物联网技术及应用专题讲座PPT.ppt

物联网技术及应用 自我介绍 v曹 倩 电 话：阜成路） 邮 箱： 公邮： v教研室 阜成路：耕耘楼8层信管教研室 良 乡：工3楼3层信管教研室 考勤要求 v1. 按学校相关规定要求。 v2. 随机点名：无故缺勤，考勤为0分。 v3. 不准迟到早退，若迟到早退1节课视为 缺勤。 v4. 有事有病请假，以书面假条（盖有公章 ）为准，口头请假无效。 成绩结构 v1. 课程成绩 = 期末成绩* （ 50%70%） + 平时成绩* （ 30%50%） v2. 平时成绩=作业（随堂作业、大作业等 ）+考勤+课上报告 v3. 期末考试闭卷形式 选择 填空 简单 开放题 参考书目 v 魏凤等。物联网与现代物流M，电子工业出版社，2012 v 王喜富，苏树平，秦予阳。物联网与现代物流M，电子工 业出版社，2013 v 王志良，石志国，物联网工程导论，西安电子科技大学 出版社，2011 v 王志良，王粉花，物联网工程概论，机械工业出版社， 2011 v 吴功宜编著， 智慧的物联网，机械工业出版社， 2010.6 /art/ 201006/207332.htm v 周洪波著， 物联网：技术、应用、标准和商业模式， 电子工业出版社，2010.7 v 张福生主编， 物联网：开启全新生活的智能时代，山 西人民出版社，2010.4 v 朱近之. 智慧的云计算物联网发展的基石M. 北京: 电 子工业出版社, 2010 v 刘鹏. 云计算M. 北京: 电子工业出版社, 2010 v总学时：36 v上课：26 v实验：10 v上课形式 v讲课 v报告（物流、物联网相关的理论或案例 ） 教学计划 定义 框架结构 标准体系5 1 2 4 关键技术和难点6 应用领域 3 目录 发展概况 定义1.1 疑问：物联网是什么？ 疑问：物联网是什么？ 1.1 物联网定义 概念起源 麻省理工学院Ashton教授于1999年最 早提出，其理念是基于射频识别技术 (RFID)、电子代码(EPC)等技术，在互联网 的基础上，构造一个实现全球物品信息实 时共享的实物互联网，即物联网。 1.1 物联网定义 物联网即把所有物品通过射频识别、传感 器等信息传感设备与互联网连接起来，实 现智能化识别和管理。 国际电信联盟曾描绘“物联 网”时代的图景：当司机出 现操作失误时汽车会自动报 警；公文包会提醒主人忘带 了什么东西；衣服会“告诉 ”洗衣机对水温、水量的要 求等等。 本质体现 一、互联网特征，即对需要联网的物一定要 能够实现互联互通的互联网络 二、识别与通信特征，即纳入物联网的“物 ”一定要具备自动识别、物物通信的功能 三、智能化特征，即网络系统应具有自动化 、自我反馈与智能控制的特点 物联网是一种通过射频识别（ RFID）、红外感应器、全球定位系统、激 光扫描器等信息传感设备，按照约定协议 ，使物体与互联网相连接，进行信息交换 和通信，以实现对物体的智能化识别、定 位、跟踪、监控和管理。 全面感知 利用射频识别、二维码、传感器等感 知、捕获、测量技术随时随地对物体进 行信息采集和获取 可靠传送 通过将物体接入信息网络，依托各种 通信网络，随时随地进行可靠的信息交 互和共享 智能处理 利用各种智能计算技术，对海量的感 知数据和信息进行分析并处理，实现智 能化的决策和控制 物联网的三个主要特征 RFID 、传感器、二维码等以太网、无线网、移动网云计算、数据挖掘、模糊识别等 物联网的三大特征物联网的三大特征 发展概况1.2 1.2 发展概况 2005年 国际电信联盟发布了ITU互联网报告2005：物联网，引用 了“物联网”的概念，并且指出无所不在的“物联网”通信时 代即将来临。然而，报告对物联网缺乏一个清晰的定义，并且 覆盖范围有了较大的拓展 2009年初 美国国际商业机器公司，即IBM，提出“智慧的地球”概念， 认为：信息产业下一阶段的任务是把新一代信息技术充分运用 在各行各业之中，具体就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路 、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各 种物体中，并且被普遍连接，形成物联网 2009年6 月 欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地 区委员会递交了欧盟物联网行动计划，其目的为希望欧洲 通过构建新型物联网管理框架来引领世界“物联网”发展 2009年8 月 日本提出“智慧泛在”构想，将传感网列为国家重要战略，致 力于一个个性化的物联网智能服务体系 发展之路 发展之路（续） 2009年8月 国务院总理温家宝来到中科院无锡研发中心考察，指出 关于物联网可以尽快去做三件事情：一是把传感系统和3G中 的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进 传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“ 感知中国”中心 2009年10 月 韩国通信委员会通过物联网基础设施构建基本规划 ，将物联网确定为新增长动力，树立了“通过构建世界最先 进的物联网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流信 息强国”的目标 2010年3月 国务院总理温家宝在政府工作报告中，将“加快物 联网的研发应用”明确纳入重点产业振兴，表明物联网已经 被提升为国家战略，中国开启物联网元年 应用领域1.3 物联网 管理平台 移动POS 金融 供应链 智能运输 工业自动化 智能建筑 消防 公共安全 环境保护 气象 数字化医疗 遥感勘测 军事 农业 林业 水务 电力 煤炭 石化 物流、零售、自动服务 设备、安全、节能 生产、安全、防灾、水电油气 防火、勘察、报警 污染检测、报警 水质、水量、污染、安全 大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪 抄表、监控、节能 设备、临床、辅助诊断、病程 险情、油井、运输、管线 联动、消防栓、定位、调度 照明、信号、应急、灾害、识别 大地勘测、森林、地震、海洋 侦查、监控、定位、评估 降水、防洪、远程设备 交易、订单、跟踪、识别 通风、瓦斯、救灾定位 库存、车队、监控、导航、识别、货物 电子支付、实时信息 十大领域 智能 电网 智能 交通 智能 物流 智能 家居 医疗 健康 环境与 安全检 测 国防 军事 精细 农牧 业 金融 与服 务业 工业与 自动化 控制 应用实例应用实例食品安全食品安全 v 每只动物贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品 上，消费者可通过手机阅读二维码。我国已有10亿动物贴上了二维码 v 药品 用户在下班回家的路上即可用手机启动“下班”业务流程，将热水器和空 调调节到预订的温度，并检测冰箱内的食物容量，如不足则通过网络下订 单要求超市按照当天的菜谱送货 应用实例应用实例智能家庭智能家庭 应用实例应用实例人体健康人体健康 v 人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时 传送到相关的医疗保健中心，如有异常，保健中心通过手机，提醒去 医院检查身体 v 医院病房电子巡查 应用实例应用实例平安城市平安城市 v 利用部署在大街小巷的传感器，实现图像敏感性智能分析并与110、 119、120等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统 之间的联动 应用实例应用实例智慧农业智慧农业 农业标准化生产监测系统：将农业生产过程中，最关键的温度、湿度、 CO2、土壤含水率的信息通过传感器组实时采集，利用网络传输，通过短 信息、邮件等手段，让从事农业生产的人实时掌握这些信息 应用实例应用实例智能交通（车联网）智能交通（车联网） 在每辆车上都安装一个传感器，能够动态检测车辆位置、速度等，从而 掌握实时的路况信息。 上海移动的“车务通”在世博会期间全面运用于上海公共交通系统，以 最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅 作战环境侦查作战环境侦查 战场监测与指挥战场监测与指挥 应用实例应用实例军事军事 物联网应用案例 应用案例1：机场防入侵 上海浦东国际机场防入侵系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面 、栅栏和低空探测，多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻 越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。 上海移动的车务通在2010年世博会期间全面运用于上海公共交通系 统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅。 应用案例2：电力管理 江西省电网对分布在全省范围内的2万台配电变压器安装传感装置， 对运行状态进行实时监测，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损 管理、需求侧管理等高效一体化管理，一年来降低电损1.2亿千瓦时。 智能电网 智能电网的体系架构 智能交通物联网系统组成 物联网平台 交警公交地铁民航港口出租 运营商服务 出行者政府 司机 智能交通 智能交通物联 网 运营商服务 智能交通物联网层次结构 数据源 交通信息 服务 城市交通 2000.4 高速公路 高速公路 2002.6 ZTE ITS 物联网 轨道交通 2006.1 铁路城市 交通 公路 已经涉足的ITS领域 城市 交通 公路 铁路 智能交通物联网 准备进入的ITS领域 水运 管道 民航水运 管道 民航 智能物流 产品的智能 可追溯网络系统 目前，在医 药、农产品、食品、 烟草等行业领域，产 品追溯体系发挥着货 物追踪、识别、查询 、信息采集与管理等 方面的巨大作用，已 有很多成功应用 智能物流 可视化智能管理 网络系统 基于GPS卫星导航定 位技术、RFID技术、传 感技术等多种技术，在 物流过程中实时实现车 辆定位、运输物品监控 、在线调度与配送可视 化与管理的系统。目前 ，初级的应用比较普遍 智能家居 以住宅为平台， 兼备建筑、网络 通信、信息家电 、设备自动化， 集系统、结构、 服务、管理为一 体的高效、舒适 、安全、便利、 环保的居住环境 框架结构1.4 物联网 硬件 软件 感知控制层 网络传输层 应用服务层 1.4 框架结构 软件 应用服务层 掌握应用系统设计技术关键，物 联网应用软件开发；应用数据结 构，数据流设计；能够独立设计 不同需要的物联网应用系统 硬件 网络传输层 多种网络网关设计，HF,UHF RFID读卡器设计；掌握主流无线 和无线网络标准，主要路由算法 掌握，网络监视和数据库设计 感知控制层 无线节点硬件和核心协议栈软件 设计，RFID无源有源标签设计技 术掌握，低功耗无线设计，基础 无线网络技术掌握，安全和加密 原理和设计 感知控制层网络传输层应用服务层 主要技术EPC编码和RFID射频识别技术无线传感器网络，PLC，蓝牙 ，Wi-Fi，现场总线 云计算技术、数据融合与智 能技术、中间件技术 知识点EPC编码的标准和RFID的工作原 理 数据传输方式，算法，原理 云连接、云安全、云存储、 知识表达与获取、智能 Agent 知识单元 产品编码标准、RFID标签、阅读 器、天线、中间件 组网技术，定位技术，时间同 步技术，路由协议，MAC协议 ，数据融合 数据库技术、智能技术、信 息安全技术 知识体系 通过对产品按照合适的标准来进 行编码实现对产品的辨别。和通 过射频识别技术，完成对产品的 信息读取，处理和管理 技术框架，通信协议，技术标 准 云计算系统、人工智能系统 、分布智能系统 软件 （平台） RFID中间件（产品信息转换软件 、数据库等） NS2，IAR, KEIL, Wave 数据库系统、中间件平台、 云计算平台 硬件 （平台） RFID应答器、阅读器，天线组成 的RFID系统。 CC2430, EM250, JENNIC LTD, FREESCALE BEE PC机和各种嵌入式终端 相关课程 编码理论、通信原理、数据库、 电子电路 无线传感器网络简明教程，电 力线通信技术，蓝牙技术基础 ，现场总线技术 微机原理与操作系统、计算 机网络、数据库技术、信息 安全 标准体系1.5 1.5 标准体系 物联网 标准体系 应用服务层标准 共性支 撑标准 网络传输层标准 感知控制层标准 应用服务层标准分类 应用服务 层标准 行业应用类标准智能交通、智能电力、智 能环境等相关系列标准 公众应用类标准 智能家居总体技术标准、 智能家居联网技术标准、 智能家居设备控制协议技 术标准等 应用中间件平台 标准 物联网信息开放控制平台 基本能力标准、物联网信 息开放控制平台总体功能 架构标准、信息服务发现 平台标准、信息处理和策 略平台标准等 网络传输层标准分类 网络传输层 标准 物物通信无线 接入标准 面向物物通信增强系统设备和接口的技术 和测试标准等 电信网增强标准 面向物物通信针对移动核心网络增强的技 术标准等 网络资源虚拟 化标准 网络资源虚拟化调用技术标准、网络资源 虚拟化的管理技术标准、网络虚拟化核心 设备技术和测试标准等 环境感知标准 认知无线电系统的技术标准，包括关键技 术、未来应用、频谱管理的标准等 异构网融合标准 不同无线接入网层面融合标准、不同无线 接入技术在核心网层面融合标准等 感知控制层标准分类 感知控制层 标准 短距离无线通信 相关标准 基于NFC技术的接口和协议标准、低 速物理层和MAC层增强技术标准，基 于ZigBee的网络层和应用层标准等 RFID相关标准 空中接口技术标准、数据结构技术 标准、一致性测试标准等 无线传感网相关 标准 传感器到通信模块接口技术标准， 节点设备技术标准等 物联网标准研究组织及进展 ITU-T （国际电信联盟） 2005年开始进行泛在网的研究，研究内容主要集中在泛在网总体框架 、标识及应用三个方面。对于泛在网的研究已经从需求阶段逐渐进入 到框架研究阶段，但研究的框架模型还处在高层层面。在标识研究方 面和ISO（国际标准化组织）合作，主推基于对象标识的解析体系； 在泛在网应用方面已经逐步展开了对健康和车载方面的研究 ETSI （欧洲电信标准化协 会） 采用M的概念进行总体架构方面的研究，相关工作的进展非常迅速， 是在物联网总体架构方面研究得比较深入和系统的标准组织，也是目 前在总体架构方面最有影响力的标准组织。主要研究目标是从端到端 的全景角度研究机器对机器通信，并与ETSI内NGN的研究及3GPP已 有的研究展开协同工作 3GPP和3GPP2 （第三代合作伙伴计 划） 采用M的概念进行研究。作为移动网络技术的主要标准组织，3GPP和 3GPP2关注的重点在于物联网网络能力增强方面，是在网络层方面开 展研究的主要标准组织。研究主要从移动网络出发，研究M应用对网 络的影响，包括网络优化技术等。3GPP对M的研究在2009年开始加 速，目前基本完成了需求分析，转入网络架构和技术框架的研究 IEEE （美国电气及电子工 程师学会） 主要研究在物联网的感知层领域。目前无线传感网领域用得比较多的 Zigbee技术就基于IEEE 802.15.4标准。在IEEE 802.15工作组内有5个任 务组，分别制订适合不同应用的标准。这些标准在传输速率、功耗和 支持的服务等方面存在差异。其中中国参与了IEEE 802.15.4系列标准 的制订工作，并且IEEE 802.和IEEE 802.15.4e主要由中国起草 标准研究组织及进展（续） WGSN （传感器网络 标准工作组） 2009年9月成立，主要研究偏重传感器网络层面。其 宗旨是促进中国传感器网络的技术研究和产业化的 迅速发展，加快开展标准化工作，认真研究国际标 准和国际上的先进标准，积极参与国际标准化工作 ，建立和不断完善传感网标准化体系，进一步提高 中国传感网技术水平 CCSA （中国通信标 准化协会） 2002年12月成立，研究偏重通信网络和应用层面。 主要任务是为了更好地开展通信标准研究工作，把 通信运营企业、制造企业、研究单位、大学等关心 标准的企事业单位组织起来，进行标准的协调、把 关。 2009年11月，CCSA新成立了泛在网技术工作委 员会（即TC10），专门从事物联网相关的研究工作 关键技术和难点1.6 1.6 关键技术和难点 RFID和EPC技 术 物联网中让物品“开口说话”的关键技术，物联网中，通过EPC编码 ，RFID标签上存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网 络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品（商品）的识别 传感控制技术 在物联网中，传感控制技术主要负责接收物品“讲话”的内容。传感 控制技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理、变换和识别的 一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识 别的规划设计、开发、制造、测试、应用及评价改进等活动 无线网络技术 物联网中，物品与人的无障碍交流，必然离不开高速、可进行大批量 数据传输的无线网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的 全球语音和数据网络，也包括为近距离的蓝牙技术和红外技术 组网技术 组网技术就是网络组建技术，分为以太网组网技术和ATM局域网组网 技术，也可分为有线、无线组网，在物联网中，组网技术起到“桥梁” 的作用，其中应用最多的是无线自组网技术，它能将分散的节点在一定 范围之内自动组成一个网络，来增加各采集节点获取信息的渠道。除了 采集到的信息外，该节点还能获取一定范围之内的其他节点采集到的信 息，因此在该范围内节点采集到的信息可以统一处理，统一传送，或者 经过节点之间的相互“联系”后，它们协商传送各自的部分信息 人工智能技术 人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学 习、推理、思考、规划等）的技术。在物联网中，人工智能技术主要负 责将物品“说话”的内容进行分析，从而实现计算机自动处理 应用难点 技术标准问题 世界各国存在不同的标准，中国信息技术标准化技术委员 会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。2009年9月 ，传感器网络标准组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标 准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信 息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力 行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定 工作 数据安全问题信息采集频繁，其数据安全必须重点考虑 IP地址问题 每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物 联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要 IPv6来支撑。IPv6协议已经从实验室走向了应用阶段 物联网终端问题 物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等 功能，且不同行业需求千差万别，如何满足终端产品的多 样化需求，对运营商来说是一大挑战 总结现状和不足 v欧盟估计，物联网目前还不成熟，只是一些充满前景 的技术的展望，预计在今后的 5到 15 年中会极大的 改变我们的社会。 v中国媒体认为物联网作为信息化的第三波潮流，将在 未来几来刺激经济发展，带来相关行业的巨额投资。 但中国物联网的标准仍在制定中，相关技术并未发展 成熟。一位 RFID 厂商负责人的话来说，“热炒的物 联网仍只是一个理想的状态，3 年甚至 5 年之后也 未必能普遍应用。”它绝大部分的业务仍然会是数据 采集应用的扩展，难以实现更加“智能”，很难实现 “物与物对话”的“真正物联网”。 物联网存在的主要问题 v 个人隐私与数据安全 -安全因素的考虑会影响物连网的设计，避免 个人数据受窃听受破坏的威胁。除此之外，专家称物联网的发展会 改变人们对于隐私的理解，以最近的网络社区流行为例，个人隐私 是公众热议的话题。 v 公众信任 -信息安全目前是广大群众对物联网的主要关注点。如 果物联网的设计没有健全的安全机制，会降低公众对此信任。所有 在设计物联网之初，就有必要考虑的安全层面。 v 标准化 -标准化无疑是影响物联边普及的重要因素。目前 RFID， WSN 等技术领域还没有一套完整的国际标准，各厂家的设备往往不 能实现互操作。标准化将合理使用现在标准，或者在必要时创建新 的统一标准。 v 研究发展 -物联网相关技术仍处在不成熟阶段，需要各国政府投 入大量资金支持科研，技术转化。 v 系统开放 -物联网的发展离不开合理的商业模型运作和各种利益投 资。对物联网技术系统的开放，将会促进应用层面的开发和各种系 统间的互操作性。 影响物联网发展的五大因素 发展趋势1.7 1网络从虚拟走向现实，从局域走向泛在 与互联网相比，物联网在anytime、 anyone、anywhere的基础上，又拓展到了 anything。人们不再被局限于网络的虚拟交 流，有人与人（P2P），也包括机器与人（ M2P）、人与人（P2P）、人与机器（ P2M）、机器对机器即M2M之间广泛的通 信和信息的交流。 2.物联网将信息化过度到智能化 1）物联网发展将以行业用户的需求为主要推动力，以需求创 造应用，通过应用推动需求，从而促进标准的制定、行业 的发展； 2）物联网是国家通过科技创新并转化为实际生产力的现实载 体，也是实现信息化与工业化相融合的一个突破口； 3）以行业应用为核心，创建示范性的大型项目、利用大项目 来带动产业链某个环节或某方面，将会加速物联网产业在 中国的发展。 3 物联网产业发展最关键的是应用牵引 可以把感应器等嵌入到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、 建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“ 物联网”与现有的互联网整合起来，以实现实时管理和控制 。 “物联网技术可以实现智能交通管理、智能物流、智能医 疗等等，各行各业都可以和这个新一代的IT技术充分地结 合，而这些大量的新应用会带来信息技术新一轮的增长。” 物联网是“互联网的下一站”，并将继计算机、互联网之后 ，成为世界信息产业的第三次浪潮。我国在2006年发布的 国家中长期科学与技术发展规划（20062020年）中 ，就已经将传感网列入“新一代宽带移动无线通信网”的重 点研究领域。 4 物联网运营商与RFID 发展空间很大 四个关键应用技术：RFID、传感器、智能技术与纳米技术 。 物联网产业链长:缺乏完整的技术标准体系和成熟的业务 模式。 行业融合不够:缺少有利于产业化推进的应用组织方案， 研究力量分散:产业的集中度也比较低。 互联网构建好自身的网络质量和服务,推动一批重大示范 工程，促进物联网集成应用解决方案的成熟和产业化发展 。 高端传感器和芯片设计制造、网络传输、云计算与应用等 方面，结合产学研合作。 涉及到规划、管理、协调、合作、配套政策。 5 核心技术就是核心竞争力 RFID是物联网发展的排头兵，物联网中所有的个体“身份” 均需要RFID、感应器等基础产业支持。 对于企业而言，构建平台培养人才、加强技术研发，加 大产学研合作力度，从而掌握核心技术； 工业和信息化部部长李毅中日前表示，年我国信息 产业确定三大发展目标，其中之一即规划引导下一代网络 发展，要加快培育物联网产业，制定技术产业发展规划和 应用推进计划，发展关键传感器件、装备、系统及服务。 专家认为，伴随政策扶持，物联网有望迎来快速发展， 但目前国内在技术标准与商业模式方面仍需实现更多突破 ，这样才能切实推进物联网的实际应用并从中赢得商机。 物联网的核心是大力发展并整合三大已有技术：传感、 网络和信息系统，其实质是“信息化新阶段”。 6 核心技术就是核心竞争力 传感网的安全性、稳定性、大容量等需求特点，对支撑网 络、尤其是无线网络环境也提出了极高的要求。 作为中国自主知识产权的第三代移动通信系统，我国掌握 着核心技术，系统时钟已不再依赖GPS系统，在我国的三种 3G系统中安全性能最高，将最大限度保障传感网的战略安全 。 中国移动TD-SCDMA与无线传感网融合，必将撬动起一个更 大的民族产业，推动我国经济和自主创新产业更好更快发展 。 中国移动全面、优质的网络覆盖将为传感网终端节点部署 提供最大的便捷性和可靠性。TD-SCDMA特有的高频谱利用率 、大容量性，更将充分满足数十倍、数百倍于个人通信的物