物联网新技术专题讲座.ppt

物联网及其相关技术 华北电力大学电气与电子工程学院通信技术研究所唐良瑞教授 物联网新技术专题讲座 内容安排 物联网概念产生的历史物联网的基本概念物联网的发展物联网的相关技术物联网的应用物联网的发展趋势 盖茨出生在一个典型的美国中产阶级家庭 父亲 律师 母亲是银行家的女儿 也是美国联合慈善总会的领导者之一 盖茨小时候并不是一个乖巧的孩子 做事磨磨蹭蹭 经常迟到 总是咬铅笔头 吃饭时读书 很少叠被子 他的爱好就只是读书 思考那些成年人认为理所应当或者无暇顾及的问题 以至于父母亲担心儿子因此患上自闭症 刻意找机会让他与外界接触 比尔 盖茨物联网理念 微软创始人 比尔 盖茨 转学 儿子的行为与母亲格格不入 他们总是为琐事争吵 一天 类似的冲突又一次在餐桌上爆发 11岁的小盖茨对着母亲大喊大叫 总是做调停人的父亲将一杯水泼到儿子的脸上 随后 他们将儿子带进了心理诊所 这次心理咨询让夫妇俩下定决心小盖茨送到西雅图收费最高的私立学校之一 湖滨中学 学校里的各种协会和兴趣班让孩子们得以发挥自己的特长和爱好 盖茨很喜欢湖滨中学的气氛 与父母的关系竟慢慢缓和起来 盖茨的计算机兴趣得以发挥 上高中时 电脑水平已可以胜任黑客的工作 微软创始人 比尔 盖茨 比尔 盖茨物联网理念 高分被哈佛录取 1973年 盖茨在SAT 学术能力评估考试 当时满分为1600分 中取得了1590分的成绩而被哈佛大学法学院录取 然而 除了计算机 比尔 盖茨对什么课程都提不起兴趣 退学 大二的时候 终于禁不住计算机潮流的诱惑 下海 创业 1975年 跑到新墨西哥州的阿尔伯克基创办微软公司 微软创始人 比尔 盖茨 比尔 盖茨物联网理念 盖茨的豪宅位于美国西雅图的华盛顿湖畔 从市区开车只需25分钟 这座占地面积约6600平方米 经过7年时间精心打造的湖滨别墅前临水 后倚山 可称得上招财纳库的绝妙风水 建筑物地上四层 外观呈现 西北太平洋岸别墅 风格 据说 总计花费九千七百万美金 折合台币大约三十四亿元 足以买下一家国内中小型上市公司 比尔 盖茨的豪宅 比尔 盖茨物联网理念 比尔 盖茨物联网理念 盖茨的豪宅令人叹为观止 比尔 盖茨物联网理念 盖茨的豪宅令人叹为观止 高度智能化 家中所有人物的一举一动 尽在电脑的掌控之中 对于主人与客人而言 电脑提供的是无微不致的服务 对于豺狼来说 迎接他的 是 在豪宅的大门处 设有气象感知器 电脑可根据传感气所测到的各项气象指标 对室内的温度和通风情况进行控制 室内所有的照明 温湿度 音响 防盗等系统都可根据需要 通过电脑进行调节 比尔 盖茨物联网理念 盖茨的豪宅 设计上充满了创意 是数字技术前沿科技的结晶 房内的所有电器设备连接成一个家庭网络 在感应到有人到来时自动打开照明系统 在离去时自动关闭 45个房间内 挂在墙上的名画会根据不同的需要自动进行更换 智能化程度最高的是会议室 比尔在这里可以随时召开网络视频会议 与幕僚们共商微软的发展大计 比尔的私人图书馆位于豪宅的那座圆顶建筑 屋顶中间有一个接收自然光的天窗 室内光线随着外界阴晴调整 连厨房内所有的设备都是由位于中央系统的电脑所控制的 比尔 盖茨物联网理念 盖茨的豪宅 设计上充满了创意 是数字技术前沿科技的结晶 卫生间里 安装了一套检查身体的传感系统 可对体温 血压 脉博等健康指标进行实时检测 当处理中心发现身体状况异常 就会立即警报 如果发生火灾等意外 整个房间的自动消防系统将自动进入工作状态 系统将根据火势的分布情况分配供水 浇水灭火 还能够一面自动对外报警 显示出最佳的营救方案 同时关闭有危险的电力系统等 就连在智能豪宅院子里的一棵百年老树 也采用了智能化的养护方式 先进的浇灌系统能够通过传感器了解这棵老树对水的需求情况 从而实现及时 全自动浇灌 RFID传感器能识别指定的身份标识 家里的数据处理中心随时可以知道室内每一位合法进入者的位置和动态 无论他走到哪里 RFID跟踪器就会将他的行踪传送至中央电脑 比尔 盖茨物联网理念 盖茨的豪宅 设计上充满了创意 是数字技术前沿科技的结晶 1999年由美国麻省理工学院的AUTO ID实验室提出 即把所有物体通过射频识别 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 物联网概念产生的历史 物联网概念的提出 日韩2004年提出 泛在网络 战略 希望到2010年建立一个有线无线全覆盖 所有终端都接入 各类信息化应用满足需求的信息化社会 日韩泛在网概念 物联网概念的确定 国际电信联盟 ITU 在2005年的年度报告中指出 信息与通信技术的目标已经从任何时间 地点连接任何人 发展到连接任何物体的阶段 而万物的连接就形成了物联网 在该报告所提到的物联网 除RFID技术外 更多新技术 如传感器网络 纳米 智能芯片等 将被广泛应用 在2008年11月IBM提出 智慧的地球 SmartPlanet 概念 以此做为经济振兴战略 2009年1月 美国总统奥巴马在和工商领袖举行的圆桌会议上对此给予了积极的回应 智慧地球概念的提出 2009年8月7日 国务院总理温家宝视察中科院无线传感网工程中心无锡研发分中心 明确要求尽快建立中国的传感信息中心 或者叫 感知中国 中心 感知中国 内容安排 物联网概念产生的历史物联网的基本概念物联网的发展物联网的相关技术物联网的应用物联网的发展趋势 基本概念 物联网 物联网是新一代信息技术的重要组成部分 物联网 TheInternetofthings 顾名思义 物物相连的互联网 物联网的核心和基础仍然是互联网 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络 其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间 进行信息交换和通信 物联网的定义 通过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 监控和管理的一种网络 物联网的实质 物物相连的互联网 物联网的核心和基础仍然是互联网 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络 其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间 进行信息交换和通讯主要特征 全面感知 可靠传送 智能处理 与物联网相关的几个概念 传感网 M2M 物联网 泛在网概念的出发点和侧重点不完全一致 但其目标都是突破人与人通信的模式 建立物与物 物与人之间的通信 物联网必须以互联网和移动网 2G 3G 为基础 内容安排 物联网概念产生的历史物联网的基本概念物联网的发展物联网的相关技术物联网的应用物联网的发展趋势 美国 IBM 智慧的地球 战略 IBM智能地球战略的主要构成部分 传感器 RFID标签和实时信息处理软件 如WebSphereRFIDInformationCenter 典型案例作为一家主营制药和特殊包装的中型企业 GSMS通过与IBM及业务合作伙伴DSS合作 利用二维码和RFID设备标签设计了一个精密的跟踪系统 每个药品包装上都有独一无二的序列号 这样GSMS就能杜绝假冒药品混入供应链 SpolemPSSPolnoc一家波兰的中型连锁超市 引入了波兰首个IBM自助服务解决方案 在加快结账速度 节省支出的同时 该智能系统还可帮助超市更深入地理解顾客的购买偏好 从而更好地满足所需 美国 作为振兴经济的 新武器 2009年初 美国总统奥巴马就职后 对 智慧地球 构想作出了积极回应 并将其提升为国家层级的发展战略 奥巴马将 新能源 和 物联网 作为振兴经济的两大武器 投入巨资深入研究物联网相关技术 美国7870亿美元 经济复苏和再投资法 中 鼓励物联网技术发展政策主要体现在推动能源 宽带与医疗三大领域开展物联网技术的应用 欧盟 引领世界物联网 加速跑 09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 InternetofThings AnactionplanforEurope 意在引领世界物联网发展 09年10月 欧盟委员会以政策文件的形式对外发布了物联网战略 将于2011年 2013年间每年新增2亿欧元进一步加强研发力度 同时拿出3亿欧元专款 支持物联网相关公私合作短期项目建设 09年12月 欧盟委员会以政策文件的形式 对外发布了欧盟 数字红利 利用和未来物联网发展战略 为了加强政府对物联网的管理 消除物联网发展的障碍 欧盟制定了12项行动保障物联网的发展 日本 u Japan目标 建设无所不在的网络社会 2010年实现 anytime anywhere anything anyone 都能上网的环境 i Japan目标 2011年实现日本产业社会 地区与InformationandCommunicationsTechnology ICT 融合 韩国 2009年韩国通信委员会出台了 物联网基础设施构建基本规划 将物联网市场确定为新增长动力 物联网基础设施构建基本规划 提出到2012年实现 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通信技术强国 的目标 并确定了构建物联网基础设施 发展物联网服务 研发物联网技术 营造物联网扩散环境等4大领域 12项详细课题 u Korea战略 IT839计划 韩国 IT839 计划 2004年 韩国信息通信部制定的IT839计划 是u Korea的核心 八项信息产业服务 三大基础网络设施建设 九项新增长技术 中国 2009年 中国物联网的元年 09年8月7日 温家宝考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心 强调 在传感网发展中 要早一点谋划未来 早一点攻破核心技术 把传感系统和3G中的TD技术结合起来 09年9月21日 工信部在相关会议上 首次明确提出要进一步研究建设物联网 传感网 加快传感中心建设 推进信息技术在工业领域的广泛应用 提高资源利用率 经济运行效益和投入产出效率等 09年11月1日 中关村物联网产业联盟正式成立 成员包括了北京移动 清华同方股份有限公司 北京邮电大学 中科院软件所 北京交通委信息中心等十二家单位 09年底 中国电信物联网应用和推广中心 中国电信物联网技术重点实验室 在江苏无锡成立 标志着中国第一个 物联网城市 在无锡正式启程 中国 物联网的近期发展 2010年1月 传感 物联 网技术产业联盟在无锡成立 2010年4月30日 在中国物联网产业发展论坛暨第三届国际无线传感网产业发展峰会上 美国硅谷 杭州物联网产业创新中心 正式签约落户杭州东部软件园 2010年5月18日 我国首个针对物联网 传感产业融资的中国首个 物联网产业基金 签约设立 由无锡新区创投集团 大唐电信 中科院与无锡国联集团共同发起 计划总规模将达50亿元 中国 重点研究领域 物联网的建设在我国成为大家普遍关注的热点 得到国家科技部 质检总局 国家标准委员会等政府部门和自动识别技术等相关行业及企业的高度重视 物联网已被明确列入 国家中长期科学技术发展规划 2006 2020年 和2050年国家产业路线图 国内研究院所早在1999年就启动了传感网研究 并且已拥有从材料 技术 器件 系统到网络的较完整的产业链 目前我国传感网标准体系已形成初步框架 向国际标准化组织提交的多项标准提案被采纳 传感网标准化工作已经取得积极进展 中国 研究现状 无线传感器网络硬件节点 南京邮电大学无线传感器网络系列节点UbiCell南京邮电大学无线多媒体传感器网络节点UbiCell MUbiCell M中国科学院计算技术研究所GAINS系列节点香港科技大学无线传感器网络节点无线传感器网络软件产品 南京邮电大学的无线传感器网络中间件软件DisWare南京邮电大学的无线传感器网络集成开发平台MeshIDE中国科学院宁波计算所的无线传感器网络分析与管理平台 物联网现存问题 基础物联网多系统集成问题技术标准问题 网络层互联网 有TCP IP协议 接入层面协议类别多 GPRS 传感器 TD SCDMA 有线等多种通道 物联网是基于网络的多种技术的结合 应该有相关协议标准做支撑 地址问题 每个物品都需要在物联网中被寻址 就需要解决地址问题 多种技术融合问题 传感器技术 射频识别技术 通信技术 控制技术 智能技术等技术的融合问题 内容安排 物联网概念产生的历史物联网的基本概念物联网的发展物联网的相关技术物联网的应用物联网的发展趋势 物联网体系架构 物联网不是对现有技术的颠覆性革命 而是通过对现有技术的综合运用 实现全新的通信模式转变 同时 通过这样的融合也必定会对现有技术提出改进和提升的要求 以及催生出一些新的技术 感知层关键技术 传感器 传感器 transducer sensor 是一种检测装置 能感受到被测量的信息 并按一定规律转换成为电信号或其他所需形式的信息输出 以满足信息的传输 处理 存储 显示 记录和控制等要求 传感器的类型多样 温度传感器 随到消防 电力电缆 石油石化 应变传感器 桥梁隧道 边坡地基 大型结构 微震动传感 周界安全 地震检波 地质物探 压力 水声 空气声等 感知能力 计算能力 通信能力 体积小 能耗小 传感网是大量传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络 其目的是协作地感知 采集 处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息 报告给用户 感知层技术 短距无线传输 WPAN 技术 IEEE802 15WPAN工作组负责制定无线个人网WPAN的通信标准 蓝牙 IEEE802 15 1 低耗电的ZigBee IEEE802 15 4 高速传输的UWB IEEE802 15 3a 其他 红外 Wifi 802 15 4 2006 IEEE用于低速无线个人域网 LR WPAN 的物理层和媒体接入控制层规范802 15 4a 2007 修订 拓展备选的物理层802 15 4c 2009 修订 拓展备选的物理层以支持中国的314 316MHz 430 434MHz 779 787MHz频带802 15 4d 2009 修订 拓展备选的物理层以支持日本的950MHz频带 感知层技术 传感器网络 传感器网络是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种计算机网络 这些装置使用传感器协作地监控不同位置的物理或环境状况 如温度 声音 振动 压力 运动或污染物 无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用 而现今无线传感器网络被应用于很多民用领域 如环境与生态监测 健康监护 家庭自动化 以及交通控制等 传感器网络的每个节点除配备了一或多个传感器之外 还装备了一个无线电收发器 一个很小的微控制器和一个能源 通常为电池 单个传感器节点的尺寸大到一个鞋盒 小到一粒尘埃 其成本也不定 从几百美元到几美分 取决于网络规模及单个传感器节点所需的复杂度 传感器节点尺寸与复杂度的限制决定了能量 存储 计算速度与带宽的受限 感知层关键技术 RFID 最简单的RFID系统 由标签 Tag 阅读器 Reader 及天线 Antenna 组成 实际应用时需与计算机及应用系统相结合 标签 TAG 由耦合元件及芯片组成 每个标签具有唯一的电子编码 附着在物体上标识目标对象 阅读器 天线 Antenna 在标签和读取器间传递射频信号 网络层关键技术 传感网与通信网的融合 通信网络是实现 物联网 必不可少的基础设施 安置在动物 植物 机器和物品上的电子介质产生的数字信号可随时随地通过无处不在的通信网络传送出去 传感网只有在特定范围内组网 不可能实现任何时间 任何地点的无缝隙的覆盖 只有实现各种传感网络的互联 广域的数据交互和多方共享 以及规模性的应用 才能真正建立一个有效的物联网 应用层关键技术 基于云计算的应用处理中心 并行计算 集群计算 网格计算 云计算 云计算 技术的运用 使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可能 物联网的基本概念物联网的发展概况物联网的相关技术物联网的应用物联网的发展趋势 内容安排 物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中 具体地说 就是把感应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 然后将 物联网 与现有的互联网整合起来 实现人类社会与物理系统的整合 在这个整合的网络当中 存在能力超级强大的中心计算机群 能够对整合网络内的人员 机器 设备和基础设施实施实时的管理和控制 在此基础上 人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活 达到 智慧 状态 提高资源利用率和生产力水平 改善人与自然间的关系 物联网应用领域 基于物联网的实时信息理论和实时信息获取问题智能数字公交站亭系统的使用使得人们可以实时获知公交站到站的等待时间信息上海世博会 是一次集中展示物联网应用的大舞台 上海世博局发布了可承载世博手机票的RFID SIM卡 用户可以通过手机购买世博会门票 刷手机入园 刷手机在园区购物等 人们在参观世博会时就可以充分领略物联网的无穷魅力 上海浦东国际机场防入侵系统使用了3万多个传感节点 覆盖了地面 栅栏和低空探测 可以很大程度上防止人员的翻越 偷渡 恐怖袭击等侵入 基于RFID的仓库管理系统 停车收费管理系统 第三方物流管理系统等 城市公共安全 工业安全生产 环境监控 智能交通 智能家居 公共卫生 健康检测等多个领域 让人们享受到安全轻松的生活 开车过程中 设置好目的地便便可以随意睡觉 看电影 车载系统会通过地面接收到的信号智能形式 病人可以不住在医院 只要通过一个小小的一起 医生就能24小时监控病人的提问 血压 脉搏 下班的时候只要用手机发出一个指令 家里的电饭煲就会自动加热做饭 空调开始启动等 物联网的基本概念物联网的发展概况物联网的相关技术物联网的应用物联网的发展趋势 内容安排 网络从虚拟走向现实 从局域走向泛在物联网将信息化过渡到智能化物联网产业发展最重要的是应用索引物联网带来信息技术的第三次革命物联网运营商与RFID发展空间很大核心技术就是核心竞争力物联网与移动网趋向融合 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 物联网将信息化过渡到智能化 物联网产业发展最关键的是应用牵引 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 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 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 物联网带来信息技术的第三次革命 物联网将给人们的生活带来重大改变 生活中的物品变得 聪明 善解人意 通过芯片自动读取信息 并通过互联网进行传递 物品会自动获取信息并进行传递 使得信息的处理 获取 传递整个过程有机地联系在了一起 对人类生产力又一次重大的解放 条形码的普及花了30年时间 RFID要完全达到条形码的应用程度 还需要20年左右 物联网的普及需要大约20年时间 但应用的发展是伴随着技术的成熟而逐渐应用到各个方面的 并不是应用在等待技术完全成熟以后才会开始 在某些领域 物联网将率先展开应用 同时 伴随着技术的进步 会逐渐拓展到我们生活的方方面面 物联网运营商与RFID发展空间很大 从产业链角度看 与当前通信产业链类似 最大的不同在于上游新增了RFID和传感器 下游新增了物联网运营商 其中RFID和传感器是给物体贴上身份标识和赋予智能感知能力 物联网运营商是海量数据处理和信息管理服务提供商 物联网连接不再只是手机 电脑等互联网终端 而是 所有物体 物联网内任何物体通过装置RFID 传感器 二维码等 经过接