物联网简介-学习笔记-新手入门概念说明

宋勇,物联网及其相关技术简介,内容安排,1.物联网的基本概念,4.物联网中关键问题与典型案例,2.物联网发展概况,3.物联网相关技术,基本概念物联网,物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，把任何物品与互联网连接起来，赋予其智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种智慧网络，被视为继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展。目前，物联网已被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。,基本概念IPv6,IPv6是InternetProtocolVersion6的缩写，其中InternetProtocol译为“互联网协议”。IPv6是IETF（互联网工程任务组，InternetEngineeringTaskForce）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），它的下一个版本就是IPv6。,基本概念射频识别（RFID）,射频识别，英文简称RFID，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它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。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。,基本概念红外感应器,红外感应器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。红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）。,基本概念-全球定位系统,全球定位系统是一种结合卫星及通讯发展的技术,利用导航卫星进行测时和测距。具有海陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统，经过近十年我国测绘等部门的使用表明,全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点,成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科,取得了好的经济效益和社会效益。,基本概念-激光扫描器,激光扫描器激光扫描器是一种光学距离传感器，用于危险区域的灵活防护，通过出入控制，实现访问保护等。它扫描方式有单线扫描、光栅式扫描和全角度扫描三种方式。,基本概念-三网融合,三网融合指电信网、广播电视网和计算机通信网的相互渗透、互相兼容、并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络。“三网融合”是为了实现网络资源的共享，避免低水平的重复建设，形成适应性广、容易维护、费用低的高速宽带的多媒体基础平台。,基本概念-M2M技术,M2M技术是将数据从一台终端传送到另一台终端，也就是就是机器与机器（MachinetoMachine）的对话。但从广义上M2M可代表机器对机器（MachinetoMachine）、人对机器（MantoMachine）、机器对人（MachinetoMan）、移动网络对机器(MobiletoMachine)之间的连接与通信，它涵盖了所有实现在人、机器、系统之间建立通信连接的技术和手段。,基本概念-无锡传感网,无锡传感网无锡作为“感知中国”中心、传感网创新示范区,积极响应政府号召，率先将传感网技术从实验室引入到更广阔的应用天地，在机杨安保、平安家居、生态农业、现代物流、污染防控等领域大显身手。据统计，目前无锡75个应用示范项目已陆续启动，这标志着无锡正争分夺秒地将传感网从战略高度推向产业化应用,全力打造“智慧之都”。,基本概念-WSN技术,WSN技术WSN是wirelesssensornetwork的简称，即无线传感器网络。是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。,基本概念-智慧地球,智慧地球智慧地球也称为智能地球，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，并且被普遍连接，形成所谓“物联网”，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。这一概念由IBM首席执行官彭明盛首次提出。,基本概念-感知中国,感知中国“至少三件事情可以尽快去做：一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。”,基本概念-泛在网,泛在网泛在网（UbiquitousNetwork）是指基于个人和社会的需求，实现人与人、人与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务，网络具有超强的环境感知、内容感知及其智能性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。,内容安排,1.物联网的基本概念,4.物联网中关键问题与典型案例,2.物联网发展概况,3.物联网相关技术,物联网的发展历程概述,1999年由美国麻省理工学院的Auto-ID实验室提出，是指把所有物体通过射频识别（RFID）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的网络。,物联网概念的提出,国际电信联盟（ITU）在2005年的年度报告中指出，信息与通信技术的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物体的阶段，而万物的连接就形成了物联网。在这份报告所提到的物联网，除RFID技术外，更多新技术，如传感器网络、纳米技术、智能芯片等技术将被广泛应用。,物联网概念的确定,2008年，IBM提出“智慧的地球：“SmartPlanet”的概念。,物联网概念的发展,物理网的发展历程-美国概况（一）,政府积极推动以RFID为主的相关应用美国国防部的合同规定2005年1月以后，所有军需物资都要使用RFID标签。美国食品及药物管理局建议从2006年起利用RFID跟踪最常造假的药品。美国社会福利局于2005年年初正式使用RFID技术追踪各种表格和手册。2008年，IBM提出“智慧的地球”得到了美国政府的首肯，被奥巴马总统列为振兴经济、确立优势的关键战略。同挪威最大食品供应商Nortura附属的IT公司Matiq达成了协议，使用IBMWebSphereRFIDInformationCenter、IBM传感器和执行方案，实现从“农场到超市货架”的家禽和肉类产品跟踪系统。和丹麦运输公司ContainerCentralen合作，使用IBM传感器技术跟踪对外界环境敏感的花卉和盆栽植物等的运输全过程。,政府积极推动应用,物理网的发展历程-美国概况（二）,物联网产业链TI、Intel等集成电路厂商投入巨资进行RFID的芯片研发。Symbol研发出同时可以阅读条形码和RFID的扫描仪。IBM、微软和HP等积极开发相应的软件和系统。以RFID标签专利为例，美国专利申请总量高达世界知识产权的53%。应用交通、车辆管理、身份识别、生产自动化控制等领域早已开始应用RFID技术。零售商沃尔玛推动了FRID技术在零售、仓储管理及物流跟踪等领域的应用。,产业链全面发展,物理网的发展历程-欧盟,BRIDGE：欧盟出资的三年期研究计划。基于GS1EPCglobal标准促进RFID在欧洲的应用。包括基础性研究、技术研发、示范应用和培训。产业链上游：开发了与传感器集成的RFID标签、微型标签、金属和绝缘标签、地功耗读写器、告诉读写器天线。智能物体系统（Smartobjectsystem）软件层：供应链管理和安全软件包应用：欧洲医药界药品防伪和追踪、纺织业供应链管理、制造过程管理、资产管理等方面取得了成功应用，并获得了广泛的认可,覆盖产业链上下游,物理网的发展历程-日本,e-Japan：2000年启动，促进信息化基础建设。u-Japan：2004年启动，着力发展泛在网络（UbiquitousNetworking)相关产业，希望于2010年时将日本建设成为一个“随时、随地、任何人、任何物品”都可以上网的无所不在的网络社会。实物间网络的基础建设：RFID、传感器网络、泛在终端。iJapan20152009年推出的中长期信息技术发展战略，在u-Japan基础之上利用信息技术使全民生活变得更加便利。电子政府和电子地方自治体：一站式行政服务。医疗健康：远程医疗、电子病历、处方配药信息电子化及追踪和反馈。教育电子化：推广数字化技术和信息化教育的应用。,从基础建设到应用,物理网的发展历程-中国台湾（一）,2006年台湾政府推动的3年起计划。通过高速网络、智慧的感知环境、操作简单好用的人际界面、符合民众需求的创新服务，以安全信赖的社会环境，让所有的民众可以随时随地运用创新设备，享受服务。,物联网概念的提出,u-Taiwan：优质网络社会,物理网的发展历程-中国台湾（二）,物联网概念的提出,2008年12月行政院经建会提出的3年计划通过高速网络，提供民众需求的主动贴心服务、打造绿色节能减碳的生活环境、落实终身学习的社会风气，使所有的民众都可以随时随地运用创新的设备、享受高品质的生活，提升民众生活内涵与素养。,i-Taiwan：智慧台湾,名词解释-感知中国,内容安排,1.物联网的基本概念,4.物联网中关键问题与典型案例,2.物联网发展概况,3.物联网相关技术,简介,物联网的架构概述,物联网的架构-基础层,RFID标签与读写器RFID表亲芯片技术、天线设计技术、封装技术。超高频RFID读写器技术、多标签防冲突和多读写器防冲撞技术、支持多现场总线的工业级读写器技术。传感器与传感网络新型传感器：纳米传感器、光线传感器以及3D视觉传感器等。MAC协议：决定无线通信的使用方式，在节点之间分配无限通信资源。路由协议：实现sink和传感器节点之间的数据传输。感知技术是其核心。,基础层技术,物联网的架构-传输层,传输层通过3G通信网络、卫星、工业以太网、总线等实现数据的传输和计算3G通信网络TD终端OMS（OpenMobileSystem）系统工业以太网基于IEEE802.3（Ethernet）的局域网。面向生产过程，强调实时性、可靠性、安全性和数据完整性。总线它广泛用于离散控制领域。主要被设计作为汽车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置传感器之间交换信息。通讯技术是其核心,传输层技术,物联网的架构-中间件层,数据采集大部分应用中都包含了冗余信息，为缩小通信开销和能量消耗，需要研究高效、简洁的数据聚合/融合方法。设备管理由于物联网节点数目庞大，加上所处环境的限制，人工部署、维护也相对困难，所以应该提供透明、容错、自适应和自维护机制。能量管理由于传感器的能量主要消耗在通信上，因而在数据采集阶段需要高效的传感器工作轮换调度机制，在传感器间通信阶段需要研究高效冗余的路由。QoS支持由于物联网独特特点（数量巨大、拓扑高动态变化），所以要提供合适的QoS机制，在性能、延时和能量使用之间达到一个平衡。,中间件层技术,物理网的架构-中间件层实时数据库处理,实时数据库系统是开发实时控制系统、数据采集系统、CIMS系统等的支撑软件。在流程行业中，大量使用实时数据库系统进行控制系统监控，系统先进控制和优化控制，并为企业的生产管理和调度、数据分析、决策支持及远程在线浏览提供实时数据服务和多种数据管理功能。,实时数据库处理,物理网的架构-公共服务层,节点定位确定传感器节点在物联网络中的位置。名称解析将物品、传感器的标识解析为提供相关信息的信息服务地址。移动目标跟踪追溯实时监测目标的移动轨迹，并追溯物品的生命周期信息。信息服务捕获采集的各种信息，并提供对这些信息的查询服务。搜索通过关键词搜索与之相关的传感器、物品信息。,公共服务层技术,内容安排,1.物联网的基本概念,4.物联网中关键问题与典型案例,2.物联网发展概况,3.物联网相关技术,物理网典型案例-基于RFID的案例（一）,高速公路ETC系统,车辆挡风玻璃上安装车载通行支付RFID电子标签电子标签与收费站ETC车道上的微波天线之间通过微薄短程通信。利用计算机联网与银行系统进行后台结算处理。利用车辆安装的RFID电子标签、路边安装的感应器，还可得到车辆行驶的路径及车的流量信息。,美国、欧洲、日本较早就开始对ETC系统技术、工程实施和标准规范进行了研究。,物理网典型案例-基于RFID的案例（二）,新加坡国家图书馆（图书资产）管理,使用RFID标识每一本图书。利用RFID对每本图书的“唯一”标识，国家图书馆与社区图书馆联网，读者可以在任一分馆还书。读者只需将书放入还书亭，RFID读写器就能立刻确认还书信息。图书分拣由计算机自动完成。,“RFID对新加坡信息通信产业的成长是重要的动力。iDA一直在与各个产业部门合作，努力促使RFID在新加坡得到开发和应用。”,物理网典型案例-基于RFID的案例（三）,识别和追踪各种产品和设备,医疗器械管理和追踪。美国密西根大学医疗系统（UMHS），利用RFID实现医院追踪外科手术中医疗组织物品去向。记录物品用于哪位病人、或者取走物品的医务人员、冷藏的物品、冷擦外的时间等等。降低人为出错概率。,透过运用RFID在医疗技术、服务模式及管理制度的改善强化，以期全面提升医疗服务之品质与病人安全之维护。相信RFID的技术能够快速的于医疗领域之中，发挥其极佳的价值造福社会。,物理网典型案例-其它基于RFID的典型应用,基于RFID的典型应用,台湾长庚纪念医院基于RFID的智能腕带：读取病人腕带上的信息，与信息系统、医疗设备进行信息交互。,智能物件（smart-object）NabaztagViolet公司Mirror（魔镜）智能洗衣机、智能冰箱,物理网典型案例-基于传感网的案例（一）,物理网典型案例-基于传感网的案例（二）,医疗卫生应用：人体健康监测平台CustMed,加州大学洛杉矶分校提出的基于无线传感器网络的人体健康监测平台采用可佩带的传感器节点，传感器类型包括：压力、皮肤反应、伸缩、压电薄膜传感器、温度传感器等。通过放在口袋里的PC机可以方便直观地查看人体当前的情况。可用于远程医疗诊断,物理网典型案例-基于传感网的案例（二）,医疗卫生应用：人体健康监测平台CustMed,加