物联网的技术与应用专题

1,物联网应用与技术,王雷,2010年6月,交流提纲,第二部分物联网应用物联网的应用前景、国内物联网应用情况等介绍,第三部分物联网技术物联网涉及的关键技术及其技术现状介绍,第一部分物联网简介物联网的定义、产生背景等介绍,2,第一部分：物联网简介,0.物联网产生的背景经济危机下的推手：经济长波理论：每一次的经济低谷必定会催生出某些新的技术，而这种技术一定是可以为绝大多数工业产业提供一种全新的使用价值，从而带动新一轮的消费增长和高额的产业投资，以触动新经济周期的形成。过去的10年间，互联网技术取得巨大成功。目前的经济危机让人们又不得不面临紧迫的选择，物联网技术成为推动下一个经济增长的重要推手。射频识别技术与无线传感技术的成熟：随着微电子技术的发展，涉及人类生活、生产、管理等方方面面的各种传感器与RFID技术已经比较成熟。网络接入和信息处理能力大幅提高：目前，随着网络接入多样化、IP宽带化和计算机软件技术的飞跃发展，基于海量信息收集和分类处理的能力大大提高。,3,第一部分：物联网简介,物联网的定义1995年，比尔盖茨在其未来之路一书中第一次提及物联网(IoT,InternetofThings)概念。简而言之，物联网就是物物相连的互联网，其中包含两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网(Internet)，是一种在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品(Things)与物品之间，进行信息交换和通讯。,4,第一部分：物联网简介,物联网的定义（Cont.）目前人们所说的物联网，是在IBM所提出的智慧地球的概念的基础之上所形成的，它主要指的是将具备了数字化功能的物体通过网络将其联为一体。“智慧地球”提出：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之中,并且被普遍连接，形成所谓“物联网”，并通过超级计算机和云计算将“物联网”整合起来，实现人类社会与物理系统的无缝结合。,5,第一部分：物联网简介,物联网的定义（Cont.）国际电信联盟(ITU)关于物联网的正式定义：通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统(GPS)、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。,6,第一部分：物联网简介,物联网的定义(Cont.)被纳入“物联网”范围的物体一般都满足下述条件中的全部或大多数：有信息接收器；有数据发送器；有一定的存储功能；有CPU与操作系统；有专门的应用程序；遵循物联网的通信协议；有可被识别的唯一编号。,7,第一部分：物联网简介,2.物联网的主要特征由前述国际电信联盟(ITU)关于物联网的正式定义可知，一般来说，物联网具备以下三个主要特征：全面感知：利用RFID，传感器，二维码等随时随地获取物体的信息；可靠传递：通过各种网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；智能处理：利用各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析处理，对物体实施智能化的控制。,8,第一部分：物联网简介,物联网的发展历程（1）国际物联网发展历程1995年，比尔盖茨在其未来之路一书中提及物联网概念；2003年，美国技术评论提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首；2005年，国际电信联盟(ITU)发布了ITU互联网报告2005：物联网报告，正式提出了物联网概念；2009年1月，美国提出“智慧地球”的概念；2009年6月，日本提出I-JAPAN计划；2009年9月，欧盟提出欧盟物联网行动计划。,9,第一部分：物联网简介,（2）国内物联网发展历程1999年，中科院就启动了传感网研究，分别在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机、移动基站等方面取得重大进展；2008年11月，无锡市与中科院上海微系统所共建成立中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心；2009年8月7日，温家宝在无锡视察中科院物联网技术研发中心时指出，要尽快建立中国的传感信息中心，并形象地称为“感知中国”中心；2010年3月，上海物联网中心成立。,10,第一部分：物联网简介,4.物联网的发展趋势EPOSS在InternetofThingsin2020报告中分析预测，未来物联网的发展将经历以下四个阶段：2010年之前：RFID被广泛应用于物流、零售和制药等领域；20102015年：基本实现物体互联；20152020年：物体进入半智能化；2020年之后：物体进入全智能化。,11,第一部分：物联网简介,5.物联网的体系结构,12,第一部分：物联网简介,6.物联网的产业链,13,交流提纲,第二部分物联网应用物联网的应用前景、国内物联网应用情况等介绍,第三部分物联网技术物联网涉及的关键技术及其技术现状介绍,第一部分物联网简介物联网的定义、产生背景等介绍,14,第二部分：物联网应用,国际电信联盟(ITU)在2005年关于物联网的报告曾描绘了以下“物联网”时代的图景：当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东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。“物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。美国权威咨询机构Forrester预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30比，因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信技术。,15,第二部分：物联网应用,1.物联网的应用实施步骤一般来讲，应用实施物联网主要应包括如下几个步骤：对物体属性进行标识，其中，属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时探测；利用识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；将物体的信息通过网络传输到信息处理中心，由处理中心完成物体通信的相关计算。,16,17,2.从Internet应用到IOT应用,第二部分：物联网应用,3.IOT的基本应用模式,18,近距离通信,因特网,跟踪定位,高速数据网络,第二部分：物联网应用,19,4.物联网的应用案例应用案例1：牲畜溯源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。目前，我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。,第二部分：物联网应用,20,应用案例2：机场防入侵上海浦东国际机场防入侵系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。,应用案例3：电力管理江西省电网对分布在全省范围内的2万台配电变压器安装传感装置，对运行状态进行实时监测，实现用电检查、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，一年来降低电损1.2亿千瓦时。,第二部分：物联网应用,21,应用案例4：智能体育用品阿迪达斯通通过物联网健身产品为跑步者提供帮助：AdidasmiCoachPACER是一套售价$140的跑步装备，其中包括一个心律检测器和一个跑步传感器（跟鞋配套），该装置可以用语音提示跑步者在跑步过程中保持目标心率。此外还有一个提供健身计划、设定目标、跟踪进度的支持网站。,应用案例5：智能交通瑞典斯德哥尔摩交通拥挤非常严重，因此，道路交通管理部门决定构建一套系统，自动向在周一至周五(节假日除外)6:30到18:30之间进出市中心的注册车辆收税。通过使用RFID技术以及利用激光、照相机和系统技术的先进自由车流路边系统，他们设计并实施了一个随需应变的解决方案，可以检测、标识车辆，并收取费用。效果显著：交通拥堵降低了25%(远高于预期目标10%15%)，交通排队所需的时间下降50%，出租车收入增幅超过了10%，城市污染级别下降10%和15%。并且，每天新增四万名公共交通工具乘客。,第二部分：物联网应用,22,应用案例6：个人保健通过在人身上安装不同的传感器，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。,第二部分：物联网应用,23,应用案例7：平安城市建设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。,第二部分：物联网应用,24,应用案例8：物流系统国际快递巨人联邦快递在12月份为包裹推出了一种新型跟踪装置和网络服务，名字叫做SenseAware，它可以显示包裹的温度、地点和其它重要信息，比如是否被打开过或被玩耍过。目前联邦快递已经和50家保健公司和生命科学公司展开了试点合作，用于跟踪手术工具包，医疗设备和器官等,应用案例9：智能家居2009年9月央视经济频道对话节目曾展示一套住宅与一部手机间的特殊关联，让大家大开眼界，主人即便不在家，也能对家中的情况了如指掌，如客人来了，可以通过手机为他开门，帮他打开电视，设定频道，他抽烟时，房间的排风装置自动开启；小偷破门而入，主人手机立刻收到通知，并启动家中报警装置。,第二部分：物联网应用,25,物联网管理平台,移动POS,金融,供应链,智能运输,工业自动化,智能建筑,消防,公共安全,环境保护,气象,数字化医疗,遥感勘测,军事,农业,林业,水务,电力,煤炭,石化,物流、零售、自动服务,设备、安全、节能,生产、安全、防灾、水电油气,防火、勘察、报警,污染检测、报警,水质、水量、污染、安全,大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪,抄表、监控、节能,设备、临床、辅助诊断、病程,险情、油井、运输、管线,联动、消防栓、定位、调度,照明、信号、应急、灾害、识别,大地勘测、森林、地震、海洋,侦查、监控、定位、评估,降水、防洪、远程设备,交易、订单、跟踪、识别,通风、瓦斯、救灾定位,库存、车队、监控、导航、识别、货物,电子支付、实时信息,第二部分：物联网应用,交流提纲,第二部分物联网应用物联网的应用前景、国内物联网应用情况等介绍,第三部分物联网技术物联网涉及的关键技术及其技术现状介绍,第一部分物联网简介物联网的定义、产生背景等介绍,26,第三部分：物联网技术,1.物联网涉及的关键技术由前述关于物联网的产业链的介绍可知，物联网的产业链可细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节主要应用到的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和无线传输网络。,27,第三部分：物联网技术,2.RFID技术RFID(射频识别)是一种自动无线识别和数据获取技术，一个RFID射频识别系统至少应包括以下两个部分：一是读写器，二是电子标签(或称射频卡、应答器等)。另外，还应包括天线，主机等。RFID系统的工作原理为：电子标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(即PassiveTag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(即ActiveTag，有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。,28,第三部分：物联网技术,RFID技术(Cont.)RFID系统可基本分为频率为125KHz或134KHz左右的低频系统、频率为13.56MHz的高频(HF)系统、频段在900MHz左右的超高频系统(UHF)，以及工作在2.4GHz或者5.8GHz微波频段的系统。低频RFID系统(125KHz或134KHz):当前主要应用在门禁控制、动物ID、电子锁车架、机器控制的授权检查等。该技术由于读取速度非常慢，因此，需要要求在单方向上传输非常短的信息(标签与读写器之间的距离为30cm或更少)，相应的ISO标准为11484/85和14223。,29,第三部分：物联网技术,RFID技术(Cont.)高频标签（13.56MHz兆赫）：高频标签主要应用于图书管理、物流管理、固定资产管理、智能货架管理等领域，标签与阅读器之间的距离为1m之内。国际标准为ISO/IEC18000-3。超高频标签（UHF）：超高频标签主要应用于供应链管理、生产线自动化的管理、集装箱管理和高速公路收费等领域，工作频率主要为433MHz、860MHz930MHz，标签与读写器之间的距离为3m10m。国际标准有ISO/IEC18000-6A、ISO/IEC18000-6B和ISO/IEC18000-6C三种。,30,第三部分：物联网技术,RFID技术(Cont.)微波射频识别技术：是国际上最先进的第四代自动识别技术，是近几年刚刚开始兴起并得到迅速推广应用的一门新技术。它有识别距离远、识别准确率高、识别速度快（支持高速度移动读取：标识卡的移动时速可达200公里/小时）、抗干扰能力强、使用寿命长、可穿透非金属材料等特点，运用范围广泛。目前主要应用于小区不停车智能门禁管理系统与高速公路不停车智能收费管理系统等。,31,第三部分：物联网技术,2.RFID技术(Cont.)RFID技术与条码技术的比较：条码技术的优点是价格相对便宜，但是不具备被远距离识别、多目标同时识别的能力，另外，条码不唯一，因此不能标识产品单品，只能标识产品类别。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用、快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别等优点，另外，其ID码在全球范围内是唯一的。,32,第三部分：物联网技术,3.无线传感器技术(1)传感器节点的拓扑结构传感器节点一般由传感单元、数据处理单元、GPS定位装置、移动装置、能源及网