物联网初步认识与关键技术.ppt

感知 物联网 智慧生活的典型缩影 companylogo 绪论 每一次大危机 都会催生一些新技术 而新技术也是使经济 特别是工业走出危机的巨大推动力 工业和信息化部总工程师朱宏任8月26日在中国工业经济运行2009年夏季报告会上如是表示 物联网正是这样一种新技术 掀起了继计算机 互联网与移动通信网之后的世界信息产业新浪潮 受到国家关注 companylogo 主要内容 4物联网存在的主要问题 3物联网发展前景及应用 2物联网关键技术分析 1物联网概念 companylogo 1物联网概述 如果说互联网缩短了人与人之间的距离 那么即将到来的物联网的时代更将逐渐消除人与物之间的隔阂 人与物 物与物的对话将得以实现 companylogo 1 1物联网的提出 1995年比尔盖茨在其 未来之路 一书中已提及物联网概念 epc物联网 1999年由美国麻省理工学院 mit auto id中心提出了epc electronicproductcode 电子产品码 的概念 人们将按照特定的数据格式 将每一件物品赋予一个惟一的编号 这个编号就是epc 而电子标签是这一编号的载体 基于互联网和射频技术的epc系统 即实物物联网 简称物联网 是在互联网的基础上 利用rfid 射频识别 无线数据通信等技术 构造一个能实现全球物品信息实时共享的 internetofthings 起源说 1990年 美国在对伊拉克发动的 沙漠风暴 战争中 暴露出许多后勤支持方面的问题 成堆成堆的军用物资拥挤在各个货栈或仓库之中 或者没有标记 不知集装箱或货柜中所装之为何物 或者没有人认领 不知这些货物是发给谁的 或者是谁要的 要搞清楚集装箱内所装何物 有时甚至要打开包装箱才知道 因此 有些军需物资重复投递 造成人力物力的巨大浪费 令美军后勤部门的官员们头痛不已 为此 美国国防部和国防后勤局提出了一个新的后勤管理方法 目的是 一切资产能见化 companylogo 1 2物联网的概念 物联网概念 是在 互联网概念 的基础上 将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间 进行信息交换和通信的一种新型网络 物联网到现在为止还没有约定俗成的公认的概念 但目前用的最广的一个定义是 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 按约定的协议 把任何物品与互联网相连接 进行信息交换和通信 以实现智能化识别 定位 跟踪 监控和管理的一种网络系统 companylogo 中国科学院软件所研究员 中国计算机学会传感器网络专业委员副主任孙利民教授也给出了自己的理解 全面信息感知和获取 无缝互联与协同 高度智能化的新型网络形态 companylogo 早期的物联网 epc物联网 射频识别 rfid等 internet目前的物联网 传感网 通信网 应用系统未来 理想 的物联网 带ip的任何物 internet companylogo 1 3物联网的特征 全面感知利用rfid传感器 二维码等技术 能够随时随地采集物体的动态信息 可靠传递通过计算机网络将感知的各种信息进行实时传送 智能处理利用计算机技术 及时地对海量级数据进行信息的有效控制 真正达到了人与物 物与物之间的沟通 companylogo 2物联网关键技术分析 物联网体系结构的核心 多学科的支撑 物联网 感知层 获取状态信号 模拟信号或数字信号 涉及到传感器芯片及技术 射频识别 rfid 技术 二维码 条形码 mems micro electro mechanicalsystems 微机电系统 等 网络层 连接感知信号与应用系统桥梁 涉及到通信技术 有线通信和无线通信 互联网技术等 应用层 普遍与感知终端密切联系 主导应用层的解决方案 往往是由感应终端厂商提供的 涉及到中间件系统 人工智能 数据处理与分析 智能算法等 companylogo 物联网平台层 it能力 ct能力 数据中心 物联网网络层 固定网 移动网 互联网 物联网的技术体系架构 companylogo 物联网的关键技术 传感器技术通信方式综述rfid技术epc物联网系统m2m简述其他技术 companylogo 2 1传感器简介 传感器定义能感受规定的被测量信息 并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置 通常由敏感元件和转换元件组成 传感器组成 敏感元件 转换元件 信号调节与转换电路 中间量 电量 被测量 电信号 companylogo 2 2主要通信方式 有线通信总线技术通信 如rs485总线 usb总线 现场总线 can总线等 rj45 网口 接口通信 如双绞线 同轴电缆通信光纤通信有线电话网通信有线电视网通信等 companylogo 无线通信短距离无线通信 如nfc nearfieldcommunication rfid wapi 无线局域网鉴别和保密基础结构 wifi wigig 802 15系列 蓝牙 homerf irda uwb zigbee dsrc dedicatedshortrangecommunication 专用短程通信 ieee1451 网络化智能传感器标准 ieee802 11 ieee802 15 ieee802 16 ieee802 20等 移动通信 如gsm gprs ussd 非结构化补充数据业务 如 125 100 cdma edge 3g td scdma cdma2000 wcdma 4g td lte 等 卫星通信其他通信方式 如wimax 802 16 全球微波互联接入 等 companylogo 2 3rfid技术 rfid定义rfid radiofrequencyidentification 即射频识别技术 又称电子标签 通过射频信号自动识别目标对象 并对其信息进行标志 登记 储存和管理 rfid系统组成电子标签 由芯片和标签天线或线圈组成 通过电感耦合或电磁反射原理与读写器进行通信 读写器 读取 在读写卡中还可写入 标签信息的设备 天线 可以内置在读写器中 也可以通过同轴电缆与读写器天线接口相连 companylogo rfid标签工作原理电感耦合电磁反向散射耦合 companylogo rfid系统工作原理读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号 当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流 它获得能量被激活 并将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去 系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号 经天线调节器传送到读写器 读写器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理 主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性 并针对不同的设定做出相应的处理和控制 发出指令信号控制执行机构动作 companylogo rfid电子标签容量一维条形码的容量常为十几字节 最大可达50b 二维条形码最大容量达3000b rfid电子标签使用集成电路存储器 最大可达数兆字节 一般为256b 2kb rfid系统防碰撞方法信道竞争问题 传统的解决方法 空分多址 sdma 频分多址 fdma 码分多址 cdma 和时分多址 tdma 在rfid无源标签系统中 目前广泛使用的防碰撞算法大都是基于tdma 比较经典的两类基本方法是 基于aloha算法 纯aloha和时隙aloha 和基于树形防碰撞算法 二进制搜索 bs 算法和询问树 qt 算法 companylogo rfid的典型应用有 第二代身份证 非接触式ic卡等 companylogo 2 4epc物联网系统 epc物联网系统的核心思想 为每一个商品提供惟一的号码 epc 电子产品码 epc除采用一组编号来代表制造商及产品 还用另外一组数字来惟一标识单品 epc是惟一存储在rfid标签微型芯片中的信息 这样可使得rfid标签能够维持低廉的成本并保持灵活性 从而使数据库中无数的动态数据能够与epc标签相连接 companylogo epc系统结构 epc系统是一个非常先进的 综合性的复杂系统 其最终目标是为每一单品建立全球的 开放的标识标准 它由全球产品电子代码 epc 的编码体系 射频识别系统及信息网络系统三个部分组成 主要包括六个方面 如下所示 companylogo epc 产品电子代码 编码类型目前 epc代码有64位 96位和256位三种 为了保证所有物品都有一个epc代码并使其载体 标签成本尽可能降低 建议采用96位 这样其数目可以为2 68亿个公司提供惟一标识 每个生产厂商可以有1600万个对象种类并且每个对象种类可以有680亿个序列号 这对未来世界所有产品已经非常够用了 epc 96编码规范 companylogo epc 产品电子代码 编码标准目前全球主要有epcglobal iso iec uid aim ip x五大标准组织 分别代表了国际上不同组织或国家的利益 其中epcglobal势力最为强大 它采用的是epc 96型编码规范 对象名称解析服务 ons ons是一个自动的网络服务系统 类似于域名解析服务 dns ons给epc中间件指明了存储产品相关信息的服务器 因此 可以使整个epc网络以因特网为依托 迅速架构并顺利延伸到世界各地 companylogo epc 产品电子代码 中间件epc中间件是具有一系列特定属性的 程序模块 或 服务 并被用户集成以满足他们的特定需求 epc中间件的作用是加工和处理来自读写器的所有信息和事件流的软件 是连接读写器和企业应用程序的纽带 主要任务是在将数据送往企业应用程序之前进行标签数据校对 读写器协调 数据传送 数据存储和任务管理等 epc信息服务 epcis epcis提供了一个模块化 可扩展的数据和服务的接口 使得epc的相关数据可以在企业内部或者企业之间共享 companylogo epc中间件及其应用程序通讯 companylogo epc系统工作流程 pml physicalmarkuplanguage 物理标示语言 pml核心是通过提供通用的标准词汇表来分配直接由auto id的基础结构获得的信息 如位置 组成以及其他遥感勘测的信息 companylogo 2 5m2m简述 m2m相关概念在通信行业 有一种类似物联网性质的技术 m2m技术 狭义的m2m是指 机器与机器 machinetomachine 之间的通信 广义的m2m是指 机器与机器 machinetomachine 人与人 mantoman 人与机器 mantomachine 之间的通信 m2m是一种理念 也是所有增强机器设备通信和网络能力的技术的总称 m2m技术的目标就是使所有机器设备都具备连网和通信能力 其核心理念就是网络一切 networkeverything companylogo m2m技术重点目前m2m主要基于成熟的移动通信网络 通过gprs edge 3g hspa分组数据方式或者sms shortmessagingservice ussd等基础链路方式进行数据传输和交换 m2m平台与终端接口规范 即wmmp协议 是为实现行业终端与m2m平台数据通信过程而设计 协议建立在udp协议之上 效率高 流量小 节省网络带宽资源 m2m涉及到5个重要的技术部分 机器 m2m硬件 通信网络 中间件 应用 companylogo m2m技术发展情况目前m2m技术已经在欧洲 韩国和日本实现商用 主要应用在安全监测 机械服务和维修业务 公共交通系统 车队管理 工业自动化 城市信息化等领域 中国政府已将m2m相关产业正式纳入国家 信息产业科技发展十一五规划及2020年中长期规划纲要十一五规划 重点扶持项目 国内三大运营商 中国移动 中国联通 中国电信 充分利用其优势 纷纷推出自己的m2m产品 中国移动部分m2m产品 companylogo 2 6其他技术 云计算广义云计算是指服务的交付和使用模式 指通过网络以按需 易扩展的方式获得所需的服务 这种服务可以是it和软件 互联网相关的 也可以是任意其他的服务 云计算是并行计算 parallelcomputing 分布式计算 distributedcomputing 和网格计算 gridcomputing 的发展 云计算在物联网的大型数据管控中发挥着非常重要的作用 companylogo 2 6其他技术 手机二维码手机二维码是二维码技术在手机上的应用 手机二维码的应用有两种 一种为被读 称为条码凭证或者电子回执 一种为主读 称为条码识别 companylogo 网达网 网达网 是连接货源与运力的公共平台 它基于互联网的设计思路 通过对短信平台 gps定位 智能配对 网上支付 网上保险等技术的全面整合和创新 从而实现了公路物流资源有效整合和自动化管理 companylogo 3物联网发展前景及应用 发展前景物联网已经进入实践和发展阶段 2008年11月ibm提出 智慧地球 2009年1月美国总统奥巴马将 智慧地球 提升到国家战略的高度 2009年8月7日温家宝总理在无锡考察时提出要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月中国的第一颗物联网的中国芯 唐芯一号 芯片研制成功 中国已经攻克了物联网的核心技术 中国与德国 美国 韩国一起 成为国际标准制定的主导国之一 旨在掌