第一章物联网概述

第一章 授课教师 季顺宁 物联网概述 1物联网概述 1 1物联网相关的概念1 2物联网的发展与特点1 3物联网体系架构1 4物联网的技术体系框架1 5物联网标准化 1 1物联网相关的概念 1 1 1物联网1 1 2无线传感器网络1 1 3泛在网络1 1 4物联网 传感网与泛在网之间的关系 1 1 1物联网 不同研究机构对于物联网的起点和侧重点不同 目前还没有一个权威的物联网定义 只存在几个具有代表性的被普遍认可的定义 定义1 把所有物品通过射频识别 RFID 和条码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 美国 定义2 任何时刻 任何地点 任意物体之间的互联 无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景 除RFID技术外 传感器技术 纳米技术 智能终端等技术将得到更加广泛的应用 ITU 定义3 由具有标识 虚拟个性的物体 对象所组成的网络 这些标识和个性运行在智能空间 使用智慧的接口与用户 社会的和环境的上下文进行连接和通信 EPoSS 定义4 物联网是未来Internet的一个组成部分 可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构 物联网中的 物 都具有标识 物理属性和实质上的个性 使用智能接口 实现与信息网络的无缝整合 欧洲 1 1 2无线传感器网络 定义5 无线传感器网络 WirelessSensorNetwork WSN 由若干具有无线通信能力的传感器节点自组织构成的网络 美军 定义6 泛在传感器网络 UbiquitousSensorNetwork USN 由智能传感器节点组成的网络 可以以 任何地点 任何时间 任何人 任何物 的形式被部署 该技术具有巨大的潜力 因为它可以在广泛的领域中推动新的应用和服务 从安全保卫和环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力 ITU T 定义7 传感器网络 SensorNetwork 以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务 以网络为信息传递载体 实现物与物 物与人 人与物之间信息交互 提供信息服务的智能网络信息系统 定义8 传感网 SensingNetwork 是以感知为目的 实现人与人 人与物 物与物全面互联的网络 其突出特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息 结合互联网 移动通信网等网络进行信息的传送与交互 采用智能计算技术对信息进行分析处理 从而提升对物质世界的感知能力 实现智能化的决策和控制 1 1 3泛在网络 定义9 指无所不在的网络 又称泛在网络 最早提出U战略的日韩给出的定义是 无所不在的网络社会将是由智能网络 最先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态 根据这样的构想 U网络将以 无所不在 无所不包 无所不能 为基本特征 帮助人类实现 4A 化通信 即在任何时间 anytime 任何地点 any where 任何人 anyone 任何物 anything 都能顺畅地通信 1 1 4物联网 传感网与泛在网之间的关系 传感网是物联网的组成部分 物联网是互联网的延伸 泛在网是物联网发展的愿景 传感器网络 物联网和泛在网之间的关系如图所示 1 2物联网的发展与特点 1 2 1物联网的特点1 2 2物联网的发展 1 2 1物联网的特点 1 各种感知技术的广泛应用 物联网上部署了海量的多种类型传感器 每个传感器都是一个信息源 不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同 传感器获得的数据具有实时性 按一定的频率周期性的采集环境信息 不断更新数据 2 建立在互联网上的泛在网络 通过各种有线和无线网络与互联网融合 将物体的信息实时准确地传递出去 在传输过程中 为了保障数据的正确性和及时性 必须适应各种异构网络和协议 3 不仅提供了传感器的连接 其本身也具有智能处理的能力 能够对物体实施智能控制 1 2 2物联网的发展 物联网的发展主要经历三个阶段 初级阶段 已存在的一些各行业基于各种行业数据交换和传输标准的连网监测监控 两化融合引等MAI应用系统 中级阶段 在物联网理念推动下 基于局部统一的数据交换标准实现的跨行业 跨业务综合管理大集成系统 包括一些基于SaaS模式和 私有云 的M2M营运系统 高级阶段 基于物联网统一数据标准 SOA WebService 云计算虚拟服务的onDemand系统 最终实现基于 公有云 TaaS ThingasaService 1 3物联网体系架构 1 3 1感知层1 3 2网络层1 3 3应用层 1 3物联网体系架构 物联网通常被公认为有3个层次 从下到上依次是感知层 网络层和应用层 如图所示 1 3 1感知层 功能 物联网的感知层主要完成信息的采集 转换和收集 组成 传感器 或控制器 短距离传输网络 传感器 或控制器 用来进行数据采集及实现控制 短距离传输网络将传感器收集的数据发送到网关或将应用平台控制指令发送到控制器 关键技术 主要为传感器技术和短距离传输网络技术 1 3 2网络层 功能 主要完成信息传递和处理 组成 两个部分 接入单元 接入网络 接入单元是连接感知层的网桥 它汇聚从感知层获得的数据 并将数据发送到接入网络 接入网络即现有的通信网络 包括移动通信网 有线电话网 有线宽带网等 通过接入网络 人们将数据最终传入互联网 关键技术 包含了现有的通信技术 如移动通信技术 有线宽带技术 公共交换电话网 PSTN 技术 Wi Fi通信技术等 也包含了终端技术 如实现传感网与通信网结合的网桥设备 为各种行业终端提供通信能力的通信模块等 1 3 3应用层 功能 主要完成数据的管理和数据的处理 并将这些数据与各行业应用的结合 组成 包括两部分 物联网中间件 物联网应用 物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序 中间件将许多可以公用的能力进行统一封装 提供给丰富多样的物联网应用 应用 物联网应用是用户直接使用的各种应用 主要包括家庭物联网应用 如家电智能控制 家庭安防等 企业和行业应用 如石油监控应用 电力抄表 车载应用 远程医疗等 关键技术 主要是基于软件的各种数据处理技术 此外云计算技术作为海量数据的存储 分析平台 也将是物联网应用层的重要组成部分 1 4物联网的技术体系框架 1 4 1感知层的技术1 4 2网络层的技术 1 4 3应用层的技术 1 4物联网的技术体系框架 物联网技术体系框架包括感知层技术 网络层技术 应用层技术和公共技术 如图所示 1 4 1感知层的技术 1 传感器技术2 射频识别 RFID 技术3 微机电系统 MEMS 4 GPS技术5 二维码技术6 无线传感器网络 WSN 技术7 蓝牙技术 Bluetooth 8 ZigBee无线接入技术 1 4 2网络层的技术 1 Internet 因特网 又叫做国际互联网 2 通信网 移动电话网络 GPRS CDMA GSM 3G网络 广电网络 NGB广域网络 1 4 3应用层的技术 1 M2M2 云计算3 人工智能4 数据挖掘5 物联网中间件 1 5物联网标准化 1 5 1国际物联网标准制定现状1 5 2中国物联网标准制定现状 1 5 1国际物联网标准制定现状 1 ITU T物联网标准进展2 ETSI物联网标准进展3 3GPP 3GPP2物联网标准进展4 IEEE物联网标准进展 1 5 2中国物联网标准制定现状 中国物联网标准的制订工作还处于起步阶段 但发展迅速 目前中国已有涉及物联网总体架构 无线传感网 物联网应用层面的众多标准正在制订中 并且有相当一部分的标准项目已在相关国际标准组织立项 中国研