《物聯(lián)網(wǎng)》課件-4 物聯(lián)網(wǎng)信息感知 4.1 身份感知 4.2 位置感知

1物聯(lián)網(wǎng)五大關(guān)鍵要素物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵要素及涉及的技術(shù)示例IoT關(guān)鍵要素涉及的技術(shù)示例識別命名電子產(chǎn)品代碼（EPC）、泛在碼（UCode）尋址IPv4、IPv6感知智能傳感器、可穿戴設(shè)備、嵌入式傳感器、執(zhí)行器、射頻識別標(biāo)簽通信射頻識別通信（RFID）、近場通信（NFC）、超寬帶通信（UWB）、藍(lán)牙通信（BT）、藍(lán)牙低功耗通信（BLE）、紫蜂通信（Zigbee）、Z-Wave、WiFi、LTE、LTE-A計算硬件Arduino、樹莓派、MediaTekLinkItONE等物聯(lián)網(wǎng)硬件平臺軟件Contiki、TinyOS、LiteOS、AndroidThings等物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)服務(wù)身份服務(wù)（如供應(yīng)鏈管理）信息聚合服務(wù)（如智能電網(wǎng)）協(xié)作感知服務(wù)（如智能家居）2物聯(lián)網(wǎng)為什么要具備感知（Sensing）能力？在物聯(lián)網(wǎng)“萬物互聯(lián)”的愿景下，需要作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的“物”能夠主動的產(chǎn)生信息、表達(dá)和傳輸信息。面對這些無時無刻不在產(chǎn)生的海量信息，人類的感知、采集和分析能力受限，應(yīng)當(dāng)讓人更少地參與海量信息的采集和分析，將大量不需要親自關(guān)注的信息交給設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)去處理，把人從海量信息的困局中解放出來。對“感知”能力的充分運用，是物聯(lián)網(wǎng)相對于互聯(lián)網(wǎng)的最大不同和優(yōu)勢所在。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和進(jìn)化，未來會產(chǎn)生更多不同種類的終端節(jié)點，它們無需人類用戶去互動，可以實現(xiàn)智能化自動化地直接服務(wù)于人類。3理解物聯(lián)網(wǎng)的感知過程物聯(lián)網(wǎng)傳感終端負(fù)責(zé)收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送回數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)庫或云端；接下來，對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便傳感終端根據(jù)服務(wù)需要采取特定行動。物聯(lián)網(wǎng)的傳感終端可以是智能傳感器、執(zhí)行器或可穿戴傳感設(shè)備。在這些傳感終端內(nèi)，可以集成單板計算機（單片機），并內(nèi)置TCP/IP及安全功能，從而構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的硬件平臺。傳感終端設(shè)備被連接到中央管理門戶，以提供客戶所需要的數(shù)據(jù)。很多公司在提供物聯(lián)網(wǎng)傳感終端的同時，也提供配套的智能網(wǎng)關(guān)和能夠安裝在智能手機上的移動應(yīng)用程序，使人們能夠使用智能手機監(jiān)測對象的環(huán)境以及控制物聯(lián)網(wǎng)中的目標(biāo)設(shè)備或裝置。44.物聯(lián)網(wǎng)信息感知4.34.14.24.4身份感知技術(shù)位置感知技術(shù)狀態(tài)感知技術(shù)過程感知技術(shù)4.34.14.24.4身份感知技術(shù)位置感知技術(shù)狀態(tài)感知技術(shù)過程感知技術(shù)感知技術(shù)分類4.1身份感知技術(shù)基本概念身份感知技術(shù)也稱自動識別技術(shù)，就是應(yīng)用一定的識別裝置，通過被識別物品和識別裝置之間的接近活動，自動地獲取被識別物品的相關(guān)信息，并提供給后臺的計算機處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)。識別可看做身份感知對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的解釋隨著其動態(tài)發(fā)展及概念框架的不斷豐富，也保持著動態(tài)的更新并可以有不同角度的闡述。故此，可將識別要素中的命名技術(shù)納入“感知”功能的范疇，看作是身份感知技術(shù)的子類。主流身份感知技術(shù)條形碼二維碼電子標(biāo)簽RFID7條形碼條形碼（barcode）誕生于20世紀(jì)40年代，是將寬度不等的多個黑條和空白按照一定的編碼規(guī)則排列以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識符。常見的條形碼由反射率相差很大的可變寬度的矩形黑條（簡稱條）和白條（簡稱空）平行排列而成。條碼閱讀器（又稱條碼掃描器或條碼掃描槍）掃描條形碼，得到一組反射光信號，此信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后變?yōu)橐唤M與黑條、白條相對應(yīng)的電子信號，經(jīng)解碼后還原為相應(yīng)的文數(shù)字，再傳入電腦。條形碼能表示物品的生產(chǎn)國、制造廠家、商品名稱、生產(chǎn)日期、圖書分類號、郵件起止地點、類別、日期等許多信息，在商品流通、圖書管理、郵政管理、銀行系統(tǒng)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。8各種條形碼9商品條形碼——EAN-13結(jié)構(gòu)10二維碼二維碼/二維條碼（2DBarCode）是按一定規(guī)律在二維空間分布的光學(xué)可識讀符號，以黑白相間的圖形來記錄數(shù)據(jù)信息，需要在水平和垂直方向配合識讀全部信息。二維碼比傳統(tǒng)的BarCode條形碼能存更多的信息，也能表示更多的數(shù)據(jù)類型。隨著近年來移動設(shè)備的興起，二維碼逐漸流行。二維符號同樣具有檢錯與糾錯特性。11各種二維碼12行排式將條碼堆積成多行。典型例子：Code16K、Code49、PDF417、Ultracode等。矩陣式又稱棋盤式二維碼，它是在一個矩形空間通過黑、白像素在矩陣中的不同分布進(jìn)行編碼。典型例子：CodeOne、MaxiCode、QRCode、DataMatrix。QRCode123超高速識讀（QuickResponse）。硬件實現(xiàn)碼讀取，平均每秒可識讀20個含有100個字符的QRCode符號，是傳統(tǒng)的PDF417及DataMatrix二維碼平均每秒識讀符號量的30至50倍。全方位360度識讀，優(yōu)于識讀方位角僅為±10°的PDF417碼。表示漢字的效率更高。QRCode用特定的數(shù)據(jù)壓縮模式表示漢字，僅用13bit就可以表示一個漢字；相比之下，PDF417、DataMatrix等二維碼需用16bit才能表示一個漢字。QRCode由日本Denso公司于1994年9月推出的矩陣式二維碼，具有超高速識讀、全方位識讀、有效表示漢字等特性和優(yōu)點。13電子標(biāo)簽（RFID）電子標(biāo)簽，又稱無線射頻識別（RadioFrequencyIdentification），這是一種可通過無線電信號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機械或光學(xué)接觸的身份感知技術(shù)。14RFID技術(shù)基本工作原理圖15標(biāo)簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。閱讀器（Reader）：讀?。ㄓ袝r還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式；16低頻RFID（125kHz~134.2kHz）主要用于畜牧管理等；中高頻RFID（13.56MHz）主要用于身份證、考勤卡、校園卡等；超高頻RFID（860MHz~928MHz）主要用于鐵路、物流等；微波頻段RFID（2.45GHz~5.8GHz）主要用于跟蹤定位、高速公路收費等。段號頻段名稱頻段范圍（含上限不含下限）波段名稱波長范圍（含上限不含下限）1甚低頻（VLF）3~30KHz甚長波100~10km2低頻（LF）30~300KHz長波10~1km3中頻（MF）300~3000KHz中波1000~100m4高頻（HF）3~30MHz短波100~10m5甚高頻（VHF）30~300MHz米波10~1m6特高頻（UHF）300~3000MHz分米波微波100~10cm7超高頻（SHF）3~30GHz厘米波10~1cm8極高頻（EHF）30~300GHz毫米波10~1mm9至高頻（THF）300~3000GHz亞毫米波1~0.1mm17圖書館RFID應(yīng)用案例首先對每本書對應(yīng)的RFID標(biāo)簽上號并貼在書上，則每本書即相當(dāng)于有了“身份證號”（ID），借書時，可以去柜臺人工借閱，亦可以在自助機器上自助借還。利用RFID技術(shù)，借書時無需像過去的條碼技術(shù)那樣必須逐本掃描，而是可以批量處理借還書。以往需要在圖書上加磁條防盜，而有了RFID標(biāo)簽后，RFID標(biāo)簽本身通過無線電波偵測門時，可以自動識別相應(yīng)書籍是否已辦理借書手續(xù)，沒有辦理借書手續(xù)的會自動報警。圖書館管理員在進(jìn)行書架盤點、書籍尋找以及順架整架時，也非常方便，只需用手持式讀寫器通過書架，即可以發(fā)現(xiàn)書籍，或查看書籍是否放錯位置。三大RFID標(biāo)準(zhǔn)化體系ISO/IEC的RFID體系國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國際電工委員會共同制定。RFID通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要針對不同應(yīng)用領(lǐng)域中涉及的共同要求和屬性。RFID應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)則是在通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)各個行業(yè)自身特點制定，主要針對行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域涉及的共同要求和屬性。EPCGlobal制定的RFID體系由美國統(tǒng)一代碼協(xié)會（UCC）和國際物品編碼協(xié)會（EAN）共同制定。目標(biāo)是解決供應(yīng)鏈的透明性，幫助供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的參與方了解單件物品的相關(guān)信息UID制定的泛在碼標(biāo)簽體系由UCode的發(fā)源地日本牽頭制定。18UID標(biāo)準(zhǔn)體系和EPC標(biāo)準(zhǔn)體系的對比19

UIDEPC發(fā)源地日本歐美愿景利用日本發(fā)達(dá)的寬帶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，建立人人、人物、物物之間的連接，為個人、商業(yè)、公共事業(yè)等提供泛在的信息服務(wù)更加快速、自動、準(zhǔn)確地識別供應(yīng)鏈中商品，以提升在供應(yīng)鏈全生命周期管理商品的效率編碼泛在碼（128位，可擴展）電子產(chǎn)品代碼（96位，可擴展）實施系統(tǒng)UID系統(tǒng)，能對有形或無形的產(chǎn)品和對象作出全球唯一標(biāo)識EPCGlobal網(wǎng)絡(luò)，能對單一產(chǎn)品進(jìn)行全球唯一標(biāo)識，最終取代條碼工作頻率2.45GHz/13.56MHz860MHz-928MHz/13.56MHz應(yīng)用領(lǐng)域不依賴于應(yīng)用領(lǐng)域和業(yè)務(wù)類型，可廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品、食品、場所和音樂內(nèi)容等，不被特定的應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)類型所限制。非常適用于跨行業(yè)和應(yīng)用的服務(wù)和目標(biāo)管理，以及管理同一系統(tǒng)中多個位置和對象的服務(wù)等場景側(cè)重物流管理、庫存管理等與制造、物流、零售密切相關(guān)的供應(yīng)鏈領(lǐng)域4.34.14.24.4身份感知技術(shù)位置感知技術(shù)狀態(tài)感知技術(shù)過程感知技術(shù)感知技術(shù)分類4.2位置感知技術(shù)依賴無線電技術(shù)實現(xiàn)位置感知技術(shù)主要依賴無線電技術(shù)實現(xiàn)，主要包括全球定位系統(tǒng)、移動通信定位技術(shù)、WiFi定位技術(shù)、RFID定位技術(shù)以及WSN（無線傳感網(wǎng)）定位技術(shù)。應(yīng)用廣泛如礦山中礦工位置定位，汽車導(dǎo)航定位，用車軟件對叫車用戶的位置定位、共享單車軟件對周邊可用單車位置的定位等，都會用到位置感知定位技術(shù)21主流位置感知技術(shù)全球定位系統(tǒng)移動通信定位技術(shù)WiFi定位技術(shù)WSN定位技術(shù)全球四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)22名稱構(gòu)成精度用途美國GPS系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成分米級（@2016）軍民兩用俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成米級（@2013）軍民兩用歐洲伽利略系統(tǒng)由30顆衛(wèi)星組成米級（@2017）民用為主中國北斗系統(tǒng)由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成平均2.34米，最高厘米級（@2020）軍民兩用23GPS衛(wèi)星系統(tǒng)構(gòu)成移動通信基站定位技術(shù)基于三角關(guān)系和運算的定位技術(shù)根據(jù)測量得出的數(shù)據(jù)，利用幾何三角關(guān)系計算被測物體的位置，是最主要的也是應(yīng)用最為廣泛的一種定位技術(shù)?；谌顷P(guān)系和運算的定位技術(shù)可以細(xì)分為兩種：基于距離測量的定位技術(shù)和基于角度測量的定位技術(shù)。主流位置感知技術(shù)基于三角關(guān)系和運算的定位技術(shù)24基于場景分析的定位技術(shù)基于鄰近關(guān)系的定位技術(shù)基于定位原理劃分基于距離基于角度移動通信基站定位技術(shù)以基于距離測量的定位技術(shù)為例手機附近至少有三個基站，可利用無線信號計算出手機和三個基站之間的距離。若已知三個基站的位置，以每個基站為圓心，以手機和該基站的距離為半徑畫圓，三個圓必有交點，即得到手機的位置。25WiFi定位技術(shù)WiFi定位的第一種方法技術(shù)原理與移動通信定位技術(shù)的原理相似，可以把WiFi的接入點（AP）類比為基站，從而利用三角定位原理對目標(biāo)進(jìn)行定位。26WiFi定位的第二種方法技術(shù)原理更加簡單，可以用于定位精度較為粗糙的場合。WiFi技術(shù)的覆蓋范圍有限，如果AP位置已知，則其能收到信號的用戶一定處于有限范圍內(nèi)，由此可以完成粗略定位。WiFi定位多用于室內(nèi)場景RFID定位技術(shù)：多邊測距法原理利用3個或3個以上固定部署的閱讀器來讀取目標(biāo)標(biāo)簽的信息，記錄每個閱讀器接