基础模块 5.4 了解物联网技术

主讲人：傅连仲05信息技术（基础模块）单元5新一代信息技术概论新一代信息技术是以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链等为代表的新兴技术。它既是信息技术的纵向升级，也是信息技术之间及其与相关产业的横向融合。本单元介绍新一代信息技术的基本概念、技术特点、典型应用、技术融合等内容。

物联网是新一代信息技术之一，是非常热门的科技词汇，简单的说物联网就是物和物互联的网络，它利用并融合感知技术、识别技术、网络技术、通讯技术和云计算等技术，把控制器、传感器、人和物等连接起来，实现物和物，人与物的连接，最终形成智能化的网络。物联网被认为是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。

物联网应用涉及国民经济和人类社会生活的方方面面，其应用正在迅速向各个领域蔓延，从家居、医疗、物流、交通、零售、金融，从工业到农业，物联网的应用无处不在。了解和学习物联网知识不仅是工作的需要，也是现代生活的必需。

本节介绍物联网技术的基本概念、技术特点、典型应用、技术融合等内容。新一代信息技术导论单元5新一代信息技术概论任务5.4了解物联网技术

任务描述通过本节内容的学习，完成下列学习任务：

1.了解物联网的定义和基本特征，初步接触物联网在生活中的一些运用；2.了解物联网发展的主要历程，知道我国物联网的发展态势；3.初步理解物联网的体系架构，理解感知层、网络层和应用层的关键技术特点；4.了解物联网在智慧物流、智能交通、智能安防、智慧能源环保、智能医疗、智慧建筑、智能制造、智能家居、智能零售和智能农业等典型应用场景，能够举例说出物联网的应用实例；5.4.1理解物联网的基本概念基本概念应用领域发展历程技术特点1.什么是物联网“物联网”（英文InternetofThings简称IOT）指的通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之，物联网就是“物物相连的互联网”。物联网就是“物物相连的互联网”

从物联网就是物物相连的互联网的视角，有两层意思：其一是物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二是用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。5.4.1理解物联网的基本概念基本概念应用领域发展历程技术特点2．物联网的基本特征从通信对象和过程来看，物与物、人与物之间的信息交互是物联网的核心。物联网的基本特征可概括为全面感知、可靠传输和智能处理。全面感知—利用射频识别、二维码、智能传感器等感知设备随时随地感知（获取和采集）获取物体的各类信息。可靠传输—通过对互联网和无线网络的融合，将物体的信息实时、准确地传送，以便信息交流、分享。智能处理—使用各种智能技术，对感知和传送到的海量数据和信息进行分析处理，实现监测与控制的智能化。技术特点数据挖掘自然语言处理深度学习发展历程应用领域基本概念5.4.2了解物联网的发展历程物联网概念最早出现于比尔盖茨1995年《未来之路》一书，在《未来之路》中，比尔盖茨已经提及物联网概念

。1998年，美国麻省理工学院创造性地提出了当时被称作EPC系统的“物联网”的构想。1999年，美国麻省理工学院Auto-ID实验室基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用RFID技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网。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）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。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。技术特点数据挖掘自然语言处理深度学习发展历程应用领域基本概念5.4.2了解物联网的发展历程

1999年，中国科学院开始研究传感网。2006年，中国将传感网列入重点研究领域，将“射频识别技术与应用”列入“863”计划。

2009年8月，温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时明确指示要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，并且明确要求尽快建立中国的传感信息中心，即“感知中国”。

2013年，我国发布《物联网发展专项行动计划（2013-2015）》。

2015年，我国实施制造强国战略的第一个十年行动纲领——《中国制造2025》正式发布。“中国制造2025”就是“工业4.0（智能制造）”的中国版，其核心是物联网与制造业的有机结合，也就是十八大提出的“工业化与信息化的融合（两化融合）”。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。2009年6月，欧盟委员会提出物联网行动计划。技术特点数据挖掘自然语言处理深度学习发展历程应用场景基本概念5.4.2了解物联网的发展历程2016年，NB-IoT（基于蜂窝的窄带物联网）规模商用。2017年，中国国家标准化管理委员会颁布30余项涉及物联网技术的相关标准。中国互联网协会主办的2021中国互联网大会发布的《中国互联网发展报告(2021)》显示，2020年我国物联网产业迅猛发展，产业规模突破了1.7万亿元；预测到2025年，我国移动物联网连接数将达到80.1亿，年复合增长率14.1%。主讲人：傅连仲05模块5新一代信息技术概论任务5.4.1基本概念与发展历程结束技术特点数据挖掘自然语言处理深度学习发展历程应用领域基本概念5.4.2了解物联网的发展历程图5-54中国物联网发展的主要历程主讲人：傅连仲05信息技术（基础模块）5.4.3

物联网的技术特点新一代信息技术是以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链等为代表的新兴技术。它既是信息技术的纵向升级，也是信息技术之间及其与相关产业的横向融合。本单元介绍新一代信息技术的基本概念、技术特点、典型应用、技术融合等内容。技术特点应用场景基本概念发展历程5.4.3理解物联网的技术特点1．物联网的体系架构物联网共分为3层，分别是感知层、网络层和应用层。

物联网核心技术包括射频识别(RFID)装置、无线传感器网络（WSN）、红外感应器、全球定位系统、Internet与移动网络，网络服务，行业应用软件。

①感知层的主要作用是识别物体、采集处理信息和自动控制。②网络层主要实现信息的传递、路由和控制。③应用层实现各行各业的应用软件技术特点应用场景基本概念发展历程5.4.3理解物联网的技术特点2．物联网感知层关键技术（1）RFID技术射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）是一种非接触式的自动识别技术，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技术通过射频信号自动识别对象并获取相关数据，完成信息的采集工作，是物联网中最关键的一种技术，它为物体贴上电子标签，实现了高效灵活管理。RFID技术由标签和读写器两部分组成，每个标签具有唯一的电子编码，读写器是读取（有时还可以写入）标签信息的设备，例如ETC不停车电子收费系统、地铁卡等都是RFID技术的典型应用。技术特点应用场景基本概念发展历程5.4.3理解物联网的技术特点（2）条形码技术条形码是一种信息的图形化表示方法，可以将信息制作成条形码，然后通过相应的扫描设备将其中的信息输入计算机中。条形码分为一维条形码和二维条形码。技术特点应用场景基本概念发展历程5.4.3理解物联网的技术特点（3）传感器技术传感器是指能感知预定的被测指标，并按照一定规律转换成可用信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。如图5-56所示的是各种类型传感器。

例如，楼道里的声控灯用到了光学传感器和声音传感器，空调的温度调节用到了温度传感器，自动门用到了红外传感器，电子秤利用力学传感器来测量物体质量，手机背光亮度的自动调节用到了手机正前方的环境光传感器。

物联网中，在传感器基础上增加了协同、计算、通信功能，构成了具有感知、计算和通信能力的传感器节点。

智能化是传感器的重要特点，嵌入式智能技术是实现传感器智能化的重要手段。技术特点应用场景基本概念发展历程5.4.3理解物联网的技术特点3．物联网网络层关键技术（1）ZigBeeZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。其名称来源于蜜蜂的八字舞，蜜蜂是靠飞翔和“嗡嗡”地抖动翅膀的“舞蹈”来传递花粉所在方位信息给同伴的，也就是说，蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee技术主要适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。（2）Wi-FiWi-Fi是一种无线网络通信技术，由Wi-Fi联盟负责运营和维护，其目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性。IEEE802.11是电气电子工程师学会最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据存取。Wi-Fi是一种可以将计算机、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi具有无线电波的覆盖范围广、传输速度快、厂商进入该领域的门槛比较低等优势。技术特点应用场景基本概念发展历程5.4.3理解物联网的技术特点（3）蓝牙蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10米以内）的无线电技术，能够在移动电话、掌上电脑、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙技术的优势是稳定、全球可用、设备范围广、易于使用、采用了通用规格。（4）卫星导航系统卫星导航系统是利用定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。全球四大卫星导航系统包括美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的“格洛纳斯”系统（GLONASS）、欧洲的“伽利略”系统（GSNS）和中国的“北斗”系统（BDS）。技术特点应用场景基本概念发展历程5.4.3理解物联网的技术特点（5）NFC-近场通信近场通信（NearFieldCommunication，简称NFC），是一种新兴的技术，使用了NFC技术的设备（例如移动电话）可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，是由非接触式射频识别（RFID）及互连互通技术整合演变而来的，通过在单一芯片上集成了感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能，利用移动终端实现移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等应用。（6）WSN技术无线传感器网络就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自组织网络。传感器网络将能扩展人们与现实世界进行远程交互的能力。无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。技术特点应用场景基本概念发展历程5.4.3理解物联网的技术特点4．物联网应用层关键技术物联网应用层关键技术主要包含云计算所涉及的关键技术，主要分为最底层的基础设施即服务（IaaS）、中间层的平台即服务（PaaS）和最顶层的软件即服务（SaaS）。①基础设施即服务位于最底层，该层提供的是最基本的计算和存储能力，其中，自动化和虚拟化是核心技术。②平台即服务位于3层服务的中间，该层涉及两个关键技术：基于云的软件开发、测试及运行技术和大规模分布式应用运行环境。③软件即服务位于最顶层，该层涉及的关键技术有Web中的Mashup（整合应用）、应用多租户、应用虚拟化等。主讲人：傅连仲05模块5新一代信息技术概论任务5.4.3了解物联网技术结束主讲人：傅连仲05信息技术（基础模块）5.4.4

物联网的应用场景新一代信息技术是以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链等为代表的新兴技术。它既是信息技术的纵向升级，也是信息技术之间及其与相关产业的横向融合。本单元介绍新一代信息技术的基本概念、技术特点、典型应用、技术融合等内容。技术特点应用场景基本概念发展历程5.4.4了解物联网的典型应用场景物联网在工作和生活中的应用随处可见，物联网已经逐步开启人类智慧的新生活。物联网产业的应用领域主要有物流、交通、安防、能源、医疗、制造、家居、零售和农业等，具体的应用如下。1.智慧物流智慧物流指的是以物联网、大数据、人工智能等信息技术为支撑，在物流的运输、仓储、配送等各个环节实现系统感知、全面分析及处理等功能。当前，物联网应用在物流领域主要体现在仓储、运输监测以及快递终端等三个方面，通过物联网技术实现对货物的监测以及运输车辆的监测，包括货物车辆位置、状态、货物温湿度、油耗及车速等，物联网技术的使用能提高运输效率，提升整个物流行业的智能化水平。5.4.4了解物联网的典型应用场景基本概念发展历程应用场景技术特点2.智能交通智能交通是利用物联网等信息技术将人、车和路紧密的结合起来，改善交通运输环境、保障交通安全以及提高资源利用率。物联网在智能交通中的应用包括车辆定位与调度、交通状况感知、交通智能化管控、智能公交车、共享单车、车联网、充电桩监测、智能红绿灯以及智慧停车等领域。5.4.4了解物联网的典型应用场景基本概念发展历程应用场景技术特点3.智能安防安防是物联网的一大应用市场，传统安防对人员的依赖性比较大，非常耗费人力，而智能安防能够通过设备实现智能判断。目前，智能安防最核心的部分在于智能安防系统，该系统是对拍摄的图像进行传输与存储，并对其分析与处理。一个完整的智能安防系统主要包括门禁、报警和监控三大部分。5.4.4了解物联网的典型应用场景基本概念发展历程应用场景技术特点4.智慧能源环保智慧能源环保属于智慧城市的一个部分，其物联网应用主要集中在水，电，燃气、路灯等能源以及井盖、垃圾桶等环保装置。如智慧井盖监测水位以及其状态、智能水电表实现远程抄表、智能垃圾桶自动感应等。右图是智慧能源监控调度中心。它将物联网技术应用于传统的水、电、光能设备进行联网，通过监测，提升利用效率，减少能源损耗。智慧能源监控调度中心

5.4.4了解物联网的典型应用场景基本概念发展历程应用场景技术特点5.智能医疗物联网在智能医疗中的应用包括远程监控、家庭医疗、健康咨询管理等。例如，通过在病人身上安装医疗传感设备，医生可以通过手机、平板计算机等实时掌握病人的各项生理指标数据，从而更科学、合理地制订诊疗方案或者进行远程诊疗。

此外，我们在医院看病时利用就诊卡挂号、分诊、付费、取化验单、取药等，也是利用物联网技术（就诊卡中内嵌有电子标签芯片）实现的。除此之外，通过RFID技术还能对医疗设备、物品进行监控与管理，实现医疗设备、用品可视化，形成数字化医院。5.4.4了解物联网的典型应用场景基本概念发展历程应用场景技术特点6.智能制造智能制造细分概念范围很广，涉及很多行业。制造领域的市场体量巨大，是物联网的一个重要应用领域。物联网在智能制造中的应用包括生产过程控制、供应链跟踪、产品质量检测、生产设备监控、生产环境监测等。例如，钢铁企业利用传感器和通信网络，在生产过程中对产品的宽度、厚度、温度等进行实时监控，可以提高产品质量，优化生产流程，如右图所示。5.4.4了解物联网的典型应用场景基本概念发展历程应用场景技术特点7.智能家居物联网应用于智能家居领域，能够对家居类产品的位置、状态、变化进行监测，分析其