第1章 物联网概述-《物联网技术基础教程》.ppt

1、第 I 章 物联网概述,主讲教师： 耿风 手机QQ:149975691 邮箱： 答疑：手机、QQ、邮箱 或行政楼322房间,学习任务,物联网的起源与发展,物联网的定义,物联网技术体系,Click to add title in here,1,2,3,本章主要涉及：,1.1 物联网的起源与发展,物联网作为一种模糊的意识或想法而出现，可以追溯到上世纪末。1995年比尔盖茨在未来之路一书中就已经提及类似于物品互联的想法，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。,信息时代的革命，一是计算机；二是互联网，广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机

2、网络；三是物联网,当客人进入他的住所时，首先佩戴上一个电子别针，这个电子别针把来访者与房子中的各种信息服务联系起来。有了电子别针，房子会知道你是谁、你在哪里，并将根据这些信息尽量满足，甚至预见你的需求。当你沿着大厅走动时，你前面的灯光会逐渐变强，而后面的灯光逐渐消失。音乐会随着来访者一起移动，而其他人可以听不到声音。电影与新闻将跟着你在房子里移动。如果有一个需要来访者接听的电话，那么只有离来访者最近的电话机才会响。手持遥控器能够扩大电子别针的控制能力。来访者可以通过遥控器发出指令，比如从数千张图片、录音、电影、电视节目中选择所需要的信息。所有这些描述与我们目前对于物联网物-物相联的设想非常相似

3、,1.1 物联网的起源与发展,1999年，美国麻省理工大学Auto-ID研究中心的创建者之一的Kevin Ashton教授在他的一个报告中首次使用了“Internet of Things”这个短语， 事实上，Auto-ID中心的目标就是在Internet的基础上建造一个网络，实现计算机与物品（objects）之间的互联，这里的物品包括各种各样的硬件设备、软件、协议等等。,1.1 物联网的起源与发展,1999年至2003年，物联网方面的工作局限于实验室中，这一时期的主要工作集中在物品身份的自动识别，如何减少识别错误和提高识别效率是关注的重点。 2003年，“产品电子编码 （EPC ）决策研讨会”

4、在芝加哥召开。作为物联网方面第一个国际会议，该研讨会得到了全球90多个公司的大力支持。从此，物联网相关工作开始走出实验室。,1.1 物联网的起源与发展,经过工业界与学术界的共同努力，2005年物联网终于大放异彩。这一年，国际电信联盟（ITU）发布了题为ITU互联网报告2005：物联网的报告，物联网概念开始正式出现在官方文件中。,1.1 物联网的起源与发展,从此以后，物联网获得跨越式的发展，美国、中国、日本以及欧洲一些国家纷纷将发展物联网基础设施列为国家战略发展计划的重要内容。 在美国，IBM提出了“智慧地球”的构想，其中物联网是不可缺少的一部分，2009年1月，美国将其提升到国家战略。,1.1

5、 物联网的起源与发展,在欧洲，2009年6月，欧盟在比利时首都布鲁塞尔向欧洲议会、欧洲理事会、欧洲经济与社会委员会和地区委员会提交了以物联网欧洲行动计划为题的公告，其目的是希望欧洲通过构建新型物联网管理框架来引领世界物联网发展。,1.1 物联网的起源与发展,欧盟委员会提出物联网的三方面特性： 第一，不能简单的将物联网看做互联网的延伸，物联网建立在特有基础设施上，将是一系列新的独立系统，当然，部分基础设施仍要依存于现有的互联网。 第二，物联网将伴随新的业务共同发展； 第三，物联网包括了多种不同的通信模式，物与人通信，物与物通信，其中特别强调了包括机对机通信（M2M）。,1.1 物联网的起源与发展

6、,在我国，2009年8月温家宝总理视察无锡中科院物联网技术研发中心时指出并强调，要尽快突破物联网核心技术，把传感技术和中国第三代移动通信标准（TD技术）的发展结合起来。 此后，我国官方对物联网的多次提议和众多规划表示我国物联网的发展已正式提上议事日程。,1.2.1 物联网概念,物联网的英文名称为“The Internet of Things”，由该名称可见，物联网就是“物物相连的互联网”。 从网络结构上看，物联网就是通过Internet将众多信息传感设备与应用系统连接起来并在广域网范围内对物品身份进行识别的分布式系统。,1.2.1 物联网概念,物联网的概念是在1999年提出的。当时基于互联网、

7、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、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“Internet of things”（ IOT，简称物联网）。,1.2.2 物联网定义及组成,1. 物联网定义 目前较为公认的物联网的定义是： 通过射频识别（RFID）装置、红外感应器、 全球定位系统、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相连接，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。 当每个而不是每种物品能够被唯一标识后，利用识别、通信和计算等技术，在互联网基础上，构建的连接各种物品的网络，就是人们常说

8、的物联网。,1.2.2 物联网定义及组成,物联网中的“物”的涵义要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围： 要有相应信息的接收器； 要有数据传输通路； 要有一定的存储功能； 要有CPU；,1.2.2 物联网定义及组成, 要有操作系统； 要有专门的应用程序； 要有数据发送器； 遵循物联网的通信协议； 在世界网络中有可被识别的唯一编号。,1.2.2 物联网定义及组成,2.物联网的发展与形成 物联网的发展跟互联网是分不开的，主要两个层面的意思： 第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，它是在互联网基础上的延伸和扩展; 第二，物联网是比互联网更为庞大的网络，其网络连接延伸到了任何的物品和物品之间，这些

9、物品可以通过各种信息传感设备与互联网络连接在一起，进行更为复杂的信息交换和通信。,1.2.2 物联网定义及组成,3 物联网的三大特征 一般认为,物联网具有以下的三大特征: 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。,1.2.2 物联网定义及组成,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。,物联网概念模型,1.2.2 物联网定义及组成,4. 物联网认识方面的误区 误区之一，把传感器网络或RFID网等同于物联网。 误区之二，把物

10、联网当成互联网的无边无际的无限延伸，把物联网当成所有物的完全开放、全部互连、全部共享的互联网平台。,1.2.2 物联网定义及组成,误区之三，认为物联网就是物-物互联的无所不在的网络，因此认为物联网是空中楼阁，是目前很难实现的技术。 误区之四，把物联网当成个筐，什么都往里装；基于自身认识，把仅仅能够互动、通信的产品都当成物联网应用。,1.3.1 物联网技术概论,物联网是典型的交叉学科，它所涉及的核心技术包括IPv6技术、云计算技术、传感技术、RFID智能识别技术、无线通信技术等。 因此，从技术角度讲，物联网专业主要涉及的专业有：计算机科学与工程、电子与电气工程、电子信息与通讯、自动控制、遥感与遥

11、测、精密仪器、电子商务等等。,1.3.1 物联网技术概论,欧盟于2009年9月发布的欧盟物联网战略研究路线图白皮书中列出13类关键技术，包括： 标识技术、物联网体系结构技术、通信与网络技术、数据和信号处理技术、软件和算法、发现与搜索引擎技术、电源和能量储存技术等。,1.3.1 物联网技术概论,物联网的技术体系框架,1.3.2 物联网技术体系,1. 感知、网络通信和应用关键技术 传感和识别技术 是物联网感知物理世界获取信息和实现物体控制的首要环节。 传感器将物理世界中的物理量、化学量、生物量转化成可供处理的数字信号。 识别技术实现对物联网中物体标识和位置信息的获取。,1.3.2 物联网技术体系,

12、 网络通信技术 主要实现物联网数据信息和控制信息的双向传递、路由和控制. 重点包括低速近距离无线通信技术、低功耗路由、自组织通信、无线接入M2M 通信增强、IP 承载技术、网络传送技术、异构网络融合接入技术以及认知无线电技术。,1.3.2 物联网技术体系, 海量信息智能处理 综合运用高性能计算、人工智能、数据库和模糊计算等技术，对收集的感知数据进行通用处理，重点涉及数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务、信息呈现等。,1.3.2 物联网技术体系, 面向服务的体系架构（Service-oriented Architecture ，SOA） 是一种松耦合的软件组件技术，它将应用程序的不同功能模块化

13、，并通过标准化的接口和调用方式联系起来，实现快速可重用的系统开发和部署。 SOA 可提高物联网架构的扩展性，提升应用开发效率，充分整合和复用信息资源。,1.3.2 物联网技术体系,2. 支撑技术 物联网支撑技术包括嵌入式系统、微机电系统（Micro ElectroMechanical Systems，MEMS）、软件和算法、电源和储能、新材料技术等。 微机电系统 可实现对传感器、执行器、处理器、通信模块、电源系统等的高度集成，是支撑传感器节点微型化、智能化的重要技术。,1.3.2 物联网技术体系, 嵌入式系统 是满足物联网对设备功能、可靠性、成本、体积、功耗等的综合要求，可以按照不同应用定制裁

14、剪的嵌入式计算机技术，是实现物体智能的重要基础。 软件和算法 是实现物联网功能、决定物联网行为的主要技术，重点包括各种物联网计算系统的感知信息处理、交互与优化软件与算法、物联网计算系统体系结构与软件平台研发等。,1.3.2 物联网技术体系, 电源和储能 是物联网关键支撑技术之一，包括电池技术、能量储存、能量捕获、恶劣情况下的发电、能量循环、新能源等技术。 新材料技术 主要是指应用于传感器的敏感元件实现的技术。传感器敏感材料包括湿敏材料、气敏材料、热敏材料、压敏材料、光敏材料等。新敏感材料的应用可以使传感器的灵敏度、尺寸、精度、稳定性等特性获得改善。,1.3.2 物联网技术体系,3. 共性技术

15、物联网共性技术涉及网络的不同层面，主要包括架构技术、标识和解析、安全和隐私、网络管理技术等。 物联网架构技术目前处于概念发展阶段。物联网需具有统一的架构，清晰的分层，支持不同系统的互操作性，适应不同类型的物理网络，适应物联网的业务特性。,1.3.2 物联网技术体系, 标识和解析技术 是对物理实体、通信实体和应用实体赋予的或其本身固有的一个或一组属性，并能实现正确解析的技术。 物联网标识和解析技术涉及不同的标识体系、不同体系的互操作、全球解析或区域解析、标识管理等。,1.3.2 物联网技术体系, 安全和隐私技术 包括安全体系架构、网络安全技术、“智能物体”的广泛部署对社会生活带来的安全威胁、隐私

16、保护技术、安全管理机制和保证措施等。 网络管理技术重点包括管理需求、管理模型、管理功能、管理协议等。 为实现对物联网广泛部署的智能物体的管理，需要进行网络功能和适用性分析，开发适合的管理协议。,1.3.3 物联网面临的主要技术问题,物联网的发展主要面临五个主要技术问题： （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

17、用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。,1.3.3 物联网面临的主要技术问题,物联网的发展主要面临五个主要技术问题： （2）安全问题 信息采集频繁，其数据安全必须重点考虑。 （3）协议问题 目前，物联网设备之间的通信主要依靠设备相关人员或者设备供应商提供的中央服务器来进行。虽然现在也能保证设备之间良好的通讯，但并不是真正意义上的物联网通讯，原因是没有合适统一的通信协议。,就拿汽车来说，福特公司出品的福克斯汽车，可以发送数据直接与福特服务或数据中心直接联系。如果汽车需要更换零件，则汽车系统就会自动发送报告给服务中心，服务中心收到信息后会通知汽车驾驶者，这样就进行了一次成功的物联网通

18、讯。 但目前想要创建路面实时交通警报系统则十分困难。例如现在你的福特车出现了问题，只能与福特汽车进行联系，本田或者保时捷都不行，因为它们语言不同。 再举一个例子，比如打造一个物联网智能家居环境，光是客厅就需要三套不同的通讯协议，一个室内自动调温器、一个亮度感应器还有一个Makita自动窗帘。如果房间温度过高，调温器会自动开启空调；如果窗外漆黑一片，Makita控制器将自动拉上窗帘；另外如果人在房间里，房间亮度不够则亮度感应器则会自动开灯。,1.3.3 物联网面临的主要技术问题,物联网的发展主要面临五个主要技术问题： （4）IP地址问题 每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要

19、更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6（地址容量 2128 ）来支撑。IPv6协议已经从实验室走向了应用阶段。 （5）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。,学习任务,物联网的起源与发展,物联网的定义,物联网技术体系,Click to add title in here,1,2,3,本章主要涉及：,1.4 物联网的应用领域,我国的物联网应用领域主要有智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、机械制造等。,1.4 物联网的应用领域,1. 物联网应用

20、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。,1.4 物联网的应用领域,2. 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,1.4 物联网的应用领域,4. 物联网应用示例 智能家庭,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，如不足则通过网络下订单要求超市按照当天的菜谱送货。,1.4 物联网的应用领域,5. 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