物联网简介---学习笔记_新手入门概念说明

1、物联网简介物联网简介-学习笔记学习笔记_ _新手入门概念说明新手入门概念说明 宋 勇 物联网及其相关技术简介 1. 物联网的基本概念 4. 物联网中关键问题与典型案例 2. 物联网发展概况 3. 物联网相关技术 物联网物联网是通过射 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，把任何物品与互 联网连接起来，赋予其 智能化识别、定位、跟 踪、监控和管理的一种 智慧网络，被视为继计 算机、互联网和移动通 信之后的又一次信息产 业的革命性发展。目前， 物联网已被正式列为国 家重点发展的战略性新 兴产业之一。 IPv6是Internet Protocol Versio

2、n 6的 缩写，其中Internet Protocol译为“互联网 协议”。IPv6是IETF （互联网工程任务组， Internet Engineering Task Force）设计的 用于替代现行版本IP 协议（IPv4）的下一 代IP协议。目前IP协 议的版本号是4（简称 为IPv4），它的下一 个版本就是IPv6。 射频识别射频识别，英文简称RFID，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非 接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据， 识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动 物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。 RFID是一

3、种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检 测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组 成。 红外感应器红外感应器红外技术发展到 现在，已经为大家所熟知，这种技 术已经在现代科技、国防和工农业 等领域获得了广泛的应用。红外传 感系统是用红外线为介质的测量系 统，按照功能能够分成五类：（1） 辐射计，用于辐射和光谱测量；（2） 搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪 红外目标，确定其空间位置并对它 的运动进行跟踪；（3）热成像系统， 可产生整个目标红外辐射的分布图 像；（4）红外测距和通信系统； （5）混合系统，是指以上各类系统 中的两个或者多个的组合。 红外传感器根

4、据探测机理可分 成为：光子探测器（基于光电效应） 和热探测器（基于热效应）。 全球定位系统全球定位系统是一 种结合卫星及通讯发展的技 术,利用导航卫星进行测时 和测距。具有海陆空全方位 实时三维导航与定位能力的 新一代卫星导航与定位系统， 经过近十年我国测绘等部门 的使用表明,全球卫星定位 系统以全天候、高精度、自 动化、高效益等特点,成功 地应用于大地测量、工程测 量、航空摄影、运载工具导 航和管制、地壳运动测量、 工程变形测量、资源勘察、 地球动力学等多种学科,取 得了好的经济效益和社会效 益。 激光扫激光扫 描器描器激光扫描器 是一种光学距离 传感器，用于危 险区域的灵活防 护，通过出入

5、控 制，实现访问保 护等。它扫描方 式有单线扫描、 光栅式扫描和全 角度扫描三种方 式。 三网融合三网融合指电信 网、广播电视网和计算 机通信网的相互渗透、 互相兼容、并逐步整合 成为全世界统一的信息 通信网络。“三网融合” 是为了实现网络资源的 共享，避免低水平的重 复建设，形成适应性广、 容易维护、费用低的高 速宽带的多媒体基础平 台。 M2M技术技术是将数据从一台终端传送到另一台终端，也就是就是机器与机器 （Machine to Machine）的对话。但从广义上M2M可代表机器对机器（Machine to Machine）、人对机器（Man to Machine）、机器对人（Machi

6、ne to Man）、移动 网络对机器(Mobile to Machine)之间的连接与通信，它涵盖了所有实现在人、机器、 系统之间建立通信连接的技术和手段。 无锡传感网无锡传感网无 锡作为“感知中国”中 心、传感网创新示范区, 积极响应政府号召，率 先将传感网技术从实验 室引入到更广阔的应用 天地，在机杨安保、平 安家居、生态农业、现 代物流、污染防控等领 域大显身手。据统计， 目前无锡75个应用示范 项目已陆续启动，这标 志着无锡正争分夺秒地 将传感网从战略高度推 向产业化应用,全力打 造“智慧之都”。 WSN技术技术WSN 是wireless sensor network的简称，即无 线

7、传感器网络。 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。传感器、 感知对象和观察者构成 了无线传感器网络的三 个要素。 智慧地球智慧地球智慧地 球也称为智能地球，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，并且 被普遍连接，形成所谓 “物联网”，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。这一概念由IBM首 席执行官彭明盛首次提 出。 感知中国感

8、知中国 “至少三件事情可 以尽快去做：一是 把传感系统和3G中 的TD技术结合起来； 二是在国家重大科 技专项中，加快推 进传感网发展；三 是尽快建立中国的 传感信息中心，或 者叫“感知中国” 中心。 ” 泛在网泛在网泛在网 （Ubiquitous Network ）是指基于 个人和社会的需求， 实现人与人、人与物、 物与物之间按需进行 的信息获取、传递、 存储、认知、决策、 使用等服务，网络具 有超强的环境感知、 内容感知及其智能性， 为个人和社会提供泛 在的、无所不含的信 息服务和应用。 1. 物联网的基本概念 4. 物联网中关键问题与典型案例 2. 物联网发展概况 3. 物联网相关技术

9、1999年由美国麻省理工学院的Auto-ID实验室提出，是指把所有物体通过 射频识别（RFID）等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管 理的网络。 物联网概念的提出 国际电信联盟（ITU）在2005年的年度报告中指出，信息与通信技术的目 标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物体的阶段，而 万物的连接就形成了物联网。在这份报告所提到的物联网，除RFID技术外， 更多新技术，如传感器网络、纳米技术、智能芯片等技术将被广泛应用。 物联网概念的确定 2008年，IBM提出“智慧的地球：“Smart Planet”的概念。 物联网概念的发展 l政府积极推动以政府积极推动以RF

10、ID为主的相关应用为主的相关应用 美国国防部的合同规定2005年1月以后，所有军需物资都要使用 RFID标签。 美国食品及药物管理局建议从2006年起利用RFID跟踪最常造假的药品。 美国社会福利局于2005年年初正式使用RFID技术追踪各种表格和手册。 l2008年，年，IBM提出提出“智慧的地球智慧的地球”得到了美国政府的首肯，被奥巴马总统得到了美国政府的首肯，被奥巴马总统 列为振兴经济、确立优势的关键战略。列为振兴经济、确立优势的关键战略。 同挪威最大食品供应商Nortura附属的IT公司Matiq达成了协议，使用IBM WebSphere RFID Information Center

11、、IBM传感器和执行方案，实现从“农 场到超市货架”的家禽和肉类产品跟踪系统。 和丹麦运输公司Container Centralen合作，使用IBM传感器技术跟踪对外界 环境敏感的花卉和盆栽植物等的运输全过程。 政府积极推动应用 l物联网产业链物联网产业链 TI、Intel等集成电路厂商投入巨资进行RFID的芯片研发。 Symbol研发出同时可以阅读条形码和RFID的扫描仪。 IBM、微软和HP等积极开发相应的软件和系统。 以RFID标签专利为例，美国专利申请总量高达世界知识产权的53%。 l应用应用 交通、车辆管理、身份识别、生产自动化控制等领域早已开始应用RFID技术。 零售商沃尔玛推动了

12、FRID技术在零售、仓储管理及物流跟踪等领域的应用。 产业链全面发展 lBRIDGE： 欧盟出资的三年期研究计划。 基于GS1 EPC global标准促进RFID在欧洲的应用。 包括基础性研究、技术研发、示范应用和培训。 l产业链上游：产业链上游： 开发了与传感器集成的RFID标签、微型标签、金属和绝缘标签、地功耗读写 器、告诉读写器天线。 l智能物体系统（智能物体系统（Smart object system） 软件层：供应链管理和安全软件包 应用：欧洲医药界药品防伪和追踪、纺织业供应链管理、制造过程管理、资 产管理等方面取得了成功应用，并获得了广泛的认可 覆盖产业链上下游覆盖产业链上下游

13、le - Japan： 2000年启动，促进信息化基础建设。 lu - Japan： 2004年启动，着力发展泛在网络（UbiquitousNetworking)相关产业，希望于 2010年时将日本建设成为一个“随时、随地、任何人、任何物品”都可以上 网的无所不在的网络社会。 实物间网络的基础建设：RFID、传感器网络、泛在终端。 li Japan2015 2009年推出的中长期信息技术发展战略，在u-Japan基础之上利用信息技术使 全民生活变得更加便利。 电子政府和电子地方自治体：一站式行政服务。 医疗健康：远程医疗、电子病历、处方配药信息电子化及追踪和反馈。 教育电子化：推广数字化技术和

14、信息化教育的应用。 从基础建设到应用从基础建设到应用 2006年台湾政府推动的年台湾政府推动的3年起计划。年起计划。 通过高速网络、智慧的感知环境、操作简单好用的人际界面、符合民众 需求的创新服务，以安全信赖的社会环境，让所有的民众可以随时随地 运用创新设备，享受服务。 物联网概念的提出 u-Taiwan：优质网络社会：优质网络社会 物联网概念的提出 2008年年12月行政院经建会提出的月行政院经建会提出的3年计划年计划 通过高速网络，提供民众需求的主动贴心服务、打造绿色节能减碳的生 活环境、落实终身学习的社会风气，使所有的民众都可以随时随地运用 创新的设备、享受高品质的生活，提升民众生活内涵

15、与素养。 i-Taiwan：智慧台湾：智慧台湾 1. 物联网的基本概念 4. 物联网中关键问题与典型案例 2. 物联网发展概况 3. 物联网相关技术 lRFID标签与读写器标签与读写器 RFID表亲芯片技术、天线设计技术、封装技术。 超高频RFID读写器技术、多标签防冲突和多读写器防冲撞技术、支持多现 场总线的工业级读写器技术。 l传感器与传感网络传感器与传感网络 新型传感器：纳米传感器、光线传感器以及3D视觉传感器等。 MAC协议：决定无线通信的使用方式，在节点之间分配无限通信资源。 路由协议：实现sink和传感器节点之间的数据传输。 l感知技术是其核心。感知技术是其核心。 基础层技术 l传

16、输层通过传输层通过3G通信网络、卫星、工业以太网、总线等实现数据的传输和计算通信网络、卫星、工业以太网、总线等实现数据的传输和计算 l3G通信网络通信网络 TD终端 OMS（Open Mobile System）系统 l工业以太网工业以太网 基于IEEE802.3（Ethernet）的局域网。 面向生产过程，强调实时性、可靠性、安全性和数据完整性。 l总线总线 它广泛用于离散控制领域。主要被设计作为汽车环境中的微控制器通信， 在车载各电子控制装置传感器之间交换信息。 l通讯技术是其核心通讯技术是其核心 传输层技术 l数据采集数据采集 大部分应用中都包含了冗余信息，为缩小通信开销和能量消耗，需要

17、研究 高效、简洁的数据聚合/融合方法。 l设备管理设备管理 由于物联网节点数目庞大，加上所处环境的限制，人工部署、维护也相对 困难，所以应该提供透明、容错、自适应和自维护机制。 l能量管理能量管理 由于传感器的能量主要消耗在通信上，因而在数据采集阶段需要高效的传 感器工作轮换调度机制，在传感器间通信阶段需要研究高效冗余的路由。 lQoS支持支持 由于物联网独特特点（数量巨大、拓扑高动态变化），所以要提供合适的 QoS机制，在性能、延时和能量使用之间达到一个平衡。 中间件层技术 l实时数据库系统是开发实时数据库系统是开发 实时控制系统、数据采集实时控制系统、数据采集 系统、系统、CIMS系统等的

18、支系统等的支 撑软件。撑软件。 l在流程行业中，大量使在流程行业中，大量使 用实时数据库系统进行控用实时数据库系统进行控 制系统监控，系统先进控制系统监控，系统先进控 制和优化控制，并为企业制和优化控制，并为企业 的生产管理和调度、数据的生产管理和调度、数据 分析、决策支持及远程在分析、决策支持及远程在 线浏览提供实时数据服务线浏览提供实时数据服务 和多种数据管理功能。和多种数据管理功能。 实时数据库处理 l节点定位节点定位 确定传感器节点在物联网络中的位置。 l名称解析名称解析 将物品、传感器的标识解析为提供相关信息的信息服务地址。 l移动目标跟踪追溯移动目标跟踪追溯 实时监测目标的移动轨迹

19、，并追溯物品的生命周期信息。 l信息服务信息服务 捕获采集的各种信息，并提供对这些信息的查询服务。 l搜索搜索 通过关键词搜索与之相关的传感器、物品信息。 公共服务层技术 1. 物联网的基本概念 4. 物联网中关键问题与典型案例 2. 物联网发展概况 3. 物联网相关技术 高速公路ETC系统 l车辆挡风玻璃上安装车载通行支付RFID电子标签 l电子标签与收费站ETC车道上的微波天线之间通过微薄短程通信。 l利用计算机联网与银行系统进行后台结算处理。 l利用车辆安装的RFID电子标签、路边安装的感应器，还可得到车辆行驶的路径 及车的流量信息。 美国、欧洲、日本较早 就开始对ETC系统技术、工 程

20、实施和标准规范进行了研 究。 新加坡国家图书馆（图书资产）管理 l使用RFID标识每一本图书。 l利用RFID对每本图书的“唯一”标识，国家图书馆与社区图书馆联网，读者可 以在任一分馆还书。 l读者只需将书放入还书亭，RFID读写器就能立刻确认还书信息。 l图书分拣由计算机自动完成。 “RFID对新加坡信息 通信产业的成长是重要的 动力。iDA一直在与各个 产业部门合作，努力促使 RFID在新加坡得到开发 和应用。” 识别和追踪各种产品和设备 l医疗器械管理和追踪。 l美国密西根大学医疗系统 （UMHS），利用RFID实现 医院追踪外科手术中医疗组 织物品去向。 l记录物品用于哪位病人、或 者

21、取走物品的医务人员、冷 藏的物品、冷擦外的时间等 等。 l降低人为出错概率。 透过运用RFID在医疗技术、服务模式及管理制度的改善强化， 以期全面提升医疗服务之品质与病人安全之维护。相信RFID的技术 能够快速的于医疗领域之中，发挥其极佳的价值造福社会。 基于RFID的典型应用 l台湾长庚纪念医院基于RFID的智能腕带： 读取病人腕带上的信息，与信息系统、医 疗设备进行信息交互。 l智能物件（smart-object） Nabaztag Violet公司Mirror（魔镜） 智能洗衣机、智能冰箱 医疗卫生应用：人体健康监测平台CustMed l加州大学洛杉矶分校提出的基于无线传感器网络的人体健康监测平台 l采用可佩带的传感器节点，传感器类型包括：压力、皮肤反应、伸缩、 压电薄膜传感器、温度传感器等。 l通过放在口袋里的PC机可以方便直观地查看人体当前的情况。 l可用于远程医疗诊断 医疗