计算机学科导论第4章.ppt

物联网的概念与应用,1,物联网的起源与概念 物联网的技术架构 物联网的应用展望,物联网的概念与应用,2,物联网的概念与应用,3,物联网的概念与应用,4,物联网（The Internet of Things） “物物相连的互联网” 1999年、Bill Gates、未来之路/ 传感网（中国） 定义： 把任何物品通过射频识别 (RFID)、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 的协议与互联网连接起来， 进行信息交换和共享，以 实现智能化识别和管理的 一种网络。,物联网的起源与概念,物联网的概念与应用,5,“物联网”时代的图景 国际电信联盟2005年一份报告 当司机出现操作失误时汽车会自动报警 公文包会提醒主人忘带了什么东西 衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求 安装在床上的传感器可以采集身体的各项体征指标，并推荐晨练项目 车载处理器已经根据交通指挥中心的数据选择了最佳行驶路线并且预估了行车时间 娱乐控制中心已经根据个人爱好准备轻松的电视节目 ,物联网的起源与概念,物联网的概念与应用,6,物联网的直观实现 把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中 将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合 在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制。,物联网的起源与概念,物联网的概念与应用,7,物联网的基本思想 过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开:一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心,个人电脑、宽带等。 在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。 毫无疑问，如果“物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。,物联网的起源与概念,物联网的概念与应用,8,物联网的基本特征 互联网特征 对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络 识别与通信特征 纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信的功能 智能化特征 网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点 物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。,物联网的起源与概念,物联网的概念与应用,9,从人类科学发展史看物联网,物联网的起源与概念,18世纪中期，以蒸汽机为代表的第一次工业革命开创了人类的大器工业时代,19世纪后期到20世纪中叶，以电机为代表的第二次工业革命使人类进入了电气化时代,物联网的概念与应用,10,从人类科学发展史看物联网,物联网的起源与概念,20世纪下半叶，以互联网计算机为代表的第三次工业革命席卷全球，世界进入信息化时代,21世纪提出的物联网，能够引发第四次工业革命吗？,物联网的概念与应用,11,“十五年周期定律” IBM前首席执行官郭士纳提出一个重要的观点：计算模式每隔15年发生一次变革。 1965年前后发生的变革以大型机为标志， 1980年前后以个人计算机的普及为标志， 1995年前后则发生了互联网革命。 每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革命一定程度上是由美国“信息高速公路”战略所催熟。 2010年前后？物联网？,物联网的起源与概念,物联网的概念与应用,12,全球部署物联网发展战略 美国：2009年1月28日，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念；当年，美国新任总统奥巴马将IBM“智慧的地球”提升为国家战略。 欧盟：2009年6月18日，欧盟委员会宣布了所谓的14点行动计划，确保欧洲在构建物联网的过程中起到主导作用。 日本：2004年提出u-Japan战略计划，计划在2010年之前完成泛在网络的基础设施建设，实现信息通信服务应用的高度化。 韩国：2009年10月13日，韩国通过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的动力，计划在2013年之前创造50万亿韩元的物联网产业规模。 中国：2009年温家宝总理在无锡考察时提出的“感知中国”计划，物联网的建设也正是升级为我国的国家级战略；温家宝总理对物联网的要求是：“全面感知、可靠传送、智能处理”。,物联网的起源与概念,物联网的概念与应用,13,物联网的三个能力 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，包括用户位置、周边环境、个体喜好、身体状况、情绪、环境温度、湿度，以及用户业务感受、网络状态等。 可靠传送：通过各种网络融合、业务融合、终端融合、运营管理融合，将物体的信息实时准确地传递出去。 智能处理：利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体进行实时智能化控制。 物联网并不是一个全新的网络，它是在现有的电信网、互联网、未来融合各种业务的下一代网络以及一些行业专用网的基础上，通过添加一些新的网络能力实现所需的服务。 人们可以在不意识到网络存在的情况下，随时随地通过适合的终端设备接入物联网并享受服务。,物联网的起源与概念,物联网的概念与应用,14,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,15,物联网的技术架构 感知层：物联网的皮肤和五官识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等，主要作用是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。 网络层：物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心和信息处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。 应用层：物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,16,感知层 实现人与现实世界的各种物体之间的通信，解决人类世界和物理世界的数据获取问题，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。感知层是物联网发展和应用的基础。 数据采集：通过传感器、摄像头等设备采集外部物理世界的数据。 数据短距离传输：通过蓝牙、红外、ZigBee、工业现场总线等短距离有线或无线传输技术进行协同工作或者传递数据到网关设备。 感知层综合了传感器技术、嵌入式计算技术、智能组网技术、无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器的协作实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,17,传感器技术：计算机的五官 一种检测装置，能感受到被测的信息， 并能将检测感受到的信息，按一定规 律变换成为电信号或其他所需形式的 信息输出，以满足信息的传输、处理、 存储、显示、记录和控制等要求。 汽车传感器（汽车运行中各种工况信息） 核辐射传感器（核辐射监测） 气敏传感器（检测特定气体） 纳米传感器（运用纳米技术制造的传感器） 激光传感器（利用激光技术进行测量的传感器） 气压传感器（测量气体的绝对压强） 红外线传感器（利用红外线的物理性质来进行测量的传感器） 高度传感器（用于高度测量） 厚度传感器（用于厚度测量）,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,18,二维码技术 二维码也叫二维条码或二维条形码，是用某种特定的几何形体按一定规律在平面上分布（黑白相间）的图形来记录信息的应用技术。 原理：二维码在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”和“1”比特流的概念，使用若干与二进制相对应的几何形体来表示数值信息，并通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息的自动处理。 高密度编码，信息容量大 编码范围广 容错能力强，具有纠错功能 可引入加密措施 成本低，易制作，持久耐用,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,19,RFID技术：射频识别（Radio Frequency Identification） 利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止或移动中的待识别物品的自动机器识别，是一种非接触式的自动识别技术。 RFID系统由电子标 签、RFID阅读器、 RFID信息处理计算 机系统等组成。,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,20,RFID电子标签（Tag） 是RFID主要核心部件，用于存储生产厂家及商品的识别信息，主要包含一个电子芯片和一个微型天线。,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,21,RFID阅读器（Reader） 非接触、快速读取标签内容。 典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及天线。此外，阅读器还有附加的接口(RS232、RS485、以太网接口等)，以便将所获得的数据传送给RFID信息处理计算机或从信息处理计算机接收命令。,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,22,蓝牙（Blue Tooth） 是一种无线数据与话音通信的开放性全球规范，是一种短距离的无线传输技术。 蓝牙采用高速跳频和时分多址等先进技术，支持点对点及点对多点通信。其传输频段为全球公共通用的2.4GHz频段，能提供1Mbit/s的传输速率和10m的传输距离，并采用时分双工传输方案实现全双工传输。 主要特点 同时可传输话音和数据 可以建立临时性的对等连接 开放的接口标准 应用范围 话音/数据接入、外围设备互连和个人局域网（PAN）。,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,23,ZigBee 一种短距离、低功耗的无线传输技术，是IEEE 802.15.4协议的代名词。 原理：采用分组交换和跳频技术，并且可使用3个频段，分别是2.4GHz 的公共通用频段、欧洲的868MHz频段和美国的915MHz频段。 ZigBee主要应用在短距离范围并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。与蓝牙相比，ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低。 目标市场 PC外设（鼠标、键盘、游戏操控杆） 消费类电子设备（电视机、DVD等设备上的遥控装置） 家庭内智能控制（照明、煤气计量控制及报警等）,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,24,网络层 物联网的价值在什么地方？主要在于网，而不在于物。 主要功能 能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，它解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，尤其是远距离地传输问题。 承担比现有网络更大的数据量和面临更高的服务质量要求。 关键技术 有线网络 无线网络,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,25,Internet 物联网主要的传输网络之一，IPv6是未来发展的方向 移动通信网 物联网重要的接入手段和传输载体 由无线接入网、核心网和骨干网三部分组成 无线接入网：为移动终端提供接入网络服务 核心网和骨干网：为各种业务提供交换和传输服务 主要接入技术 3G网络：第三代支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术，主要国际标准有CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA。 Wi-Fi（Wireless Fidelity，无线保真技术）：传输距离有几百米，可实现各种便携设备在局部区域内的高速无线连接或接入局域网。 WiMAX（World Interoperability for Microwave Access，全球微波接入互操作性）：一种城域网（MAN）无线接入技术，信号传输半径可以达到50km。,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,26,应用层 应用是物联网发展的驱动力和目的，物联网最终目的是要把感知和传输来的信息更好地利用。 主要功能：把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。 两个子层 应用程序层 进行数据处理，完成跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能，是物联网作为深度信息化网络的重要体现。 终端设备层 提供人机界面，不仅包括人与计算机交互的界面，还包括与应用程序相连的各种设备与人的反馈。,物联网的技术架构,物联网的概念与应用,27,网络冰箱 监测冰箱里面的食物，当某 些食物不足的时候会提醒你。 它或许还可以监视各种美食 网站，帮你收集菜谱，并向 购物清单里自动添加配料。 根据你对每一顿饭的评价， 这种冰箱知道你喜欢吃什么 东西。,物联网的应用展望,物联网的概念与应用,28,图书馆 目录管理 自动借书/还书,物联网的应用展望,物联网的概念与应用,29,物流 自动点货 货物跟踪 自动收货/发货,物联网的应用展望,物联网的概念与应用,30,公交运输 电子计费 行李跟踪,物联网的应用展望,物联网的概念与应用,31,魔镜：鱼缸也联网 在魔镜前晃动鱼食罐儿，这样你就知道上次喂鱼是什么时候。 在不久的将来，射频芯片会内置在鱼食罐儿里。在更远的将来，数 据可以直接显示在 鱼食罐儿或者浴缸 上，或显示在手机 上。,物联网的应用展望,物联网的概念与应用,32,通过网络监测能源消耗的房子 在很多房屋物品上安装了传感器，比如电表上合窗户上。 可以监测照明、采暖、室 温、电话和自来水使用情 况。 只要点击网页上的开关， 或者通过手机上的即时 控制面板就可以打开/关 闭房屋的喷泉、电灯和 暖气。,物联网的应用展望,物联网的概念与应用,33,IBM跟踪花卉运输 在运输花卉过程中使用射频识别技术来监视温度可以保证没有 人在供应链中 偷工减料（比 如为了省钱而 关闭气温控制 仪器）。,物联网的应用