信息技术（电子信息类）课件 物联网

物联网“新一代信息技术系列丛书信息技术（电子信息类）第五章01物联网的概念与关键技术物联网的概念与关键技术一、物联网的发展与特点物联网是通过RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传感设备，按约定的协议，把物品与网络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。全球物联网技术的发展现状物联网技术最早应用在美、欧、日、韩等国家，这些国家的物联技术的总体实力较强，中国物联网技术的应用发展迅速，市场规模近年来大幅度提升。目前，物联网核心技术持续发展，标准体系正在构建，产业体系不断完善，全球物联网行业处于高速发展阶段。我国物联网应用初步呈现示范牵引产业发展的态势中国政府高度重视物联网应用发展，相继开展多个领域示范应用工程，初步形成了示范应用牵引产业发展的态势。此外，我国物联网政策体系也逐步完善。随着全球物联网技术的不断发展，以及底层技术的不断完善，物联网行业已经由初期的消费类物联网产品，逐渐转换为行业级应用。物联网的概念与关键技术一、物联网的发展与特点受技术和产业成熟度的综合驱动，现阶段的物联网呈现“平台化服务、泛在化连接、智能化终端、延伸化数据”等特点。平台化服务：利用物联网平台打破垂直行业的“应用孤岛”，促进大规模开环应用的发展，形成新的业态，实现服务的增值化；同时利用平台对数据的汇聚，在平台上挖掘物联网数据价值，衍生新的应用类型和应用模式。泛在化连接：广域网和短距离通信技术的不断应用推动更多的传感器设备接入网络，为物联网提供大范围、大规模的连接能力，实现物联网数据实时传输与动态处理。泛在化连接将不断增加物联网的产业价值。智能化终端：物联网端系统的智能化主要体现在两个方面，一方面是传感器等底层设备自身向着智能化的方向发展；另一方面是通过引入物联网操作系统等软件，支持不同设备之间的本地化协同，并实现面向多应用场景的灵活配置。延伸化数据：其数据来源广，除采集的原始数据以外，还有大量的衍生数据，这些数据表现方式不同，结构形式差异大，整体体现出多样性；同时，新技术赋能物联网，不断推进横向跨行业、跨环节的“数据流动”和纵向平台、边缘的“数据延伸”。（1）（2）（3）（4）物联网的概念与关键技术二、物联网的体系结构与关键技术目前国内外普遍采用三层或四层层级体系结构对物联网系统进行描述。物联网三层体系结构从下到上依次是感知层、网络层和应用层，这也体现出了物联网的3个基本特征，即全面感知、可靠传输和智能处理。物联网三层体系结构1物联网的体系结构物联网的概念与关键技术物联网各个层面相互关联，每个层面都有很多技术支撑，并且随着科技发展将不断涌现出新技术。每个层面都有其相对的关键技术，掌握这些关键技术及其相互关系，会更快促进物联网的发展。二、物联网的体系结构与关键技术2物联网的关键技术RFID传感器技术条形码识别技术定位技术嵌入式系统(1)感知层：感知与识别技术将感知层采集的信息通过各种接入设备与网络相连，实现物体信息的传输。通信网络技术可以分为有线通信技术和无线通信技术。(2)网络层：通信与网络技术主要包括连接管理平台(CMP)、设备管理平台(DMP)、应用使能平台(AEP)和业务分析平台（BAP）。(3)平台层：设备管理与数据分析技术这些智能化的应用涵盖了智能物流、智能安防、可穿戴产品、智慧建筑、智慧交通、智能家居、智能制造、智慧农业等各个领域。(4)应用层：数据存储与处理技术02自动识别技术自动识别技术一、自动识别技术概述自动识别技术是一种能够让物品“开口说话”的技术。它可以对每个物品进行标识和识别，并可以实时更新数据，是构造全球物品信息实时共享的重要组成部分。一类是需要在被识别物体上绑定相应的设备后才能对物体进行自动识别，即用某种设备来标识物理对象，我们称为标签。另一类是直接识别物体的某一特征，如手机指纹解锁。自动识别系统因采用的技术不同，系统构成有所不同。其主要可以分为两类：无论是识别标签，还是直接识别物体特征，自动识别系统都包括读写器和后台计算机信息系统。自动识别技术二、自动识别技术的分类常用的自动识别技术（1）磁卡识别技术。磁卡识别技术是指利用磁卡记录信息，通过各种磁卡读卡器读取磁卡信息，并提供给后台计算机信息系统处理的自动识别技术。（2）IC卡识别技术。IC卡识别技术是指利用IC卡记录信息，在使用时通过读卡器读取信息，并提供给后台计算机信息系统处理的自动识别技术（3）条形码识别技术。条形码识别技术是一种利用光识别技术对条形码所表示的信息进行自动识别的技术。射频识别技术。（4）射频识别技术。射频识别技术是利用电子标签来标识物体，并通过射频无线电波进行数据传递的自动识别技术。（5）生物识别技术。生物识别技术是利用人的生理特征（如指纹、人脸、虹膜等）或行为特征（如笔迹、声音、步态等），来进行个人身份识别的自动识别技术。按照数据采集技术可分为光识别技术、磁识别技术、电识别技术等；按照特征提取技术可分为静态特征识别技术、动态特征识别技术和属性特征识别技术等。自动识别技术三、射频识别技术典型的射频识别系统由电子标签、读写器和后端的计算机信息系统组成。当带有电子标签的物品进入读写器的读写区域时，电子标签被读写器激活，并通过无线电波将标签中携带的信息传送给读写器；读写器接收信息，并将信息交于后台的计算机信息系统进行处理。射频识别系统的结构1射频识别技术的分类2（1）根据电子标签的供电形式分类。按照电子标签供电方式的不同，可以把电子标签分为有源标签、无源标签和半有源标签。（2）根据电子标签的工作频率分类。按照电子标签工作频率的不同，电子标签分为低频（LowFrequency，LF）、高频（HighFrequency，HF）、超高频（UltraHighFrequency，UHF）和微波标签射频识别技术（RFID）是以电子标签来标识某个物体，通过射频无线电波进行数据传输的自动识别技术。它是一种非接触式的自动识别技术，在自动识别技术中占据重要位置。03物联网定位技术物联网定位技术一、物联网定位技术的发展趋势与应用12物联网定位技术的发展趋势物联网定位技术的应用作为物联网应用中核心要素之一的定位技术，也在交通、医疗、安防等多个方面扮演着不可或缺的角色，并呈现出以下发展趋势。定位范围不断扩大，无缝覆盖的需求已开始呈现。定位精度趋于更高，新的应用开始出现。定位技术作为物联网的一项重要感知技术，借助其获取物体的即时位置信息，可以衍生出一系列基于位置信息的物联网应用。特别是在交通、物流领域。智慧交通智能物流智能医疗物联网定位技术二、卫星定位技术卫星定位是一种使用卫星对某物进行准确定位的技术，用以实现导航、定位、授时等功能。目前典型的卫星导航系统包括：我国的北斗卫星导航系统、美国的全球定位系统、俄罗斯的“格洛纳斯”（GLONASS）、欧洲的伽利略卫星导航系统。全球定位系统北斗卫星导航系统全球定位系统是一种以人造地球卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统，它在全球任何地方及近地空间都能够提供准确的地理位置、车行速度和精确的时间信息。全球定位系统由以下3个部分组成：空间部分（GPS卫星）、地面监控部分和用户部分。北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段3部分组成。

物联网定位技术三、其他短距离定位技术010203042019年初，蓝牙技术联盟正式发布了蓝牙5.1版本，该版本引入了“寻向”功能，并将蓝牙技术的定位精度提升到了亚米级，释放了更多的应用场景。蓝牙定位技术RFID定位系统以RFID技术为核心，利用RFID读写器对RFID电子标签进行定位，具有定位精度高、抗干扰能力强、定位范围大等特点，适用于多标签情况。RFID定位技术Wi-Fi定位技术是室内定位技术中的一种，指通过无线接入点（包括无线路由器）组成的无线局域网（WLAN），可以实现复杂环境中的定位、监测和追踪任务。Wi-Fi定位技术UWB的全称为UltraWideBand，即超宽带，是一种传输速率高、发射功率较低、穿透能力较强的无线通信技术。UWB定位技术04传感器与无线传感器网络传感器与无线传感器网络一、传感器的分类与特点传感器的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；它的输出量是某种物理量，这种物理量要便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电量，但主要是电量；输入、输出的转换规律（关系）已知，转换精度要满足应用要求。传感器是一种测量装置，它能够将被测量转换为另一种便于应用的某种物理量，两者具有确定的对应关系。分类方法常见的传感器类型按被测量分类温度传感器、湿度传感器、压力传感器、浓度传感器、加速度传感器按输出信号分类模拟传感器、数字传感器按工作原理分类电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、热电式传感器按敏感材料分类半导体传感器、陶瓷传感器、光导纤维传感器、高分子传感器、金属传感器按加工工艺分类厚薄膜传感器、MEMS传感器、纳米传感器按传感对象分类地震传感器、心电传感器、水质传感器、轮胎传感器、气体传感器按应用领域分类机器人传感器、家电传感器、环境传感器、汽车传感器传感器的分类方法无线传感器网络是由大量的静止或移动的传感器节点以自组织和多跳的方式构成的无线网络，通过电子信息、无线通信、计算机网络等几种技术的融合，能够协作实现网络覆盖范围内的被感知对象的感知、采集、传输、处理。无线传感器网络是以无线的方式进行通信的，具有成本低，操作方便的特点。无线传感器网络的定义1无线传感器网络的体系结构2传感器节点是无线传感器网络里面基本的组成部分，可分为传感节点、路由节点、中心节点3类，传感节点采集数据并将其发送给路由节点，路由节点进行数据转发，最后通过中心节点发送给目标用户供其使用。传感器与无线传感器网络二、无线传感器网络无线传感器网络的特点3传感器节点数量多、体积小、分布广具有自组织能力具备适应复杂环境的能力部署容易且成本低信息传输具备高可靠性无线传感器网络是以数据为中心的网络传感器与无线传感器网络三、数据融合1数据融合的概念及应用数据融合处理结合P2P、云计算等分布式计算技术，成为解决以上难题的一个途径。数据融合技术是指利用计算机对按时序获得的若干个传感器的观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理技术。根据这一定义可以看出，多传感器系统是数据融合的硬件基础，多源信息是数据融合的加工对象，协调优化和综合处理是数据融合的核心。在物联网监测系统中，多数据融合技术可以有助于构建集计算机、智能设备、家居设备等一系列设备的物联网体系，也有助于形成统一接口、统一规范，更好地使用传感器。传感器与无线传感器网络三、数据融合2数据融合的种类数据融合通常包括数据层融合、特征层融合和决策层融合。数据层融合。它是直接在采集到的原始数据层上进行的融合，在各种传感器的原始测报未经预处理之前就进行数据的综合与分析。特征层融合。特征层融合属于中间层次的融合，它先对来自传感器的原始信息进行特征提取（特征可以是目标的边缘、方向、速度等），然后对特征信息进行综合分析和处理。决策层融合。决策层融合通过不同类型的传感器观测同一个目标，每个传感器在本地完成基本的处理，其中包括预处理、特征抽取、识别或判决，以建立对所观察目标的初步结论，然后通过关联处理进行决策层融合判决，最终获得联合推断结果。05物联网安全技术物联网安全技术一、物联网安全概述根据中国信息通信研究院发布的《物联网白皮书（2020年）》显示，物联网安全问题已成为物联网现阶段规模化发展的核心问题之一。多家机构对物联网发展趋势的最新预测中，安全成为首要关注问题。（1）从技术角度来看物联网是建立在互联网基础上的，因此互联网所能够遇到的安全问题，在物联网中都会存在，只是表现形式可能不一样。（3）从物理传输技术的角度来看物联网更多依赖无线通信技术，而无线通信技术很容易被干扰和窃听，攻击无线信道是比较容易的。（2）从应用的角度来看物联网上传输的是大量涉及企业经营的物流、生产、销售、金融数据，以及有关社会运行的一些数据（4）物联网安全也是现实社会安全问题的反映是一个系统的社会工程，不仅涉及安全技术，还涉及政策、道德与法律法规。物联网安全技术二、物联网安全要求2017年，《中华人民共和国网络安全法》（以下简称《网络安全法》）正式实施，明确我国实行网络安全等级保护制度。网络运营者应当按照网络安全等级保护制