物联网发展的社会背景

1、第,1,章,绪论,1,第,1,章,知识点,结构,2,物联网概念的提出,物联网发展的社会背景,物联网发展的技术背景,物联网定义,物联网的技术特征,物联网的体系结构模型,物联网关键技术,物联网产业链结构,我国物联网,十二五发展规划,1.1,物联网发展的社会背景,1.1.1,物联网概念的提出,1,比尔,盖茨与电子别针,1995,年出版的未来之路,物物互联”的设想,电子别针”与家庭电子服务设施接通,通过“电子别针”去感知来访者的位置，控制室内,的照明和温度，控制电话和音响、电视等家电设备,3,2. Auto-ID,实验室,RFID,与物联网的概念,1998,年，美国麻省理工学院,Auto-ID,实验室

2、,产品电子代码,EPC,研究,提出了利用,RFID,无线网络与互联,网，构建物,物互联的物联网的概念,与解决方案,4,3,物联网时代概念的提出,从,1997,年,2005,年,ITU,从研究互联网,移动互联网对,电信业发展影响的角度，发布了七份,ITU Internet,Reports,研究报告,物联网”概念产生于,20,世纪,90,年代，而真正引起各,国政府与产业界的重视是在,2005,年国际电信联盟,ITU,发布的互联网研究报告物联网,Internet of,Things,IOT,之后,5,6,1.1.2,物联网与智慧地球,智慧地球将传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁,隧道、公路、建筑、供

3、水系统、大坝、油气管道等各,种物体中，并通过超级计算机和云计算组成物联网,实现人与物的融合,通过在基础设施和制造业中大量嵌入传感器，捕捉运,行过程中的各种信息，然后通过无线网络接入到互联,网，通过计算机分析、处理和发出指令，反馈给控制,器，远程执行指令,通过智慧地球技术的实施，人类可以以更加精细和动,态的方式管理生产与生活，提高资源利用率和生产能,力，改善人与自然的关系,7,1.1.3,欧盟与各国政府物联网产业发展规划,1,欧盟发展物联网产业的规划,第一阶段,2010,年前）：基于,RFID,技术实现低功耗,低成本的单个物体间的互联，并在物流、零售、制,药等领域开展局部的应用,第二阶段,201

4、0,2015,年）：利用传感网与无处不,在的,RFID,标签实现物与物之间的广泛互联，针对特,定的产业制定技术标准，并完成部分网络的融合,第三阶段,2015,2020,年）：具有可执行指令的,RFID,标签广泛应用，物体进入半智能化，物联网中,异构网络互联的标准制定完成，网络具有高速数据传,输能力,第四阶段,2020,年之后）：物体具有完全的智能响,应能力，异构系统能够实现协同工作，人、物、服务,与网络达到深度地融合,8,2,韩国政府关于物联网的发展规划,韩国政府提出了泛在感知网络的概念,通过在各种物品中嵌入传感器，传感器之间自主地传,输和采集环境信息，通过网络实现对外部环境的监控,物联网重点

5、发展的四大领域与计划,u-City,计划，推动智能城市建设,Telematics,示范应用计划，发展车用信息通信服务,u-IT,产业集群计划，加速新兴科技服务业的发展,u-Home,计划，推动智能家庭应用的发展,9,3,日本政府关于物联网的发展规划,2009,年,7,月，日本政府,IT,战略本部制定了新一代的信息,化战略,i-Japan,战略,2015,战略规划提出到,2015,年，让信息技术如同水和空气一,样融入每一个角落,针对电子政务、医疗保健、教育与人才等三大核心公,共事业领域,提出了智能电网、灾难应急处置、智能家居、智能交,通与智能医疗保健等项目,10,1.1.4,物联网与我国战略性新

6、兴产业,2009,年,8,月,7,日，国务院总理温家宝在无锡视察,时发表了重要的讲话，提出,感知中国,的战略,构想，指示要抓住机会，大力发展物联网技术,与产业,2010,年,3,月,5,日，国务院总理温家宝在十一届全,国人大三次会议上作政府工作报告中指出,国际金融危机正在催生新的科技革命和产业革,命。发展战略性新兴产业，抢占经济科技制高,点，决定国家的未来，必须抓住机遇，明确重,点，有所作为。转变经济发展方式刻不容缓,大力培育战略性新兴产业,11,2011,年,3,月,16,日发布的我国国民经济和社会发展“十,二五”规划纲要的第十章“培育发展战略性新兴产业,与第十三章“全面提高信息化水平”中多

7、次强调了,推动物联网关键技术研发和在重点领域的应用示范,大力发展物联网产业已经成为一项我国具有战略,意义的重要决策,工业和信息化部于,2011,年,11,月,28,日发布了物联网,十二五”发展规划,12,1.2,物联网发展的技术背景,1.2.1,从人类对技术需求,的角度认识物联网,发展的必然性,13,1.2.2,从网络技术演变的角度认识物联网发展的必然性,14,网络结点数,主机,IP,地址数,Internet,主机,IP,地址数,Lottor,RFC1296,ARPANET,主机数,Mark Lottor,早期的,ARPANET,主机数,Peter Salus,2,互联网技术发展对物联网形成的

8、影响,TCP/IP,协议的研究与设计的成功，促进了互联网的快,速发展。在互联网形成过程中，广域网、城域网、局,域网与个人区域网技术逐步成熟,互联网的大规模应用带来了大批用户接入的需求，促,进了接入技术的发展，推动了宽带城域网技术的发展,基于,Web,的电子商务、电子政务、远程医疗、远程教,育，以及基于对等结构的,P2P,网络、移动通信技术与,移动互联网的应用，使得互联网的应用以超常规的速,度发展,无线局域网、无线城域网与无线自组网、无线传感器,网络与无线个人区域网的研究与应用为物联网的发展,奠定了基础,15,1.2.3,物联网的研究背景,1,信息世界与物理世界的融合,1,信息世界的发展,互联网

9、的广泛应用造就了人类历史上最庞大的,信息世界,2005,年互联网包含的数据量约为,5,10,9,GB,2007,年约为,281,10,9,GB,2008,年约为,487,10,9,GB,从,2009,到,2011,年数据以每年,60,的速度增长,16,2,物理世界的发展,信息获取方式逐步从人工生成向人工与自动获取并重的,模式发展,RFID,标签、传感器将成为自动获取信息的主要手段,截止到,2007,年初，累计销售,RFID,标签达到,37.52,亿个,2009,年全球销售,RFID,标签为,19.7,亿个,2010,年销售,RFID,标签达到,23.1,亿个,目前世界上已经有大约,50,亿个具

10、有通信功能的微处理器和,微控制器,Intel,公司预测到,2015,年将增长到,150,亿个,爱立信公司预测到,2020,年将增长到,500,亿个,17,物联网,发展的,技术背景,18,ARPANET,1991,年，允许商业应用,TCP/IP,协议的应用,Web,技术的应用,Internet,1993,年,NII,计划的推行,移动互联网技术的发展,宽带城域网技术的发展,1995,年，互联网大规模应用,移动通信技术的发展,Internet of Things,无线网络技术的发展,社会需求,技术发展,云计算技术的发展,2005,年,CPS,研究计划的提出,1998,年,RFID,的商业应用,200

11、5,年,ITU,提出物联网的概念,1999,年，无线传感网应用的发展,2009,年，我国物联网产业发展的提出,2009,年,IBM,智慧地球概念的提出,1984,年，组建,NSFNET,2,普适计算,Pervasive Computing,的研究,普适计算的重要特征是“无处不在”与“不可见,普适计算体现出信息空间与物理空间的融合,普适计算的核心是“以人为本,普适计算的重点在于提供面向用户的、统一的、自适,应的网络服务,19,物联网、互联网、传感网与泛在网之间的关系,20,传感网,互联网,物联网,泛在网,3. CPS,Cyber Physical Systems,CPS,的研究,随着嵌入式计算、

12、无线通信、自动控制与新型,传感器技术的快速发展与日趋成熟，信息物理,融合系统,CPS,的研究引起了学术界广泛地重视,CPS,是一个综合计算、网络与物理世界的复杂,系统，通过计算技术、通信技术与控制技术的,有机融合和深度协作,CPS,可以用于智能交通、智能电网、智慧城市,健康医疗、环境监控、军事国防、工农业生,产之中，实现信息世界与物理世界的紧密融合,21,CPS,研究的基本思路,CPS,是“人、机、物”深度融合的系统,CPS,是,3C,与物理设备深度融合的系统,CPS,是环境感知、嵌入式计算、网络通信深度融合的,系统,22,物联网发展的技术背景与社会背景,23,1.3,物联网定义与主要技术特征

13、,1.3.1,物联网的定义,物联网是在互联网、移动通信网等通信网,络的基础上，针对不同应用领域的需求,利用具有感知、通信与计算能力的智能物,体自动获取物理世界的各种信息，将所有,能够独立寻址的物理对象互联起来，实现,全面感知、可靠传输、智能处理，构建人,与物、物与物互联的智能信息服务系统,24,理解物联网的定义与技术特征需要注意的,3,个基本的问题,物联网是在互联网基础上发展起来的，它与互,联网在基础设施上有一定程度的重合，但是它,不是互联网概念、技术与应用的简单扩展,互联网扩大了人与人之间信息共享的深度与广,度，物联网更加强调它在人类社会生活的各个,方面、国民经济的各个领域广泛与深入地应用,

14、物联网的主要特征是：全面感知、可靠传输,智能处理,25,1.3.2,物联网的主要技术特征,1,物联网智能物体具有感知、通信与计算能力,1,“智能物体”是对连接到物联网中的人与,物的一种抽象,现实社会物理世界的人或物,物体,thing,对象,object,物联网中具有“感知”、“通信”与“计算,能力的人或物,智能物体,Smart Thing,智能对象,Smart Object,26,2,对智能物体感知、通信与计算能力的理解,智能物体的物理与生物特征可以不一样，但是有一点,是共同的：具有感知、通信和计算能力,智能物体能够感知到哪一种或几种参数，这是由所选,用的传感器或,RFID,类型而定,通信能力

15、的不同表现在：它可以是主动发送数据，也,可以是被动的由外部读写器来读取数据；它可以使用,有线通信方式，也可以用无线通信方式；它可以用微,波信道通信，也可以用红外信道通信,计算能力的不同表现在：它可能是只是简单地产生数,据，可能是进行计算量比较小的数据汇聚计算，也可,能是进行计算量比较大的数据融合、路由选择、拓扑,控制、数据加密与解密、身份认证计算与控制,27,3,对物联网标识符的理解,在互联网中，名字,name,地址,address,与路径,route,是有区别的,在物联网中，要实现全球范围智能物体之间的,互联与通信就必须解决物体标识问题,如果应用系统使用,TCP/IP,协议，可以为每一个,节

16、点分配一个,IPv4,或,Pv6,地址,物联网中的,RFID,标签编码目前影响最大的两个,标准,电子产品编码,EPC,与泛在识别,UID,标准,28,4,智能物体与嵌入式技术的关系,智能物体的感知、通信与计算能力的大小应该,根据物联网应用系统的需求来确定,智能物体都应该是一种嵌入式电子装置,或者,是装备有嵌入式电子装置的人、动物或与物体,嵌入式电子装置可能是功能很简单的,RFID,芯片,也可能是一个功能复杂的无线传感器节点,嵌入式电子设置可能使用简单的微处理器芯片,和小的存储器，也可能使用功能很强的微处理,器芯片和大的存储器,29,2,物联网可以提供所有对象在任何时间、任何地点的互联,30,实

17、现物联网在任何时候、任何地点与任何一个物体通信,的要求，需要研究和解决以下几个基本的问题,如何连接不同的物体,如何实现不同物体之间的通信,如何建立物联网的通信模型,如何保证物联网的服务质量,如何实现物联网中物体的命名、编码、识别与寻址,如何保护物联网的信息安全与个人隐私,31,3,物联网的目标是实现物理世界与信息世界的融合,物联网应用涵盖了小到家庭网络，大到工业控,制系统、智能交通系统，甚至是国家级、世界,级的应用,将催生很多具有“计算、通信、控制、协同和,自治”特点的智能设备与智能信息系统,帮助人类对物理世界具有“全面的感知能力,透彻的认知能力和智慧的处理能力,这种新的计算模式可以帮助人类在

18、提高劳动生,产力、生产效率的同时，进一步改善人类社会,发展与地球生态和谐、可持续发展的关系,32,1.4,物联网体系结构,1.4.1,人对物理世界问题处理的基本方法,物联网工作过程与人的智能处理问题过程比较,33,1.4.2,物联网层次结构模型,34,1.4.3,物联网感知层,理解感知层需要注意以下几个问题,1,感知层设备的分类,自动感知设备,人工生成信息设备,2,感知能力与控制能力,从一块简单的,RFID,标签芯片、一个温度传感器,或测控装置，到一个复杂的智能机器人，它们之,间最重要的区别表现在：智能物体是不是需要同,时具备感知能力和控制、执行能力上，以及需要,什么样的控制、执行能力,35,

19、不同结构的物联网应用系统,36,1.4.4,物联网网络层,1,认识接入层、汇聚层与核心交换层,1,网络层次结构模型与体系结构研究的基本方法,讨论计算机网络层次结构模型有两种基本的方法,开放系统互联,OSI,参考模型，将计算机网络分成,从物理层到应用层的七层结构,将为计算机通信提供数据传输服务的部分都叫做“传,输网”或“承载网,适用于网络应用系统设计与实,现的研究,物联网研究的侧重点应该放在网络应用上，因此第二,种抽象方法更适合于物联网层次结构模型与体系结构,的研究,37,物联网应用系统多种多样,不同类型的物联网应用系统使用的传感器与,RFID,类型,传感器与,RFID,标签的接入方式、数据量与

20、数据传输,方式都会有很大的差别,研究物联网的层次结构，有必要借鉴互联网层次结构,研究中成熟的模型,38,2,应用系统体系结构的基本概念,应用系统体系结构是将一个大型的互联网应用,系统分为网络应用与传输网两大部分,广域网、城域网、局域网与个人区域网，以及,电信的移动通信网、电话交换网都属于传输网,的范畴,任何一个大型互联网应用系统的设计者都可以,将复杂的问题“分而治之”，使得设计、实施,与运行管理能够做到层次分明、功能清晰，使,得整个系统的设计与实现可以有条不紊地完成,39,3,物联网接入层、汇聚层与核心交换层的基,本概念,在分析互联网传输网的结构时，人们引入了接,入层、汇聚层与核心交换层的概念

21、,接入层通过各种接入技术，连接最终用户设备,汇聚层聚合接入层的用户流量，实现数据路由,转发与交换,核心交换层为物联网提供一个高速、安全与保,证服务质量的数据传输环境,汇聚层与核心交换层的网络通信设备与通信线,路就构成了传输网,40,2,接入层,1,接入层与,RFID,基本单元,41,2,接入层与无线传感器网络基本单元,42,3,接入层网络技术类型,接入层技术分为：无线接入与有线接入,无线接入主要有,802.15.4,协议,6LowPAN,协议,蓝牙协议,ZigBee,协议,无线移动通信网的,M2M,协议,有线接入主要有,现场总线网接入,电力线接入,电视电缆与电话线接入,43,3,汇聚层,1,设

22、置汇聚层的必要性,汇聚层与核心交换层结构,44,2,汇聚层的主要功能,汇接接入层的用户流量，进行数据分组传输的,汇聚、转发与交换,根据接入层的用户流量，进行本地路由、过滤,流量均衡、优先级管理，以及安全控制、地,址转换、流量整形等处理,根据处理结果把用户流量转发到核心交换层或,在本地进行路由处理,45,3,汇聚层网络技术类型,汇聚层网络技术可以分为：无线与有线等两类,无线网络技术主要有,无线个人区域网,无线局域网,无线城域网,移动通信网,专用无线通信网,有线网络技术主要有,局域网,工业现场总线网,电话交换网,46,4,核心交换层,1,IP,网,IP,专用网络与虚拟专网,VPN,的概念,IP,专

23、网与互联网作用的比较,47,IP,专网与代理服务器相结合方法的网络结构,48,VPN,结构,2,IP,网与非,IP,网,49,3,IP,网与非,IP,网的互联,网关作用,50,物联网网络层技术发展的趋势,51,2,行业应用层与应用层协议的基本概念,物联网应用,52,1.4.5,物联网应用层,物联网应用层分为：管理服务层与行业应用层,服务管理层,通过中间件软件实现了感知硬件与应用软件物,理的隔离与逻辑地无缝连接,提供海量数据高效、可靠地汇聚、整合与存储,通过数据挖掘、智能数据处理与智能决策计算,为行业应用层提供安全的网络管理与智能服,务,53,3,支持物联网的共性技术,信息安全,网络管理,对象名

24、字服务,服务质量保证,54,物联网层次结构模型,55,应用层,网络层,感知层,感知层,接入层,汇聚层,核心交换层,管理服务层,行业应用层,对,象,名,字,服,务,网,络,管,理,服,务,质,量,保,证,信,息,安,全,1.5,物联网关键技术与产业发展,1.5.1,物联网关键技术,56,物联网关键技术,57,1.5.2,物联网的产业链结构,58,1.5.3,物联网产业特点,物联网产业的关联性、渗透性与带动性,通过物联网与相关产业的融合，可以对相关产,业产生很强的辐射和带动作用，进一步促进整,个国民经济的发展,物联网是我国信息化与工业化融合的切入点,物联网在各行各业的应用，可以带动社会信息,化的新一轮增长，对于我国国民经济发展方式,的转型具有重要的意义,59,1.5.4,我国物联网“十二五”发展规划,1,现状及形势,我国物联网发展与全球同处于起步阶段，初步具备了一定,的