物联网关键技术及应用.ppt

2020/5/28、keytechnoticallogiesandapplicationsofinternetofthings、物联网关键技术和应用、2020/5/28、内容目录、2020/5/28、物联网概念、1、1 但是，“物联网”概念的真正提案在1999年由EPC全球自动识别中心提出，所有的东西都定义为通过射频识别等信息传感器设备连接互联网，实现智能识别和管理。 2005年，国际电信联盟(ITU )正式将“物联网”称为“TheInternetofthings(IOT )”，发布了年终报告书未来之路。 据报道，随着无处不在的“物联网”通信时代的临近，世界上所有的物体都描绘了从轮胎到牙刷、从家到纸巾都可以通过网络主动交换的“物联网”时代的形象。 司机操作失误时汽车会自动报警，2020/5/28、物联网(IOT )的概念、公文包提醒主人遗忘物品的衣服会“告诉”洗衣机的颜色和水温要求等。 目前，广泛领会，所述网络是通过各种信息感测设备，例如射频标识(RFID )装置、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪等各种装置与因特网耦合而形成的巨大网络。 装置通过接口将各种物体与电子标签(RFID )、传感器、二维码等连接到无线网络，从而能够对物体赋予智能，实现人与物体的交流和对话，还能够实现物体与物体的交流和对话。 2 .广义单网络是指利用诸如条形码、射频识别(RFID )、传感器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传感器设备基于协商一致的协议(2020/5/28 )、单网络(IOT )概念来判断人、人、人、物、物和物的任何时间它是一种实现各地连接(anytime、anywhere )、交换信息和通信、实现智能识别、定位、跟踪、监视和管理的巨大网络系统。 如果因特网实现了人与人的交流，物联网就可以实现人与物的交流和对话，实现物与物的联系和交互。 图1-1物联网概念模型，2020/5/28，3，3，物联网(IOT )特性，可靠传输，实时传输通过网络感知到的各种信息。 利用智能处理、计算机技术，及时控制大量数据，真正实现了人与物的交流、物与物的交流。 2020/5/28，4，物联网(IOT )结构形象，2020/5/28，5，物联网(IOT )提出的背景，经济危机下的推动者：经济长波理论：每次经济波谷总会产生一些新技术。 该技术为绝对多的工业产业提供了新的使用价值，从而形成了新的经济周期。 过去十年，互联网技术取得了巨大成功。 当前的经济危机使人们面临着迫切的选择，物联网技术成为推动下一个经济增长的特别重要的推动者。 随着传感技术的成熟：微电子技术的发展，涉及人类生活、生产、管理等各方面的各种传感器已经成熟。 例如，一般无线传感器(WSN )、RFID、电子标签等。 在网络接入和信息处理能力大幅提高到：的今天，随着网络接入的多样化、IP宽带化和计算机软件技术的飞跃发展，基于大量信息采集和分类处理的能力大幅提高。 第二，物联网体系结构，第一，应用层：基于物联网技术体系结构的应用系统，包括不同的应用系统，例如商贸、物流、农业、军事等。 2、网络层：网络层，即进行信息交换的通信网络，包括因特网、WIFI网络以及无线通信网络等网络。3、信息收集层：数据收集是指通过包含条形码、射频识别、无线传感器、蓝牙等的自动识别和近场通信技术取得物品代码信息的过程。 4、编码层：编码层是物联网的基础，是物联网信息交换内容的核心和关键词。 代码是数字名称，如物品、设备、地点和属性。 根据2020/5/28、物理网络架构图像：2020/5/28、物理网络系统配置和国际电信联盟的建议，物理网络可以通过各种类型的传感器大规模地提供静态/动态信息，例如物理属性、环境状况、行动态势等。 进行分布式信息获取和状态识别，对具体感知任务常采用协调处理方式，在线计算和控制多种、多角度、多尺度信息，将通过接入设备获取的信息与网络其他单元进行资源共享交互。 接入：该层的主要功能是现有移动通信网络(GSM网、SCDMA网)、无线电接入网(WiMAX )、无线局域网(wi-fi )和卫星把来自感测层的信息传输到因特网。 互联网：这一层的主要功能是在IP、6/IPv4和后伊星、2020/5/28、单网络系统配置、网络等基础设施以及以(Post-IP )为核心的互联网平台上互联网中的信息资源服务管理：本层的主要功能是通过具有超计算能力的中心计算机群实时管理网络中的大量信息，为上层应用程序提供良好的用户界面。 应用：该层的主要功能是整合系统的基础功能，在生态环境和自然灾害监测、智能交通、文物保护和文化传播、运输医疗和健康监测等多个行业构建了实用性。 2020/5/28、三、物联网的关键技术、物联网的关键技术是射频识别技术、感测技术、纳米技术、智能嵌入技术、云计算、IPv6技术。 目前各项技术发展不平衡，无线标签、条形码和二维码等技术已经成熟，传感器网络相关技术还有很大的发展空间。 本文仅介绍射频识别技术(RFID )和感测技术(WSN )。 3.1RFID3.1.1RFID的定义RFID (radiofrequencyidentification，射频识别)是射频识别技术，通常是电子标签，通过射频信号自动地识别目标对象，并将该信息标记、注册、存储、管理。 3.1.2由RFID系统构成的电子标签：由芯片和标签天线或线圈构成的电子标签：电感耦合、2020/5/28、通过RFID介绍或电磁反射原理与读取器/写入器通信的读取器：读取(也写入读写卡)设备天线：嵌入读取器/写入器RFID系统结构图： 2020/5/28、3.1.3RFID的工作频率、RFID的工作频率： 1、LF :低频30-300KHz、常用125KHz 2、HF :高频3-30MHz、工作频率13.56MHz； 3、UHF :特高频300MHz-3GHz，工作频率： 433MHz，866-960MHz2.45GHz； 4、SHF :超高频3-30GHz、工作频率：5.8GHz、24GHz； RFID工作频率图：2020/5/28，图3-1RFID系统的工作原理，2020/5/28，3.1.4 RFID的ISOIEC标准ISO/IEC (国际标准化机构和国际电工委员会)制定的RFID标准概况技术基准： ISO/IEC10536，ISO/IEC14443，ISO/IEC18000系列标准等数据结构标准： ISO/IEC15424、ISO/IEC15418、ISO/IEC15434等性能标准： ISO/IEC18046、ISO/IEC18047、ISO/IEC10373-6等应用标准： ISO/IEC10374、ISO/IEC10374 诸如ISO/IEC11784之类的2020/5/28，3.2无线传感器网络(WSN )通常包括传感器元件和转换元件，其可以感测预定测量，并且可以根据特定规则将该测量转换为可用信号。无线传感器网络(WSN )无线传感器网络(WSN )是一种多跳自组织网络系统，其中大量传感器节点以无线通信方式形成，并且以在网络的垄断区域中协调地感测、收集和处理感测目标信息为目的，进行数据的采集、量化、处理融合、传输应用3.2.1WSN特征与现有无线网络的不同WSN是一种集监测、控制和无线通信于一体的网络系统，节点数量更加庞大(几千、几万)，节点分布更加密集，2020/5/28，WSN特征，2 .环境影响和能量耗尽， 节点容易发生故障3 .环境干扰和节点故障容易导致网络拓扑的变化4 .通常很多传感器节点是固定的5 .传感器节点具有的能量、处理能力、 存储能力和通信能力等非常有限6 .传统无线网络的首要设计目标是提高服务质量和有效带宽利用，其次考虑能源节约的WSN的首要设计目标是能源的有效使用，也是WSN与传统网络最重要的区别之一。 传感器节点的限制电源能量有限，通信能力有限，计算和存储能力有限。 WSN特性、2020/5/28、WSN体系结构、大型网络、自组织网络、动态网络、受信网络、应用相关网络、数据中心网络3.2.2WSN体系结构图3-2平面拓扑图3-3逻辑层次结构、2022 WSN的架构，图3-4传感器节点的架构，图3-5传感器网络协议栈2020/5/28，3.2.3与传感器无线通信，以及在传感器网络中使用的一些通信技术： 1、移动通信：2G、3G、B3G、LTE； 2、无线lan:wifi :无线lan，802.11，校园网WiMAX :无线城域网，802.16，已经是3G标准3，超宽带UWB :以纳秒级非正弦波的窄脉冲传输数据。 工作频率3.1G-10.6GMHz，低功耗，例如射频标签RFID (射频识别)也称为电子标签、射频识别符。 4、ZigBee :低功耗，近距离无线网络通信技术802.15.4(s) 5，NFC (近距离通信)，双向RFID，设备之间的近距离通信(20cm，小于蓝牙，但是不需要加密)。 6、蓝牙、红外(IiRD )、2020/5/28、3.2.4WSN通信、图3-6WSN在无线通信框架中的位置、2020/5/28、3.2.5WSN融合、图3-7WSN与其他无线通信技术的融合、2020/5/28、3.3RFID与WSN融合， 图3-8物理网络框架中RFID与WSN的融合，RFID着重于识别，能够实现对目标的识别和管理，同时RFID系统读写距离有限，抗噪性差，能够实现成本高不足的WSN着重于网络的构建，数据的传递RFID和WSN的结合有很大的契机。 2020/5/28，RFID与WSN的融合，RFID与WSN可以在两个不同层次进行融合：单网络结构中RFID与WSN的融合，传感器网络结构中RFID与WSN的融合。 图3-9传感器网络中的RFID与WSN融合：智能基站，2020/5/28，RFID与WSN融合，图3-10传感器网络中的RFID与WSN融合：智能节点，图3-11传感器网络中的RFID与WSN融合：智能感测物联网应用物联网应用的核心技术： OS级应用中间件平台各环节的关键技术： RFID技术(自动识别、防伪、可读数据)、二维码技术(防伪、可读数据)、传感器技术、自动控制技术、传感器网络通信技术(ZIGBEE ) 嵌入式终端技术、IPV6、3G网络技术、SOA体系结构、语音识别、视频识别技术、云计算、SAAS服务等。 物联网主要应用领域：智能电网、智能交通、环境管理、卡结算、资产管理、食品和药品安全、精益制造、数字仓库等。2020/5/28，图4-1物联网的应用形象，2020/5/28，物联网的典型应用，1、机场进入上海浦东国际机场的防入侵系统铺设3万多个传感器节点，垄断地面、栅栏和低空探测，多传感器手段构成一个协同系统后，人员飞跃、密集上海移动列车员通过2010年世博会期间全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障了世博园区周边大流量交通的畅通。 2、电力管理江西省电网在全省范围内分布的2万台配电变压器上安装传感器装置，实现实时监测运行状况，实现电检、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理，每年降低1.2亿千瓦的电力损失。 2020/5/28，3，3，水下无线传感器网络技术，现在欧美国家研究的文献资料显示，水下传感器网络的组成结构可大致分为：1.基于水面浮标(射频水声通信)可任意升降的三维立体水下传感器网络系统。 2 .由固定在海底基站的节点构成，可任意升降的三维立体网络系统。 通过光缆或语音通信与水面网关、节点连接，向基站传输数据。 3 .基于水面浮标节点(无线电水声通信)、水下自主飞行器(水声通信)和水底固定节点(水声通信)的三维立体系统。 2020/5/28，5，物联网的发展趋势和面临的问题，1 .物联网的发展趋势：电子和建筑行业是切入点，产业链合作从分散向物联网的产业分工明确，也有专业从事电子标签和射频识别的企业。 随着物联网的发展，许多产业链上的企业生产的产品越来越多，应用从分散走向统一。 电信运营商作为产业链的重要参与者，在推动和整合应用中发挥着重要作用。 物联网的终极目标物联网的终极目标是形成复盖世界物联网的理想状态，在实现这一目标的过程中，物联网的各个本地网的应用首先发展，最后形成一个事实标准，从小网到中网2020/5/28、面临发展趋势的问题、相关权威咨询分析机构预测，未来物联网的发展将会经历四个阶段。 阶段2010年前RFID在物流、零售、制药领域广泛应用的阶段2010-2015年物体互连阶段2015-2020年物体进入半智能化阶段2020年以后， 物体进入全智