《物联网基础绪论》PPT课件.ppt

1、F&A of the Internet of Things,1,物联网基础与应用,Fundamentals and Applications of the Internet of Things,李蔚田 博士,F&A of the Internet of Things,2,课程简介,物联网是一门新兴学科，成熟且完善的教本很少。本课程本着科学性、理论性和实用性相结合、现实性和前瞻性相结合的原则，共设计了12章，介绍了物联网技术的关键技术，对物联网的应用以案例和典型范示例做了详细的解读，尽可能将国外的先进理论、方法和实践经验与实际需要紧密联系起来；针对信息和经管类人才的培养目标，系统介绍了物联网的理

2、论构架，包括它的涵义、性质、特点、职能、基本内容、形成发展、环境因素、基本原理、基础理论、应用和实践等问题。 内容以专业的实践性、应用性和普及性为主，集实践与理论于一体，使其理论叙述少，应用示例多，力避空洞枯燥；同时做到形象资料多、生动案例多，使学生能系统地学习物联网技术与方法，掌握基本理论和实践，培养学生作为未来实践者所具备的技能，学会用理论分析和解决实际问题的方法。,F&A of the Internet of Things,3,主 要 参 考 书 目,1刘化君物联网技术M北京：电子工业出版社2010年9月 2杨震等物联网技术与应用导论M北京：人民邮电出版社2011年10月 3无线龙现代无

3、线传感网概论M北京：冶金工业出版社 2011年4月 4沈玉龙等无线传感器网络安全技术概论M北京：人民邮电出版社2010年8月 5A.Verwer（英）现场总线技术及应用教程M北京：机械工业出版社2010年7月 6单承赣等射频识别(RFID)原理与应用M北京：电子工业出版社 2008年7月 7王志良等物联网工程概论M北京：机械工业出版社2011年4月 8张云勇等中间件技术原理与应用M北京：清华大学出版社2010年5月 引用网络资源注释与参考 1技联网 2物联网微博 3物联天下http:/www.wltx.cc 4计算机世界 5深联科技 6物联中国 7国脉物联网 8百度,F&A of the In

4、ternet of Things,4,教 学 内 容,CH1.绪 论 CH2.射频识别技术 CH3.云计算与云服务平台 CH4.无线传感器网络与无线通信技术 CH5.物联网的规划与设计 CH6.组网技术与应用,CH7.智能卡技术与应用 CH8.物联网在农业领域的应用 CH9.物联网在工业生产中的应用 CH10.物联网在公共服务管理中的应用 CH11.物联网在商业领域的应用 CH12.物联网经济,F&A of the Internet of Things,5,第一章,绪 论,复习思考题,1.1 物联网及其体系结构 1.2 物联网的支撑技术与演进 1.3 物联网与CPS和WSN 1.4 物联网发展

5、综述 1.5 物联网的体系框架 1.6 物联网应用与发展优势,物联网基础与应用,F&A of the Internet of Things,6,第一章绪论,物联网应用案例：无人驾公交 北京朝阳区将修建一座占地4平方公里的物联网应用服务产业园。无人驾驶节能公交车、手机刷卡付费等生活方式将在园区内实现。朝阳区信息办相关负责人表示，作为国内首个物联网示范园区，一期工程将在未来3年内建成。 据市场调查资料显示，朝阳区一座占地4平方公里的物联网产业示范园已经进入规划阶段。这座物联网产业园区位于东五环外，朝阳区已初步为其选定建设用地，将采取“政企共建”的模式，将能够嵌入物联网的所有高科技产品在园内投入使用

6、，初步划分为商业区域、企业区域、生活区域以及公共区域。 朝阳区的物联网应用案例使我们对物联网的含义有了一个基本的认识，“所谓物联网，通俗地说是将生活中的每个物件安装芯片，再通过无线系统综合联系起来，通过一个终端就能控制包括家中和户外所有设备。”该负责人表示，目前物联网技术中包括芯片嵌入、远程指令等很多内容已能够应用，关键是将这些内容在一个有限的空间内进行整合，实现综合应用，朝阳区物联网示范园的兴建，正是为这种综合应用提供实验场所。 据介绍，朝阳区物联网示范园最大的看点应该是无人驾驶的公交系统，市民在园区乘坐无人驾驶的节能环保公交车，经过十字路口的时候，红绿灯也能够自动感应到公交车驶近，从而迅速

7、变灯。,F&A of the Internet of Things,7,第一章绪论,教学要求,F&A of the Internet of Things,8,第一章绪论,【章前导读】 物质、能量、信息是物质世界的三大支柱，是当今人类社会赖以生存和发展的重要条件。新经济时代的21世纪是人类进入信息化的世纪，信息已是今天一种不可或缺的开发资源，社会信息化、信息时代化成为新经济时代的基本标志。目前在通信、互联网、射频识别等新技术的推动下，一种能够实现人与人、人与机器、人与物乃至物与物之间直接沟通的全新网络构架“物联网”（Internet of Things）正日渐清晰。互联网时代，人与人之间的距离变

8、小了；而继互联网之后的物联网时代，则是物与物之间的距离变小了。互联网改变了人们的世界观，而“物联网”的出现将再次强烈改变人们对世界的认识。,F&A of the Internet of Things,9,第一章绪论,1.1 物联网及其体系结构 物联网（IOT，Internet of Things）被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。国际电联曾预测，未来世界是无所不在的物联网世界，到2017年将有7万亿传感器为地球上的70亿人口提供服务。一方面物联网可以用于提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。有专家预测，未来10年内物联网在全球有可能大规模普及

9、。目前，美国、欧盟等都在投入巨资，深入研究探索物联网。,F&A of the Internet of Things,10,第一章绪论,图1.1 ITU物联网示意图,F&A of the Internet of Things,11,第一章绪论,1.1.1 认识物联网 1.物联网概念最早出现于比尔盖茨1995年出版的未来之路一书中。 2.1998年，美国麻省理工学院创造性地提出了当时被称为EPC（Electronic Product Code产品电子代码）系统的“物联网”构想。 3.1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念，主要是建立在物品编码、射频识别（RFID，Radio Fre

10、quency Identification）技术和互联网的基础上。 4.2005年，国际电信联盟（ITU）在ITU互联网报告2005：物联网中，正式提出了“物联网”的概念。 按照ITU给出的这个定义，物联网主要解决物品到物品（T2T ，Thing to Thing）、人到物品（H2T，Human to Thing）、人到人（H2H，Human to Human）之间的互联。,F&A of the Internet of Things,12,第一章绪论,1.1.2 物联网含义 虽然物联网技术已经引起国内外学术界、工业界和媒体的高度重视，但当前对物联网的定义、内在原理、体系结构、关键技术、应用前景

11、等都还在进行着热烈讨论。虽然大家都在谈论物联网，但是谈的内容却似乎并不一样。 （1）物联网定义： 目前，物联网的精确定义并未统一。关于物联网的比较准确的定义应该是：物联网是通过各种信息传感设备及系统（传感网、射频识别系统、红外感应器、激光扫描器等）、条码与二维码、全球定位系统，按约定的通信协议，将物与物、人与物、人与人连接起来，通过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。这个定义的核心是，物联网的主要特征是每一个物件都可以寻址，每一个物件都可以控制，每一个物件都可以通信。,F&A of the Internet of Things,13,第一章绪

12、论,1.1.2 物联网含义 （2）物联网三个重要含义 物联网是指对具有全面感知能力的物体及人的互联集合。 物联必须遵循约定的通信协议，并通过相应的软、硬件实现。 物联网可以实现对各种物品（包括人）进行智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能。这也是组建物联网的目的。 （3）从应用的角度理解 从应用的角度来看，物联网主要是在提升数据传送效率、提高生产率、降低企业管理成本、改善民生等方面发挥重要作用。例如，就电信运营的产业链而言，物联网的内涵主要是基于特定的终端，以有线或无线（IP/CDMA）等为接入手段，为集团和家庭客户提供机器到机器、机器到人的解决方案，满足客户对生产过程/家居生活监控、指挥调

13、度、远程数据采集和测量、远程诊断等方面的信息化需求。,F&A of the Internet of Things,14,第一章绪论,1.1.3 物联网的基本属性,物联网的属性分为广义和狭义两方面： 广义来讲，物联网是一个未来发展的愿景，等同于“未来的互联网”或者“泛在网络”，能够实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物的信息交换以及物与物之间的信息交换； 狭义来讲，物联网是物品之间通过传感器连接起来的局域网，不论接入互联网与否，都属于物联网的范畴。,F&A of the Internet of Things,15,第一章绪论,1.1.3 物联网的基本属性,图1.2 物联网基本属性,F&

14、A of the Internet of Things,16,第一章绪论,1.1.3 物联网的基本属性,物联网的一种定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。显然，物联网的这一概念来自于同互联网的类比。根据物联网与互联网的关系分类，不同的专家学者对物联网给出了各自的定义，归纳起来有如下4种类型。 1物联网是传感网而不接入互联网 2物联网是互联网的一部分 3物联网是互联网的补充网络 4物联网是未来的互联网,F&A of the In

15、ternet of Things,17,第一章绪论,1.1.4 物联网、传感器网及泛在网相关概念和联系,图1.3 物联网、传感网、泛在网之间的关系 从RFID技术出发，在RFID网络的基础上，构建基于RFID的物联网； 从传感器技术出发，在传感网络的基础上，构建基于传感器的物联网； 将RFID技术和传感器技术融合，构建更广义的物联网，即泛在网。,F&A of the Internet of Things,18,第一章绪论,1.1.4 物联网、传感器网及泛在网相关概念和联系,图1.4 泛在网络,图1.5 物联网与其他网络之间的关系,F&A of the Internet of Things,19

16、,第一章绪论,1.2 物联网的支撑技术与演进 互联网可以把世界上不同角落的人紧密地联系在一起一样，采用RFID技术的Internet也可以把世界上所有物品联系在一起，而且彼此之间可以互相“交流”，从而组成一个全球性实物相互联系的物联网 。如果说RFID为物品提供了自我表达的能力，物品之间交流则需要一个网络即物联网来实现。 1.2.1 物联网与互联网的区别 不同应用领域的专用性 高度的稳定性和可靠性 严密的安全性和可控性 尽管物联网与互联网有很大的区别，但是从信息化发展的角度看，物联网的发展与互联网的发展密不可分，而且和移动电信网络的发展、下一代网络以及网络化物理系统、无线传感网络等都有千丝万缕

17、的联系。,F&A of the Internet of Things,20,第一章绪论,1.2.2 物联网在信息化发展中的位置 在未来网络的发展过程中，拼图将逐步被揭开，从人的角度和从物的角度对信息通信的探索将实现融合，最终实现无所不在的“泛在网络”（如图1.7所示），而这也就是终极意义上的物联网。 1.2.3 物联网的演进路径 电信网的发展 传感网的发展 M2M的实现 M2M的概念，可以解释为人到人（Man to Man）、人到机器（Man to Machine）、机器到机器（Machine to Machine）。,F&A of the Internet of Things,21,第一章绪

18、论,1.3 物联网与CPS和WSN 按照ITU物联网研究组的研究结论，物联网的核心技术主要是普适网络、下一代网络和普适计算。这3项核心技术的简单定义：普适网络是无处不在的、普遍存在的网络；下一代网络，可以在任何时间、任何地点，互联任何物品，提供多种形式信息访问和信息管理的网络；普适计算是无处不在的、普遍存在的计算。 1.3.1 物联网与CPS 国际上把利用计算技术监测和控制物理设备行为的嵌入式系统称为网络化物理系统（CPS，Cyber Physical Systems）或者深度嵌入式系统（DES，Deeply Embedded Systems），CPS也可以翻译为“物理设备联网系统”。绝大部分

19、CPS系统都是安全关键的系统，必须在外部攻击和打击下能够继续正常工作。CPS这种融合信息世界和物理世界的技术具备以下特征。 1CPS是未来的革命性技术 2信息材料即CPS技术 3计算技术与控制技术的融合 4开放的嵌入式系统 5可靠和确定的嵌入式系统,F&A of the Internet of Things,22,第一章绪论,1.3.2 物联网与WSN（无线传感网） 微机电系统（MEMS，Micro-Electro-Mechanism System）、片上系统（System on Chip，SoC）、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络（WSN），并以其低功耗、低成本、分

20、布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。WSN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，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。 按照国内权威学术期刊的定义，WSN是一种“随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络”，它可以借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，并且传感器网络有着与传统网络明显不同的

21、技术要求，前者以数据为中心，后者以传输数据为目的。,F&A of the Internet of Things,23,第一章绪论,1.3.3 物联网的技术框架,图1.8 物联网的技术体系架构,F&A of the Internet of Things,24,第一章绪论,1.3.3 物联网的技术框架,图1.9 物联网的标准体系框架,F&A of the Internet of Things,25,1.4 物联网发展概述 1.4.1国外发展概述 1美国的研究与应用 据美国科学时报报道，在美国国家自然科学基金会（NSF）资助下，马萨诸塞州剑桥城于2007年就着手打造全球第一个全城无线传感网。但是，掀

22、起物联网关注热潮应当是在2009年1月IBM提出“智慧地球”之后，2009年1月，在奥巴马总统与美国工商界领袖举行的一次会议上，建议美国政府投资新一代智慧型基础设施。 2欧盟的发展远景 欧盟制定了“欧洲行动计划”，科学规划未来发展路线。欧盟早在2006年就成立工作组，专门进行RFID技术研究，并于2008年发布2020年的物联网-未来路线。,第一章绪论,F&A of the Internet of Things,26,第一章绪论,3日本的发展战略 日本政府自20世纪90年代中期以来相继制定了“e-Japan”、“u-Japan”、“i-Japan”等多项国家信息技术发展战略 。 2009年7月

23、日本IT战略本部颁布了日本新一代的信息化战略“i-Japan”战略，并于2009年8月日本又将“u-Japan”升级为“i-Japan”。 4韩国的产业政策 韩国政府自1997年起出台了一系列推动国家信息化建设的产业政策，包括RFID先导计划、RFID全面推动计划、USN领域测试计划等。 2009年10月，韩国通信委员会出台了物联网基础设施构建基本规划，将物联网市场确定为新增长动力。该规划提出，到2012年实现“通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流信息通信技术强国”的目标，并确定了构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境等4大领域、1

24、2项详细课题。 此外，法国、德国、澳大利亚、新加坡等国也在加紧部署物联网经济发展战略，加快推进下一代网络基础设施的建设步伐。,F&A of the Internet of Things,27,第一章绪论,1.4 物联网发展概述 1.4.2国内物联网的发展状况 2009年8月7日，温家宝总理视察无锡微纳传感网工程技术研发中心并发表重要讲话之后，物联网概念在国内迅速升温。与国外相比，我国物联网发展在最近几年取得了重大进展。国家中长期科学与技术发展规划（20062020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。 2009年9月11日，经国家标准化管理委员会批准，全国信息技术

25、标准化技术委员会组建了传感器网络标准工作组。 国内物联网产业链和应用范围不断得到扩大和拓展，并主要呈现以下趋势。 1全面发展建设物联网体系 （1）集电子产业、软件业、通信运营业、信息服务业和面向行业的应用与系统集成中心等于一体的完整产业链正在逐步形成。 （2）应用试点向行业规模化应用拓展，跨行业和地区的综合性应用正逐步启动。 （3）应用功能以目前的身份识别、电子票证为主逐渐向物品识别过渡，如向资产管理、食品药品安全监管、电子文档、图书馆、仓储物流等物品识别拓展；应用频率以低、高频为主逐渐向超高频和微波过渡，即从低高频的门禁、二代身份证应用逐步向高速公路不停车收费、交通车辆管理等超高频应用拓展。

26、 （4）RFID与新技术的融合将会衍生出更多的商业模式，如手机移动支付将会是未来RFID最大的市场，利用RFID进行人与物的实时定位也将会成为未来的主流应用之一。 （5）RFID以及传感技术的发展使得社会公共管理呈现出管理智能化、物流可视化、信息透明化的发展趋势。,F&A of the Internet of Things,28,第一章 绪论,1.4 物联网发展概述 1.4.2国内物联网的发展状况 2、我国物联网智能产品的主要应用领域 (1)智能家居 (2)智能医疗 (3)智能城市 (4)智能环保 (5)智能交通 (6)智能司法 (7)智能农业 (8)智能物流 (9)智能校园 (10)智能文博

27、 (11)电子门票 M2M平台是物联网应用的基础支撑设施平台。中国电信M2M协议规范引领着M2M终端、中间件和应用接口的标准统一，为跨越传感网络和承载网络的物联信息交互提供表达和交流规范。在电信级M2M平台上驱动着遍布各行各业的物联网应用逻辑，倡导基于物联网络的泛在网络时空，让广大消费者尽情享受物联网带来的个性化、智慧化、创新化的信息新生活。,F&A of the Internet of Things,29,第一章绪论,1.4.3物联网发展面临的问题 我们应该清醒的了解我国当前物联网产业还处在零星应用启蒙期，距离关键应用的形式以及大规模产业化推广还存在很大的差距。目前物联网更多的是一种概念上的

28、推广阶段，物联网的发展需要全社会的共同努力。我们要清晰梳理出物联网发展面临的问题： 1技术标准问题 2亟待掌握核心技术问题 3协议与安全问题 4终端与地址问题 5费用与规模化问题 6商业模式尚未成熟 7产业链缺少推力 8配套政策和规范的制定与完善 1.4.4物联网的未来 物联网被很多国家称为信息技术革命的第三次浪潮，有专家预言，未来10年间，物联网一定会像现在互联网一样高度普及。物联网的产业链大致可分为3个层次，首先是传感网络，以二维码、RFID、传感器为主，实现“物”的识别；其次是传输网络，通过现有的互联网、广电网络、通信网络或者未来的NGN（Next Generation Network，下一代网络），实现数据的传输与计算；三是应用网络，即输入输出控制终端，可基于现有的手机、PC等终端进行。 美国权威咨询机构Forrester预测，到2020年全球