物联网技术及.ppt

01.05.2020,1,物联网技术与应用,2014.04.26,南昌大学信息工程学院,TheInternetofthings,01.05.2020,2,物联网技术与应用,01.05.2020,3,物联网概述,从有语言开始，人类一直没有停止对自由交流的追求。从书信到电话，再到互联网。现如今，人们又把目光投向身边的各种物体，开始设想如何与它们交流，这就是广受关注的物联网。,01.05.2020,4,继计算机、互联网和移动通信之后，目前普遍认为物联网引领信息产业革命的又一次新的浪潮，成为未来社会经济发展和进步、科技创新的新动力，也关系到未来国家基础设施的安全利用。它融合了半导体、传感器、计算机和通信网络等多种技术，成为电子信息产业发展的新的制高点。,01.05.2020,5,物联网（IOT）的起源,电子交易：电子商务电视传媒：VOD、Tivo（数字录像）电子钱包：手机支付、不停车收费物品定位：自动查找遗失物品智能建筑：钢筋混凝土+硅片+软件三维地图：他认为互联网只是实现了计算机的联网，未实现与万事万物的联网。限于当时条件的限制，当时无法真正实现。,未来之路1995,01.05.2020,6,物联网概念提出：将所有物品通过RFID、传感器、智能嵌入技术等与互联网连接，实现物理世界与信息世界的整合；通过功能强大的计算机集群，对人、机、物实时动态管理；,国际电信联盟突尼斯峰会发布报告，描绘了物联网时代的远景：正式提出了物联网，世界上的物体，能通过互联网主动进行数据交换。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物品；衣服会告诉洗衣机对颜色和水温的要求等。,物品联网,ITU互联网报告2005：物联网,KevinAshton1998,01.05.2020,7,物联网（IOT）的起源,产品电子代码（EPC编码）是国际条码组织推出的新一代产品编码体系，原来的产品条码仅是对产品分类的编码，EPC码是对每个单品都赋予一个全球唯一编码，EPC编码96位（二进制）方式的编码体系。,数据平滑，数据校验以及数据暂存,然后传输给互联网,01.05.2020,8,物联网（IOT）的定义,01.05.2020,9,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。,ubiquitous,01.05.2020,10,物联网（IOT）提出的背景,01.05.2020,11,十五年周期定律,IBM前CEO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。,01.05.2020,12,欧盟网络企业和RFID司物联网总监Peter.Friess预测：2015年到2020年间显现对经济发展刺激作用；,美国权威咨询机构forrester预测到2020年：(物物互联业务：人与人通信业务)比将达到30:1；物联网将拥有30万亿元通信大市场；,物联网前景预测,IBM前CEO郭士纳预测：计算模式每隔15年发生一次变革；2010年以物联网为标志；,易观国际分析：物联网最主要的推动力只有两个：政府与电信运营商；未来物联网产业的最关键环节是应用层面的行业用户；,01.05.2020,13,各国政府行动战略,未来信息产业发展：信息网络-全面感知和智能应用,01.05.2020,14,美国：智慧的地球,通过超级计算机、云计算整合物联网与互联网构建智慧的地球,2008,IBM:建议新政府投资新一代的智慧型基础设施,01.05.2020,15,日本：“U-Japan”战略,u-Japan由日本信息通信产业的主管机关总务省提出，即物联网（泛在网）战略。目标是把日本建成一个充满朝气的国家，使所有的日本人，包括儿童和残疾人，都能积极地参与日本社会的活动。通过无所不在的物联网，创建一个新的信息社会。物联网在日本已渗透到人们衣食住中：松下公司推出的家电网络系统可供主人通过手机下载菜谱，通过冰箱的内设镜头查看存储的食品，以确定需要买什么菜，甚至可以通过网络让电饭煲自动下米做饭；日本还提倡数字化住宅，通过有线通信网、卫星电视台的数字电视网和移动通信网，人们不管在屋里、屋外或是在车里，都可以自由自在地接受信息服务。u-Japan战略的理念是以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接。为了实现u-Japan战略，日本进一步加强官、产、学、研的有机联合，在具体政策实施上，将以民、产、学为主，政府的主要职责就是统筹和整合。通过实施u-Japan战略，日本希望开创前所未有的网络社会，并成为未来全世界信息社会发展的楷模和标准，确保在国际竞争中的领先地位。,01.05.2020,16,韩国：“U-Korea”计划,01.05.2020,17,欧盟：物联网行动计划,通过构建新型物联网管理框架来引领世界物联网发展；提出物联网的三方面特征：作为新的独立系统，建立在特有基础设施上；物联网将伴随新的业务共同发展；物联网包括多种通信形式；,01.05.2020,18,都是交互信息网,01.05.2020,19,物联网技术发展路线,发展趋势：智能化、协同化、泛在化、服务个性化,01.05.2020,20,计算与处理、关键技术分布图,MillionInstructionsexecutedPerSecond,CPU性能指标,01.05.2020,21,标示和地址等基础资源管理与服务平台物理实体的实时定位跟踪服务平台基于物理位置的服务发现和推介平台可运营可管理的物联网云计算服务平台,服务平台,超级计算物理平台海量感知数据存储物理平台超大规模网络分布式管理平台,基于形式化语义的信息分类、关联与识别共性平台后台海量数据并行计算与并行挖掘技术基于Web的海量数据的检索和知识挖掘共性平台上下文感知的普适环境,具有传感信息实时交互能力的分布式数据仓库并行化处理的操作系统平台面向物联网的共性服务中间件平台面向物联网的一体化开发平台,处理平台,硬件平台,软件平台,计算与处理、关键技术分布图,01.05.2020,22,WiFi/WiMAX,NGN/IPv6,LAN/TSPN/CABLE,物理环境感知,实体标示,物理环境控制,物流仓储,交通运输,智能家居,安全监控,军事国防,智能农业,防灾减灾,医疗健康,协作感知,接入传输,计算处理,综合决策,智能控制,01.05.2020,23,从Internet到IOT,01.05.2020,24,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。,01.05.2020,25,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。,01.05.2020,26,物联网（IOT）结构示意图,01.05.2020,27,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,01.05.2020,28,智慧星球,01.05.2020,29,感知中国,01.05.2020,30,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。,01.05.2020,31,物联网技术及其应用,01.05.2020,32,物联网的体系架构,01.05.2020,33,物联网的体系架构,01.05.2020,34,物联网技术及其应用,01.05.2020,35,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。电子产品码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）,01.05.2020,36,EPC物联网：编码,国际上目前还没有统一的RFID编码规则。目前，日本支持的UID（UniversalIdentification，泛在识别）标准和欧美支持的EPC（ElectronicProductCode，电子产品码）标准是当今影响力最大的两大标准，我国的RFID标准还未形成。EPC编码有通用标识（GID），也有基于现有全球唯一的编码体系EAN/UCC的标识（SGTIN、SSCC、SGLN、GRAI、GIAI）。这类标识又分为96位和64位两种。,01.05.2020,37,EPC物联网：ONS,ONS工作过程：ONS查询过程,01.05.2020,38,EPC物联网：EPCIS,EPCIS以PML为系统的描述语言，主要包括客户端模块、数据存储模块和数据查询模块三个部分（在EPC1.0中称为PML服务器；在EPC2.0中，完善了功能并称为EPCIS服务器）。客户端模块主要实现物联网EPC标签信息向指定EPCIS服务器传输；数据存储模块将通用数据存储于数据库中，在产品信息初始化的过程中调用通用数据生成针对每一个产品的属性信息，并将其存储于PML文档中；数据查询模块根据客户端的查询要求和权限，访问相应的PML文档，生成HTML文档，返回给客户端。,SOAP是基于XML的简易协议，可使应用程序在HTTP之上进行信息交换,01.05.2020,39,物联网技术及其应用,01.05.2020,40,物联网核心技术：RFID,01.05.2020,41,物联网核心技术：RFID,技术沿革,01.05.2020,42,物联网核心技术：RFID,系统工作原理,01.05.2020,43,物联网核心技术：RFID,RFID主要频段标准及特性,01.05.2020,44,物联网核心技术：RFID,01.05.2020,45,45,物联网核心技术：RFID,中国RFID发展思路,01.05.2020,46,物联网核心技术：WSN,01.05.2020,47,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,01.05.2020,48,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,01.05.2020,49,物联网核心技术：WSN的特征,01.05.2020,50,物联网核心技术：WSN通信,WSN在无线通信框架中的位置,01.05.2020,51,物联网核心技术：WSN融合,WSN和其它无线通信技术的融合,多点对多点,01.05.2020,52,物联网核心技术：应用前景,01.05.2020,53,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,01.05.2020,54,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,01.05.2020,55,物联网技术及其应用,01.05.2020,56,01.05.2020,57,物联网应用示意图,01.05.2020,58,物联网应用示意图,01.05.2020,59,59,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。,01.05.2020,60,60,物联网应用,无线葡萄园,2002年，英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园。传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔一分钟检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确保葡萄可以健康生长。研究人员发现，葡萄园气候的细微变化可极大地影响葡萄酒的质量。通过长年的数据记录以及相关分析，便能精确的掌握葡萄酒的质地与葡萄生长过程中的日照、温度、湿度的确切关系。这是一个典型的精准农业、智能耕种的实例。,葡萄园环境监测系统示意图,01.05.2020,61,61,物联网应用,01.05.2020,62,62,物联网应用,2002年，由英特尔的研究小组和加州大学伯克利分校以及巴港大西洋大学的科学家把无线传感器网络技术应用于监视大鸭岛海鸟的栖息情况。位于缅因州海岸大鸭岛上的海燕由于环境恶劣，海燕又十分机警，研究人员无法采用通常方法进行跟踪观察。为此他们使用了包括光、湿度、气压计、红外传感器、摄像头在内的近10种传感器类型数百个节点，系统通过自组织无线网络，将数据传输到300英尺外的基站计算机内，再由此经卫星传输至加州的服务器。在那之后，全球的研究人员都可以通过互联网察看该地区各个节点的数据，掌握第一手的环境资料，为生态环境研究者提供了一个极为有效便利的平台。,大鸭岛生态环境监测系统,01.05.2020,63,63,物联网应用,人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。,01.05.2020,64,64,物联网应用,利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实现图像敏感性智能分析并与110、119、112等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境。,平安城市建设,01.05.2020,65,65,数字家庭是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的互连方式进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”的一种服务。数字家庭的四大功能：信息、通信、娱乐和生活。,信息,通信,物联网应用,未来数字家庭,01.05.2020,66,66,物联网应用,对珍贵的古老建筑进行保护，是文物保护单位长期以来的一个工作重点。将具有温度、湿度、压力、加速度、光照等传感器的节点布放在重点保护对象当中，无需拉线钻孔，便可有效地对建筑物进行长期的监测。此外，对于珍贵文物而言，在保存地点的墙角