物联网及应用

1、1什么是无线传感网络？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、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低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络网关网关大规模、自组织、随机部署、网络拓扑经常变化大规模、自组织、随机部署、网络拓扑经常变化 、传感器节点资源有限。传感器节点资源有限。2数字世界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物理世界无线传感网络无线传感网络连接物理世界和数字世界连接物理世界和数字世界3无线传感器网络的特点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传感

2、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宽利用，其次才是考虑节约能源；而传感器网络的

3、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。的最重要区别之一。4技术框架技术框架嵌入式系统嵌入式系统网络网络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，存储小型或微型的运算，存储，控制单元，控制单元自组织自组织, 能效的通信能效的通信低成本，低能耗的传感器与执行器低成本，低能耗的传感器与执行器5节点结构节点结构 传感器MCURF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节点结构节点结构典型的传感器网络节点典型的传感器网络节

4、点光学传感器节点电路电源电路电池外壳光传感器环境传感器湿度、温度、压力7环境监测环境监测8节点能量消耗节点能量消耗节点能量消耗节点能量消耗每个传感器节点的能量有限每个传感器节点的能量有限节点通常不可充电节点通常不可充电耗能途径耗能途径l传感传感l数据处理数据处理l通信（主要耗能途径）通信（主要耗能途径）节点在不同工作状态下的能耗05101520能量 (mW)SensingCPUTXRXIDLESLEEP9无线自组织网络无线自组织网络(MESH)节点移动节点移动10无线自组织网络无线自组织网络(MESH)11无线自组织网络无线自组织网络(MESH)12用户终端和设备用户终端和设备无线传感器网络发

5、展的基本特征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移动电话移动电话PDA标签标签GPS无线传感网络无线传感网络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如何对大规模低成本的无线传感网络节点供的无线传感网络节点供电；如何应对无线传感电；如何应对无线传感网络部署的随机性，网网络部署的随机性，网络拓扑结构在时间和空络拓扑结构在时间和空间上的复杂多变性间上的复杂多变性无线传感器网络发展的基本特征无线传感器网络发展的基本特征14 如何应对无线传感网如何应对无线传感网络内（即节点）的异构性络内（即节点）的异构性和网络间的异构性；如何和网络间的异构性；如何应对无线

6、传感网络的可扩应对无线传感网络的可扩展性展性无线传感器网络发展的基本特征无线传感器网络发展的基本特征15 如何建立多应用场景如何建立多应用场景自适应模型以及多传感数自适应模型以及多传感数据协同处理方法；如何对据协同处理方法；如何对多传感数据进行协同处理，多传感数据进行协同处理，应对无线传感网络的泛在应对无线传感网络的泛在性性无线传感器网络发展的基本特征无线传感器网络发展的基本特征16无线传感器网络应用无线传感器网络应用医疗监护医疗监护智能交通智能交通智能家居智能家居环境监测环境监测国防军事国防军事防灾减灾防灾减灾工业监控工业监控17挑战挑战有许多尚未解决的问题有许多尚未解决的问题有许多尚待发现

7、的问题有许多尚待发现的问题有许多尚待拓展的应用有许多尚待拓展的应用n 具有安全性的操作系统具有安全性的操作系统n 自动地址分配方法自动地址分配方法n 精准的定位方法精准的定位方法n 高效的高效的MAC协议协议n 面向应用的可靠性路由协议面向应用的可靠性路由协议n 多网关的优化配置问题多网关的优化配置问题n 自适应的状态切换与节点调度自适应的状态切换与节点调度n 高效协同的事件监测手段高效协同的事件监测手段n 感知数据的查询、分析及挖掘感知数据的查询、分析及挖掘n 移动传感器引发的问题移动传感器引发的问题n 18物联网的概念物联网的概念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

8、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，提出了把高度关注，提出了把“感知中国感知中国”中心设在无锡、辐射全国的想法。中心设在无锡、辐射全国的想法。2009年年9月月14日。日。国家中长期科学与技术发展规划（国家中长期科学与技术发展规划（2006-2020年）年）和和“新一代宽带移动无线通信网新一代宽带移动无线通信网”重大专项重大专项中均将传感网列入重点研究中均将传感网列入重点研究领域。领域。 定义：定义：把所有物品通过射频识别（把所有物品通过射频识别（RFID）、红外）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连

9、接起来，进行信息交换和通讯，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、监控和管理实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理191995 2004 2005 2008 2009-6 2009-8 2009-9 未来IBM向美国政府提出的“智慧的地球”战略“下一代I-Hub”计划U-Korea战略U-Japan战略物联网概念提出通信展中近三分之一展品与物联网概念有关通信展中首家以物联网为宣传语09年6月 物联网行动计划 09年8月 感知中国1995年，年，比尔比尔 盖茨盖茨在其在其未来之路未来之路一书中已提及物联网概念。一书中已提及物联网概念。2005年年11月月17日，在

10、突尼斯举行的信息社会世界峰会（日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，）上，国际电信国际电信联盟联盟（ITU）发布了）发布了ITU互联网报告互联网报告2005：物联网：物联网，报告指出，无所不，报告指出，无所不在的在的“物联网物联网”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（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）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。2009年年1月，月，I

11、BM首席执行官彭明盛提出首席执行官彭明盛提出“智慧地球智慧地球”构想，其中物联网为构想，其中物联网为“智慧地球智慧地球”不可或缺的一部分，而不可或缺的一部分，而奥巴马奥巴马在就职演讲后已对在就职演讲后已对“智慧地球智慧地球”构想提出积极回应，并提升到构想提出积极回应，并提升到国家级发展战略国家级发展战略。物联网的发展物联网的发展20互联网计算机的网络物联网物品的网络M2M物联网的演进路径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n定义：将通信模块植入机器，将机器联入网络n感知能力：条形码+RFID+传感器+摄像头，信息的有限感知n通信能力：移动通信技术为主，信息的有限传送n应用场景：

12、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n定义：将传感设备植入物体，将物体联入网络n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n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n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水下传感器网络具有以下特点:l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l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水下传感器网络在开发海洋, ,保护海洋

13、环境保护海洋环境, ,监测港口海底状况以及海洋国防方面都突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显出重要的作用23物联网应用案例物联网应用案例 港口物流监控系统港口物流监控系统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 。 公路运输 进关 水路运输 出关 公路运输 堆场 应用系统 海关内部移动物联网应用GPSGISLBSRFID传感器网络RFID传感器网络视频监控船舶监控RFID传感器网络GPSGISLBSRFID传感器网络视频监控电子关锁海关行

14、业平台海关H2000系统电子关锁海事管理平台堆场管理平台海关行业平台海关H2000系统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堆场无线应用堆场无线应用网络化网络化, ,信息化是堆场管理的发信息化是堆场管理的发展方向：快速的网络和信息通展方向：快速的网络和信息通信技术是提高物流业工作和管信技术是提高物流业工作和管理效率的有效途径。理效率的有效途径。货柜场货柜场, ,又称堆场。如集装箱堆场又称堆场。如集装箱堆场(CONTAINER YARD:CY)(CONTAINER YARD:CY)：指办理集装箱重箱或空箱装卸，转运，保管，交接的场所指办理集装箱重

15、箱或空箱装卸，转运，保管，交接的场所. .25堆场无线应用堆场无线应用堆场网络信息化面临的问题堆场网络信息化面临的问题:l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；l施工不能影响现有物流调度作业 否则代价太大；l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堆场无线应用需求堆场无线应用需求无线视频监控：l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。l可以提供覆盖区域内的移动视频实时监

16、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：l操作人员随时接受监控中心的调度指令,提高工作效率；l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l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l实时掌握订单状况、消除订单延迟，提高客户服务质量l高效的及时统一管理消除了错误的发生机率27堆场无线应用需求堆场无线应用需求无线宽带接入：l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。l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：l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

17、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：l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堆场无线应用组网示意图监控中心29无线宽带接入无线宽带接入l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 ；l室内、室外全区覆盖：堆场的各个重要场所。A200e/A200iA200e/A200iA200e/A200iA200e/A200iA200e/A200iA200e/A200iA200e/A200i30货车定位调度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无线视频监控无线视频监控l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；l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