物联网培训教材(北京邮电大学).ppt

北京邮电大学内部材料 物联网应用与发展趋势 2010年3月 北京邮电大学 专家论坛 物联网的应用与发展趋势 一 物联网概述 五 物联网的应用 物联网 TheInternetofthings 的概念是在1999年提出的 又名传感网 它的定义很简单 把所有物品通过射频识别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 1 物联网概述 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 洗衣机对颜色和水温的要求等等 全面感知 利用RFID 传感器 二维码 及其它各种的感知设备随时随地的采集各种动态对象 全面感知世界 可靠的传送 利用以太网 无线网 移动网将感知的信息进行实时的传送 智能控制 对物体实现智能化的控制和管理 真正达到了人与物的沟通 1 1物联网基本特点 物联网的应用与发展趋势 一 物联网概述 五 物联网的应用 1995年 比尔 盖茨在其 未来之路 一书中已提及物联网概念 2005年11月17日 在突尼斯举行的信息社会世界峰会 WSIS 上 国际电信联盟 ITU 发布了 ITU互联网报告2005 物联网 报告指出 无所不在的 物联网 通信时代即将来临 世界上所有的物体从轮胎到牙刷 从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换 射频识别技术 RFID 传感器技术 纳米技术 智能嵌入技术将到更加广泛的应用 2009年1月 IBM首席执行官彭明盛提出 智慧地球 构想 其中物联网为 智慧地球 不可或缺的一部分 而奥巴马在就职演讲后已对 智慧地球 构想提出积极回应 并提升到国家级发展战略 2 1国外物联网现状 日本现状日本u Japan战略 希望实现从有线到无线 从网络到终端 包括认证 数据交换在内的无缝链接泛在网络环境 100 的国民可以利用高速或超高速网络 韩国现状韩国也实现了类似的发展 配合u Korea推出的u Home是韩国的u IT839八大创新服务之一 智能家庭最终让韩国民众能通过有线或无线的方式远程控制家电设备 并能在家享受高质量的双向与互动多媒体服务 2 1国外物联网现状 2004年初 全球产品电子代码管理中心授权中国物品编码中心为国内代表机构 负责在中国推广EPC与物联网技术 4月 北京建立了第一个EPC与物联网概念演示中心 2005年 国家烟草专卖局的卷烟生产经营决策管理系统实现用RFID出库扫描 商业企业到货扫描 许多制造业也开始在自动化物流系统中尝试应用RFID技术 2 2国内物联网现状 今年 月 日 温总理在无锡调研时 对微纳传感器研发中心予以高度关注 提出了把 感知中国 中心设在无锡 辐射全国的想法 江苏省委省政府接到指示后认真落实总理的要求 热情拥抱 物联网 突出抓好平台建设和应用示范工作 无锡市则作出部署 举全市之力 抢占新一轮科技革命制高点 把无锡建成传感网信息技术的创新高地 人才高地和产业高地 2 2国内物联网现状 2009年8月24日 中国移动总裁王建宙访台期间解释了物联网概念2009年9月11日 传感器网络标准工作组成立大会暨 感知中国 高峰论坛 在北京举行 会议提出传感网发展相关政策 2009年9月14日 国家中长期科学与技术发展规划 2006 2020年 和 新一代宽带移动无线通信网 重大专项中均将传感网列入重点研究领域 1 3国内物联网现状 中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心 以下简称 无锡传感网中心 是国内目前研究物联网的核心单位之一 作为 感知中国 的中心 无锡市2009年9月与北京邮电大学就传感网技术研究和产业发展签署合作协议 涉及光通信 无线通信 计算机控制 多媒体 网络 软件 电子 自动化等技术领域 包括应用技术研究 科研成果转化和产业化推广等 2 2国内物联网现状 对于物联网在国内市场空间 权威机构预测 仅 产业排头兵 RFID领域 今年国内市场规模就将达50亿元 年复合增长率为33 其中电子标签超过38亿元 读写器接近7亿元 软件和服务达到5亿元的市场格局 而业内人士估计 中国物联网产业链今年就能创造约1000亿元产值 并成为下一个万亿级信息产业引擎 美国权威咨询机构FORRESTER预测 到2020年 世界上物物互联的业务 跟人与人通信的业务相比 将达到30比 因此 物联网 被称为是下一个万亿级的通信业务 2 2物联网现状 物联网的应用与发展趋势 一 物联网概述 五 物联网的应用 3 1物联网体系架构 3 2地区物联网架构 分层架构图 接入终端 接入系统 包含信息源终端 RFID事件 传感器事件 二维码事件等 通过因特网 无线网 移动网实现通信 开放平台 体系架构中有个重要的开放平台 提供这样的功能 第一 终端管理 可以实时监控网络和终端的运营状况 精确表述故障原因 接入系统的管理 对接入系统的开放问题 接入问题 资源共享问题进行管理 第二 数据中心 进行数据采集 数据处理 数据存储 数据共享 信息智能交互 第三 跟开发中间件结合 提供一个面向应用的开放的环境 开发人员只需要调API就可以进行开发 最终降低开发的难度 提高开发的效率 这个平台还可以起到网关的作用 来简化终端和应用的接入 3 3功能架构图说明 因特网 系统联系的桥梁 智能 自学习中心 控制系统的上 下层及中间环节的智能联系 使得物物联接具有人人联接的特性 保证物联网的智能特性 上层应用 物联网本着服务政府 社会 行业和公众的目的 把整个社会以物联网的形式组织起来 3 3功能架构图说明 3 4地区物联网架构 功能模块图 3 4关键技术 物联网的应用与发展趋势 一 物联网概述 五 物联网的应用 物联网产业链可以细分为标识 感知 处理和信息传送四个环节 每个环节的关键技术分别为RFID 传感器 智能芯片和运营商的无线传输网络 EPoSS在 InternetofThingsin2020 报告中分析预测 未来物联网的发展将经历四个阶段 2010年之前RFID被广泛应用于物流 零售和制药领域 2010 2015年物体互联 2015 2020年物体进入半智能化 2020年之后物体进入全智能化 4 1物联网产业链 M2M的产业包括 一是与感知物理设备相关的芯片 终端 软件开发 系统集成制造等相关产业 二是新的智能服务产业 包括商务 政务 公务和个人服务等等 物联网的信息传感设备 包括射频识别装置 红外感应器 全球定位系统 激光扫描器等装置 与互联网相结合 可以实现所有物品的远程感知和控制 由此生成一个更加智慧的生产生活体系 广泛用于智能交通 环境保护 政府工作 公共安全 智能家居 智能消防 工业监测 老人护理 个人健康等多个领域 4 1物联网产业链 MEMS传感器的主要优势在于体积小 大规模量产后成本下降快 目前主要应用在汽车和消费电子两大领域 根据ICInsight最新报告 预计在2007年至2012年间 全球基于MEMS的半导体传感器和制动器的销售额将达到19 的年均复合增长率 CAGR 与2007年的41亿美元相比 五年后将实现97亿美元的年销售额 4 3基于MEMS传感器的物联网产业 物联网将成为继计算机 互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮 但目前国内对究竟什么是物联网 谁来主导产业链的发展 没有统一的答案目前运营商涉足物联网主要可分为 智能传输通道和行业集成解决方案两种模式 智能通道是指运营商在终端M2M以及应用平台上提供可靠的协议或者是模组和二次开发的环境 通过对移动网络专业性的理解和规模化运营的经验 来跟产业链各方合作 以达到共赢的局面 智能通道模式下的共赢 实际上仍是以运营商为产业链主导 但在技术发展 商业模式 利益博弈等诸多问题的限制下 当物联网涉及到远远超出通信行业的利益时 运营商能否一呼百应 还有待市场的检验 4 4物联网产业主导 4 4物联网产业主导 4 5物联网产业甁颈 目前我国 物联网 的应用主要是RFID GPS等 广东在这方面的应用已经占到了5成 粤港合作和物流信息化是广东在 物联网 产业中的独特优势 国内物联网产业面临的三大瓶颈 一是国内RFID产业仍然以低频为主 在RFID高端芯片等核心领域无法产业化 二是国内传感器产业化水平较低 高端产品被国外厂商垄断 三是实现物物互联的数据计算量庞大 需要更大的计算平台支撑 在物联网中 传感是前提 计算是核心 安全是保障 网络是基础 应用服务是牵引 另外 标准是支持物联网产业链的重要基础 如何统一终端和接入标准都是困扰运营商M2M业务发展的首要问题 4 5物联网产业政策 2009年11月20日 工业和信息化部部长李毅中在全国装备工业 两化 融合典型经验座谈会上首次明确了物联网应用示范方向 他表示 传感网 物联网的发展将优先选择重点工业领域 基础设施 环保监测 公共安全 工业控制 医疗卫生等领域 开展应用示范 同时 要加强TD SCDMA与传感网的密切结合 推进传感网与通信网融合发展 联想到当年 三金工程 对我国信息化发展的推动 示范工程的启动意味着尚处于产业初创阶段的物联网将进入发展快车道 在工业和信息化部牵头组织的国家科技重大专项 新一代宽带无线移动通信网 中 传感网就已作为主要支持内容之一 加大了资金投入 启动了从总体战略到关键技术与设备等多项课题研究 物联网的应用与发展趋势 一 物联网概述 五 物联网的应用 物联网是指通过各种传感和传输手段 将现实世界的信息进行自动化 实时性 大范围 全天候的标记 采集 传输和分析 并以此为基础搭建信息运营平台 构建应用体系 从而增强社会生产生活中信息互通性和决策智能化的综合性网络系统 并将物联网划分为信息采集 信息传输 信息运营和整合应用四个层级 5 1物联网应用推进框架 无线传感网应用实例展示 物联网应用实例 农业园林 2 医疗保健 3 智能楼宇 4 交通运输 5 其它 6 城市市政管理应用 1 城市市政管理 城市市政管理 城市物联网公共服务平台 特点 1 开放式的 共享的物联网架构体系 2 物联网物品编码 数据共享交换机制 共享数据管理标准 3 物联网海量数据挖掘 4 物联网数据安全与认证 城市物联网公共服务平台 实现城市公共设施供应链的全程追踪溯源及对已建设部署设施的追踪监控 保证城市公共安全 最终实现政府的数字化的政务管理与城市运行职能 城市公共设施重要物资的准确标识 实现管理的透明化 为公共安全 公共设施建设质量监管提供法律依据 实现公共设施 及相关供应链的追踪 提高突发事件防控能力和水平 促进城市规划 建设持续健康发展 基于物联网的公共设施监管 无线传感网应用实例展示 物联网应用实例 农业园林 2 医疗保健 3 智能楼宇 4 交通运输 5 其它项目建议 6 城市市政管理应用 1 精细农业 将无线传感器网络布设于农田 园林 温室等目标区域 网络节点大量实时地收集温度 湿度 光照 气体浓度等物理量 精准地获取土壤水分 压实程度 电导率 pH值 氮素等土壤信息 无线传感器网络有助于实现农业生产的标准化 数字化 网络化 将从三个方面有效促进农业的发展 增产增收 节约能源 相当于露地栽培产量10倍以上 精细农业 研究基于农田 园林 温室等目标区域的射频技术与无线传感器网络架构 实现大量实时地收集温度 湿度 光照 气体浓度等物理量 精准地获取土壤水分 压实程度 电导率 pH值 氮素等土壤信息 基于物联网的精细农业 由于边远山区网络难以覆盖 现有的监控手段成本过高 严重影响了园林绿化的动态监测活动 本项目拟采用低成本 低功耗无线传感器网络动态监测造林营林 林木采伐 林地征占 城市绿地等多方面园林资源变化 建立园林绿化的评价模型和园林绿化信息管理服务平台 促进园林绿化的信息化和现代化 提高园林绿化的经济效益 社会效益和生态效益 基于物联网的园林绿化信息管理服务 特点 1 面向园林绿化的物联网的组网与最优覆盖 2 面向园林监控的无线传感器网络 3 面向园林监控的无线传感器网络数据融合 4 基于GIS的园林灾害预测预报模型 5 面向园林绿化的统一监测技术标准和规范 基于物联网的园林绿化信息管理服务 无线传感网应用实例展示 物联网应用实例 农业园林 2 医疗保健 3 智能楼宇 4 交通运输 5 其它项目建议 6 城市市政管理应用 1 医院病房电子巡检 由于缺乏资金和管理不当 中国医疗保健体系矛盾突出 通过建立医疗保健信息交换平台 实现医疗保健信息资源共享 降低药品库存和成本并提高效率 增加医生对患者以往病史和治疗记录的了解 提高诊断质量和服务质量 同时 推动各医院之间的服务共享和灵活转账 形成一种新的管理系统 使开支和流程更加透明化 基于物联网的医疗保健信息交换平台 特点 1 基于射频识别的药品溯源 2 基于传感器网络的药品库存监控 3 海量数据索引与存储 4 物联网数据安全与隐私保密 5 面向医疗保障的物联网数据共享机制 基于物联网的医疗保健信息交换平台 无线传感网应用实例展示 物联网应用实例展示 农业园林 2 医疗保健 3 智能楼宇 4 交通运输 5 其它项目建议 6 城市市政管理应用 1 1 智能家居 今年 月 日 温总理在无锡调研时 对微纳传感器研发中心予以高度关注 提出了把传感网络中心设在无锡 辐射全国的想法 江苏省委省政府接到指示后认真落实总理的要求 热情拥抱 物联网 突出抓好平台建设和应用示范工作 无锡市则作出部署 举全市之力 抢占新一轮科技革命制高点 把无锡建成传感网信息技术的创新高地 人才高地和产业高地 智能家居 目前 国内剧院场馆 体育场馆 会展中心 地铁站等大型公共建筑越来越多 这些公共建筑规模大 结构复杂 人员密集 内部设备庞杂 紧急情况的预警以及疏散依靠传统的人工管理难以应对 本项目面向大型公共建筑监控与应急管理的重大需求 研究大型公共建筑复杂环境监控与应急管理系统关键技术 建立产业化应用示范 为大型建筑监控与应急管理的产业化提供技术支撑与应用示范 基于无线感知的大型公共建筑监控应急 无线传感网应用实例展示 物联网应用实例 农业园林 2 医疗保健 3 智能楼宇 4 交通运输 5 其它项目建议 6 城市市政管理应用 1 实现公共交通工具全程追踪和溯源 保证运输的安全 最终实现政府的数字化的调度管理与城市交通资源优化配置运行职能 实现城市公共交通 轨道交通等重要设备的准确标识 实现管理的透明化 为运输安全 保障交通设施设备安全提供法律依据 实现车辆 列车等运营全程的追踪 提高事故防控能力和水平 增强实时调度监控和应急事件处理能力 促进交通运输持续健康发展 基于物联网的公共交通监管 建筑物室内定位系统 采用无线传感器网络和无线局域网技术 实现对灯 空调设备的远程监控 同时为工作人员配备手持终端 方便工作人员现场处理设备故障 Smartkey银行门禁金库管理系统 系统网络图金库与安防门禁的结合 利用门禁的互锁 防尾随 指纹认证 指纹双指认证等功能 加强银行系统的安全性 有效减少抢盗金库现象 并通过实时记录的显示 包括与监控系统的联动抓拍 最后能有证可依 即使发生了被盗事件 也能在最短的时间知道现场情况 联网的水电煤表 在工博会中国电信物联网展区 网易科技看到在家中常见的煤气表和电表 据工作人员介绍 通过内置的RFID芯片 这些表中的数字信息可以集中在数据采集器中 然后通过3G网络传送至电信后台系统 在现场展示的后台系统中 显示不同编号的表对应着的不同用电量 煤气量 只要记住每家表的编号 水电煤公司以后就不用上门抄表 在电脑上看得很清楚 以RFID为基础的物联网应用 中国物联网悄然开掘千亿产值 物联网的应用与发展趋势 一 物联网概述 五 物联网的应用 未来几年是中国物联网相关产业以及应用迅猛发展的时期 以物联网为代表的信息网络产业成为七大新兴战略性产业之一 成为推动产业升级 迈向信息社会的 发动机 到2020年 全球物物互联的业务与现有的人人互联业务之比将达到30 1 物联网大规模普及 成为一个万亿美元级产业 构建网络无所不在的信息社会已成为全球趋势 当前世界各国正经历由 e 社会过渡到 u 社会 即无所不在的网络社会 UNS 的阶段 构建 u 社会已上升为国家的信息化战略 例如美国的 智慧地球 以及中国的 感知中国 u 战略是在已有的信息基础设施之上重点发展多样的服务与应用 是完成 e 战略后新一轮国家信息化战略 6 1网络从虚拟走向现实 从局域走向泛在 6 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 6 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 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 6 3物联网产业发展最关键的是应用牵引 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年的时间 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 6 4物联网带来信息技术的第三次革命 6 5物联网运营商与RFID发展空间很大 除了电网 还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 2006 2020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 6 5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 6 6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 7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