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物联网技术及其应用顾学义 当今世界IT领域的三大热点技术 物联网 InternetofThings 移动互联网 MobileInternet 云计算 CloudComputing 物联网技术及其应用 物联网技术及其应用 物联网 IOT 的起源 物联网 IOT 的定义 广义的物联网涵义 利用条码 射频识别 RFID 传感器 全球定位系统 激光扫描器等信息传感设备 按约定的协议 实现人与人 人与物 物与物的在任何时间 任何地点的连接 anything anytime anywhere 从而进行信息交换和通讯 以实现智能化识别 定位 跟踪 监控和管理的庞大网络系统 国际电信联盟 ITU 曾描绘 物联网 时代的情形 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 各国物联网战略或计划 物联网 IOT 提出的背景 十五年周期定律 IBM前首席执行官郭士纳提出一个重要的观点 计算模式每隔15年发生一次变革 每一次这样的技术变革都引起企业间 产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化 而互联网革命一定程度上是由美国 信息高速公路 战略所催熟 从Internet到IOT 物联网 IOT 的特征 全面感知 可靠传输 智能处理 利用RFID 传感器 二维码等能够随时随地采集物体的动态信息 通过网络将感知的各种信息进行实时传送 利用计算机技术 及时地对海量的数据进行信息控制 真正达到了人与物的沟通 物与物的沟通 物联网 IOT 的特征 全面感知 可靠传输 智能处理 利用RFID 传感器 二维码等能够随时随地采集物体的动态信息 通过网络将感知的各种信息进行实时传送 利用计算机技术 及时地对海量的数据进行信息控制 真正达到了人与物的沟通 物与物的沟通 物联网 IOT 结构示意图 IOT基本理论模型 近距离通信 因特网 跟踪定位 高速数据网络 智慧星球 感知中国 中国物联网发展 17 感知中国 赢在未来 江苏 上海 北京 广东等28个省将物联网作为重点发展领域 感知中国 赢在未来 抢占信息产业第三次浪潮的制高点 我国各地政府强力 抢滩 物联网 转变经济发展方式 实现经济结构调整的重要手段 无锡 重庆 杭州 广州 深圳 武汉等80 以上大城市将物联网列为主导产业 面临五个主要技术问题 1 技术标准问题世界各国存在不同的标准 中国信息技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组 2009年9月 传感器网络标准工作组正式成立了PG1 国际标准化 PG2 标准体系与系统架构 PG3 通信与信息交互 PG4 协同信息处理 PG5 标识 PG6 安全 PG7 接口 和PG8 电力行业应用调研 等8个专项组 开展具体的国家标准的制定工作 2 安全问题信息采集频繁 其数据安全也必须重点考虑 3 协议问题物联网是互联网的延伸 在物联网核心层面是基于TCP IP 但在接入层面 协议类别五花八门 GPRS CDMA 短信 传感器 有线等多种通道 物联网需要一个统一的协议栈 4 IP地址问题每个物品都需要在物联网中被寻址 就需要一个地址 物联网需要更多的IP地址 IPv4资源即将耗尽 那就需要IPv6来支撑 IPv4向IPv6过渡是一个漫长的过程 因此物联网一旦使用IPv6地址 就必然会存在与IPv4的兼容性问题 5 终端问题 物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能 且不同行业需求千差万别 如何满足终端产品的多样化需求 对运营商来说是一大挑战 物联网技术及其应用 物联网的体系架构 全面感知 可靠传送 智能处理是物联网的三大特征 物联网的体系架构 物联网技术及其应用 EPC物联网 系统结构 物联网概念一经提出 立即受到各国政府 企业和学术界的重视 在需求和研发的相互推动下 迅速热遍全球 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系统 这里着重介绍EPC物联网 EPC系统是一个先进的 综合性的和复杂的系统 它由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 PML 实体标记语言 PhysicalMarkupLanguage EPC物联网 EPC概念 EPC物联网 EPC编码 物联网技术及其应用 物联网核心技术 RFID 物联网核心技术 RFID 技术沿革 物联网核心技术 RFID 系统工作原理 物联网核心技术 RFID RFID主要频段标准及特性 物联网核心技术 RFID RFID应用领域 32 物联网核心技术 RFID 中国RFID发展思路 物联网核心技术 WSN 物联网核心技术 WSN体系结构 WSN体系结构 平面拓扑结构 WSN体系结构 逻辑分层结构 物联网核心技术 WSN体系结构 传感器节点体系结构传感器网络协议栈 物联网核心技术 WSN的特征 物联网核心技术 WSN通信 WSN在无线通信框架中的位置 物联网核心技术 WSN融合 WSN和其它无线通信技术的融合 物联网核心技术 应用前景 物联网核心技术 RFID侧重于识别 能够实现对目标的标识和管理 同时RFID系统具有读写距离有限 抗干扰性差 实现成本较高的不足 WSN侧重于组网 实现数据的传递 具有部署简单 实现成本低廉等优点 但一般WSN并不具有节点标识功能 RFID与WSN的结合存在很大的契机 RFID与WSN可以在两个不同的层面进行融合 物联网架构下RFID与WSN的融合 传感器网络架构下RFID与WSN的融合 物联网架构下RFID与WSN的融合 RFID和WSN融合 物联网核心技术 传感器网络架构下RFID与WSN的融合 智能基站 RFID和WSN融合 物联网核心技术 传感器网络架构下RFID与WSN的融合 智能节点 RFID和WSN融合 物联网核心技术 传感器网络架构下RFID与WSN的融合 智能传感标签 RFID和WSN融合 物联网技术及其应用 物联网应用示意图 46 物联网应用 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 畜牧溯源 47 物联网应用 48 物联网应用 探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想 借助于航天器布撒的传感器节点实现对星球表面大范围 长时期 近距离的监测和探索 是一种经济可行的方案 NASA的JPL实验室研制的SensorWebs就是为将来的火星探测 选定着陆场地等需求进行技术准备的 现在该项目已在佛罗里达宇航中心的环境监测项目中进行测试和完善 空间 海洋探索 美国宇航局的空间探索计划中无线传感器网络的应用模式示意图 49 物联网管理平台 移动POS 金融 供应链 智能运输 工业自动化 智能建筑 消防 公共安全 环境保护 气象 数字化医疗 遥感勘测 军事 农业 林业 水务 电力 煤炭 石化 物流 零售 自动服务 设备 安全 节能 生产 安全 防灾 水电油气 防火 勘察 报警 污染检测 报警 水质 水量 污染 安全 大棚 土壤 灌溉 环境 跟踪 抄表 监控 节能 设备 临床 辅助诊断 病程 险情 油井 运输 管线 联动 消防栓 定位 调