物联网实验室建设探讨.ppt

物联网实验室建设探讨,什么是物联网,使物体具有被感知的能力，能与外界沟通，数字化物体属性,各种事物的数据被逐渐分享到互联网，行业内部数据横向互通。,从信息到知识、从知识到洞察力的过程，最终到智慧,C,D,M,透彻的感知和度量,泛在的接入及互联,深入的智能分析及控制,物联网层次结构,TD网络的基站等基础设施可以作为中层的汇聚节点、及大容量传感节点,移动终端作为汇聚节点及网关,高层是利用现有通信网络实现传感网的业务应用,中层的目标是针对汇聚节点、网关以及高数据流量、低资源受限的大型传感器节点的网络方案，该层与底层网共同感知紧密协同,底层的目标是大规模低速率、低功耗的传感器节点和汇聚节点的网络方案,物联网发展目的,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。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，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。,物联网高校教育,物联网高校教育,基础课程：物联网工程导论、模拟电子技术、数字电子技术电路设计、C语言程序设计、数字信号处理、计算器组成原理计算机网络、计算机体系结构、嵌入式系统原理与开发传感采集控制方向：传感器原理、高级嵌入式开发、单片机原理与应用、RFID原理及应用、FPGA原理及应用、二维码原理及应用、光电检测技术、控制理论通信网路方向：通信原理、无线自组织网络设计与开发、无线数据接入设计与开发无线网络安全技术,物联网高校教育,物联网应用方向：物联网应用开发、系统工程、软件工程、数据库原理、数据挖掘、数字图像处理、人工智能、多媒体技术与应用（课程选择附表：信息安全、大型程序设计、多媒体信息处理、数据结构、计算机网络、数字电路与逻辑设计、微机原理、嵌入式系统设计、通信原理、无线传感器网络、物联网数据处理、网络编程技术、传感器技术、射频通信电路、数字信号处理、物联网体系结构、射频识别原理、单片机原理与开发、物联网应用系统设计、数据库系统、网络安全、无线通信网路、射频识别技术等）,物联网高校教育,物联网核心技术,物联网的关键技术,云计算通过互联网实现的可扩展的应用程序，基于Web可提供网络服务，全新的商业模式,4G技术,RFID技术利用射频通信实现的非接触式数据采集技术，自动识别目标，实现行业信息化的重要切入点,WSN技术无线传感器网络,ZigBee无线数传网络平台,UWB低功耗高带宽无线通信技术,传感技术,感知/识别技术手机定位、GPS、识别通信、手机RFID、手机支付,SOA面向服务的体系构架,超低功耗芯片电路无源标签,无线传感器网络,无线传感器网络（WirelessSensorNetwork,WSN）就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。WSN网络为物联网的重要组成部分,目前主流的WSN协议,Zigbee工业标准，完全支持802.15.4基于TinyOS系统设计的路由协议WSN业界标准操作系统，既可以支持802.15.4，同时可以方便的自添加、修改协议。,TinyOS优势介绍,TinyOS是UCBerkeley（加州大学伯克利分校）开发的开源操作系统，专为嵌入式无线传感网络设计，操作系统基于组件（component-based）的架构使得快速的更新成为可能，而这又减小了受传感网络存储器限制的代码长度。事件驱动、组件式系统、硬件抽象层开源系统，同时包含大量成熟可靠、适用于不同应用的协议已有多种成熟的应用,南京鼎轩电子物联网成果,基于WSN物联网解决方案体系架构ATOS平台,ATOS物联网开发平台介绍,一、基于成熟的行业应用ATOS系统是经过了实际复杂环境应用考验的一套系统：与华为公司合作，基于本系统开发M2M网关、徐州矿“全无线矿山井下人员精确定位系统”已通过国家安监总局组织的成果鉴定，现已在全国矿业系统进行推广。与长江航道局合作的航道河标灯物联网项目已到实施阶段。在提供众多物联网教学设备厂家中，我公司是为数极少已实际运行大型物联网应用项目的公司。二、一套设备两套协议ATOS系统采用TI的CC2530芯片为射频芯片，不仅完美的支持标准的Zigbee协议，同时公司提供基于TinyOS操作系统的一套开源的自主协议。客户购买一套设备同时拥有两套可使用的协议。三、源码开放ATOS系统采用的开源TinyOS操作系统，不仅路由协议提供给用户，上层软件源码也同样公开，用户可以根据各种应用的需求对系统进行修改，在传感器设置、数据采集、数据库存储、数据访问等各个部分均提供了合理易用的二次开发接口，用户可以将注意力集中在自己所关注的部分，进行合理的改造，就可以实现应用系统的开发工作。,ATOS平台系统说明,自主硬件平台自主操作系统自主协议MAC执行标准：802.15.4可方便的修改路由层、网络层协议可以方便的添加自定义传感器提供全套硬件设计资料、操作系统代码、协议代码,目前市面上的产品通常为TI标准Z-stack，Zigbee协议底层的MAC、路由层是以二进制库提供的。无法根据应用的需求修改相应出合适的协议。我司提供产品完全兼容TI标准Z-stack，其它公司所能完成的Zigbee功能，我司均可实现。同时我司提供权威WSN操作系统TinyOS，在此基础所完成的工作，包括协议、驱动等均为开源产品。用户可以根据各种应用的需求对系统进行修改。同时组件式的操作系统TinyOS给开发带来了极大的便利。真正实现了灵活方便的软硬件开发,ATOS平台系统说明,ATOS平台提供完整解决方案,提供了一套完整的解决方案，解决了从传感器数据到因特网再到最终用户的整个流程。囊括了传感器采集、射频组网数据收发、基站汇聚数据、网关对外发送到采集系统、采集系统解析数据并发送至远程服务器、远程服务器数据存储、客户端因特网数据获取等等。整套实验箱体现的是WSN网络的基本框架，让使用者能够切实感受到从底层到应用层再到终端的物联网络。,物联网教学实训方案,一、工业自动控制方案国内首家实现将“物联网控制技术”与生产系统结合，实现“零”的突破；一改过去实训是“现场观摩为主、基本不予参与”的实验模式，学生可以根据系统提供的二次开发平台，重现“控制系统”的既有功能，或根据自己的需求改写新的控制逻辑，学习参与程度和效果较佳；采用硬件组态的设计模式，可以根据不同的需求选配不同模块组建实验室实训环境，以适应实验教学的需要；系统中绝大部分设备和器件都符合工业标准，如传感器、气动件等都是工业现场使用的标准工业级元件，使学生在一个能够反映真实生产过程的系统中学到专业知识与操作技能。支持多种学科实训实验，系统的可扩展性和二次开发特性是系统很容易覆盖到其它应用领域；提供丰富的教学实验资源，通过学生动手实践，让学生对物联网理论知识有了更深层次的理解，同时还可以激发学生的学习动力和创新精神，真正的达到学以致用。,三大模块，分别是：模块化生产控制系统装置、前端智能模块和基于ARM的最小系统，它们之间通过有线/无线通讯技术进行通讯，一基于ARM的最小系统与前端智能模块采用低能耗无线通讯协议，同时前端智能设备也可以通过Zigbee无线通讯协议直接与PC进行通讯。,物联网教学实训方案,CC2530调理板,CC2530网关板,模块化生产控制系统,物联网教学实训方案,二、ATOS定位实训方案在无线传感器网络中，按节点位置估测机制，根据定位过程中是否测量节点间的实际距离或角度，可分为基于距离(Rangebased)的定位算法和距离无关(Rangefree)的定位算法。RSSI技术主要是用RF信号，而节点本身就具有无线通信能力，故其是一种低功耗、廉价的测距技术。该实训方案实现室内人员精确定位技术的演示与测试。结合ATOS物联网教学实验平台实现的简单实用人员定位系统。该实训方案采用无线基站定位技术，利用已知基站来定位移动点（移动人员）的位置，并加以收集、统计，进而实现实时定位、轨迹、区域等功能。,物联网教学实训方案,实际应用案例展示,一、矿山井下人员定位第一款将短距离无线定位技术应用于矿井人员定位的系统实施地点：徐州吴庄利国铁矿该矿下人员实时定位系统，是国内首款将具有自组织、自恢复机制的传感网技术和无线定位技术应用于安全生产的智慧矿山系统。该系统通过在矿井内部署无线网络节点和网关，构建基于802.15.4协议的无线MESH通信网络，并接入无线工业以太网，同时为井下工作人员配备移动终端，从而构建具有实时监测、通信和管理维护能力的一体化解决方案，实现井下人员实时定位、井道环境实时监测、危险警报、语音通信等各项安全生产管理功能，以便于及时采取应对和保护措施。井下人员也可与地面管理人员随时随地进行双向通讯，实现具备安全生产特征的智慧矿山。2011年12月，在井下实际运行了近两年的徐州铁矿“全无线矿山井下人员精确定位系统”通过国家安监总局组织的成果鉴定。并获得安标认证许可。,系统特点：1、实时即时定位，取代传统的RFID刷卡式人员定位，真正实现人员随时随地定位2、快速无线自组网，数据收发采用无线多跳自组网络，快速部署，成本低廉3、定位精度高，传统RFID刷卡式定位，只能实现区域范围人员定位，采用本系统可以实现人员在任意位置的即时定位，精度可达5m以内,实际应用案例展示,二、长江航标数字化项目背景及情况：“十二五”期长江航道将初步实现航道公共服务与维护管理的数字化、信息化。应加快以长江电子航道图为核心内容的长江数字航道的研发，开发基于电子航道图上的公共信息平台，解决基于电子航道图上的综合管理系统关键技术，构建基于电子航道图上的航道维护辅助决策系统。数字航标灯产品功能如下：一、通过无线通讯方式与服务器间进行数据交换功能为核心，同时具有以下功能：1