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物联网及其应用 物联世界机遇无限 浙江工业大学信息工程学院 1 当前 以移动互联网 物联网 云计算 大数据等为代表的新一代信息通信技术 ICT 创新活跃 发展迅猛 正在全球范围内掀起新一轮科技革命和产业变革 随着 互联网 中国制造2025 战略的提出 物联网与农业 制造业 服务业等传统产业 与新能源 新材料 先进制造业等新兴产业的 双向融合 不断加强 物联网加快向经济 社会 生活众多领域渗透 不断催生新变革 新应用和新业态 前言 2 内容目录 1 2 3 物联网应用 物联网概述 物联网产业与发展 3 定义 本质 特征 领域 方向 案例 战略 发展 机遇 一 物联网概述 定义 本质 特征 4 TheInternetofThings 一 物联网概述 5 一 物联网概述 6 InternetofThings 什么样的网 什么样的物 物是智能体 物是产品信息 网是一种特殊或新型的信息网络 网就是互联网 网就是无线传感网 物就是普通物品 ITUInternetreports2005 theInternetofthings通过二维码识读设备 射频识别 RFID 装置 红外感应器 全球定位系统和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 一 物联网概述 EPoSS InternetofThingsin2020由具有标识 虚拟个性的物体 对象所组成的网络 这些标识和个性等信息运行在智能空间 使用智慧的接口与用户 社会和环境的上下文进行连接和通信 2008 7 European InternetofThingsstrategicresearchroadmap物联网是未来网络的整合部分 它是以标准 互通的通信协议为基础 具有自我配置能力的全球性动态网络设施 在这个网络中 所有实质和虚拟的物品都有特定的编码和物理特性 通过智能接口无缝链接 实现信息共享 2009 物联网白皮书 2011物联网是通信网络 互联网的拓展应用和网络延伸 利用感知技术和智能装置对物理世界进行感知识别 智能监控 通过网络传输互联 进行数据计算 处理 知识挖掘和分析决策 实现物与物 人与物 人与人信息交互和无缝链接 达到对物理世界实时控制 精确管理和科学决策的目的 一 物联网概述 8 一 物联网概述 狭义上的物联网是指物品到物品连接的网络 实现物品的智能化识别和管理 广义上的物联网则是信息空间与物理空间的融合 将一切事物数字化 网络化 在物品之间 物品与人之间 人与现实环境之间实现高效信息交互 并通过新的服务模式使各种信息技术融入社会行为 是信息化在人类社会综合应用达到的更高境界 9 感知 传输 智能 利用人工智能技术 云计算技术对融合的信息深度处理 挖掘与决策 通过无所不在的网络 随时随地进行可靠的信息交互和共享 利用RFID 传感器 二维码等能够随时随地采集物体或环境的信息 10 ITU TY 2221中对无线传感器网络的定义是 利用各种传感器加上中低速的近距离无线通信技术构成一个独立的网络 是由多个具有无线通信与计算能力的低功耗 小体积的微小传感器节点构成的网络系统 物联网与无线传感器网络 泛在网络 11 ITU TY 2002中将泛在网络描述为 在服务预定的情况下 个人和 或设备无论何时 何地 何种方式都能以最少的技术限制接入到服务和通信的能力 图片来源 ITU TY 2002 12 泛在网物与物 人与物 人与人多网络 多技术 跨行业 跨应用无缝连接通信 物联网物与物 人与物一个或多个网络 协同 融合近距离无线 中高速通信网络 传感器网物与物低速 低功耗 近距离无线通信 13 一 物联网概述 从狭义上说 M2M仅代表机器与机器 machinetomachine 之间的通信从广义来讲 M2M也包括人与机器 humantomachine 的通信 是以机器智能交互为核心 网络化的应用与服务 物联网与M2M MachinetoMachine CPS Cyber PhysicalSystems 14 CPS是一个综合计算 网络和物理环境的多维复杂系统 通过3C computation communication control 技术的有机融合 实现大型系统的实时感知和动态控制 15 M2M和CPS都是物联网的一种表现形式 M2M强调机器与机器之间通信 偏重于实际应用 得到了工业界的重点关注 是现阶段物联网最普遍的应用形式 CPS更强调反馈与控制 更偏重于研究 吸引了学术界的更多目光 是将来物联网应用的重要技术形态 16 图片来源 工业和信息化部电信研究院 17 感知层是物联网全面感知的基础 物联网感知层 RFID标签和读写器M2M终端和传感器传感器网络和网关 感知层实现方式 摄像头和监控GPS 北斗定位授时智能家居网关 感知层作用 感知层突破方向 标识物体采集和捕获信息 更敏感和更全面的感知能力解决低功耗的问题解决小型化和低成本问题 RFID读写 智能家居网关 M2M终端 传感器网络 摄像头 GPS 北斗 传感器网关 无线 有线 18 网络层是物联网无处不在的前提 物联网网络层 接入网 无线 光纤各种类型的接入形式核心网 统一IP协议上的大带宽的可靠网络业务支撑平台 业务统一管理部署和运营支撑 网络层主要层次 网络层作用 网络层突破方向 连接感知层和应用层随时随地的连接实现当前最成熟的部分 扩展规模 以实现无处不在业务可扩展的管理运营能力简化结构 上下层面融合 ONU 接入网络无线接入 2G 3G LTE WLAN WiMax有线接入 光纤 PON 和铜线 xDSL 汇集承载 IP化传输网络 PTN CE 核心网络 业务网关统一IP协议的高效率的核心网络 设备 接口针对海量流量和高可靠性要求的拓扑和机制边缘业务控制实现业务感知 控制和策略转发 CPE 业务平台 鉴权平台 计费平台 经营分析平台 业务支撑平台提供终端和业务的通道和联动控制逻辑实现不同终端和业务统一管理 部署和扩展针对客户提供用户自定义业务环境和接口 19 应用层是物联网智能处理的核心 物联网应用层 智能家居智能交通智能城管 应用层主要应用方向 应用层作用 应用层突破方向 信息技术与行业专业技术结合实现广泛智能化应用的解决方案集合 信息技术与行业的深度融合信息的社会化共享和安全保障基于云计算的应用整体架构 智能电力智能医疗智能通信服务 云计算资源 云计算业务 计算能力 存储能力 SaaS PaaS IaaS 云计算的意义适应业务量增长不确定性的弹性架构体系适应海量数据计算和存储的低成本曲线的架构适应开放式的应用提供和部署环境IT架构和商业模式转变的关键 智能家居 智能电力 智能交通 智能医疗 智能城管 智能通信服务 六大热点涵盖了主要应用集和投资方向 20 物联网发展的演进路线 信息汇聚 协同感知 泛在聚合 主要特征泛在的感知服务将海量信息进行聚合 产生出新的有应用价值的信息 即物联网广泛应用于各个领域 实现任何人 任何物体 任何时间 任何地点的互联互通 引发新的应用和服务模式 关键技术信息聚合理论 模糊控制技术 泛在异构网络 人工智能 仿生传感器 纳米材料 生物芯片等 主要特征将分布于多区域的 利用多种感知技术手段所采集信息进行汇聚 通过通信网络将感知信息汇聚到业务应用系统 集中进行信息的处理与共享 并提供信息应用服务 关键技术传感器设计与实现 短距离无线传输技术 低功耗技术 电磁兼容技术等 以实现相关信息采集 汇聚设备的小型化 低功耗 低成本 国产化和绿色环保 主要特征以事件 任务和目标为驱动进行感知 网络和应用各个层面的协同工作 系统具备分布式 跨层次 自学习的协同处理能力 提供智能 精确的多元化信息服务 关键技术任务驱动的大规模自治组网技术 上下文感知技术 移动通信网络与无线传感器网络无缝融合技术 海量信息处理技术等 21 二 物联网应用 领域 方向 案例 22 23 应用案例1 基于物联网高临镜感的都市开心农场 24 在QQ 校内网等平台上的开心农场游戏迅速流行 并深受人们的欢迎 25 农家乐 新农村旅游等旅游休闲方式已经成为了农民增收的新起点和都市人群旅游休闲的首选 然而 由于其方面的限制 发展出现了瓶颈问题 26 对于都市人群 尤其是孩子们而言 五谷不分 已经成为一种普遍的社会现象 如何填补都市人群 尤其是儿童在农业知识方面的空白 已经成为社会焦点 27 民以食为天 食以安为先 而调查显示 约70 的中国消费者严重怀疑食品安全 而蔬菜 水果作为人们的日常食品 人们对其安全问题更加关注 如何为人们建立一个购买放心菜的平台 已经成为一个亟待解决的问题 2008河北三鹿奶粉事件 2011河南瘦肉精事件 2013湖南 镉大米 事件 28 29 30 31 32 应用案例2 基于物联网的智能家居系统 33 第一座被公认的智能大厦问世 比尔 盖茨的智能豪宅使智能家居概念被大众认知 微软在中国推出 电视上网 的 维拉斯计划 是中国智能家居的开端 海尔推出第一代网络家电 国内科研机构和公司开始智能安防系统和产品 宽带网开始进入一般的住宅和小区 中国家庭网络标准产业联盟 e家佳 成立 苹果公司推出iPhone3G 智能手机的发展开启了新的时代 中国物联网的研究和应用高速发展 Fitbit发布首款可穿戴产品 IBM正式提出 智慧城市 的愿景 TCL研制出国内第一台基于Android的智能互联网电视 谷歌发布Android Home项目 提出将家里的每一个设备连接到AndroidAPP 海尔发起建立中国智能家居产业联盟 极路由首次在国内推出智能路由器产品 海信与新浪微博合作推出 微博空调 苹果 三星推出智能家居平台 京东搭建JD 平台 海尔成立U 平台 小米推出智能家庭套装产品 联想 美的 阿里 小米 乐视等纷纷发布智能家居系统生态圈 互联网时代 移动互联网时代 物联网时代 34 35 智能家居元年 2014 关键 尤其是Android IOS智能手机 平板电脑的广泛普及 形成智能家居控制入口 网络无处不在 基础 短距离通信技术Bluetooth4 0 ZigBee 低功耗WiFi WiFi模块价格跌入10元以内 诱因 Google Apple等巨头纷纷涉足智能家居领域 社会资本蜂拥涌入 36 37 38 39 数据来源 腾讯科技 2014年国内智能家居市场发展报告 40 数据来源 易观智库 基于2930份有效被访者调研得出 题目为多选题 百分比总和可能大于1 41 42 43 44 第一代V1 0 第二代V2 0 45 46 实验室电器设备 电视机电视机顶盒空调海乐315MHz无线开关力沃433MHz无线开关杜亚窗帘扫地机器人 地宝 部署的节点 3个温湿度传感器2个光照度传感器1个烟雾探测器1个空气质量探测器1个热释电红外探测器4个门窗磁传感器1个声光报警器1个应急按钮1个红外转发控制器1个315 433MHzRF转发控制器 47 48 49 50 三 物联网产业及发展 战略 发展 机遇 51 物联网产业链分布 感知层 网络层 应用层 网络设备 业务支撑平台 最终用户 行业用户 商业用户 家庭用户 应用集成商 终端提供商 模块提供商 软件提供商 芯片提供商 设备提供商 芯片提供商 系统集成商 软件提供商 硬件提供商 软件提供商 硬件提供商 网络服务提供商 运营商 专网 服务提供商 个人用户 上游 中游 下游 用户 52 物联网产业是战略性新兴产业 是实现未来经济持续增长的先导产业 对经济发展和产业结构转换具有导向作用 上海贝岭复旦微电子联发科展讯等 中兴 华为等网络设备商 远望谷 新大陆等系统集成商 中国移动中国电信中国联通中国广电 国内政策与实际应用环境 霍尼韦尔 英特尔 德州仪器 意法半导体 飞利浦 微软 爱立信 IBM 思科 受政策限制 竞争者较少 多为收集情报 寻求合作者 53 上游 中游 下游 54 IBM公布了 智慧地球 SmartPlanet 战略 并得到美国政府的大力扶持 奥巴马签署生效的 经济复苏和再投资法案 提出通过能源 科技 医疗等多方面鼓励物联网技术的发展 2005 美国国防部将 智能尘埃 SmartDust 项目正式列为重点发项目 2011 美国政府先后发布了先进制造伙伴计划 总统创新伙伴计划 将CPS列为扶持重点 2012 美国制造业复兴计划 提出制造业复兴战略 数字制造 大数据等先进制造技术以及下一代宽带网络将成为美国制造业复兴的重点 美国逐步将物联网的发展和重塑美国制造优势计划结合起来以期重新占领制造业制高点 55 启动了欧盟第七框架计划 FP7 重点推进ICT技术发展 并设立了IoT A IoT6等一系列项目对物联网相关领域进行探索研究 欧盟发布了世界第一个物联网发展战略 欧盟物联网行动计划 以及 物联网战略研究路线图 2005 欧盟委员会公布了I2010 Initiative 注重ICT的创新和研发投入及其对国民经济发展的影响 2010 欧盟委员会推出 数字议程 DigitalAgenda 五年行动计划 并作为 欧盟2020战略 七项核心举措之一 2013 欧盟通过了 地平线2020 科研计划 物联网的研发重点集中在传感器 架构 标识 语义互操作等方面 欧盟建立了相对完善的物联网政策体系 积极推动物联网技术研发 56 国务院关于加快培育和发展战略新兴产业的决定 将物联网提升到国家战略高度 工业和信息化部制定了 物联网 十二五 发展规划 到2015年我国要初步形成创新驱动 应用牵引 协同发展 安全可控的物联网发展格局 2006 国务院发布 国家中长期科学和技术发展规划纲要 2006 2020年 将无线传感器网络列为我国科技发展的 重大专项 和 前沿领域 2013 国务院发布 关于推进物联网有序健康发展的指导意见 同时成立物联网发展专家咨询委员会 2014 与欧盟共同签订 中欧物联网架构共同申明 以及 中欧物联网标识白皮书 57 58 我国与发达国家的物联网产业思路对比 物联网的定义出现 涵盖领域不断扩大实验室和政府开始提出一些关于物联网的设想 RFID在物流 零售 医药产业中进行应用政府引导安全及标准建立 推行物联网发展战略 物联网开始在智慧农业 智能交通等领域广泛应用各类物联网产品不断出现 大众开始直接接触物联网 互联网巨头纷纷开始物联网布局 推出物联网平台智能家居 可穿戴设备等深入大众生活 在传感器网和RFID等一些领域展开概念探索和研究RFID和传感器等较为基础的行业优先发展起来 政府推动电网 交通 物流等领域进行一系列试点出台推动物联网行业发展的积极性政策 产业不断扩大 在农业 交通 电网等领域获得初步成果民生领域相关产品不断出