物联网发展状况及应用模式1.ppt

北京大学地空学院张飞舟博士,物联网发展状况及应用模式,张飞舟博士北京大学地球与空间科学学院2010年12月24日,北京大学地空学院张飞舟博士,物联网概述物联网应用与管理物联网发展趋势物联网产业发展模式,目录,北京大学地空学院张飞舟博士,物联网概述物联网应用与管理物联网发展趋势物联网产业发展模式,目录,北京大学地空学院张飞舟博士,什么是物联网？物联网本质特征物联网体系框架物联网基本构成物联网核心技术,1、物联网技术,北京大学地空学院张飞舟博士,每一个零件都是有生命的,北京大学地空学院张飞舟博士,物联网的概念分为广义和狭义两方面广义来讲，物联网是一个未来发展的愿景，等同于“未来的互联网”，或者是“泛在网络”，能够实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物的信息交换，以及物与物之间的信息交换；狭义来讲，物联网是物品之间通过传感器连接起来的局域网，不论接入互联网与否，都属于物联网的范畴。,1.1什么是物联网技术,北京大学地空学院张飞舟博士,1.1什么是物联网技术,图1物联网的一般架构,北京大学地空学院张飞舟博士,物联网与互联网的不同物联网是RFID技术与互联网结合而产生的新型网络，主要解决物品到物品（ThingtoThing，T2T），人到物品（HumantoThing，H2T），人到人（HumantoHuman，H2H）之间的互连。其中，H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接，H2H是指人之间不依赖于个人电脑而进行的互连。,1.1什么是物联网技术,北京大学地空学院张飞舟博士,物联网与互联网的不同物联网具有与互联网类同的资源寻址需求，以确保其中联网物品的相关信息能够被高效、准确和安全的寻址、定位以及查询，其用户端是对互联网的延伸和扩展，即任何物品和物品之间可以通过物联网进行信息交换和通讯。因此，物联网又在不同应用领域的专用性、高度的稳定性和可靠性、严密的安全性和可控性等方面有别于互联网。,1.1什么是物联网技术,北京大学地空学院张飞舟博士,物联网的一种定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。显然，物联网的这一概念来自于对互联网的类比。根据物联网与互联网的关系分类，不同的专家学者对物联网给出了各自的定义，归纳起来有如下四种类型。,1.1什么是物联网技术,北京大学地空学院张飞舟博士,1.1什么是物联网技术,北京大学地空学院张飞舟博士,目前存在对物联网认识方面的偏颇将物联网当成互联网的无边无际的无限延伸，把物联网当成所有物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台。实际上物联网绝不是简单的全球共享互联网的无限延伸，即使互联网也不仅仅是通常认为的国际共享的计算机网络，互联网也有广域网和局域网之分。将传感网或RFID网等同于物联网，传感网或者RFID网只是物联网的一种应用，但不是物联网的全部。,1.1什么是物联网技术,北京大学地空学院张飞舟博士,什么是物联网？物联网本质特征物联网体系框架物联网基本构成物联网核心技术,1、物联网技术,北京大学地空学院张飞舟博士,物联网的内涵主要体现:互联网特征：对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；识别与通信特征：纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信的功能；智能化特征：网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点。全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的基本特征。,1.2物联网本质特征,北京大学地空学院张飞舟博士,1.2物联网本质特征,智能处理,可靠传送,全面感知,北京大学地空学院张飞舟博士,1.2物联网本质特征,北京大学地空学院张飞舟博士,1.2物联网本质特征,物联网的关键不在“物”，而在“网”。物联网精髓不仅是对物实现联接和操控，它通过技术手段的扩张，赋于网络新的含义，实现人与物、物与物之间的相融与互动，甚至是交流与沟通。物联网并不是互联网的翻版，也不是互联网的一个接口，而是互联网的一种延伸。,北京大学地空学院张飞舟博士,1.2物联网本质特征,如果认为物联网是传感网的概念，则会使得物联网的外延缩小。如1999年时所提出的物联网的概念，是把所有物品通过RFID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。其中没有人、物之间的相联、沟通与互动。如果仅仅作为传感网，物在联网之后，只需服从控制中心的指令，而各系统的控制中心则是互相分离的。如果是作为互联网的延伸，则可以将所有在网络内的系统与点有机地联成一个整体，起到互帮互助的作用。换句话说，传感网完全可以将其包容在作为互联网的扩展形式的物联网的概念之内。,北京大学地空学院张飞舟博士,1.2物联网本质特征,北京大学地空学院张飞舟博士,什么是物联网？物联网本质特征物联网体系框架物联网基本构成物联网核心技术,1、物联网技术,北京大学地空学院张飞舟博士,物联网可划分为一个由感知层、网络层和应用层组成的三层体系，如图1.3所示。,1.3物联网体系框架,北京大学地空学院张飞舟博士,1.3物联网体系框架,图3物联网三层参考体系架构,北京大学地空学院张飞舟博士,1.3物联网体系框架,北京大学地空学院张飞舟博士,感知层：包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、CPS（CyberPhysicalSystems，网络化物理系统）、各种传感器、传感器网络（指由大量各类传感器节点组成的自治网络，具有自组织、自愈合的特点）、T2T&H2T&H2H终端和传感器网关等，感知层的主要作用是感知和识别物体，采集并捕获信息。,1.3物联网体系框架,北京大学地空学院张飞舟博士,网络层：包括各种通信网络与互联网形成的融合网络，这被普遍认为是最成熟的部分，除此之外还包括物联网管理中心、信息中心等利用网络的能力对海量信息进行智能处理的部分。也就是说网络层不但要具备网络运营的能力，还要提升信息运营的能力。网络层是物联网成为普遍服务的基础设施。,1.3物联网体系框架,北京大学地空学院张飞舟博士,应用层：是将物联网技术与行业专业技术相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集。物联网通过应用层最终实现信息技术与行业的深度融合，对国民经济和社会发展具有广泛影响。应用层的关键问题在于信息的社会化共享以及信息安全的保障。,1.3物联网体系框架,北京大学地空学院张飞舟博士,1.3物联网体系框架,北京大学地空学院张飞舟博士,1.3物联网体系框架,物联网功能架构图,北京大学地空学院张飞舟博士,1.3物联网体系框架,物联网分层架构图,北京大学地空学院张飞舟博士,1.3物联网体系框架,物联网功能模块图,北京大学地空学院张飞舟博士,什么是物联网？物联网本质特征物联网体系框架物联网基本构成物联网核心技术,1、物联网技术,北京大学地空学院张飞舟博士,不管是哪一种应用领域的物联网，也不管是哪一种分类方式的物联网系统，其基本组成均包括三部分：电子产品编码（EPC）、射频识别系统（FRID，包括标签和读写器）和信息网络系统（包括中间件、对象名称解析服务（ONS）、实体标记语言（PML）和信息服务（EPCIS），如表1所示，信息网络系统主要作为物联网的软件支持系统存在。,1.4物联网基本构成,北京大学地空学院张飞舟博士,1.4物联网基本构成,表1物联网的基本构成,北京大学地空学院张飞舟博士,1.4物联网基本构成,物联网（IOT）结构示意图,北京大学地空学院张飞舟博士,1.4物联网基本构成,IOT基本理论模型,北京大学地空学院张飞舟博士,在射频识别系统中，射频标签中内含有根据EPC设置的代码，读写器则用于根据需要读取标签中的信息，信息网络系统利用本地网络和远程网络（如全球网络）实现对物品的追踪和管理。,1.4物联网基本构成,北京大学地空学院张飞舟博士,本地网络主要由本地数据库和数据处理终端构成，而远程网络由对象名称解析服务和信息服务构成，网络之间利用类似于XML的实体标示语言（PML）进行连接，共同完成物联网对于物品链接及衍生的其它功能。物联网各部分的连接关系如图4所示。,1.4物联网基本构成,北京大学地空学院张飞舟博士,1.4物联网基本构成,图4物联网的基本构成,北京大学地空学院张飞舟博士,1.4物联网基本构成,目前国际上对物联网的研究逐渐明朗起来，最典型的解决方案有欧美的EPC系统和日本的UID（UniversalIdentification，泛在识别）系统。这里着重介绍EPC物联网。EPC系统是由EPC编码体系、RFID系统及信息网络系统三个部分组成，主要包括六个方面：EPC编码、EPC标签、读写器、EPC中间件、对象名称解析服务（ONS）和EPC信息服务（EPCIS）。,北京大学地空学院张飞舟博士,1.4物联网基本构成,编码：目前国际上还没有统一的RFID编码规则。日本支持的UID标准和欧美支持的EPC标准是当今影响力最大的两大标准，我国的RFID标准还未形成。EPC编码有通用标识（GID），也有基于现有全球唯一的编码体系EAN/UCC的标识（SGTIN、SSCC、SGLN、GRAI、GIAI）。这类标识又分为96位和64位两种。,北京大学地空学院张飞舟博士,1.4物联网基本构成,ONS：,ONS工作过程：ONS查询过程,北京大学地空学院张飞舟博士,1.4物联网基本构成,EPCIS：EPCIS以PML为系统的描述语言，主要包括客户端模块、数据存储模块和数据查询模块三个部分（在EPC1.0中称为PML服务器；在EPC2.0中，完善了功能并称为EPCIS服务器）。客户端模块主要实现物联网EPC标签信息向指定EPCIS服务器传输；数据存储模块将通用数据存储于数据库中，在产品信息初始化的过程中调用通用数据生成针对每一个产品的属性信息，并将其存储于PML文档中；数据查询模块根据客户端的查询要求和权限，访问相应的PML文档，生成HTML文档，返回给客户端。,北京大学地空学院张飞舟博士,什么是物联网？物联网本质特征物联网体系框架物联网基本构成物联网核心技术,1、物联网技术,北京大学地空学院张飞舟博士,物联网编码EPC编码体系（原则、结构与类型）EPC标准（EPCGlobal、EPCGlobalGen2）GSI全球统一识别系统EPC编码策略与实现识别和防碰撞问题多标签防碰撞多读写器防碰撞,1.5物联网核心技术,北京大学地空学院张飞舟博士,信息采集技术近程通讯技术信息远程传输技术海量信息智能分析与控制技术（云计算）,1.5物联网核心技术,北京大学地空学院张飞舟博士,1.5物联网核心技术,WSN,北京大学地空学院张飞舟博士,1.5物联网核心技术,WSN体系结构,北京大学地空学院张飞舟博士,1.5物联网核心技术,北京大学地空学院张飞舟博士,1.5物联网核心技术,WSN通信,WSN在无线通信框架中的位置,北京大学地空学院张飞舟博士,1.5物联网核心技术,北京大学地空学院张飞舟博士,1.5物联网核心技术,北京大学地空学院张飞舟博士,物联网技术物联网应用与管理物联网发展趋势物联网产业发展模式,目录,北京大学地空学院张飞舟博士,物联网应用物联网管理,2、物联网应用与管理,北京大学地空学院张飞舟博士,在国家大力推动工业化与信息化两化融合的大背景下，物联网将是工业乃至更多行业信息化过程中一个比较现实的突破口。一旦物联网大规模普及，无数的物品需要加装更加小巧智能的传感器，用于动物、植物、机器等物品的传感器与电子标签及配套的接口装置数量将大大超过目前的手机数量。,2.1物联网应用,北京大学地空学院张飞舟博士,按照目前对物联网的需求，在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签。根据预计，2011年，内嵌芯片、传感器、无线射频的“智能物件”将超过万亿个，物联网将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，这将大大推进信息技术元件的生产，给市场带来巨大商机。物联网目前已经在行业信息化、家庭保健、城市安防等实际应用。图5展示了未来物联网的应用场景。,2.1物联网应用,北京大学地空学院张飞舟博士,2.1物联网应用,北京大学地空学院张飞舟博士,2.1物联网应用,北京大学地空学院张飞舟博士,2.1物联网应用,北京大学地空学院张飞舟博士,2.1物联网应用,北京大学地空学院张飞舟博士,2.1物联网应用,北京大学地空学院张飞舟博士,2.1物联网应用,物联网应用示意图,北京大学地空学院张飞舟博士,应用案例1：牲畜溯源给放养的牲畜中的每一只羊都贴上一个二维码，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，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。,2.1物联网应用,北京大学地空学院张飞舟博士,2.1物联网应用,北京大学地空学院张飞舟博士,2.1物联网应用,商品溯源,北京大学地空学院张飞舟博士,2.1物联网应用,应用案例2：精准农业,北京大学地空学院张飞舟博士,2.1物联网应用,应用案例2：精准农业,北京大学地空学院张飞舟博士,2.1物联网应用,应用案例2：精准农业-无线葡萄园,2002年，英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园。传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔一分钟检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确保葡萄可以健康生长。研究人员发现，葡萄园气候的细微变化可极大地影响葡萄酒的质量。通过长年的数据记录以及相关分析，便能精确的掌握葡萄酒的质地与葡萄