計算機學科導論第4章.ppt

1、物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,1,物聯(lián)網(wǎng)的起源與概念 物聯(lián)網(wǎng)的技術架構 物聯(lián)網(wǎng)的應用展望,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,2,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,3,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,4,物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things） “物物相連的互聯(lián)網(wǎng)” 1999年、Bill Gates、未來之路/ 傳感網(wǎng)（中國） 定義：把任何物品通過射頻識別(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)議與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和共享，以實現(xiàn)智能化識別和管理的一種網(wǎng)絡。,物聯(lián)網(wǎng)的起源與概念,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,5,“物聯(lián)網(wǎng)”時代的圖景 國際電信聯(lián)盟2005年一份報告 當司機出現(xiàn)操作失誤時汽車會自動

2、報警 公文包會提醒主人忘帶了什么東西 衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求 安裝在床上的傳感器可以采集身體的各項體征指標，并推薦晨練項目 車載處理器已經(jīng)根據(jù)交通指揮中心的數(shù)據(jù)選擇了最佳行駛路線并且預估了行車時間 娛樂控制中心已經(jīng)根據(jù)個人愛好準備輕松的電視節(jié)目 ,物聯(lián)網(wǎng)的起源與概念,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,6,物聯(lián)網(wǎng)的直觀實現(xiàn) 把傳感器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中 將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合 在這個整合的網(wǎng)絡當中，存在能力超級強大的中心計算機群，能夠對整合網(wǎng)絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施實時的管理和

3、控制。,物聯(lián)網(wǎng)的起源與概念,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,7,物聯(lián)網(wǎng)的基本思想 過去的思路一直是將物理基礎設施和IT基礎設施分開:一方面是機場、公路、建筑物,而另一方面是數(shù)據(jù)中心,個人電腦、寬帶等。 在“物聯(lián)網(wǎng)”時代，鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎設施，在此意義上，基礎設施更像是一塊新的地球工地，世界的運轉就在它上面進行，其中包括經(jīng)濟管理、生產(chǎn)運行、社會管理乃至個人生活。 毫無疑問，如果“物聯(lián)網(wǎng)”時代來臨，人們的日常生活將發(fā)生翻天覆地的變化。,物聯(lián)網(wǎng)的起源與概念,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,8,物聯(lián)網(wǎng)的基本特征 互聯(lián)網(wǎng)特征對需要聯(lián)網(wǎng)的物一定要能夠實現(xiàn)互聯(lián)互通的互聯(lián)網(wǎng)絡 識別與通信特征納入物聯(lián)網(wǎng)的

4、“物”一定要具備自動識別與物物通信的功能 智能化特征網(wǎng)絡系統(tǒng)應具有自動化、自我反饋與智能控制的特點 物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應用與技術提升，將各種感知技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡技術和人工智能與自動化技術聚合與集成應用，使人與物智慧對話，創(chuàng)造一個智慧的世界。,物聯(lián)網(wǎng)的起源與概念,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,9,從人類科學發(fā)展史看物聯(lián)網(wǎng),物聯(lián)網(wǎng)的起源與概念,18世紀中期，以蒸汽機為代表的第一次工業(yè)革命開創(chuàng)了人類的大器工業(yè)時代,19世紀后期到20世紀中葉，以電機為代表的第二次工業(yè)革命使人類進入了電氣化時代,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,10,從人類科學發(fā)展史看物聯(lián)網(wǎng),物聯(lián)網(wǎng)的起源與概念,20世紀下半葉

5、，以互聯(lián)網(wǎng)計算機為代表的第三次工業(yè)革命席卷全球，世界進入信息化時代,21世紀提出的物聯(lián)網(wǎng)，能夠引發(fā)第四次工業(yè)革命嗎？,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,11,“十五年周期定律” IBM前首席執(zhí)行官郭士納提出一個重要的觀點：計算模式每隔15年發(fā)生一次變革。 1965年前后發(fā)生的變革以大型機為標志， 1980年前后以個人計算機的普及為標志， 1995年前后則發(fā)生了互聯(lián)網(wǎng)革命。 每一次這樣的技術變革都引起企業(yè)間、產(chǎn)業(yè)間甚至國家間競爭格局的重大動蕩和變化。而互聯(lián)網(wǎng)革命一定程度上是由美國“信息高速公路”戰(zhàn)略所催熟。 2010年前后？物聯(lián)網(wǎng)？,物聯(lián)網(wǎng)的起源與概念,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,12,全球部署物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略 美國：

6、2009年1月28日，IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”這一概念；當年，美國新任總統(tǒng)奧巴馬將IBM“智慧的地球”提升為國家戰(zhàn)略。 歐盟：2009年6月18日，歐盟委員會宣布了所謂的14點行動計劃，確保歐洲在構建物聯(lián)網(wǎng)的過程中起到主導作用。 日本：2004年提出u-Japan戰(zhàn)略計劃，計劃在2010年之前完成泛在網(wǎng)絡的基礎設施建設，實現(xiàn)信息通信服務應用的高度化。 韓國：2009年10月13日，韓國通過了物聯(lián)網(wǎng)基礎設施構建基本規(guī)劃，將物聯(lián)網(wǎng)市場確定為新增長的動力，計劃在2013年之前創(chuàng)造50萬億韓元的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模。 中國：2009年溫家寶總理在無錫考察時提出的“感知中國”計劃，物聯(lián)網(wǎng)的建

7、設也正是升級為我國的國家級戰(zhàn)略；溫家寶總理對物聯(lián)網(wǎng)的要求是：“全面感知、可靠傳送、智能處理”。,物聯(lián)網(wǎng)的起源與概念,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,13,物聯(lián)網(wǎng)的三個能力 全面感知：利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息，包括用戶位置、周邊環(huán)境、個體喜好、身體狀況、情緒、環(huán)境溫度、濕度，以及用戶業(yè)務感受、網(wǎng)絡狀態(tài)等。 可靠傳送：通過各種網(wǎng)絡融合、業(yè)務融合、終端融合、運營管理融合，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，對海量數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體進行實時智能化控制。 物聯(lián)網(wǎng)并不是一個全新的網(wǎng)絡，它是在現(xiàn)有的電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、未來融合各種業(yè)務

8、的下一代網(wǎng)絡以及一些行業(yè)專用網(wǎng)的基礎上，通過添加一些新的網(wǎng)絡能力實現(xiàn)所需的服務。 人們可以在不意識到網(wǎng)絡存在的情況下，隨時隨地通過適合的終端設備接入物聯(lián)網(wǎng)并享受服務。,物聯(lián)網(wǎng)的起源與概念,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,14,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,15,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構 感知層：物聯(lián)網(wǎng)的皮膚和五官識別物體，采集信息。感知層包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等，主要作用是識別物體，采集信息，與人體結構中皮膚和五官的作用相似。 網(wǎng)絡層：物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦信息傳遞和處理。網(wǎng)絡層包括通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡、網(wǎng)絡管理中心和信息處理中心等。網(wǎng)絡層將感知層獲取的信息進行傳遞

9、和處理，類似于人體結構中的神經(jīng)中樞和大腦。 應用層：物聯(lián)網(wǎng)的“社會分工”與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)廣泛智能化。應用層是物聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)專業(yè)技術的深度融合，與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)行業(yè)智能化，這類似于人的社會分工，最終構成人類社會。,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,16,感知層實現(xiàn)人與現(xiàn)實世界的各種物體之間的通信，解決人類世界和物理世界的數(shù)據(jù)獲取問題，包括各類物理量、標識、音頻、視頻數(shù)據(jù)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用的基礎。 數(shù)據(jù)采集：通過傳感器、攝像頭等設備采集外部物理世界的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)短距離傳輸：通過藍牙、紅外、ZigBee、工業(yè)現(xiàn)場總線等短距離有線或無線傳輸技術進行協(xié)同工作或者傳遞數(shù)據(jù)到網(wǎng)關設備。 感

10、知層綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、智能組網(wǎng)技術、無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器的協(xié)作實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息。,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,17,傳感器技術：計算機的五官 一種檢測裝置，能感受到被測的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。 汽車傳感器（汽車運行中各種工況信息） 核輻射傳感器（核輻射監(jiān)測） 氣敏傳感器（檢測特定氣體） 納米傳感器（運用納米技術制造的傳感器） 激光傳感器（利用激光技術進行測量的傳感器） 氣壓傳感器（測量

11、氣體的絕對壓強） 紅外線傳感器（利用紅外線的物理性質來進行測量的傳感器） 高度傳感器（用于高度測量） 厚度傳感器（用于厚度測量）,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,18,二維碼技術 二維碼也叫二維條碼或二維條形碼，是用某種特定的幾何形體按一定規(guī)律在平面上分布（黑白相間）的圖形來記錄信息的應用技術。 原理：二維碼在代碼編制上巧妙地利用構成計算機內部邏輯基礎的“0”和“1”比特流的概念，使用若干與二進制相對應的幾何形體來表示數(shù)值信息，并通過圖像輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現(xiàn)信息的自動處理。 高密度編碼，信息容量大 編碼范圍廣 容錯能力強，具有糾錯功能 可引入加密措施 成本低，易制作，持久

12、耐用,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,19,RFID技術：射頻識別（Radio Frequency Identification） 利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，實現(xiàn)對靜止或移動中的待識別物品的自動機器識別，是一種非接觸式的自動識別技術。 RFID系統(tǒng)由電子標簽、RFID閱讀器、RFID信息處理計算機系統(tǒng)等組成。,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,20,RFID電子標簽（Tag） 是RFID主要核心部件，用于存儲生產(chǎn)廠家及商品的識別信息，主要包含一個電子芯片和一個微型天線。,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,21,RFID閱讀器（Reader） 非接觸、快速讀取標簽內容。

13、典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及天線。此外，閱讀器還有附加的接口(RS232、RS485、以太網(wǎng)接口等)，以便將所獲得的數(shù)據(jù)傳送給RFID信息處理計算機或從信息處理計算機接收命令。,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,22,藍牙（Blue Tooth） 是一種無線數(shù)據(jù)與話音通信的開放性全球規(guī)范，是一種短距離的無線傳輸技術。 藍牙采用高速跳頻和時分多址等先進技術，支持點對點及點對多點通信。其傳輸頻段為全球公共通用的2.4GHz頻段，能提供1Mbit/s的傳輸速率和10m的傳輸距離，并采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。 主要特點 同時可傳輸話音和數(shù)據(jù) 可以建立臨時性的

14、對等連接 開放的接口標準 應用范圍 話音/數(shù)據(jù)接入、外圍設備互連和個人局域網(wǎng)（PAN）。,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,23,ZigBee 一種短距離、低功耗的無線傳輸技術，是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。 原理：采用分組交換和跳頻技術，并且可使用3個頻段，分別是2.4GHz 的公共通用頻段、歐洲的868MHz頻段和美國的915MHz頻段。 ZigBee主要應用在短距離范圍并且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設備之間。與藍牙相比，ZigBee更簡單、速率更慢、功率及費用也更低。 目標市場 PC外設（鼠標、鍵盤、游戲操控桿） 消費類電子設備（電視機、DVD等設備上的遙控裝置） 家庭內

15、智能控制（照明、煤氣計量控制及報警等）,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,24,網(wǎng)絡層物聯(lián)網(wǎng)的價值在什么地方？主要在于網(wǎng)，而不在于物。 主要功能 能夠把感知層感知到的數(shù)據(jù)無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳送，它解決的是感知層所獲得的數(shù)據(jù)在一定范圍內，尤其是遠距離地傳輸問題。 承擔比現(xiàn)有網(wǎng)絡更大的數(shù)據(jù)量和面臨更高的服務質量要求。 關鍵技術 有線網(wǎng)絡 無線網(wǎng)絡,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,25,Internet物聯(lián)網(wǎng)主要的傳輸網(wǎng)絡之一，IPv6是未來發(fā)展的方向 移動通信網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)重要的接入手段和傳輸載體 由無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和骨干網(wǎng)三部分組成 無線接入網(wǎng)：為移動終端提供接入網(wǎng)絡服務 核

16、心網(wǎng)和骨干網(wǎng)：為各種業(yè)務提供交換和傳輸服務 主要接入技術 3G網(wǎng)絡：第三代支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通信技術，主要國際標準有CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA。 Wi-Fi（Wireless Fidelity，無線保真技術）：傳輸距離有幾百米，可實現(xiàn)各種便攜設備在局部區(qū)域內的高速無線連接或接入局域網(wǎng)。 WiMAX（World Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性）：一種城域網(wǎng)（MAN）無線接入技術，信號傳輸半徑可以達到50km。,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,26,應用層應用是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的驅動力和目的，物聯(lián)網(wǎng)最終目

17、的是要把感知和傳輸來的信息更好地利用。 主要功能：把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，做出正確的控制和決策，實現(xiàn)智能化的管理、應用和服務。 兩個子層 應用程序層進行數(shù)據(jù)處理，完成跨行業(yè)、跨應用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能，是物聯(lián)網(wǎng)作為深度信息化網(wǎng)絡的重要體現(xiàn)。 終端設備層提供人機界面，不僅包括人與計算機交互的界面，還包括與應用程序相連的各種設備與人的反饋。,物聯(lián)網(wǎng)的技術架構,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,27,網(wǎng)絡冰箱 監(jiān)測冰箱里面的食物，當某些食物不足的時候會提醒你。 它或許還可以監(jiān)視各種美食網(wǎng)站，幫你收集菜譜，并向購物清單里自動添加配料。 根據(jù)你對每一頓飯的評價，這種冰箱知道你喜歡吃什么

18、東西。,物聯(lián)網(wǎng)的應用展望,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,28,圖書館 目錄管理 自動借書/還書,物聯(lián)網(wǎng)的應用展望,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,29,物流 自動點貨 貨物跟蹤 自動收貨/發(fā)貨,物聯(lián)網(wǎng)的應用展望,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,30,公交運輸 電子計費 行李跟蹤,物聯(lián)網(wǎng)的應用展望,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,31,魔鏡：魚缸也聯(lián)網(wǎng) 在魔鏡前晃動魚食罐兒，這樣你就知道上次喂魚是什么時候。 在不久的將來，射頻芯片會內置在魚食罐兒里。在更遠的將來，數(shù)據(jù)可以直接顯示在魚食罐兒或者浴缸上，或顯示在手機上。,物聯(lián)網(wǎng)的應用展望,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,32,通過網(wǎng)絡監(jiān)測能源消耗的房子 在很多房屋物品上安裝了傳感器，比如電表上合窗戶上。 可以監(jiān)測照明、采暖、室溫、電話和自來水使用情況。 只要點擊網(wǎng)頁上的開關，或者通過手機上的即時控制面板就可以打開/關閉房屋的噴泉、電燈和暖氣。,物聯(lián)網(wǎng)的應用展望,物聯(lián)網(wǎng)的概念與應用,33,IBM跟蹤花卉運輸 在運輸花卉過程中使用射頻識別技術來監(jiān)視溫度可以保證沒有人在供應鏈中偷工減料（比如為了省錢而關閉氣溫控制儀