chap0物联网绪论课件

1、物联网概论The Internet of things什么是物联网？目录物联网产生的背景物联网定义物联网发展物联网架构物联网公共技术物联网应用物联网产生的背景计算机网络的发展互联网应用的扩展高性能计算技术的发展传感技术的发展社会需求的驱动政府的支持计算机网络的发展计算技术的发展单机计算并行计算分布式计算网格计算云计算普适计算yearlog (people per computer)streaming informationto/from physical worldNumber CrunchingData Storage productivityinteractiveMainframeMini

2、computerWorkstationPCLaptopPDA8社会需求的驱动3C协同（Computer、Consumer Electronics、Communication Devices家电、计算机、通信设备）5W目标（whoever whenever wherever whomever whatever）管-控一体化两化融合可穿戴计算机政府的支持奥巴马：智慧地球，2008年温家宝：感知中国，2009年日本：u-Japan，2004年韩国：u-Korea，2004年欧盟：制定技术体系和演进路线，2009年物联网定义物联网（Internet of Things, IOT），概念由麻省理工学院专

3、家于1999年提出。最初的定义：将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。 欧盟定义：将现有的互联的计算机网络扩展到互联的物品网络。ITU 定义：from anytime, any place connectivity for anyone, we will now have connectivity for anything。中国的定义2010年温家宝总理在第十一届人大第三次会议上所作的政府工作报告中对物联网的定义： 物联网是指通过信息传感设备，按

4、照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，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。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。15物联网定义技术理解物联网是指物体的信息通过智能感应装置，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。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去管理生产和生活。通俗理解将RFID（无线射频识别）和WSN（无线传感器网络）结合为用户提供生产生活的监控、指挥调度、远程数据

5、采集和测量、远程诊断等方面的服务。物联网的三大特征全面感知利用RFID 、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。可靠传递通过无线网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递给用户。智能处理利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术，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。物联网元年朦胧中的物联网（1995年） 当外面黑暗时，电子饰针会发出一个移动光陪你走完这幢房子。空房子不用照明。当你沿大厅的路走时，你可能不会注意到你前面的光逐渐变得很强，你身后的光正在消失。音乐也会和你一起移动。尽管看上去音乐无所不在，但事实上，房子里的其他人会听完全不同的音乐，或者什么也听不到。电

6、影或新闻将也跟着你在房子里移动。如果你接到一个电话，只有离你最近的话机才会响 比尔盖茨未来之路物联网发展过程（1）1999 年 MIT Auto-ID Center 提出物联网概念，即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。 2004 年 日本总务省提出 u-Japan 构想中，希望在 2010 年将日本建设成一个“Anytime，Anywhere，Anything，Anyone”都可以上网的环境。同年，韩国政府制定了 u-Korea 战略，韩国信通部发布的数字时代的人本主义：IT839 战略以具体呼应 u-Korea。 物联网发展过程（2）2005 年 1

7、1 月 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、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。 2008 年 11 月 IBM 提出“智慧的地球”概念，即“互联网+物联网=智慧地球”，以此做为经济振兴战略。如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内打造一个成熟的智慧基础设施平台。IBM提出智慧的地球Smar

8、ter Planet 2008年IBM智慧的地球之：警察能够在紧急状况发生前预警 2008年IBM智慧的地球之：司机能够提前注意到交通拥堵 2008年IBM智慧的地球之：列车会为乘客而排队 2008年IBM智慧的地球之：食物能告诉你它有多么新鲜 2008年IBM智慧的地球之：每个医生都可以知道您的健康状况 2008年IBM智慧的地球之：衬衫都可以为你挑选领带 2008年IBM智慧的地球之：建筑物降低能源成本 2008年IBM智慧的地球之：电话减少它们留下的生态足迹 2008年IBM智慧的地球之：小额贷款能够带来巨大的变化 物联网元年当我们在媒体上看到：世界将进入物联网时代物联网市场是互联网的3

9、0倍物联网：下一个兆元级产业拥抱物联网的春天整个中国开始因物联网而沸腾了中国物联网的春天还有多远 物联网元年 今天，在中国，物联网已经被提升到国家战略。有专家称：“2010年将成为物联网元年” 。 在人们的呼唤中，“物联网元年”向我们走来！物联网的技术体系框架（3层）物联网的技术体系框架（3层）感知层：数据采集与感知主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据的

10、协同信息处理过程。物联网的技术体系框架（3层）网络层：实现更加广泛的互联功能能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。经过十余年的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，基本能够满足物联网数据传输的需要。物联网的技术体系框架（3层）应用层：包含应用支撑平台和应用服务应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。物联网的技术体系框架（3层）公共技术不属于物联网技术的某个特定层面，而是与物联网技术架构的三层都有关系。它包括标

11、识与解析、安全技术、网络管理和服务质量(QoS)管理。物联网的技术体系框架（4层）区别支撑层支撑层 在高性能计算技术的支撑下，将网络内大量或海量的信息资源通过计算整合成一个可以互联互通的大型智能网络，为上层服务管理和大规模行业应用建立起一个高效、可靠和可信的支撑技术平台。物联网核心关键技术（1）RFID技术是物联网中让物品“开口说话”的关键技术，物联网中，RFID标签上存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别。传感器技术在物联网中，传感技术主要负责接收物品“讲话”的内容。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理、变换和识别的

12、一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制造、测试、应用及评价改进等活动。物联网核心关键技术（2）无线网络技术物联网中，物品与人的无障碍交流，必然离不开高速、可进行大批量数据传输的无线网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离的蓝牙技术和红外技术人工智能技术人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的技术。在物联网中，人工智能技术主要负责将物品“讲话”的内容进行分析，从而实现计算机自动处理。物联网核心关键技术（3）云计算技术物联网的发展离不开云计算技术的支持。物联网中的终

13、端的计算和存储能力有限,云计算平台可以作为物联网的“大脑”,实现对海量数据的存储、计算。物联网的技术难点（1）技术标准问题世界各国存在不同标准。中国信息技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。2009年9月，传感器网络标准工作组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。数据安全问题信息采集频繁，其数据安全必须重点考虑。物联网的技术难点（2）IP地址问题每个物品都需要在物联网中被寻址，就

14、需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6（6.7x1023个/平方米）来支撑。IPv6协议已经从实验室走向了应用阶段。终端问题物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求千差万别，如何满足终端产品的多样化需求，对运营商来说是一大挑战。物联网应用示意图物联网应用示例食品安全给放养的牲畜中的每一只动物都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。物联网应用示例人体健康人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且

15、实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。物联网应用示例平安城市利用部署在大街小巷的传感器，实现图像敏感性智能分析并与110、119、120等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境物联网应用示例智能家庭智能家庭是各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等通过物联网进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”,并实现随时随地对智能设备的控制。在智能家居的应用场景中，用户在下班回家的路上即可用手机启动“下班”业务流程，将热水器和空调调节到预订的温度，并检测冰箱内的食物容量，如不足

16、则通过网络下订单要求超市按照当天的菜谱送货。物联网应用示例智慧农业农业标准化生产监测系统： 将农业生产过程中，最关键的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤温度、土壤含水率的信息通过农田中的传感器组实时采集，利用M2M运营支撑平台和GPRS/ESGE网络传输，利用短信息、WEB、WAP等手段，让从事农业生产的客户实时掌握这些信息。农业标准化生产监测系统物联网运营支撑平台农业生产监测系统短信网关WEB客户GPRS/EDGE有线无线射频传感器组通信终端59作战环境侦查战场监测与指挥Sensor attached to every vehicle.Capable of detecting their loc

17、ation, vehicle sizes, speeds and ; road conditionsAlternate routes, estimate trip times Traffic ControlWSN的应用精细农业Camalie Vineyards Case StudyWSN的应用（续）建筑物结构状态监测Semi-active Hydraulic Damper(SHD), Kajima Corporation, JapanModel bridge with attached wireless sensors,B.F. Spencers Lab, Civil E., U. Illinois U-CAccelerometer board prototype,Ruiz-Sandoval, Nagayama & Spencer,Civil E., U. Illinois Urbana-Champaign物联网应用示例机场安防上海浦东国际机场防入侵系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。智能公交上海移动的“车务通” 在2010年世博会期间全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障