新一代信息技术 课件 第四章 万物互联

第四章万物互联✎学习目标1234了解物联网的基本概念了解物联网的发展史了解物联网的工作方式和体系架构了解物联网的应用场景1章节概要目录2物联网是如何工作的3物联网的体系架构4物联网的应用场景1CHAPTER章节概要李彦宏说，移动互联网的时代结束了。周鸿祚说，互联网下半场就要开启。Google董事长埃里克•施密特(ErieSchmidt)预言：互联网即将消失，一个高度个性化、互动化的有趣世界即将诞生。下一个足以颠覆微信、超越阿里巴巴的超级风口在哪里？当下看，唯有物联网。4.1物联网又火了从好莱坞大片来说一说物联网美国好莱坞电影使用先进的高科技进行制作，让我们实现了许多幻想，人们把那里称作“梦工厂”。好莱坞大片拥有无可比拟的观赏性和征服力，总能给人以极大的震撼和幻想，告诉你什么叫真正的电影，告诉你什么叫现代电影。这些大片充分体现了科技和艺术结合的魅力，同时，它们又总能紧跟潮流，将最时尚、最前沿的新东西融入电影当中。4.1物联网又火了《大战皇家赌场》：物联网的萌芽在电影中，有这么一个情节：英国军情六处首脑、邦德的指挥官M夫人让人使用貌似冲击钻的家伙在邦德的手臂中植入了一枚电子芯片，并通过扫描设备将邦德的身份信息植入芯片，如图4-1所示。此时，德对M夫人说：“你想监视我?”M夫人不动声色地说:“是的。”正是这枚能够识别个人身份信息的芯片，关键时候成为邦德的救命恩人。勒·希弗斯为了除掉邦德，在他的酒里下毒。当邦德历尽千辛万苦钻到车内，并使用扫描设备激活电子芯片后，一条求助消息发送到总部的信息系统中。4.1物联网又火了《豚鼠特工队》：物联网的雏形豚鼠特工队进入赛博的实验室后，集群风暴已经启动。通过卫星发送指令，全球范围内的所有赛博家用电器都接收到微型芯片的信号，并变成各种类型的武器开始攻击人类。贪吃的赫尔利拿了一块蛋糕放到了微波炉中，结果微波炉是个不折不扣的资深吃货，熟练地使用辣椒、鸡蛋、牛肉等原料，选择一定方式准备炭烧赫尔利，并精确地计算出了烤熟时间，关键时刻，达尔文和其他同伴及时将赫尔利解救出来了。4.1物联网又火了《阿凡达》：史上最强物联网宣传片

在未来世界中，人类为获取另一星球潘多拉星球的资源启动了阿凡达计划，并以人类与纳美人（潘多拉星球土著）的脱氧核糖核胶(DNA,DeoxyriboNucleicAcid)混合，培养出身高近3m的“阿凡达”，以方便在潘多拉星球生存和开采矿产。受伤的退役军人杰克同意接受实验并以他的阿凡达来到天堂般的潘多拉星球。4.1物联网又火了《绝对控制》：物联网统治世界

里根在向投资人推介的说明会上播放的视频宕机，新来的“码农”埃德波特凭借娴熟的技术，不费吹灰之力就把故障摆平了。里根对他赞赏有加，并邀请他前往自己的住宅帮忙检查网络设备，而这是一切“不安全”的开始，埃德还将里根豪宅的全部网络系统进行了升级，甚至“染指”了无处不在的智能家居系统，还嘲笑说“这些软件太Out了，都是被时代抛弃的老古董”。天知道埃德在智能家居系统上动了多少手脚，预留了多少后门程序和木马，这就像一颗颗定时炸弹，成了日后埃德报复里根的致命武器。4.2物联网的前世今生物联网的思想起源物联网的英文说法其实更清楚,"TheInternetofThings"直译过来就是“物体的互联网”。它的小目标是实现人与物体的自由交流，终极目标是让每个物体通过传感系统接入网络，让人们在享受“随时随地”两个维度的自由交流外，再加上一个“随物”的第三维度自由。物联网的思想起源于哪里？这个科幻般的愿景会给人们的生活带来什么便利？它能够最终实现吗？4.2物联网的前世今生4.2.1咖啡壶事件剑桥大学特洛伊计算机实验室的科学家们编写了一套程序，并在咖啡壶旁边安装了一个便携式摄像机，镜头对准咖啡壶，利用计算机图像捕捉技术，以3帧/秒的速率传输到实验室的计算机上，以方便科学家们随时查看咖啡是否煮好，省了上下楼的麻烦。1993年，这套简单的本地“咖啡观测”系统又经过实验室其他同事的更新，以1帧/秒的速率通过实验室网站连接到了互联网上。没想到的是，仅仅为了窥探“咖啡煮好了没有”，全世界互联网用户蜂拥而至，近240万人点击过这家名噪一时的“咖啡壶”网站。“咖啡壶事件”是大家公认的物联网起源，关于物联网的起源，还有另一种说法“可乐机事件”。4.2物联网的前世今生4.2.2比尔·盖茨与《未来之路》关于物物相连，盖茨脑洞大开，对于未来做了种种预测，许多梦想已经照进现实。《未来之路》中写道：“你能把所有信息和更多软件存入一种信息装置中，我们姑且称之为袖珍个人计算机。它与钱包一样大小，你可把它放进口袋或手提袋中。它不仅可以显示信息和时刻表，而且能让你阅读/发送电子邮件、记录天气和股票评论，还可以玩简单或者复杂的游戏。开会时你可以用它做笔记，预定一场美丽的约会，查看一下朋友的信息。”这不正是我们须臾不可离身的智能手机吗？虽然盖茨描述的袖珍个人计算机与智能手机并不完全一样，但基本上就是智能手机的雏形。1995年，这位微软帝国的缔造者曾撰写过一本在当时轰动全球的书——《未来之路》(theRoadAhead)4.2物联网的前世今生4.2.2比尔·盖茨与《未来之路》《未来之路》中写道：“如果你想欣赏博物馆或美术馆的艺术作品，那么你可以‘走’进一种视觉显示画面，在作品之中自由切换，就像你亲自在现场一般。你可以用超级链路来了解一幅画或一尊雕像的详细信息，你可以问任何问题，而不必担心被误解为略懂先生。在虚拟美术馆中漫游感受与在参观真正的美术馆会有所不同，但这是种非常有益的近似。正如虽然你并未去剧院或体育馆，但是通过电视观看芭蕾舞或篮球赛样令人心潮澎湃，那画面太美，我不敢看。”4.2物联网的前世今生4.2.2比尔·盖茨与《未来之路》《未来之路》中写道：“所有这些信息都将易于获取，而且完全是私人订制的。你可以浏览你感兴趣的任何信息，以任何方式获取任何时间产生的各类信息。你可以摆脱电视台的控制，点播任意电视节目；你可以购物、点菜，与业余爱好者联络，或在任何时候随心所欲地发布信息；夜间新闻广播会在你设定的开始时刻播放，且刚好持续到你所需要的时间为止。”苹果Siri、谷歌助手、桌面百度、微软小娜正在这条路上进化。智能助手，听你所言，知你所想，懂你所看，一句话帮你订制个性生活。4.2物联网的前世今生4.2.3一支口红引发的创新江湖人称“物联网之父”的凯文·艾什顿(KevinAshton)二十世纪八九十年代，零售商们普遍采用条形码扫描系统进行库存管理，但条形码不能传递产品的位置信息，无法得知货架上实时的销售状况，以致无法及时补充售罄整的商品。“显然，条形码并不完美。”艾什顿表示。他认为，一定能够找出一种可以跟踪商品动态变化的方法。这一想法得到了宝洁高层的认可，高层授意艾什顿继续探索这个点子。与此同时，英国的零售商们开始流行办理会员卡，该卡内置有一种无线通信芯片（电子标签）。一家芯片制造商向艾什顿演示了芯片的工作原理，并语重心长地告诉他，芯片上的数据无须读卡器，即可进行无线传输。4.2物联网的前世今生4.2.3一支口红引发的创新1999年，麻省理工学院的物理学家尼尔·格尔圣菲尔德（NeilGenshenfield）出版了一本名为《当物体开始思考》(WhenThingsStarttoThink)的专著，讲的是把数据添加到常使用的物体之中。这本书曾让艾什顿茅塞顿开。艾什顿把一枚小小的无线电芯片放人一支口红，把一副天线安装在货架上，这使得口红包装的数据可以提醒商店管理人员哪些商品已经不在架子上了。这种科技让艾什顿多了双安在货架上的“眼睛”，而如果计算机只会在电子表格中查阅数据，那这一切都不会发生了。艾什顿将其笼统地命名为“存储系统”，它成为艾什顿的第一个发明专利。2CHAPTER物联网是如何工作的4.3热概念冷思考什么是物联网人们常说：“云里云计算，雾里物联网”，自从2009年响亮鸣笛以后，物联网(IoT)像一辆疾驰的列车，无论是地方政府、科研院所、企业，还是行业用户，都争先恐后地登上这辆列车，规划、标准、扶持政策纷至沓来。那么，问题来了：究竟什么是物联网？物联网是如何工作的？它的体系架构是怎样的？关键技术有哪些？4.3热概念冷思考4.3.1物联网的脸谱互联网＋商场=天猫互联网＋旅行社=携程互联网＋餐厅=美团互联网＋出租车=滴滴打车互联网＋中关村=京东商城互联网＋义乌小商品市场=淘宝互联网+全民分销=微商互联网+金融=虚拟货币互联网+以上所有=？互联网“+”时代4.3热概念冷思考4.3.1物联网的脸谱物联网与互联网最大的差别就是：如果说互联网让全世界变成了一个村，让这个村变成了一个人，这个人充满着智慧；互联网连接虚拟信息空间，而物联网连接现实物理世界；如果说互联网是人的大脑，那物联网就是人的四肢。其实，物联网实际上只是多了一个底层的数据采集环节，大致是4类数据的采集：电子标签显示身份、传感器捕捉状态、摄像头记录图像、GPS进行跟踪定位。4.3热概念冷思考4.3.1物联网的脸谱受技术和产业成熟度的综合驱动，物联网呈现“边缘的智能化、连接的泛在化、服务的平台化、数据的延伸化”新特征。边缘的智能化边缘计算的兴起更是将智能服务下沉至边缘，满足了行业物联网实时业务、敏捷连接、数据优化等关键需求，为终端设备之间的协作提供了重要支撑。连接的泛在化局域网、低功耗广城网、第五代移动通信网络等陆续商用为物联网提供泛在的连接能力，物联网网络基础设施迅速完善，互联效率不断提升，助力开拓新的智慧城市物联网应用场景。服务的平台化物联网平台成为解决物联网碎片化，提升规模化的重要基础。通用水平化和垂直专业化平台互相渗透，平台开放性不断提升，人工智能技术不断融合，基于平台的智能化服务水平持续提升。数据的延伸化先联网后增值的发展模式进一步清晰，新技术赋能物联网，不断推进横向跨行业、跨环节“数据流动”和纵向平台、边缘“数据使能”创新，应用新模式、新业态不断显现。4.3热概念冷思考4.3.2物联网是如何工作的物联网的发展需要经历4个阶段：第一阶段是电子标签和传感器被广泛应用在物流、销售和制药领域；第二阶段是实现物体互联；第三阶段是物体进入半智能化；第四阶段是物体进入了全智能化。在规模性、流动性条件的保障下实现任何时间、任何地点、任何人和任何物(4A，AnytimeAnywhereAnyoneAnything)的通信。3CHAPTER物联网的体系架构4.4物联网的体系架构3层技术架构根据技术框架，物联网通常可分为3层：感知层、网络层和应用层。感知层相当于人体的皮肤和五官，网络层相当于人体的神经中枢和大脑，应用层相当于人的社会分工。感知层包括条码和扫描器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、传感器网络等，其中条码和RFID标签显示身份，传感器捕捉状态，摄像头记录图像，GPS进行跟踪定位，最终实现识别物体、采集信息的目标。4.4物联网的体系架构3层技术架构4.4物联网的体系架构4.4.1感知层：物联网的皮肤和五官1．条码：物联网的第一代身份证

感知层是物联网的核心，是物联网全面感知的基础，实现信息采集的关键部分。感知层位于物联网结构中的最底层，以RFID、传感器、二维码等为主，利用传感器收集设备信息，利用RFID技术在一定范围内实现发射和识别。主要是通过传感器识别物体，从而采集数据信息。4.4物联网的体系架构4.4.1感知层：物联网的皮肤和五官2．电子标签：物联网的第二代身份证RFID技术是指利用无线电波对记录媒体进行读写的一种自动识别技术。RFID技术和其他识别技术相比，具有无需接触、自动化程度高、耐用可靠、识别速度快、适应多种工作环境、可实现高速识别和多标签同时识别等特点，在物流和供应链管理、门禁安防系统、道路自动收费、航空行李处理、文档追踪图书馆管理、电子支付、生产制造和装配、物品监视、汽车监控以及动物身份标识等领域都有着广泛的应用前景。4.4物联网的体系架构4.4.1感知层：物联网的皮肤和五官3．传感器：物联网的神经元传感器是物联网的感觉器官，可以感知、探测、采集和获取目标对象各种形态的信息，是物联网全面感知的主要部件，是信息技术的源头，也是现代信息社会赖以生存和发展的技术基础。4.4物联网的体系架构4.4.2网络层：物联网的神经中枢和大脑网络层是物联网架构的中间环节，是基于现有的通信网络和互联网基础上建立起来的，是架设在感知层与应用层之间的桥梁，主要负责信息接入、传输与承载，例如对传感器采集的信息进行安全无误的传输，并对收集到的信息传输给应用层。同时，网络层“云计算”技术的应用确保建立实用、适用、可靠和高效的信息化系统和智能化信息共享平台，实现对各种信息的共享和优化管理。网络层的主要核心技术包括：WSN、4G/5G、低速近距离无线通信、ZigBee、IP承载技术以及M2M技术等。4.4物联网的体系架构4.4.2网络层：物联网的神经中枢和大脑1．互联网——IPv6技术IPv6是lnternet工程任务组(IETF)用于替代现行版本IPv4的下一代IP协议，地址长度从32位拓展到128位，可以解决IPv4地址不足的问题。现有的互联网是在IPv4协议的基础，其地址空IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，而地址空间不足必将影响互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，可通过IPv6重新定义地址空间。4.4物联网的体系架构4.4.2网络层：物联网的神经中枢和大脑2．移动通信网——4G/5G技术1G的意义在于将人们从固定电话带人移动通信时代；2G的意义在于将所有用户视为漫游用户，并将其从模拟移动通信带入数字移动通信时代，推动了移动通信的大范围普及；3G的意义在于带动了数据通信的蓬勃发展，塑造了移动互联网产业；4G的意义在于将承载数据业务的无线宽带作为通信基础设施，标志着数据业务接替语音业务成为主流；5G的意义在于除了满足人类移动通信需求之外，开始大力发展面向物体的通信解决方案，构建物联网的基础设施；6G的意义在于有望实现陆地通信、水下通信、卫星通信与平流层通信等技术的融合。4.4物联网的体系架构4.4.2网络层：物联网的神经中枢和大脑3．ZigBee

除了Wi-Fi、蓝牙之外，ZigBee是目前最重要的无线通信协议之一，主要应用于物联网和智能硬件等领域。ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率及低成本的双向无线通信协议，其具有的上述特点使它能在智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理及个人健康等领域有所作为；主要用于距离短、功耗低日传输速率不高的各种电子设备之间的数据传输以及典型的周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据的传输。4.4物联网的体系架构4.4.3应用层：物联网的“加工厂”应用层主要解决信息处理和人机界面的问题，也即输入输出控制终端。例如，手机、智能家居的控制器等等，主要通过数据处理及解决方案来提供人们所需的信息服务。

应用层是物联网和用户的接口，并与行业需求紧密结合，实现物联网的智能应用，针对的是直接用户，为用户提供丰富的服务及功能，用户也可以通过终端在应用层定制自己需要的服务：比如查询信息、监视信息、控制信息等等。

应用层涉及的关键技术可分为应用设计、应用支撑、终端设计3个子类，核心技术主要包括：中间件技术、智能技术以及云计算技术等。4CHAPTER物联网的应用场景4.5物联网实现的世界智慧生活智能生活平台可以自由的与主流智能家居品牌产品互通，任何时候，任何场合，家庭用户可以自由的通过无线链接Internet，通过主流的互联网与物联网通信渠道，配合丰富的智能家居产品终端，构建享受智能家居控制系统带来的新的生活方式，多方位、多角度地呈现家庭生活中更舒适、更方便、更安全和更健康的具体场景，进而共同打造出具备共享智慧生活理念的智能社区，从生活资讯，到健康诊疗，从远程门锁控制，到合理家庭用电策略建议部署，从严谨的家庭安防，到细微的家庭环境质量分析建议部署，全方位的体现智能生活的精彩。4.5物联网实现的世界4.5.1物联网与无人超市无人超市兴起的背景政策支持技术创新人工成本增加便于实现精准营销互联网流量红利的消失123454.5物联网实现的世界4.5.1物联网与无人超市无人超市的运作原理进店：扫码开门选货：商品智能识别支付：一键支付1234.5物联网实现的世界4.5.1物联网与无人超市无人超市从兴起到现在经历了开放式货架、半开放式货架、全封闭式货架三个阶段的无人便利店模式。4.5物联网实现的世界4.5.1物联网与共享单车

共享单车是指企业在校园、地铁站点、公交站点、居民区、商业区、公共服务区等提供自行车单车共享服务，是种分时租赁模式和一种新型环保共享经济。哈啰单车美团单车青桔单车4.5物联网实现的世界4.5.1物联网与共享单车物联网系统通常分为三个层次：①感知层，利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；②网络层，通过各种电信基础网络与互联网的融合，实现对物体信息的实时准确传递；③应用层，对感知层得到的信息进行处理，实现对物体的识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。4.5物联网实现的世界4.5.1物联网与共享单车二维码识别智能电子锁物联网定位4.5物联网实现的世界4.5.1物联网与智能家居

在家电和家具中嵌入物联网智能感知终端节点，使家电通过无线网络融人家庭物联网中，将会为住户提供更加舒适宜人、智能化的家居环境。利用远程监控系统，主人可以对家电进行远程遥控。例如，在寒冷的冬天或炎热的夏天，我们回家前半小时打开空调，这样到家的时候我们就可以立刻享受舒适的室温了。其他的家电，例如电饭锅、微波炉、电冰箱、电话机、电视机等，都可以按照我们自己的遥控