物联网及应用(PPT 33页).ppt

1,什么是无线传感网络？,无线传感网络是由部署在监测区域内的大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络,网关,大规模、自组织、随机部署、网络拓扑经常变化、传感器节点资源有限。,2,数字世界,传感数据,传感数据,传感数据,传感数据,传感数据,传感数据,物理世界,无线传感网络,连接物理世界和数字世界,3,无线传感器网络的特点,传感器网络是集成了检测、控制以及无线通信的网络系统节点数目更为庞大（上千甚至上万），节点分布更为密集由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障环境干扰和节点故障容易导致网络拓扑结构的变化传感器节点具有处理能力和存储能力等都十分有限传统无线网络设计的首要目标是提供高服务质量和高效带宽利用，其次才是考虑节约能源；而传感器网络的首要设计目标是能源的高效利用，这也是传感器网络与传统网络的最重要区别之一。,4,技术框架,嵌入式系统,网络,MEMS,监控探测物理世界,各种层次任务的协调与调度,紧密联结物理世界,小型或微型的运算，存储，控制单元,自组织,能效的通信,低成本，低能耗的传感器与执行器,5,节点结构,传感器,MCU,RF通信,电池,无线信号,温度湿度噪声目标运动光照条件压力土壤购成,节点之间采用无线通信,感知环境或目标的特性,6,节点结构,典型的传感器网络节点,7,环境监测,8,节点能量消耗,节点能量消耗每个传感器节点的能量有限节点通常不可充电耗能途径传感数据处理通信（主要耗能途径）,节点在不同工作状态下的能耗,0,5,10,15,20,能量(mW),Sensing,CPU,TX,RX,IDLE,SLEEP,9,无线自组织网络(MESH),节点移动,10,无线自组织网络(MESH),11,无线自组织网络(MESH),12,用户终端和设备,无线传感器网络发展的基本特征,无线传感网络,无线传感网络,无线传感网络,无线传感网络,13,如何对大规模低成本的无线传感网络节点供电；如何应对无线传感网络部署的随机性，网络拓扑结构在时间和空间上的复杂多变性,无线传感器网络发展的基本特征,14,如何应对无线传感网络内（即节点）的异构性和网络间的异构性；如何应对无线传感网络的可扩展性,无线传感器网络发展的基本特征,15,如何建立多应用场景自适应模型以及多传感数据协同处理方法；如何对多传感数据进行协同处理，应对无线传感网络的泛在性,无线传感器网络发展的基本特征,16,无线传感器网络应用,医疗监护,智能交通,智能家居,环境监测,国防军事,防灾减灾,工业监控,新一代网络,无线传感网络将在新一代网络中起重要作用,17,挑战,有许多尚未解决的问题有许多尚待发现的问题有许多尚待拓展的应用,18,物联网的概念,2009年月日，温总理在无锡调研时，对微纳传感器研发中心予以高度关注，提出了把“感知中国”中心设在无锡、辐射全国的想法。2009年9月14日。国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020年）和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。,定义：把所有物品通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理,19,1995年，比尔盖茨在其未来之路一书中已提及物联网概念。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2005：物联网，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。2009年1月，IBM首席执行官彭明盛提出“智慧地球”构想，其中物联网为“智慧地球”不可或缺的一部分，而奥巴马在就职演讲后已对“智慧地球”构想提出积极回应，并提升到国家级发展战略。,物联网的发展,20,互联网,计算机的网络,M2M,物联网的演进路径,演进,技术进步社会发展应用范围服务扩展,定义：将通信模块植入机器，将机器联入网络感知能力：条形码+RFID+传感器+摄像头，信息的有限感知通信能力：移动通信技术为主，信息的有限传送应用场景：受网络覆盖范围、终端体积大小、终端供电能力强弱等因素，导致应用受限,定义：将传感设备植入物体，将物体联入网络感知能力：传感器网络+智能芯片+条形码+RFID+传感器+摄像头，信息的全面和透彻感知通信能力：宽带移动通信技术+传感器网络，信息的更自由传送应用场景：受限范围缩小，应用极大丰富,物联网,M2M,演进,演进,演进,演进,21,物联网的典型技术体系架构,22,水下传感器网络,水下传感器网络具有以下特点:信道带宽窄,受具体水环境影响较大,多跳长距离传输时误码率,冲突率较高节点位置易产生漂移,节点设备易损毁水下传感器网络在开发海洋,保护海洋环境,监测港口海底状况以及海洋国防方面都突显出重要的作用,23,物联网应用案例港口物流监控系统,BOSS系统涵盖了计费、结算、营业、帐务和客户服务等系统的功能，是一体化的、信息资源充分共享的支撑系统;H2000系统是实现全国海关信息共享和报关数据处理的通关作业信息化管理平台。,BOSS支撑系统,移动网络（行业网关）,位置平台,二维码平台,M2M平台,RFID,视频监控平台,24,堆场无线应用,网络化,信息化是堆场管理的发展方向：快速的网络和信息通信技术是提高物流业工作和管理效率的有效途径。,货柜场,又称堆场。如集装箱堆场(CONTAINERYARD:CY)：指办理集装箱重箱或空箱装卸，转运，保管，交接的场所.,25,堆场无线应用,堆场网络信息化面临的问题:在传统的堆场管理中，管理员通过有线网络的方式或者传统无线网络的方式来实施调度指令，某些恶劣环境下铺设有线网络困难或者成本太高；施工不能影响现有物流调度作业否则代价太大；视频监控以及一些高速移动下的业务无法展开。在这样的背景下希望能有一套在恶劣环境下能提供方便宽带介入和应用的无线系统。,26,堆场无线应用需求,无线视频监控：,堆场大范围视频监控,进行实时视频监控并将数据传输到监控调度中心。进行货物有效监管、降低灾害的发生。可以提供覆盖区域内的移动视频实时监控,观察货物运输情况。,货车调度、ERP、货物条形码、RFID、货运、装卸无线融合：,操作人员随时接受监控中心的调度指令,提高工作效率；操作人员无需要花时间寻找货物或手工输入大量数据，降低劳动成本出入库的货物能及时出现在管理清单上，同一管理，消除过量库存，保证安全库存实时掌握订单状况、消除订单延迟，提高客户服务质量高效的及时统一管理消除了错误的发生机率,27,堆场无线应用需求,无线宽带接入：,在需要办公的区域可以方便地宽带上网、远程办公、信息传输。可以将多个堆场通过无线连接到一起，进行数据和多媒体传输。,无线车载系统：,在叉车、货车等常见的移动装置上安装通信终端，方便操作员在行程过程中更新货物各项记录，工作时间表、或及时的语音通信等。,无线VoIP语音通信：,在堆场各个区域、监控调度中心，通过普通支持Wi-Fi的终端，进行无线语音沟通（可多方通话），以满足实时信息沟通需要，提高工作效率。,28,堆场无线应用组网示意图,监控中心,29,无线宽带接入,支持WIFI的终端（PC，手机）接入到无线MESH网络，跳接至MESH网关，随时随地访问Internet；室内、室外全区覆盖：堆场的各个重要场所。,30,货车定位调度,可以通过在货车上装上带GPS接收的WIFI设备.接入MESH网络,监控中心通过货车的位置和堆场的需求,通过MESH网络,来发布语音或者文字调度信息.货车司机通过接入MESH网络的车载终端来接收并执行调度指令,大大提高了生产效率,发送调度指令,接收指令并返回信息,31,无线视频监控,在堆场的各重要场所布置无线摄像头，采用有线或无线方式就近连接至MESH节点，由监控中心实时集中监控；被压缩成流媒体格式的图像信号从摄像机传送到无线路由器（通过有线或无线方式），再由无线路由器接入到无线网络中，传送到监控中心。,32,ERP、RFID、货运、装卸无线融合,搭建无线MESH网络，使用各种终端（移动PC、RF手持条码等各终端），管理人员可随