《嵌入式系统原理与技术》课件第8章-研究生-嵌入式与物联网

1、11. 物联网定义与发展物联网(The Internet of things)把所有物品通过射频识别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。国际电信联盟曾描绘“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。物联网产生的背景1、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

2、临紧迫的选择，物联网技术成为推动下一个经济增长的特别重要推手。 2、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已经比较成熟。例如常见的无线传感器（WSN）、RFID、电子标签等。3、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，基于海量信息收集合分类处理的能力大大提高。234200519991998MIT的 Kevin Ashton：把RFID技术与传感器技术应用于日常物品中形成一个“物联网”EPC global 的Auto-ID中心：物联网是成千上万的物品采用无线方式接入了Internet的网络。这是

3、物联网概念真正的提出。ITU报告：物联网是通过RFID和智能计算等技术实现全世界设备互连的网络。2008IBM：互联网物联网智慧地球把传感器设备安装到电网、铁路、桥梁、隧道、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且普遍连接形成网络，即“物联网”1995Bill Gates在未来之路中提及物联网概念52. 物联网技术概述Internet of ThingsInternet: 计算设备通过标准协议形成的网络Things: 客观世界的物理实体Internet of Things: 由可唯一标识的物理实体通过标准协议形成的全球性网络过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开:一方面是机场、公路

4、、建筑物,而另一方面是数据中心,个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施,在此意义上,基础设施更像是一块新的地球工地,世界的运转就在它上面进行,其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。 61、从技术理解 物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。2、从应用理解 物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”,然后“物联网”又与现有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。物联网三个重要特征全面

5、感知：利用RFID、传感器、二维码，及其它各种的感知设备随时随地的采集各种动态对象，全面感知世界。可靠传递：利用以太网、无线网、移动网将感知的信息进行实时的传送。智能处理：利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制和管理，真正达到了人与物的沟通。78传感网络技术 是由使用传感器的器件组成的在空间上呈分布式的无线自治网络，用来感知环境参数，如温度、震动等等。 近程通讯技术 是新兴的短距离连接技术，从很多无接触式的认证和互联技术演化而来，RFID和蓝牙技术是其中的重要代表。 物联网现阶段最主要的表现形式： M2M M2M是机器到机器的无线数据传

6、输，有时也包括人对机器和机器对人的数据传输。有多种技术支持M2M网络中的终端之间的传输协议，目前主要有CDMA 、GPRS、IEEE802.11a/b/g WLAN等等。物联网技术 99103. 物联网体系结构11分层架构子系统整合基础物联网结合新系统加入行业特点1213接入终端、接入系统：包含信息源终端。RFID事件、传感器事件、二维码事件等，通过因特网、无线网、移动网实现通信。体系架构中有个重要的开放平台，提供这样的功能：第一，终端管理，可以实时监控网络和终端的运营状况，精确表述故障原因；接入系统的管理，对接入系统的开放问题、接入问题、资源共享问题进行管理。第二，数据中心，进行数据采集、数

7、据处理、数据存储、数据共享、信息智能交互。第三，跟开发中间件结合，提供一个面向应用的开放的环境，开发人员只需要调API就可以进行开发，最终降低开发的难度，提高开发的效率。这个平台还可以起到网关的作用，来简化终端和应用的接入。14因特网：系统联系的桥梁。智能、自学习中心：控制系统的上、下层及中间环节的智能联系，使得物物联接具有人人联接的特性，保证物联网的智能特性。上层应用：物联网本着服务政府、社会、行业和公众的目的，把整个社会以物联网的形式组织起来。15分层架构与功能模块16关键技术17RFID无线射频识别技术（Radio Frequency Identification,RFID），或称射频识

8、别技术，是从二十世纪90年代兴起的一项非接触式自动识别技术。它是利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。RFID技术的基本工作原理RFID进入电磁场后，接收阅读器发出的射频信号，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（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解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。18RFID技术的典型应用：物流和供应管理生产制造和装配航空行李处理邮件/快运包裹处理文档追踪/图书馆管

9、理动物身份标识运动计时门禁控制/电子门票道路自动收费19传感器网络20IPv6物联网的前提是必须为物品赋以独一无二的地址现有标准IPv4只支持大概40亿（232次方）个网络地址，平均每个人不到1个，人都不够分的。IPv6是互联网协议第四版（IPv4）的更新版Pv6支持2128（约3.4 1038）个地址，这等价于在地球上每平方英寸有4.31020地址（6.71017地址mm2）丰富的地址资源使得物联网成为可能。214. 国内外的发展状况日本现状日本u-Japan战略，希望实现从有线到无线、从网络到终端、包括认证、数据交换在内的无缝链接泛在网络环境，100的国民可以利用高速或超高速网络。韩国现状

10、韩国也实现了类似的发展。配合 u-Korea 推出的 u-Home 是韩国的 u-IT839 八大创新服务之一。智能家庭最终让韩国民众能通过有线或无线的方式远程控制家电设备，并能在家享受高质量的双向与互动多媒体服务。2004年初，全球产品电子代码管理中心授权中国物品编码中心为国内代表机构，负责在中国推广EPC与物联网技术。4月，北京建立了第一个EPC与物联网概念演示中心。2005年，国家烟草专卖局的卷烟生产经营决策管理系统实现用RFID出库扫描，商业企业到货扫描。许多制造业也开始在自动化物流系统中尝试应用RFID技术222009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

11、了把“感知中国”中心设在无锡、辐射全国的想法。江苏省委省政府接到指示后认真落实总理的要求，热情拥抱“物联网”，突出抓好平台建设和应用示范工作。无锡市则作出部署：举全市之力，抢占新一轮科技革命制高点，把无锡建成传感网信息技术的创新高地、人才高地和产业高地。2009年9月11日，“传感器网络标准工作组成立大会暨感知中国高峰论坛”在北京举行，会议提出传感网发展相关政策。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。 23对于物联网在国内市场空间，权威机构预测，仅“产业排头兵”RFID领域，2010年国内市

12、场规模就将达50亿元，年复合增长率为33%，其中电子标签超过 38亿元、读写器接近7亿元、软件和服务达到5亿元的市场格局。而业内人士估计，中国物联网产业链2010年就能创造约1000亿元产值,并成为下一个万亿级信息产业引擎。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业务。245. 物联网应用领域物联网应用推进框架 “物联网是指通过各种传感和传输手段，将现实世界的信息进行自动化、实时性、大范围、全天候的标记、采集、传输和分析，并以此为基础搭建信息运营平台、构建应用体系，从而增强社会生

13、产生活中信息互通性和决策智能化的综合性网络系统。”并将物联网划分为信息采集、信息传输、信息运营和整合应用四个层级。智慧城市市政管理公共安全智能建筑智能交通智能园区节能减排城市市政管理 公共安全自然灾害气象灾害事故灾难电梯安全地下空间事故危化品事故公共卫生“三品一械”安全事件社会安全重特大群体性事件公共场所治安事件节能减排建筑物节能：公共场所温度监测空调无线监控照明智能控制水电风气监测能源设备安全燃气储气输送安全监测电力变电设备和传输设备的监控智能电网智能电表，记录用户的用电习惯无线抄表，远程上传低碳精细农业将无线传感器网络布设于农田、园林、温室等目标区域，网络节点大量实时地收集温度、湿度、光照

14、、气体浓度等物理量，精准地获取土壤水分、压实程度、电导率、pH值、氮素等土壤信息。无线传感器网络有助于实现农业生产的标准化、数字化、网络化。将从三个方面有效促进农业的发展：增产增收、节约能源，相当于露地栽培产量10倍以上 智能家居 1 基于物联网的公共交通监管实现公共交通工具全程追踪和溯源，保证运输的安全，最终实现政府的数字化的调度管理与城市交通资源优化配置运行职能。实现城市公共交通、轨道交通等重要设备的准确标识，实现管理的透明化，为运输安全、保障交通设施设备安全提供法律依据。实现车辆、列车等运营全程的追踪，提高事故防控能力和水平，增强实时调度监控和应急事件处理能力，促进交通运输持续健康发展。

15、 采用无线传感器网络和无线局域网技术，实现对灯、空调设备的远程监控，同时为工作人员配备手持终端，方便工作人员现场处理设备故障。 建筑物室内定位系统6. 物联网的发展趋势网络从虚拟走向现实，从局域走向泛在到2020年，全球物物互联的业务与现有的人人互联业务之比将达到30:1，物联网大规模普及，成为一个万亿美元级产业。构建网络无所不在的信息社会已成为全球趋势，当前世界各国正经历由“e”社会过渡到“u”社会，即无所不在的网络社会（UNS）的阶段，构建“u”社会已上升为国家的信息化战略，例如美国的“智慧地球”以及中国的“感知中国”。“u”战略是在已有的信息基础设施之上重点发展多样的服务与应用，是完成“e”战略后新一轮国家信息化战略。与互联网相比，物联网在anytime、anyone、anywhere的基础上，又拓展到了anything。人们不再被局限于网络的虚拟交流，有人与人（P2P），也包括机器与人（M2P）、人与人（P2P）、人与机器（P2M）、机器对机器即M2M之间广泛的通信和信息的交流。物联网的问题：物联网标准目前各国在RFID频率标准上有所差异安全与隐私问题RFID成本问题环境污染问题物联网将给人们的生活带来重大改变：生活中的物品变得“聪明”、“