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎之上延伸和擴展的一種網(wǎng)絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品，人與物可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行信息的交換和通信。

物聯(lián)網(wǎng)的定義：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)的基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡。2.2物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展——起源物聯(lián)網(wǎng)起源于兩種技術(shù)1999年，美國麻省理工學院在研究RFID時提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念雛形，其設想是給每個物品都添上電子標簽2003年，美國《技術(shù)評論》把傳感網(wǎng)絡技術(shù)評為未來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首2005年，國際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念2009年，IBM提出智慧地球的概念，認為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)下一階段的任務是把新一代IT技術(shù)充分運用到各行各業(yè)中，形成新一代的智慧型基礎設施——物聯(lián)網(wǎng)。2009年，中國政府提出“感知中國”的戰(zhàn)略。2011年中國“十二五”規(guī)劃指出，新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點是物聯(lián)網(wǎng)、云計算、三網(wǎng)融合和集成電路等。射頻識別（RadioFrequencyIDentification，RFID）無線傳感器網(wǎng)絡（WirelessSensorNetwork，WSN）2.3物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展——在國外的發(fā)展2008年美國IBM提出“智慧地球”理念，得到美國政府的支持。歐盟2009年提出《物聯(lián)網(wǎng)—歐洲行動計劃》。2001年至2009年，日本相繼制定了“e-Japan”戰(zhàn)略、“u-Japan”戰(zhàn)略、“i-Japan”戰(zhàn)略等多項信息技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。2006年，韓國也提出了“u-Korea”戰(zhàn)略，重點支持泛在網(wǎng)的建設。傳統(tǒng)科技企業(yè)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為抓手進行轉(zhuǎn)型升級。高思并購物聯(lián)網(wǎng)平臺提供商Jaspertechnologies公司，微軟收購意大利物聯(lián)網(wǎng)平臺Solair，將物聯(lián)網(wǎng)服務整合進微軟的AzureIot平臺。重視核心研發(fā)，賦能產(chǎn)業(yè)升級。英特爾公司重點研發(fā)Quark、IntelAtom、酷睿、至強等系列物聯(lián)網(wǎng)專用芯片，占據(jù)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應用領域制高點。引領先進技術(shù)實踐，拓展行業(yè)應用創(chuàng)新。全球行業(yè)領軍企業(yè)積極謀劃5G部署，5奧迪和愛立信計劃將5G技術(shù)應用于汽車生產(chǎn)。AT&T公司與三星電子聯(lián)手打造了美國第一個專注于生產(chǎn)線的5G測試臺。歐美構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)應用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。歐美企業(yè)通過締結(jié)聯(lián)盟組織的方式將物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)帶入良性發(fā)展的軌道。國際性物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)聯(lián)盟主要包括開放互聯(lián)基金會OCF、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC、物聯(lián)網(wǎng)國際標準化伙伴組織“OneM2M”等世界各國發(fā)展近年的發(fā)展2.3物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展——在中國的發(fā)展2004年，我國把射頻識別（RFID）作為“金卡工程”的一個重點，啟動了RFID的試點。我國發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，是以RFID的廣泛應用作為形成全國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展基礎的。。2008年底，我國鐵路RFID應用已基本涵蓋了鐵路運輸?shù)娜繕I(yè)務。2010年，上海世博會上大量采用了RFID系統(tǒng)。2006年，《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》將物聯(lián)網(wǎng)列入重點研究領域。在2009年12月的國務院經(jīng)濟工作會議上，明確提出了要在電力、交通、安防和金融行業(yè)推進物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)應用。2010年3月，我國高校開始創(chuàng)辦物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。2010年9月，國務院通過《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，確定物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)為我國7個戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。智慧城市建設是全球城市化的新趨勢，而物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也將逐步推動城市“部件”之間實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”2.4拓展知識比爾·蓋茨的瘋狂構(gòu)想和前衛(wèi)實踐

03PARTTHREE物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征互聯(lián)網(wǎng)讓人可以通過計算機去使用網(wǎng)絡，主要是實行人與人之間的信息交互與共享物聯(lián)網(wǎng)讓生活中的普通物體也可以進入網(wǎng)絡，使用網(wǎng)絡上的信息3.1物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征來自于同互聯(lián)網(wǎng)的類比。物聯(lián)網(wǎng)不僅對“物”實現(xiàn)連接和操控，它還通過技術(shù)手段的擴張，賦予了網(wǎng)絡新的含義。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征是全面感知、互通互聯(lián)和智慧運行。

3.1物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征——全面感知全面感知解決的是人類社會與物理世界的數(shù)據(jù)獲取問題。全面感知是物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官，主要功能是識別物體、采集信息。全面感知是指利用各種感知、捕獲、測量等的技術(shù)手段，實時對物體進行信息的采集和獲取。是所有上層結(jié)構(gòu)的基礎讓物品“開口說話、發(fā)布信息”大量信息生成設備信息生成方式多樣化互通互聯(lián)解決物體間的信息傳輸問題網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎設施之一互通互聯(lián)是物聯(lián)網(wǎng)的血管和神經(jīng)，其主要功能是信息的接入和信息的傳遞。高效、穩(wěn)定、及時、安全地傳輸上下層的數(shù)據(jù)3.1物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征——互聯(lián)互通智慧運行解決計算、處理和決策問題。智慧運行是物聯(lián)網(wǎng)的大腦和神經(jīng)中樞主要功能是信息及數(shù)據(jù)的深入分析和有效處理物品追蹤、環(huán)境感知、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)3.1物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征——智慧運行3.2物聯(lián)網(wǎng)層次劃分感知層是物聯(lián)網(wǎng)的五官和皮膚，用于識別外界物體和采集信息。網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞系統(tǒng)，負責將感知層獲取的信息，安全可靠地傳輸?shù)綉脤?，然后根?jù)不同的應用需求進行信息處理。應用層是物聯(lián)網(wǎng)的大腦，其功能為“處理”，即通過云計算平臺進行信息處理。

3.3物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)按照物聯(lián)網(wǎng)的層次體系架構(gòu)，每一層都有自己的關(guān)鍵技術(shù)。感知層的關(guān)鍵技術(shù)是感知和自動識別技術(shù)；網(wǎng)絡層的關(guān)鍵技術(shù)是無線傳輸網(wǎng)絡技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。應用層的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)融合技術(shù)和云計算技術(shù)，在此基礎上是行業(yè)專用技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成。歐洲物聯(lián)網(wǎng)項目總體協(xié)助組2009年發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》報告，2010年發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的展望和挑戰(zhàn)》報告。在這兩份報告中，將物聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)分為如下幾種：識別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)、軟件和算法、硬件、數(shù)據(jù)和信號處理技術(shù)、發(fā)現(xiàn)和搜索引擎技術(shù)、網(wǎng)絡管理技術(shù)、功率和能量存儲技術(shù)、安全和隱私技術(shù)、標準化。關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)技術(shù)3.3.1物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)——自動識別技術(shù)RFIDRFID（RadioFrequencyIdentification，射頻識別）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，可以通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。它主要用來為物聯(lián)網(wǎng)中的各物品建立唯一的身份標識。未來，RFID技術(shù)將繼續(xù)保持高速發(fā)展的勢頭。電子標簽、讀寫器、系統(tǒng)集成軟件、公共服務體系、標準化等方面都將取得新的進展。隨著關(guān)鍵技術(shù)的不斷進步，RFID產(chǎn)品的種類將越來越豐富，應用和衍生的增值服務也將越來越廣泛。3.3.2物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)——傳感器技術(shù)信息采集是物聯(lián)網(wǎng)的基礎，而目前的信息采集主要是通過傳感器、傳感節(jié)點和電子標簽等方式完成的。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)中獲得信息的主要設備，它利用各種機制把被測量轉(zhuǎn)換為電信號，然后由相應信號處理裝置進行處理，并產(chǎn)生響應動作。常見的傳感器包括溫度、濕度、壓力、光電傳感器等。傳感器作為一種檢測裝置，作為攝取信息的關(guān)鍵器件，由于其所在的環(huán)境通常比較惡劣，因此物聯(lián)網(wǎng)對傳感器技術(shù)提出了較高的要求。一是其感受信息的能力，二是傳感器自身的智能化和網(wǎng)絡化，傳感器技術(shù)在這兩方面應當實現(xiàn)發(fā)展與突破。傳感器技術(shù)是半導體技術(shù)、測量技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學、光學、聲學、精密機械學、仿生學和材料科學等多學科綜合的高新技術(shù)。3.3.3物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)——網(wǎng)絡和通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)涉及近程通信技術(shù)和遠程運輸技術(shù)。近程通信技術(shù)包括RFID、藍牙、ZigBee、總線等，遠程運輸技術(shù)包括互聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)，如第三代移動通信技術(shù)（3rdGenerationMobileNetworks,3G）、第四代移動通信技術(shù)（4thGenerationMobileNetworks,4G）、第五代移動通信技術(shù)（5thGenerationMobileNetworks,5G）、GPS等技術(shù)。3.3.4物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)——數(shù)據(jù)融合技術(shù)

從物聯(lián)網(wǎng)的感知層到應用層，各種信息的種類和數(shù)量都成倍增加，需要分析的數(shù)據(jù)量也呈級數(shù)增加，同時還涉及各種異構(gòu)網(wǎng)絡或多個系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的融合問題，如何從海量的數(shù)據(jù)中及時挖掘出隱藏信息和有效數(shù)據(jù)的問題，給數(shù)據(jù)處理帶來了巨大的挑戰(zhàn)，因此怎樣合理、有效地整合、挖掘和智能處理海量的數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)的難題。結(jié)合P2P、云計算等分布式計算技術(shù)，成為解決以上難題的一個途徑。云計算為物聯(lián)網(wǎng)提供了一種新的高效率計算模式，可通過網(wǎng)絡按需提供動態(tài)伸縮的廉價計算，其具有相對可靠并且安全的數(shù)據(jù)中心，同時兼有互聯(lián)網(wǎng)服務的便利、廉價和大型機的能力，可以輕松實現(xiàn)不同設備間的數(shù)據(jù)與應用共享，用戶無須擔心信息泄露、黑客入侵等棘手問題。云計算是信息化發(fā)展進程中的一個里程碑，它強調(diào)信息資源的聚集、優(yōu)化和動態(tài)分配，節(jié)約信息化成本并大大提高了數(shù)據(jù)中心的效率。3.4拓展知識中國近年物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃時間主要政策文件主要內(nèi)容2021《物聯(lián)網(wǎng)新型基礎設施建設三年行動計劃（2021—2023年）》明確到