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物联网及其关键技术 1. 国内物联网的发展契机 温总理指导传感网发展 力争主导制定国际标准 传感器网络标准工作组成立大会暨感知中国高峰论坛 （9月14日） 物联网将人类代入“u社会” u社会（ubiquitous society）: 无论何时、无论何处、无论何人、无论何物都 能够简单地利用网络。 中国国家顶层规划 16个重大专项之三 国家中长期科学技术发展规划（2006-2020）在重大专 项、优先主题、前沿领域三个层面均明确列入传感网。 2050年国家产业路线图（信息篇）-网络分为有线网、无 线网和传感网 美国：“智慧地球” 2008年ibm提出：更透彻的感知+更全面的互联互通+ 深入的智能化 = 智慧地球 奥巴马政府为刺激经济，将智慧地球上升为国家战略。 日本：u-japan政策 传感网是四项重点战略之一 韩国：u-korea it839战略：泛在传感网usn是三大基础建设之一 u-life计划：2014年建成松岛泛在城市 2. 物联网 （1）物联网（internet of things, iot) 由物体和物体、人和物体构成的通信网络。国内 也称为传感网（wireless sensor network ，wsn）。 构成物联网的设备可以是装载在飞机、汽车、卫星上的通 信设备；可以是装载在机床、炼钢炉上的监控设备；可以是装载 在空调、电视、dvd上的遥控设备；可以是散布在森林、沙漠中 的监测设备；可以是装载在高层建筑、桥梁上的监测设备；可以 是人体携带的心跳、血压、脉搏等医疗设备；可以是商场货架上 的电子标签；可以是冰箱内蔬菜、水果、牛肉等物品上的电子标 签.。 （2）wsn的基本构成 coordinator enddevice router enddevice router enddevice enddevice router enddevice 1跳 3跳 1跳 2跳 2跳 网关 路由器 终端 zigbee wsn 终端 终端 终端 路由器 路由器 路由器 路由器 终端 数据库远程计算机远程计算机 移动网 (3) 基础设施网络与自组织网络（ad hoc） 基础设施网络（移动网、internet）存在的问题： 发生灾害时网络瘫痪 源节点 目标节点 中继节点 ad hoc (4) 战争推进ad hoc的发展 packet radio network 70年代，美国国防部高级研究规划署(darpa)资助 可生存自适应网络(suran)、低成本报文无线电(lcr)、可生存 通信网络(scn) 、战术因特网和近期无线电(ntdr) 美国政府资助 ad hoc技术应用于伊拉克战争！ 据报道 (5) ad hoc技术向民用延伸 (主要是无线传感器网络） 自然环境 仓库 家庭 工厂 商业设施、游园地 交通 医院 住宅 气体、火灾监测报警系统 家庭安全报警系统 消费电子控制系统 环境监测系统 老人、幼儿监护系统 农业监测管理系统 物流跟踪系统 位置检测、追尾系统 交通管理系统 （6）传感器网络的现有标准 zigbee ieee802.15.4 bluetooth ieee 802.15.1 uwb ieee 802.15.33a 100kbps 1mbps 10mbps 传输速率 50m 100m zigbee ieee802.15.4 bluetooth ieee 802.15.1 uwb ieee 802.15.33a 消费能量、复杂度 100kbps 1mbps 10mbps 传输速率 13.56mhz315mhz 2.4ghz rfid（radio frequency identification） 卡片型 标签型 信封型 树脂型 带状型 wifi：wireless fidelity ieee 802.11a/ ieee 802.11b 通信距离： 室内：5070米 室外：200300米 传输速率： 1/2mbps gainspan gs1010芯片 ： 3.6v/2000mahr电池，100byte/每分，工作10年。 （7）现有传感器网络使用的频率 全部使用2.4ghz免费频段 （8）信道接入方式 csma/ca：carrier sense multiple access with collision avoidance 图 5-1星型拓扑结构 图5-2 mesh拓扑结构 rfdffd ffd （9）拓扑结构 图5-3树丛拓扑结构 rfd ffd ffd协调器 采用aodv （ad hoc on-demand distance vector）算法 （10）路由算法 aodv算法是国际internet技术标准化组织 （internet engineering task force, ietf）的移动ad hoc网络（ mobile ad hoc network，manet）工作组提出的一种 路由算法，属于按需型的路由方式。 （11）wsn应用例 基于wsn的分布式测量系统（national instruments） wireless sensor network ethernet gateway 采用wifi（gs1010）和rfid的物品跟踪系统 gs1010 开发套件 rf4ce（radio frequency for consumer electronics) 摔倒信息 呼吸等重 要信息 服务器 位置信息接入点 接入点 代传感器 的接入点 协调器 终端 安全管理系统 农业监测物品跟踪 结构监测 3. 泛在网 （1）泛在网（ubiquitous network ） 物联网（传感网）+ 基础设施网 = 泛在网 应急信息发布 2015年的通信构想 未来的移动电话 临场通信 临场通信 信息家电 个性化通信 临场通信 个性化通信 翻译技术 个性化通信 未来的移动电话 未来的移动电话 1. 老人快速跑步2. 泛在终端报警3. 来自医院的通知 4. 医生通报身体信息 5. 就诊预约6. 来自孙女的消息 7. 纸飞机飞不起来 8. 操作指导9. bye-bye （2）泛在网络的应用举例 情景：盲人男子约好与姐姐一块去听音乐，但姐姐因事 不能同去，男子独往。 泛在终端通知： 前方3米有障碍物 再走5米过横道 男子：ok 泛在终端提示： 信号是绿灯，请通行 车内的泛在终端提示驾驶员注意： 有盲人过横道 车内的泛在终端语音提示： 步行信号延长中 车内的泛在终端提示： 进入中央公园，先前走200米又 转到音乐会场。预定到达时间11点 55分。 男子：比预期早到了。 男子： 初到此地，不知周边景色如何 ？时间尚早，能否到哪儿走走？ 泛在终端： 从这里步行5分钟，有中餐馆和 意大利餐馆。 男子： 有面条吗？ 泛在终端： 这是菜单，可以预约。 男子的姐姐向泛在终端发送消息： 、能听见吗？ 男子：嗯！ 姐姐： 来的太早了吧。 男子： 工作怎么样了？ 姐姐： 傍晚才能结束。没能守约，给 你道歉，音乐会结束后，一块吃饭 。附近有个意大利餐馆。 男子： 好的，意大利餐馆。 泛在网络应用举例 泛在网络应用举例（盲人指路手杖） 4. 物联网的关键技术 （1）节点设计技术 芯片、天线、工艺、算法 （2）路由算法 随着网络规模的增大，路由问题突出。 （3）频率划分 现有wsn采用2