[计算机软件及应用]物联网zdl

1、c 物联网关键技术及应用物联网关键技术及应用 上海财经大学上海财经大学 信息管理与工程学院信息管理与工程学院 韩景倜韩景倜 c 上海财经大学信息工程与管理学院 内容概要内容概要 未来发展前景未来发展前景4. 应用实例应用实例3. 关键技术概述关键技术概述2. 物联网及相关概念物联网及相关概念 1. c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网物联网-背景背景 抓住新一轮的产业抓住新一轮的产业 革命的历史契机，革命的历史契机， 才能推动经济根本才能推动经济根本 复苏并重塑国家长复苏并重塑国家长 期竞争优势期竞争优势 适应全球经济巨大适应全球经济巨大 变化，提高可持续变化，提高可持续 发展能力，在后

2、危发展能力，在后危 机时期国际竞争中机时期国际竞争中 抢占制高点抢占制高点 信息通信技术新的突破方向 蕴含巨大的战略增长潜能 带动传统产业转型升级和新型产业 发展 未来经济发展的重要引擎 全球遭遇二战以来最严重的全球遭遇二战以来最严重的 金融危机和经济危机，物联金融危机和经济危机，物联 网成为推动下一经济增长的网成为推动下一经济增长的 特别经济推手，并将带动下特别经济推手，并将带动下 一轮的经济增长和产业投资一轮的经济增长和产业投资 物联网物联网 我国我国 国际国际 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网物联网-意义意义 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网物联网-应用渗透到社会各个

3、领域应用渗透到社会各个领域 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网概念物联网概念 v“物联网（物联网（Internet of things）”是在是在“互互 联网联网”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何 物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网 络概念。络概念。 c 上海财经大学信息工程与管理学院 v其定义是：通过射频识别（其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应）、红外感应 器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备器、全球定位系统、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相连接，按

4、约定的协议，把任何物品与互联网相连接， 进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位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概念。、跟踪、监控和管理的一种网络概念。 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网的提出和发展历史物联网的提出和发展历史 v 1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议上MITAuto-ID中 心的Ashton教授在研究RFID时最早提出物联网这个概念。 v 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。 v 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

5、ITU互联网报告2005：物联网，引 用了“物联网”的概念。物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖 范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网。 c 上海财经大学信息工程与管理学院 v 2009年1月月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行 了一次了一次“圆桌会议圆桌会议”，作为仅有的两名代表，作为仅有的两名代表 之一，之一，IBM首席执行官首席执行官 彭明盛首次提出彭明盛首次提出“智慧地球智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智这一概念，建议新政府投资新一代的智 慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两

6、大重慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重 点点 c 上海财经大学信息工程与管理学院 v 2009年年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物 联网应用也提出了一些看法和要求。自温总理提出联网应用也提出了一些看法和要求。自温总理提出“感知中国感知中国”以来，以来， 物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告政府工作报告 ”，物联网在中国受到了全社会极大的关注。，物联网在中国受到了全社会极大的关注。 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物

7、联网的特点物联网的特点 特点特点 亿万异构设备的泛在接入 海量级的物联信息 高度自治化的网络管理 面临更多安全问题 设备的小型微型化 设备所取能源多样化 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网相关概念物联网相关概念 v 物联网的内涵在不断的发展、完善。目前存在着以下两个相近的概念物联网的内涵在不断的发展、完善。目前存在着以下两个相近的概念 ：无线传感器网络（：无线传感器网络（Wireless Sensor Network， WSN）以及）以及 泛在网络（泛在网络（Ubiquitous Network） v 无线传感器网络无线传感器网络是由若干具有无线通信功能的传感器节点自组织构成是由若干具

8、有无线通信功能的传感器节点自组织构成 的网络（美国军方的网络（美国军方1978年提出，在当时缺乏互联网技术、多种接入年提出，在当时缺乏互联网技术、多种接入 网络以及智能计算技术的条件下，该定义局限于由节点组成的自组织网络以及智能计算技术的条件下，该定义局限于由节点组成的自组织 网络）。网络）。 v 泛在网络泛在网络指无处不在的网络，将由智能网络。先进的计算技术以及其指无处不在的网络，将由智能网络。先进的计算技术以及其 他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态（日本和韩国）他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态（日本和韩国） 。根据这一构想，。根据这一构想，U网络将以网络将以“无处

9、不在无处不在”、“无所不包无所不包”、“无所无所 不能不能”为基本特征，帮助人类实现为基本特征，帮助人类实现4A化通信，即在任何时间（化通信，即在任何时间（ anytime）、任何地点（）、任何地点（anywhere）、任何人（）、任何人（anyone）、任）、任 何物（何物（anything）都能顺畅的通信。）都能顺畅的通信。 c 上海财经大学信息工程与管理学院 相关概念之间关系相关概念之间关系 l 如果将传感器的概念进行扩展，认为如果将传感器的概念进行扩展，认为RFID、二维条码等信息的读取、二维条码等信息的读取 设备和音频视频录入设备等数据采集设备都是一种特殊的传感器，则设备和音频视频录

10、入设备等数据采集设备都是一种特殊的传感器，则 范围扩展后的传感器网络即为物联网。范围扩展后的传感器网络即为物联网。 l 物联网和传感器网络实质都是依托各种信息设备实现物理世界和信息物联网和传感器网络实质都是依托各种信息设备实现物理世界和信息 世界的无缝融合和信息交互。世界的无缝融合和信息交互。 l 泛在网是面向泛在应用的各种异构网络的集合，也成为泛在网是面向泛在应用的各种异构网络的集合，也成为“网络的网络网络的网络 ”，更强调跨网之间的互联互通和信息聚合与应用。各种信息的协同，更强调跨网之间的互联互通和信息聚合与应用。各种信息的协同 处理以及基于数据挖掘、专家系统、商业智能的决策支持是智能化的

11、处理以及基于数据挖掘、专家系统、商业智能的决策支持是智能化的 集中体现。集中体现。 泛在网泛在网 物联网物联网传感器网络传感器网络 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网与信息化的关系物联网与信息化的关系 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网的核心与本质物联网的核心与本质 各种信息通信技术 （ICT）的集成整合应用 网络化的拓展和延伸 人与人 人与物，物与物 信息化在各行各业 的广泛和深度应用 c 上海财经大学信息工程与管理学院 本质是网络化向更深更广延伸本质是网络化向更深更广延伸 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网 互联网 云计算 远程控制 卫星通信网络 M2M无线接入 地

12、面无线通信网络 .。 感知层感知层 RFID 传感器 二维码 红外感应器 激光扫描器 气体感应器 全球定位系统 。 网络传输层网络传输层 绿色农业 环境监测 智能电力 智能交通 工业控制 智能家居 。 应用层应用层 物联网体系架构物联网体系架构 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网体系架构物联网体系架构 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网关键技术物联网关键技术-实践角度实践角度 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网关键技术物联网关键技术-学者角度学者角度 不同角度和利益出发点不同关键技术不同角度和利益出发点不同关键技术 的总结有不同的角度。的总结有不同的角度。 物联网物联网

13、 物联网架构技术物联网架构技术 统一标识技术统一标识技术 通信技术通信技术 网络技术网络技术 软件服务与算法软件服务与算法 硬件硬件 物联网能量物联网能量 技术技术 安全和隐私技术安全和隐私技术 c 上海财经大学信息工程与管理学院 射频识别技术射频识别技术-RFID v 作为物联网发展的排头兵，射频识别技术作为物联网发展的排头兵，射频识别技术（Radio Frequency Identification，简称，简称 RFID）成为了市成为了市 场最为关注的技术。场最为关注的技术。RFID是是20世纪世纪90年代开始兴起的年代开始兴起的 一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通一种自动

14、识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通 过空间耦合过空间耦合(交变磁场或电磁场交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通实现无接触信息传递并通 过所传递的信息达到识别目的的技术。过所传递的信息达到识别目的的技术。 c 上海财经大学信息工程与管理学院 RFID技术概述技术概述 v 1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了年奠定了 射频识别技术的理论基础。射频识别技术的理论基础。 v 1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究 。 v 19

15、60-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 v 1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频 识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。 v 1980-1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开 始出现。始出现。 v 1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得年：射频识别

16、技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得 到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。 v 2000-至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电 子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物 体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。 c 上海财经大学信息工程与管理学院 RFID技术概述技术概述 v RFID工作原理工作

17、原理 RFID的工作原理是：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。 v RFID系统组成系统组成 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，本文统称为电子标签) 。另外还应包括天线，主机等。RFID系统在具体的应用过 程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成会有所 不同，但从RFID系统的工

18、作原理来看，系统一般都由信号 发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。 c 上海财经大学信息工程与管理学院 RFID应用成功案例应用成功案例 射频识别的应用案例比较成功的有，铁路的车辆调度，铁道射频识别的应用案例比较成功的有，铁路的车辆调度，铁道 部在中国铁路车号自动识别系统建设中，推出了完全拥有自部在中国铁路车号自动识别系统建设中，推出了完全拥有自 主知识产权的远距离自动识别系统。过去，国内铁路车头的主知识产权的远距离自动识别系统。过去，国内铁路车头的 调度都是靠手工统计、手工进行，费人、费时还不够准确，调度都是靠手工统计、手工进行，费人、费时还不够准确， 造成资源极大浪费，铁道部在采用

19、造成资源极大浪费，铁道部在采用RFID技术以后，实现了技术以后，实现了 统计的实时化、自动化，降低了管理成本，提高了资源利用统计的实时化、自动化，降低了管理成本，提高了资源利用 率率 武汉市城市路桥不停车收费（武汉市城市路桥不停车收费（ETC）系统系统集成项目）系统系统集成项目 。 09年年9月月17日招标项目。车辆首先申请安装电子标签和日招标项目。车辆首先申请安装电子标签和IC 卡，在通过路桥隧道前，驶入卡，在通过路桥隧道前，驶入ETC专用车道，系统会自动识专用车道，系统会自动识 别，计算车辆行驶费用，直接从别，计算车辆行驶费用，直接从IC卡上扣除通行费。交易卡上扣除通行费。交易 完成后，车

20、道电动栏杆自动升起，放行车辆。完成后，车道电动栏杆自动升起，放行车辆。“六桥一隧一六桥一隧一 环环”实现不停车收费，需要新建实现不停车收费，需要新建63条条ETC车道和车道和19条人工条人工 收费车道，配套建设卡管中心收费车道，配套建设卡管中心1个、全功能网点个、全功能网点21个、充值个、充值 服务网点服务网点10个等，总投资个等，总投资3.28亿元。亿元。 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网产业体系物联网产业体系 v 物联网产业：物联网产业：包括物联网制造业和服务业，物联网产业中 很大一部分依托于现有信息产业，其独特需求又使这些产 业获得新的发展空间。（资料来源：国家工信部） c 上

21、海财经大学信息工程与管理学院 物联网产业关联度高、辐射力强物联网产业关联度高、辐射力强 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网物联网-各国加快战略布局与行动各国加快战略布局与行动 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网物联网-各国加快战略布局与行动各国加快战略布局与行动 c 上海财经大学信息工程与管理学院 国外物联网产业发展国外物联网产业发展 c 上海财经大学信息工程与管理学院 国内物联网产业发展国内物联网产业发展 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网应用物联网应用-整体起步，发达国家领先整体起步，发达国家领先 v 物联网应用整体处于起步阶段，应用水平不高物联网应用整体处于起步阶

22、段，应用水平不高 闭环应用居多 以点带面、以行业应用带动产业局面逐步呈现 RFID物联网应用相对成熟，无线传感器应用仍处于试验阶段 成本、标准化和核心技术是主要瓶颈 v 发达国家凭借其信息化优势在物联网应用实践中领先发达国家凭借其信息化优势在物联网应用实践中领先 美国：物联网已在军事、电力、工业、农业、环境监测、建筑、医疗、企 业管理、空间和海洋探索等领域投入应用，RFID第一大应用国，应用案例占 全球59%；传感器、M2M、智能电网加速推进 欧盟：应用大多围绕RFID和M2M展开，如医疗、智能电网、智能交通、物流、生产 、零售等领域 日本：移动支付、电网、远程监测、智能家居和汽车联网等应用已

23、初具规 模，形成了全球规模最大金融领域物联网应用Felica（RFID手机支付）。 c 上海财经大学信息工程与管理学院 我国物联网发展阶段判断我国物联网发展阶段判断 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网在我国的应用情况物联网在我国的应用情况 c 上海财经大学信息工程与管理学院 我国物联网应用正在初步探索中我国物联网应用正在初步探索中 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网物联网-我国总体应用情况我国总体应用情况 上海浦东机场 防入侵应用 上海世博会应 用 太湖水文及监 测应用 2009年RFID应 用份额： 证照防伪45.2% 电子支付占24.9% 出入控制15.9% 仓储物流6.4

24、% 物品追踪等其它 7.6% M2M应用示例： 智能电网：南方电 网、北京、重庆等 104万台电表的远 程抄表。 智能交通：北京、 上海、辽宁等地超 过110万台车载。 RFID应用应用M2M应用应用传感器应用传感器应用 基于传感器的 物联网应用开 始出现在各个 领域 成为美、 英后的第 三大应用 市场 已规模应 用，M2M 终端超过 400万 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网应用物联网应用-智能电网智能电网 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网应用物联网应用-智能交通智能交通 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网应用物联网应用-智能物流智能物流 c 上海财经大学信息工程

25、与管理学院 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网应用物联网应用-环境保护环境保护 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网应用物联网应用-公共安全公共安全 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网应用物联网应用-医疗健康医疗健康 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网应用物联网应用-金融服务业金融服务业 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网应用物联网应用-精细农牧业精细农牧业 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网应用物联网应用-工业自动控制工业自动控制 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网物联网-我国产业存在的差距我国产业存在的差距 c 上海财经大学信息工程与管理学院 物联网安全物联网安全 v 网络层面的安全网络层面的安全 开放性架构、接入和互联方式以及网络和终端设备 云计算、网络存储、异构网络技术弱点和协议缺陷 v 应用层面的安全应用层面的安全 新兴业务与应用及平台中的恶意代码、软件漏洞和设计缺陷 海量数据、业务控制、业务逻辑、中间件技术的瓶颈与安全 v 感知层面的安全感知层面的安全 RFID、无线感知、近距离通信中的信息读取和传送等的脆弱性 v 国家和社会安全国家和社会安全 云计算、M2M、虚拟