物联网讲座材料

汽车与电子工程学院 陈宗荣 知识要点 一 前言。 二 物联网的概念。 三 物联网会给我们带来什么？ 四 物联网对人才的需求。 五 物联网经济 . 前 言 01 02 2010年的春天，我们对一个叫 “ 物联网 ” 的名词充满期待。但是什么叫物联网呢？它会给我们的生活带来什么改变？却并不是所有的朋友都明白知晓。 物联网 (概念是在 1999年提出的，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。 物联网指的是将各种信息传感设备，如射频识别（ 置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。更简单一点说，物联网就是物物网络，把所有现实中的东西通过传感器编程数据，然后通过收集和控制这些数据来操控现实生活中的各种食物。由检测，传输，数据处理控制来完成一系列的动作。就像人的神经网络接收了外在的感觉然后传输给脑袋来处理一样。 下面我们将利用同学们一个小时左右的时间，从物联网组成的基本概念到最终物联网将会对我们周围的生活、生产乃至经济产生影响几个方面具体讲述。 物 联 网 的 概 念 03 04 物联网（ of 定义是：通过射频识别（ 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连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的概念是在 1999年提出的。物联网就是 “ 物物相连的互联网 ” 。这有两层意思：第一，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；第二，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。 简单的说：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网结合起来，实现智能化识别和管理。 上面说了，物联网是 “ 物物相连的互联网 ” 。这个概念在这里有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别 (置、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。 这里的 “ 物 ” 要满足以下条件才能够被纳入“ 物联网 ” 的范围： 1、要有相应信息的接收器； 2、要有数据传输通路； 3、要有一定的存储功能； 4、要有 5、要有操作系统； 6、要有专门的应用程序； 7、要有数据发送器； 8、遵循物联网的通信协议； 9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。 我们下来将对射频识别（也就是 红外感应器等具体概念给大家做详细的阐述。 什 么 是 5 06 通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。 作快捷方便。 实际 个基本器件的无线系统：询问器应答器。用于控制、检测和跟踪物体。 高频（ 超高频（ 微波（ 相对应的代表性频率分别为：低频135频 高频 860M960波 右图从上至下分别是： 1、 2、 00 3、 红 外 感 应 器 07 08 红外传感器内部发射特殊红外线光波，相当数据流，也就是数字信号转成红外信号 到控制，信号传输的效果）。红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统， 按照功能能够分成五类：（ 1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（ 2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（ 3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（ 4）红外测距和通信系统；（ 5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。 右图从上至下分别是： 、被动式红外感应器； 、自动门感应器； 、红外线人体感应器。 激 光 扫 描 器 09 10 激光扫描器的扫描方式有单线扫描、光栅式扫描和全角度扫描三种方式。 激光手持式扫描器属单线扫描，其景深较大，扫描首读率和精度较高，扫描宽度不受设备开口宽度限制； 卧式激光扫描器为全角扫描器，其操作方便，操作者可双手对物品进行操作，只要条码符号面向扫描器，不管其方向如何，均能实现自动扫描，超级市场大都采用这种设备。 卧式激光扫描器为全角扫描器，其操作方便，操作者当用户触动电源开关或相应的设备使扫描器通电后， 过扩束透镜被扩束，射到可摆动的反射镜表面反射到条码上形成一个激光点。当反射镜摆动时，根据光学反射原理条码上的激光点位置发生变化、反射镜连续摆动，那么会在条码上看到一条红色的激光线，这是视觉暂留现象所致。 右图为激光扫描器图片。 物联网会给我们带来些什么？ 11 12 物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。 国际电信联盟于 2005年的一份报告曾描绘“ 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。亿博物流咨询生动的介绍物联网在物流领域内的应用，例如一家物流公司应用了物联网系统的货车，当装载超重时，汽车会自动告诉你超载了，并且超载多少，但空间还有剩余，告诉你轻重货怎样搭配；当搬运人员卸货时，一只货物包装可能会大叫 “ 你扔疼我了 ” ，或者说 “ 亲爱的，请你不要太野蛮，可以吗？ ” ；当司机在和别人扯闲话，货车会装作老板的声音怒吼 “ 笨蛋，该发车了！ ” 物联网会给我们带来些什么？ 13 14 电话学狗叫恐吓小偷 近日，在国内某次高交会的一展示厅内，工作人员向记者展示了物联网的一个用途 看家。据工作人员介绍 ,物联网通过 感器等，为物体装上了 “ 大脑 ” 和 “ 嘴巴 ” ，又通过无线网络，将它想说的 “ 话 ” 传到另一个物体的 “ 耳朵 ” 里，让这个物体做出相应的反应。 比如防盗系统，就是在门上装了防盗门磁；只要门窗被非正常打开，就能自动感应并将这一异常发送到家庭物联网终端 一台 机立即向预设的主人手机发送报警短信，并会模拟响铃、狗叫来吓跑小偷，还可向小偷发出语音警告： “ 你这是私闯民宅，请马上离开。 ” 通过感应设备，不管是家中有人走动，还是厨房煤气泄漏，物联网都能立即自动报警。各种家用电器也会变得善解人意。下班路上，你只要发一条简单的短信指令，家中的空调就会提前开启，让你进门就能享受凉爽。深夜回家前先发条短信，浴缸里就能自动放好洗澡水。在未来，你甚至只要发条指令给电饭煲，当你踏进家门时，三菜一汤已经做好。 物联网把新一代 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。 毫无疑问，如果 “ 物联网 ” 时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。然而，不谈什么隐私权和辐射问题，单把所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。人们正走向 “ 物联网 ”时代，但这个过程可能需要很长的时间。 物联网会给我们带来些什么？ 15 16 未来智能生活冰箱成营养师 国际电信联盟 2005年发布的一份报告曾描绘 “ 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。 国内某公司推出的一款 “ 物联网 ” 冰箱 ，就 “ 聪明 ” 得让人咋舌。它能将所储存食物的保质期、特征、产地等信息及时反馈给主人，还能让你足不出户就知道超市货架上的商品信息 。它甚至能根据帮主人制定合理的膳食方案，成为主人的健康营养师。 在物联网时代，用户在家中量个血压，就能让名医在网上为您诊病 。水电抄表员可能面临下岗，因为物联网可以自动记录用户的使用数据并传输到计费中心，再自动到用户指定的银行卡中扣款。同样，一辆货车装载超重时，汽车会自动告诉你；并且可以建议你重新搭配轻重货物，实现车厢的合理利用。当搬运人员卸货时，一只货物包装可能会大叫 “ 你扔疼我了 ” 以警示野蛮装卸。当司机在和别人扯闲话，货车会以老板的口吻怒吼 “ 笨蛋，该发车了 ” 。 物联网会给我们带来些什么？ 17 18 使得景区更加互动 假设我们要了解九寨沟景区、黄山景区的具体情况，在当今我们只能通过互联网，仅能通过对该景区的文字介绍及上传的少量照片进行比较少量的了解，那么如果有了物联网之后，从物联网上我们还能看到景区的实际情况，进一步的还可以观测到景区的实时情况，对景区的了解更加深刻，使得景区更加互动。 下页图： 1、九寨沟风景图； 2、黄山风景图。 我国目前的物联网结构 还待完善 19 20 物联网概念 1999年提出之后，我国就已经建立研究项目，例如中科院上海微系统所就是中国最早开展物联网技术的单位之一，但是那时的科研经费往往只有几十万元。 相比中国，美国国防部在 2000年的时候就把传感网定为五大国防建设领域之一，仅在美墨边境 “ 虚拟栅栏 ” (就是防入侵传感网 )就计划投入 470亿美元。 同时物联网的概念涉及产业大而全，而在中国专项研究机构却寥寥无几，长期以来国内在研发能力方面完全不占优势，远远落后于国际先进水平。 业内专家表示： “ 物联网的崛起，很大程度上是来自政策的支持。 ” 从 2009年 8月 7日开始，温总理在对于中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心的视察之后，指示迅速在无锡建立 “ 传感网中心 ” ，或 “ 感知中国 ” 中心。并于年末向科技界发表了题为 让科技引领中国可持续发展 的讲话，强调我国发展新兴战略性产业，具备一定的比较优势和广阔的发展空间，完全可以有所作为。 温家宝总理在政府工作报告中明确提出， “ 今年要大力培育战略性新兴产业。积极推进新能源汽车、 三网 融合取得实质性进展，加快物联网的研发应用。 ” 此次政府工作报告对物联网的重视，将使物联网的研发应用步入快车道。今年年初，国内正式成立了传感（物联）网技术产业联盟。工信部也宣布将牵头成立一个全国推进物联网的部际领导协调小组，以加快物联网产业化进程。 2010年 3月 2日，上海物联网中心正式揭牌。这些都将促进物联网技术的推广和应用。 对于物联网在国内的发展前景，中科院上海微系统与信息技术研究所所长封松林在接受记者采访时指出，物联网将渗透到每个行业和社会生活的各个角落，改变产业格局和经济增长方式，受其影响行业间渗透、融合也将不断出现。 美国研究机构预测，物联网所带来的产业价值要比互联网大 30倍，物联网将会形成下一个万亿元级别的通信业务。工信部副部长奚国华此前也曾公开表示：物联网自身就能够打造一个巨大的产业链。 政府工作报告首次明确提出加快物联网研发应用，以及加大对战略性新兴产业的投入和政策支持，预计将从四方面对物联网产业带来推动作用。一是加快标准制定进度，二是国家级的研发中心和平台的技术研发投入也会加强，三是相关企业、产业园区可能获得优惠政策，四是下游应用也可能得到扶持。 21 22 业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。 中国移动总裁王建宙反复提及，物联网将会成为中国移动未来的发展重点。他表示将会邀请台湾生产 感器和条形码的厂商和中国移动合作。据他介绍，运用物联网技术，上海移动已为多个行业客户度身打造了集数据采集、传输、处理和业务管理于一体的整套无线综合应用解决方案。最新数据显示，上海移动目前已将超过万个芯片装载在出租车、公交车上，形式多样的物联网应用在各行各业大显神通，确保城市的有序运作。在上海世博会期间， “ 车务通 ” 将全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅；面向物流企业运输管理的 “ 物流 ” ，将为用户提供实时准确的货况信息、车辆跟踪定位、运输路径选择、物流网络设计与优化等服务，大大提升物流企业综合竞争能力。 物联网经济 此外，在 “ 物联网 ” 普及以后，用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器，为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。按照目前对物联网的需求，在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签，这将大大推进信息技术元件的生产，同时增加大量的就业机会。 据介绍，要真正建立一个有效的物联网，有两个重要因素。一是规模性，只有具备了规模，才能使物品的智能发挥作用。例如，一个城市有万辆汽车，如果我们只在万辆汽车上装上智能系统，就不可能形成一个智能交通系统；二是流动性，物品通常都不是静止的，而是处于运动的状态，必须保持物品在运动状态，甚至高速运动状态下都能随时实现对话。 美国权威咨询机构 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。 物联网热浪为什么在中国会迅速壮大呢？ 物联网在中国迅速崛起得益于我国在物联网方面的几大优势。 第一，我国早在 1999年就启动了物联网核心传感网技术研究，研发水平处于世界前列； 第二，在世界传感网领域，我国是标准主导国之一，专利拥有量高； 第三，我国是目前能够实现物联网完整产业链的国家之一； 第四，我国无线通信网络和宽带覆盖率高，为物联网的发展提供了坚实的基础设施支持； 第五，我国已经成为世界第三大经济体，有较为雄厚的经济实力支持物联网发展。 物联网打响人才争夺战 三类人才最抢手 23 24 眼下，物联网迅速走热，江苏、浙江、上海等多个省市纷纷出台物联网项目规划，试图争夺制高点，竞握主动权。有专家表示，物联网能从基础层面提高经济效益，已经被视为全球经济复苏的技术动力，但物联网的竞争归根到底是技术和人才的竞争。笔者获悉，从运营商中国移动、中国电信、中国联通到设备制造商中兴、华为、远拓等多家企业都在丌惜血本争抢物联网技术人才，以期在竞争中拔得头筹。 物联网人才奇缺 笔者了解到，工信部已将物联网纳入十二五规划中，“十二五”期间中国物联网应“初步形成产业体系完整、创新能力增强、应用水平提升、网络信息安全的良性发展格局”。 其中江苏力拟在 2010年全省物联网产业销售收入超 1， 500亿元， 2015年超 4， 000亿元，其中无锡要达 1000亿元。浙江要在 2015年物联网产值达到1000亿元。广东提出 2年内物联网设备制造业产值超 1000亿元；物联网信息服务业产值超 1000亿元；规模以上企业超过 1000家。 工信部有关人士表示，各地政府纷纷上马物联网项目，急需大量的物联网人才，而且非常奇缺。比如，无锡到 2015年总投资 40亿元，建成引领中国传感网技术发展和标准制订的中国物联网产业研究院，集聚各类传感网企业 500家，实现产值 500亿，需要引进和培养高级物联网人才 5000名，集聚从业人员 5万人。仁仁无锡就需要 5000名高级物联网人才，全国需要的物联网人才数量可想而知。 三大类技术人才最抢手 国内最早从事物联网研发的企业之一的远拓市场部负责人表示，目前计算机、通信类、应用物理类等三个学科人才，是物联网企业迫切需要的，而且是 “ 有多少要多少 ” 。 计算机和通信类学科是物联网领域中的关键学科，也是发展最为迅速、技术含量最高和社会最热门的专业之一。技术应用涉及物联网的各个领域，主要从事物联网通信系统与网络的理论、技术及应用的研究。其中，网络类职位的网页设计师、 议研发工程师也是招聘的热点，其主要职责为大型网络应用程序开发，交换机、防火墙的网络设备的设置与管理；计算机网络协议的研发等；通信类职位包括通信工程师、传感器系统工程师鞥，职位要求为有 应用物理的测控技术、光学精密测量、遥感遥测、纳米技术及光学工程，应用数学的计算数学、组合数学等专业，在物联网中的计算机科学、图像处理、图像与模式识别、可视化、系统优化与布局优化、模糊优化等领域中都有着重要的应用，也是供不应求。 有需求就有供应。值得一提的是，全国首家物联网工程学院 6月中旬在江南大学挂牌成立。这是国内第一家覆盖 “ 传 ” 、 “ 感 ” 、 “ 网 ” 三方面专业学院，拥有从本科到博士多层次培养体系。力争用 3到 5年时间，建设一所 “ 国内一流、特色鲜明 ” 的物联网工程学院，为物联网产业输送人才。 对物联网的误区 25 26 误区之一 把传感网或 实上传感技术也好、 仅仅是信息采集技术之一。除传感技术和 频识别、红外、激光、扫描等所有能够实现自动识别与物物通信的技术都可以成为物联网的信息采集技术。传感网或者 绝不是物联网的全部。 误区之二 把物联网当成互联网的无边无际的无限延伸，把物联网当成所有物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台。实际上物联网绝不是简单的全球共享互联网的无限延伸。即使互联网也不仅仅指我们通常认为的国际共享的计算机网络，互联网也有广域