物联网与RFID应用技术基础-1

1、物联网与物联网与RFID应用技术基础应用技术基础 第一讲第一讲马 平 博士北京航空航天大学软件学院2课程目标课程目标l以讲解物联网基本概念以讲解物联网基本概念, RFID应用技术与系统架构等为重应用技术与系统架构等为重点，掌握物联网、点，掌握物联网、EPC, RFID标准知识，为今后承担标准知识，为今后承担RFID应用系统开发打下良好基础。应用系统开发打下良好基础。l阐述物联网典型架构阐述物联网典型架构-EPC, RFID技术的工作原理技术的工作原理, 频率标频率标准与技术规范准与技术规范, 射频电子标签射频电子标签, 读写器和读写器和RFID应用系统，应用系统，结合案例介绍结合案例介绍RFI

2、D技术在物联网应用领域的具体应用。技术在物联网应用领域的具体应用。l深刻领会深刻领会RFID应用系统开发过程应用系统开发过程，掌握在具体项目中选择，掌握在具体项目中选择运用相关技术的基本方法，了解物联网核心技术运用相关技术的基本方法，了解物联网核心技术-RFID技技术的发展趋势。术的发展趋势。3授课内容授课内容 1. 物联网概述物联网概述 1.1 物联网的基本概念物联网的基本概念 1.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 1.3 物联网发展综述物联网发展综述 1.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 1.5 物联网的应用与发展物联网的应用与发展2. 物联网的典型架构物联网的典型架构-EPC

3、 2.1 EPC体系及特点体系及特点 2.2 EPC编码策略编码策略 2.3 EPC网络技术网络技术4授课内容授课内容3. RFID应用技术应用技术 3.1 RFID技术的工作原理技术的工作原理 3.2 RFID技术的频率标准和技术规范技术的频率标准和技术规范 3.3 射频电子标签射频电子标签 3.4 读写器读写器 3.5 RFID与无线传感网的融合技术与无线传感网的融合技术4. RFID应用系统的设计应用系统的设计 4.1 RFID系统的选择标准与性能评估系统的选择标准与性能评估 4.2 RFID系统的运行环境与接口设计系统的运行环境与接口设计 4.3 RFID系统的软硬件设计系统的软硬件设

4、计 4.4 RFID系统的安全问题及策略系统的安全问题及策略 4.5 RFID应用系统的发展趋势应用系统的发展趋势5授课内容授课内容5. RFID应用系统的应用案例分析应用系统的应用案例分析 5.1 智能交通领域的应用案例分析智能交通领域的应用案例分析 5.2 安全防伪领域的应用案例分析安全防伪领域的应用案例分析 5.3 供应链管理领域的应用案例分析供应链管理领域的应用案例分析 5.4 公共管理领域的应用案例分析公共管理领域的应用案例分析6主要参考书主要参考书1. 物联网技术导论物联网技术导论 张飞舟张飞舟 杨东凯杨东凯 陈智陈智 编著编著 电子工业出版社电子工业出版社2. 物联网技术与应用物

5、联网技术与应用 张春江张春江 裘晓峰裘晓峰 夏海轮夏海轮 编著编著 人民邮电出版社人民邮电出版社3. 物联网核心技术物联网核心技术-RFID原理与应用原理与应用 高飞高飞 薛艳明薛艳明 王爱华王爱华 编著编著 人民邮电出版社人民邮电出版社71. 物联网概述物联网概述1.1 物联网的基本概念物联网的基本概念1.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进1.3 物联网发展综述物联网发展综述1.4 物联网的体系结构物联网的体系结构1.5 物联网的应用与发展物联网的应用与发展81.1 物联网的基本概念物联网的基本概念什么是物联网？什么是物联网？l广义来讲广义来讲，物联网是，物联网是“未来的互联网未来的互

6、联网”或或“泛在网络泛在网络”，能够实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人能够实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物信息交换及物与物信息交换。与物信息交换及物与物信息交换。l狭义来讲狭义来讲，物联网是物品之间通过传感器连接起来的局，物联网是物品之间通过传感器连接起来的局域网，不论介入互联网与否，都属于物联网的范畴。域网，不论介入互联网与否，都属于物联网的范畴。91.1 物联网的基本概念物联网的基本概念l物联网的一种定义是：物联网的一种定义是： 通过射频识别通过射频识别(RFID)、红外感应器、红外感应器、GPS等传感设备，等传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来进行

7、信息按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来进行信息交换和通信，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管交换和通信，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。理的一种网络。101.1 物联网的基本概念物联网的基本概念l物联网来到你我身边物联网来到你我身边l试衣镜帮你挑衣服试衣镜帮你挑衣服l智能一卡通智能一卡通l二代身份证二代身份证l手机刷卡手机刷卡ll物联网奇迹将在我们身边发生。物联网奇迹将在我们身边发生。 (大家举例大家举例)111.1 物联网的基本概念物联网的基本概念 -物联网来到你我身边物联网来到你我身边l3G看家看家-随时查看家中实时影像随时查看家中实时影像l北京联通推出北京联通推

8、出“3G看家看家”，用户将内置专用号卡的监控摄像头放于，用户将内置专用号卡的监控摄像头放于家中，使用支持视频通话的家中，使用支持视频通话的3G手机直接呼唤该监控摄像头，实现对手机直接呼唤该监控摄像头，实现对家中的视频监控。家中的视频监控。l用户可通过手机远程调控摄像头角度和焦距，实现远程探视。当出用户可通过手机远程调控摄像头角度和焦距，实现远程探视。当出门在外时，可以随时用门在外时，可以随时用3G手机查看家中的实时影像，了解家庭情况，手机查看家中的实时影像，了解家庭情况，远程探视家人；远程探视家人；l当窃贼偷窃时，自动报警信号及时拨通当窃贼偷窃时，自动报警信号及时拨通3G手机，传送实时视频，对

9、手机，传送实时视频，对现场进行录像、喊话驱逐；当出现失火或煤气泄露等，现场进行录像、喊话驱逐；当出现失火或煤气泄露等，3G视频监控视频监控系统会自动将告警信息发送到设定的手机上。系统会自动将告警信息发送到设定的手机上。121.1 物联网的基本概念物联网的基本概念 -物联网来到你我身边物联网来到你我身边l智能家居智能家居-短信指令电饭锅自动煮饭短信指令电饭锅自动煮饭l通过电子芯片将手机设定为控制中心，通过手机短信方通过电子芯片将手机设定为控制中心，通过手机短信方式，发送英文式，发送英文“室内温度监测指令室内温度监测指令”，约，约5秒钟后，手机秒钟后，手机即收到回信：室内温度即收到回信：室内温度3

10、2.29。l手机还能控制家庭电器。回家前发送一条短信，电饭锅手机还能控制家庭电器。回家前发送一条短信，电饭锅会开始煮饭。提前开动空调调整室内温度等等。会开始煮饭。提前开动空调调整室内温度等等。131.1 物联网的基本概念物联网的基本概念 -物联网来到你我身边物联网来到你我身边l远程就医远程就医-贴心医生随时问诊贴心医生随时问诊l有了无限传感技术，医生坐在办公室通过病人身上一个有了无限传感技术，医生坐在办公室通过病人身上一个传感器，可传感器，可24小时获知病区内病人脉搏、体温、血糖等小时获知病区内病人脉搏、体温、血糖等状况。病人家属经过授权，也可通过网络共享这些信息。状况。病人家属经过授权，也可

11、通过网络共享这些信息。l一套一套“医疗健康护理系统医疗健康护理系统”目前已经在江苏省启东市一目前已经在江苏省启东市一家医院使用。家医院使用。141.1 物联网的基本概念物联网的基本概念 -物联网来到你我身边物联网来到你我身边l智能交通智能交通-电子标签帮汽车防盗无忧电子标签帮汽车防盗无忧l交通拥堵是北京头疼的一个问题。物联网技术在智能交通上应用是交通拥堵是北京头疼的一个问题。物联网技术在智能交通上应用是一个亮点。一个亮点。l汽车装上芯片后，当人出门时系统会预订车位，遇到堵车路段会发汽车装上芯片后，当人出门时系统会预订车位，遇到堵车路段会发出提醒，建议改变路线；到达指定地点后停车场会自动识别车辆

12、，出提醒，建议改变路线；到达指定地点后停车场会自动识别车辆，将车引导到车位。在行驶中车和车之间会进行信息交换。将车引导到车位。在行驶中车和车之间会进行信息交换。l汽车上嵌上存有车主个人信息的射频标签，车辆可以自动汽车上嵌上存有车主个人信息的射频标签，车辆可以自动“认出认出”主人。如果偷车者没对这个标签进行解码，车辆会自动报警。主人。如果偷车者没对这个标签进行解码，车辆会自动报警。l车辆自动识别技术在高速不停车收费系统中的作用显而易见。车辆自动识别技术在高速不停车收费系统中的作用显而易见。151.1 物联网的基本概念物联网的基本概念l根据物联网与互联网的关系分类根据物联网与互联网的关系分类，对物

13、联网的定，对物联网的定义有四种类型：义有四种类型：1）物联网是传感网而不接入互联网。）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。）物联网是互联网的一部分。3）物联网是互联网的补充网络。）物联网是互联网的补充网络。4）物联网是未来的互联网。）物联网是未来的互联网。161.1 物联网的基本概念物联网的基本概念泛在网泛在网物联网物联网无线传感网无线传感网早期物联网早期物联网(RFID物品识别物品识别)互联网互联网移动通信网移动通信网物联网、传感网、泛在网的关系物联网、传感网、泛在网的关系171.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -物联网与互联网的不同物联网与互联网的不同1不同

14、应用领域的专用性不同应用领域的专用性不同应用领域的物联网具有不同的属性不同应用领域的物联网具有不同的属性不同应用领域具有完全不同的网络应用需求和服务质量要求，物联不同应用领域具有完全不同的网络应用需求和服务质量要求，物联网节点是资源受限的节点，通过专用联网技术才能满足物联网的应网节点是资源受限的节点，通过专用联网技术才能满足物联网的应用需求用需求(不同的传感器有不同的协议不同的传感器有不同的协议)物联网的应用特殊性及其它特征，使它无法复制互联网成功的技术物联网的应用特殊性及其它特征，使它无法复制互联网成功的技术模式模式 181.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -物联网与互联网的不同物

15、联网与互联网的不同高度的稳定性和可靠性高度的稳定性和可靠性物联网是与许多关键领域物理设备相关的网络，必须保物联网是与许多关键领域物理设备相关的网络，必须保证网络稳定可靠证网络稳定可靠仓储的物联网必须稳定地检测进库和出库物品仓储的物联网必须稳定地检测进库和出库物品医疗卫生的物联网必须具有很高的可靠性医疗卫生的物联网必须具有很高的可靠性191.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -物联网与互联网的不同物联网与互联网的不同严密的安全性和可控性严密的安全性和可控性物联网系统具有保护个人隐私，防御网络攻击的能力物联网系统具有保护个人隐私，防御网络攻击的能力. 物联网的个人用户或机构用户可以严密控制

16、物联网中信物联网的个人用户或机构用户可以严密控制物联网中信息采集，传递和查询操作，不会因为个人隐私或机构秘息采集，传递和查询操作，不会因为个人隐私或机构秘密泄露造成对个人或机构伤害密泄露造成对个人或机构伤害201.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -现代信息技术演进示意图现代信息技术演进示意图电报电报电话电话互联网互联网移动电话移动电话移动移动互联网互联网RFID蓝牙蓝牙ZigBee条码条码宽带化宽带化智能化智能化移动化移动化IP化化人与人的通信人与人的通信电信电信物与物的通信物与物的通信近场通信近场通信电信网电信网传感器传感器211.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -未来的

17、泛在网络示意图未来的泛在网络示意图电报电报电话电话互联网互联网移动电话移动电话移动移动互联网互联网RFID蓝牙蓝牙ZigBee条码条码宽带化宽带化智能化智能化移动化移动化IP化化人与人的通信人与人的通信电信电信物与物的通信物与物的通信近场通信近场通信电信网电信网传感器传感器泛在网络泛在网络=广义互联网广义互联网云计算云计算IPv6221.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -物联网的演进路径物联网的演进路径l物联网的演进路径分物联网的演进路径分电信网主导电信网主导和和传感网主导传感网主导两两种模式种模式.l初期由传感网主导初期由传感网主导, 当传感网技术成熟后当传感网技术成熟后, 将以电

18、将以电信网主导信网主导, 实现信息的可控可管实现信息的可控可管, 安全高效安全高效.l电信网发展有两大方向电信网发展有两大方向: 移动化移动化, 宽带化宽带化。传感。传感网发展也有两大方向网发展也有两大方向: 智能化，智能化，IP化化。231.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -物联网的演进路径物联网的演进路径l电信网主导模式电信网主导模式：由传统的电信运营商主导，推：由传统的电信运营商主导，推动物联网发展；动物联网发展；传感网主导模式传感网主导模式：以传感网产业：以传感网产业为主导，实现与电信网的融合。为主导，实现与电信网的融合。l目前目前传感器的研发瓶颈制约了物联网的发展，应传感器

19、的研发瓶颈制约了物联网的发展，应加强传感网络的发展。加强传感网络的发展。l从战略角度看从战略角度看，针对信息安全和信息隐私保护，针对信息安全和信息隐私保护，应选择应选择电信网主导模式。电信网主导模式。241.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -物联网的演进路径物联网的演进路径l这里强调的物联网这里强调的物联网指基于指基于RFID的物联网，传的物联网，传感网指基于传感器的物联网。感网指基于传感器的物联网。l对于物联网，传感网，广电网，互联网，电信对于物联网，传感网，广电网，互联网，电信网等相互融合形成的网络网等相互融合形成的网络-泛在网泛在网。251.2 物联网的特点与演进物联网的特点与

20、演进 -物联网与下一代网络物联网与下一代网络lITU(国际电信联盟国际电信联盟)研究结论研究结论: 物联网的核心技术物联网的核心技术主要是主要是普适网络、下一代网络和普适计算普适网络、下一代网络和普适计算。l物联网与物联网与CPSl利用计算技术监控物理设备行为的嵌入式系统称为利用计算技术监控物理设备行为的嵌入式系统称为CPS(Cyber Physical Systems, 网络化物理系统）网络化物理系统）。lCPS这种融合信息世界和物理世界的技术具备以下特征。这种融合信息世界和物理世界的技术具备以下特征。261.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -物联网与下一代网络物联网与下一代网络C

21、PS技术特征：技术特征：lCPS是未来经济和社会发展的革命性技术。是未来经济和社会发展的革命性技术。l信息材料本身就是一种信息材料本身就是一种CPS技术。技术。lCPS要求计算技术与控制技术的融合。要求计算技术与控制技术的融合。lCPS要求开放的嵌入式系统。要求开放的嵌入式系统。lCPS要求可靠和确定的嵌入式系统。要求可靠和确定的嵌入式系统。271.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -物联网与下一代网络物联网与下一代网络l可以认为可以认为CPS是物联网的专业称呼是物联网的专业称呼，侧重于物联，侧重于物联网内部的技术内涵；网内部的技术内涵；物联网是物联网是CPS的通俗称呼的通俗称呼，侧重

22、于侧重于CPS在日常生活中的应用。在日常生活中的应用。lCPS提供了物联网研究和开发所需的理论和技术提供了物联网研究和开发所需的理论和技术内涵；物联网提供了内涵；物联网提供了CPS未来应用的一个直观画未来应用的一个直观画面。面。281.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -物联网与下一代网络物联网与下一代网络l物联网与物联网与WSNlWSN(无线传感器网络无线传感器网络)由部署在监测区域内大量微型传由部署在监测区域内大量微型传感器节点组成感器节点组成, 通过无线通信方式形成多跳自组织网络通过无线通信方式形成多跳自组织网络.lWSN是一种随机分布的集成有传感器是一种随机分布的集成有传感器,

23、 数据处理单元和数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织方式构成网络通信模块的微小节点通过自组织方式构成网络.l传感器网络与传统网络传感器网络与传统网络有明显不同的技术要求有明显不同的技术要求, 前者以数前者以数据为中心，后者以传输数据为目的。据为中心，后者以传输数据为目的。291.2 物联网的特点与演进物联网的特点与演进 -物联网与下一代网络物联网与下一代网络lWSN只是采集和传递数据，没有涉及物联网中的核心控只是采集和传递数据，没有涉及物联网中的核心控制技术，也不具备制技术，也不具备CPS要求的高可靠性。要求的高可靠性。l从从CPS角度看角度看， WSN并不是物联网，更不是网络化物理并不

24、是物联网，更不是网络化物理系统。系统。l但是但是WSN的相关技术在一定程度上可能支撑物联网的开的相关技术在一定程度上可能支撑物联网的开发与应用。发与应用。301.3 物联网发展综述物联网发展综述 -物联网国外发展概况物联网国外发展概况l美国是物联网技术主导和先行国之一。美国是物联网技术主导和先行国之一。l2007年马萨诸塞洲剑桥城就着手打造全球第一个全城无年马萨诸塞洲剑桥城就着手打造全球第一个全城无线传感网。线传感网。l2009年年IBM提出提出“智慧地球智慧地球”概念，建议美国政府投资概念，建议美国政府投资新一代智慧型基础设施。新一代智慧型基础设施。l物联网产业引发全美工商界高度关注，认为物

25、联网产业引发全美工商界高度关注，认为“智慧地球智慧地球”将成为又一个信息高速公路。将成为又一个信息高速公路。311.3 物联网发展综述物联网发展综述 -物联网国外发展概况物联网国外发展概况l欧盟欧盟2006年成立工作组，专门研究年成立工作组，专门研究RFID技术，技术，2008年发年发布布“2020年的物联网年的物联网-未来路线未来路线”。l2009年欧盟提出年欧盟提出“欧盟物联网行动计划欧盟物联网行动计划”，包括监管、，包括监管、隐私保护、芯片、基础设施保护、标准修改、技术研发隐私保护、芯片、基础设施保护、标准修改、技术研发等等14项框架内容。项框架内容。lEPoSS(欧洲智能系统集成技术平

26、台）预测：欧洲智能系统集成技术平台）预测：l2011-2015年物体互联；年物体互联；l2015-2020年物体进入半自动化；年物体进入半自动化；l2020年后物体进入全智能化。年后物体进入全智能化。321.3 物联网发展综述物联网发展综述 -物联网国外发展概况物联网国外发展概况l日本日本自自90年代中期相继制定了年代中期相继制定了“e-Japan”, “u-Japan”, “i-Japan”。l2004年就推出年就推出“u-Japan”计划，着力发展泛在网及相关计划，着力发展泛在网及相关产业。产业。l2009年将年将“u-Japan”升级为升级为“i-Japan”，提出，提出“智慧泛在智慧泛

27、在”构想，致力构建一个个性化的物联网智能服务体系。聚构想，致力构建一个个性化的物联网智能服务体系。聚焦三大公共事业：电子化政府治理、医疗健康信息服务、焦三大公共事业：电子化政府治理、医疗健康信息服务、教育与人才培育。教育与人才培育。331.3 物联网发展综述物联网发展综述 -物联网国内发展概况物联网国内发展概况l我国我国发展物联网体系，以发展物联网体系，以RFID广泛应用形成物联网的发广泛应用形成物联网的发展基础。展基础。l自自2004年，每年推出新的年，每年推出新的RFID应用试点工程，应用试点工程，涉及电子涉及电子票证与身份识别、动物与食品追踪、药品监管、煤矿安票证与身份识别、动物与食品追

28、踪、药品监管、煤矿安全、电子通关、智能交通、供应链管理、防伪、图书文全、电子通关、智能交通、供应链管理、防伪、图书文档管理、数字化景区等。档管理、数字化景区等。l863计划专项课题计划专项课题中包括了超高频中包括了超高频RFID空中接口安全机空中接口安全机制及应用，超高频读写器芯片研发及产业化，适用于实制及应用，超高频读写器芯片研发及产业化，适用于实时定位系统的时定位系统的RFID产品研发及产业化等产品研发及产业化等7个课题。个课题。341.3 物联网发展综述物联网发展综述 -物联网国内发展概况物联网国内发展概况l国内物联网产业链和应用范围呈现以下趋势：国内物联网产业链和应用范围呈现以下趋势：

29、l集电子、软件、通信运营、信息服务和面向行业应用与集电子、软件、通信运营、信息服务和面向行业应用与系统集成中心于一体的完整产业链正在形成。系统集成中心于一体的完整产业链正在形成。l应用试点向行业规模化应用拓展，跨行业和地区的综合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在启动。性应用正在启动。l应用功能由身份识别、电子票证为主向物品识别过渡；应用功能由身份识别、电子票证为主向物品识别过渡；应用频率以低高频为主向超高频和微波过渡。应用频率以低高频为主向超高频和微波过渡。351.3 物联网发展综述物联网发展综述 -物联网国内发展概况物联网国内发展概况l国内物联网产业链和应用范围呈现以

30、下趋势：国内物联网产业链和应用范围呈现以下趋势：lRFID与新技术融合将衍生出更多的商业模式，如手机移与新技术融合将衍生出更多的商业模式，如手机移动支付将是未来动支付将是未来RFID最大市场，利用最大市场，利用RFID进行人与物实进行人与物实时定位也将成为主流应用之一。时定位也将成为主流应用之一。lRFID及传感技术发展使得社会公共管理呈现管理智能化、及传感技术发展使得社会公共管理呈现管理智能化、物流可视化、信息透明化。物流可视化、信息透明化。361.3 物联网发展综述物联网发展综述 -物联网发展面临的问题物联网发展面临的问题l技术标准问题技术标准问题l协议安全问题协议安全问题l终端与地址问题

31、终端与地址问题l费用与规模化问题费用与规模化问题l商业模式与产业链问题商业模式与产业链问题l配套政策和规范制定与完善配套政策和规范制定与完善371.4 物联网的体系结构物联网的体系结构l物联网体系结构：物联网体系结构：应用层、网络层、感知层和公共技术。应用层、网络层、感知层和公共技术。智能智能交通交通智能智能家居家居远程远程医疗医疗智能智能物流物流环境环境监测监测云计算、普适计算等技术云计算、普适计算等技术其它专网其它专网因特网因特网 移动网移动网卫星网卫星网网关介入设备网关介入设备RFID读写器读写器传感节点及传感节点及传感器子网传感器子网智能智能终端终端其它接其它接入设备入设备其它其它子网

32、子网公共技术公共技术安全管理安全管理网络管理网络管理信息管理信息管理应用层应用层网络层网络层感知层感知层381.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -感知层功能感知层功能l感知层是物联网的皮肤和五官感知层是物联网的皮肤和五官-识别物体，采集信息。识别物体，采集信息。l感知层感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题，解决的是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。包括各类物理量、标识、音频、视频数据。l感知层感知层包括数据采集和数据短距离传输，先通过传感器包括数据采集和数据短距离传输，先通过传感器采集数据，通过蓝牙、红外、采集数据，通过蓝牙、红外、ZigB

33、ee等传输技术进行协等传输技术进行协同工作或传递数据到网关设备。同工作或传递数据到网关设备。391.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -感知层关键技术感知层关键技术l感知层关键技术感知层关键技术包括检测技术、无线包括检测技术、无线/有线短距离传输技有线短距离传输技术等。术等。l感知层综合了感知层综合了传感器技术、嵌入式计算技术、智能组网传感器技术、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。技术、无线通信技术、分布式信息处理技术等。l通过通过集成化微型传感器的协作实时监测、采集环境或对集成化微型传感器的协作实时监测、采集环境或对象信息。象信息。通过通过嵌入式系统进行信

34、息处理，嵌入式系统进行信息处理，通过通过随机自组随机自组织无线网络将感知信息传送到节点或网关。织无线网络将感知信息传送到节点或网关。401.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -感知层关键技术感知层关键技术l传感器技术传感器技术l传感器传感器是一种检测装置，能将检测到的信息按一定规律是一种检测装置，能将检测到的信息按一定规律变换成电信号或其它形式信息输出。变换成电信号或其它形式信息输出。l传感器传感器可分为一般传感器和智能传感器。一般传感器采可分为一般传感器和智能传感器。一般传感器采集的信息需要计算机处理；智能传感器带有微处理器，集的信息需要计算机处理；智能传感器带有微处理器，具有采集、处理

35、、交换信息能力。具有采集、处理、交换信息能力。411.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -感知层关键技术感知层关键技术lRFID技术技术lRFID(Radio Frequency Identification)利用射频信号通利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并实现物体识别。过空间电磁耦合实现无接触信息传递并实现物体识别。lRFID系统组成系统组成：电子标签：电子标签(Tag)、读写器、读写器(Reader)、天线、天线(Antenna)。l电子标签电子标签存储识别物体的标识信息；存储识别物体的标识信息；l读写器读写器将标识信息写入电子标签存储区，以无接触方式将电子标签将标识信息

36、写入电子标签存储区，以无接触方式将电子标签内信息读取；内信息读取；l天线天线发射发射/接收射频信号，内置在电子标签和读写器中。接收射频信号，内置在电子标签和读写器中。421.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -感知层关键技术感知层关键技术lRFID技术工作原理：技术工作原理：l电子标签进入读写器磁场后，读写器发出射频信号，发送芯片中产电子标签进入读写器磁场后，读写器发出射频信号，发送芯片中产品信息（无源品信息（无源/被动标签），或主动发送某频率信号（有源被动标签），或主动发送某频率信号（有源/主动标主动标签）。签）。l读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行数据处理。读写器读取信息并解

37、码后，送至中央信息系统进行数据处理。lRFID技术优势：技术优势：无需接触、自动化程度高、识别速度快、无需接触、自动化程度高、识别速度快、适应各种环境、可用于广泛的领域。适应各种环境、可用于广泛的领域。l以以RFID系统为基础，系统为基础，结合网络技术、数据库技术、中间结合网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的读写器和无数移动的件技术等，构筑一个由大量联网的读写器和无数移动的标签组成的物联网，成为标签组成的物联网，成为RFID技术发展趋势。技术发展趋势。431.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -感知层关键技术感知层关键技术l二维码技术二维码技术l二维吗二维吗是用某种特定

38、的几何形状按一定规律在平面上分是用某种特定的几何形状按一定规律在平面上分布的图形来记录信息的应用技术。布的图形来记录信息的应用技术。l二维吗二维吗巧妙利用巧妙利用”0”和和“1”比特流概念，使用与二进制对比特流概念，使用与二进制对应的几何图形表示数值信息，通过图像输入设备或光电应的几何图形表示数值信息，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读。扫描设备自动识读。l二维码优势：二维码优势：数据容量更大，超越了字母数字限制，尺数据容量更大，超越了字母数字限制，尺寸小，抗毁损，可引入保密措施。寸小，抗毁损，可引入保密措施。441.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -感知层关键技术感知层关键技术RF

39、ID与二维码功能比较与二维码功能比较读取数量读取数量读取条件读取条件容量容量读写能力读写能力读取方便性读取方便性资料准确性资料准确性坚固性坚固性高速提取高速提取功功 能能RFID二维码二维码可同时读取多个可同时读取多个RFID标签标签 一次只能读取一个二维码一次只能读取一个二维码不需要光线可读取不需要光线可读取/更新更新读取时需要光线读取时需要光线存储资料容量大存储资料容量大存储资料容量小存储资料容量小电子资料可重复写电子资料可重复写资料不可更新资料不可更新不可见时仍可读取不可见时仍可读取读取时需要清晰可见读取时需要清晰可见准确性高准确性高人工读取人工读取/有人为疏失可能性有人为疏失可能性恶劣

40、环境下仍可读取恶劣环境下仍可读取污损时无法读取污损时无法读取高速运动中仍可读取高速运动中仍可读取移动中读取有限移动中读取有限451.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -感知层关键技术感知层关键技术lZigBee技术技术lZigBee是一种短距离、低功耗无线传输技术，一种介于是一种短距离、低功耗无线传输技术，一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术。无线标记技术和蓝牙之间的技术。lZigBee采用分组交换和跳频技术，可使用采用分组交换和跳频技术，可使用3个频段：个频段：2.4GHz（公共通用）（公共通用）, 868MHz（欧洲）（欧洲）, 915MHz（美（美国）。国）。lZigBee主要应用在

41、短距离范围且数据传输速率不高的各主要应用在短距离范围且数据传输速率不高的各种电子设备之间。种电子设备之间。461.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -感知层关键技术感知层关键技术ZigBee技术特点技术特点低功耗低功耗低成本低成本有效范围小有效范围小工作频段灵活工作频段灵活可靠性高可靠性高时延短时延短安全性高安全性高特特 点点数据传输速率低数据传输速率低10-250kbit/s说说 明明只有激活只有激活/睡眠状态，通信循环次数少睡眠状态，通信循环次数少因数据传输速率低，协议简单，降低了成本因数据传输速率低，协议简单，降低了成本每个每个ZigBee网络最多可支持网络最多可支持255个设备个设

42、备网络容量大网络容量大有效传输距离有效传输距离10-75m可使用三个频段可使用三个频段采用碰撞避免机制，自动动态组网采用碰撞避免机制，自动动态组网通信时延和从休眠激活的时延都很短通信时延和从休眠激活的时延都很短数据完整性检查和鉴定，数据完整性检查和鉴定，AES-128加密算法加密算法471.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -感知层关键技术感知层关键技术l蓝牙技术蓝牙技术l蓝牙蓝牙是一种无线数据与话音通信的开放性全球规范，也是一种无线数据与话音通信的开放性全球规范，也是一种短距离无线传输技术。是一种短距离无线传输技术。l蓝牙蓝牙采用高速调频和时分多址等技术，支持点对点及点采用高速调频和时分

43、多址等技术，支持点对点及点对多点通信。传输频段为对多点通信。传输频段为2.4GHz（公共通用），提供（公共通用），提供1Mbit/s传输速率和传输速率和10m传输距离。传输距离。481.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -感知层关键技术感知层关键技术 特特 点点说说 明明蓝牙技术特点蓝牙技术特点同时可传输同时可传输话音和数据话音和数据可建立临时可建立临时性对等连接性对等连接开放的开放的接口标准接口标准采用电路交换和分组交换技术采用电路交换和分组交换技术为推广蓝牙技术联盟将技术标准全部公开为推广蓝牙技术联盟将技术标准全部公开Ad hoc Connnection491.4 物联网的体系结构物联

44、网的体系结构 -网络层功能网络层功能l网络层相当人的神经中枢和大脑网络层相当人的神经中枢和大脑，承担数据传输的功能。，承担数据传输的功能。l网络层网络层把感知层感知到的数据无障碍、可靠安全地传送，把感知层感知到的数据无障碍、可靠安全地传送，解决数据在一定范围内，尤其是远距离传输问题。解决数据在一定范围内，尤其是远距离传输问题。l物联网网络层物联网网络层将承担比现有网络更大的数据量和更高的将承担比现有网络更大的数据量和更高的服务质量要求，物联网要对现有网络进行融合和扩展。服务质量要求，物联网要对现有网络进行融合和扩展。501.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -网络层关键技术网络层关键技术l

45、InternetlInternet将作为物联网主要传输网络之一，为让将作为物联网主要传输网络之一，为让Internet适应物联网大数据量和多终端要求，正在发展一系列新适应物联网大数据量和多终端要求，正在发展一系列新技术。技术。lInternet用用IP地址对节点进行标识，目前的地址对节点进行标识，目前的IPv4受制于资受制于资源空间耗竭，无法提供更多源空间耗竭，无法提供更多IP地址，地址，IPv6以其近乎无限以其近乎无限的地址空间将在物联网中发挥重大作用。的地址空间将在物联网中发挥重大作用。511.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -网络层关键技术网络层关键技术l移动通信网移动通信网l移动

46、通信网由无线接入网、核心网和骨干网组成移动通信网由无线接入网、核心网和骨干网组成。无线。无线接入网为移动终端提供网络服务，核心网和骨干网为各接入网为移动终端提供网络服务，核心网和骨干网为各种业务提供交换和传输服务。种业务提供交换和传输服务。l从通信技术层面看从通信技术层面看，移动通信网基本技术可分为传输技，移动通信网基本技术可分为传输技术和交换技术。术和交换技术。521.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -网络层关键技术网络层关键技术l移动通信网热门的接入技术移动通信网热门的接入技术有有3G、Wi-Fi和和WiMAX。l3G是第三代支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术，是第三代支持高速数据传

47、输的蜂窝移动通信技术， 3G网络综合了蜂窝、无绳、集群、移动数据、卫星等功能。网络综合了蜂窝、无绳、集群、移动数据、卫星等功能。l3G目标目标是实现所有地区的无线覆盖，使用户在任何地方均是实现所有地区的无线覆盖，使用户在任何地方均可使用系统提供的各种服务。可使用系统提供的各种服务。l3G包括包括3种国际标准种国际标准: CDMA2000, WCDMA, TD-SCDMA(中国提出的中国提出的)531.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -网络层关键技术网络层关键技术lWi-Fi全称全称Wireless Fidelity（无线保真技术），传输距（无线保真技术），传输距离几百米，可实现各种便携设

48、备在局部区域内的高速无离几百米，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。线连接或接入局域网。lWi-Fi是由接入点是由接入点AP和无线网卡组成的无线网络和无线网卡组成的无线网络。主流的。主流的Wi-Fi技术无线标准有技术无线标准有IEEE802.11b及及IEEE802.11g，分，分别提供别提供11Mbit/s和和54Mbit/s传输速率。传输速率。541.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -网络层关键技术网络层关键技术lWiMAX全称全称World Ieteroperability for Microwave Access（全球微波接入互操作性），是一种城域网无线（全

49、球微波接入互操作性），是一种城域网无线接入技术，针对微波和毫米波频段提出的空中接口标准。接入技术，针对微波和毫米波频段提出的空中接口标准。l由于远距离传输特性由于远距离传输特性， WiMAX不仅能解决无线接入问题，不仅能解决无线接入问题，还能作为有线网络（有线电视、还能作为有线网络（有线电视、DSL）接入的无线扩展。）接入的无线扩展。551.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -网络层关键技术网络层关键技术l无线传感器网络无线传感器网络l无线传感器网络无线传感器网络是将一系列空间分散的传感器单元通过是将一系列空间分散的传感器单元通过自组织的无线网络连接，将各自采集的数据通过无线网自组织的无线

50、网络连接，将各自采集的数据通过无线网络传输汇总，实现对空间分散范围内的物理或环境的协络传输汇总，实现对空间分散范围内的物理或环境的协同监控。同监控。l无线传感器网络无线传感器网络将逻辑上的数字世界与客观上的物理世将逻辑上的数字世界与客观上的物理世界融合在一起，改变了人类与自然界的交互方式。界融合在一起，改变了人类与自然界的交互方式。561.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -网络层关键技术网络层关键技术l无线传感器网络特点：无线传感器网络特点：l节点数目更为庞大，节点分布更为密集；节点数目更为庞大，节点分布更为密集；l由于环境影响和存在能量耗尽问题，节点更易出现故障；由于环境影响和存在能量

51、耗尽问题，节点更易出现故障；l环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构变化；环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构变化；l通常情况下，大多数传感器节点固定；通常情况下，大多数传感器节点固定；l传感器节点能量、处理能力、存储能力和通信能力都十传感器节点能量、处理能力、存储能力和通信能力都十分有限。分有限。571.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -应用层功能应用层功能l应用层相当于人的社会分工应用层相当于人的社会分工，是把感知和传输来的信息，是把感知和传输来的信息进行分析处理，实现智能化管理、应用和服务。进行分析处理，实现智能化管理、应用和服务。l应用层应用层将网络层传输来的数据通过各类信息系统进

52、行处将网络层传输来的数据通过各类信息系统进行处理，并通过各种设备与人交互。可按形态划分为两个子理，并通过各种设备与人交互。可按形态划分为两个子层：应用程序层，终端设备层。层：应用程序层，终端设备层。l应用程序层应用程序层进行数据处理，完成跨行业、跨应用、跨系进行数据处理，完成跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通功能。统之间的信息协同、共享、互通功能。终端设备层终端设备层提供提供人机界面，泛指与应用程序相连的各种设备与人的反馈。人机界面，泛指与应用程序相连的各种设备与人的反馈。581.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -应用层功能应用层功能l物联网的应用分为物联网的应用分为:l监

53、控型监控型(物流监控物流监控, 污染监控污染监控)l查询型查询型(智能检索智能检索, 远程抄表远程抄表)l控制型控制型(智能交通智能交通, 智能家居智能家居, 路灯控制路灯控制)l扫描型扫描型(手机钱包手机钱包, ETC)l591.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -应用层关键技术应用层关键技术lM2MlM2M(Machine-to-Machine, Man-to-Machine, Mobile-to-Machine)， M2M是物联网的子集或应用。是物联网的子集或应用。lM2M业务业务现阶段通过结合通信技术、自动控制技术和软现阶段通过结合通信技术、自动控制技术和软件智能处理技术，实现对机

54、器设备信息的自动获取和控件智能处理技术，实现对机器设备信息的自动获取和控制。制。601.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -应用层关键技术应用层关键技术lM2M将多种类型的通信技术有机结合，将数据从一台终将多种类型的通信技术有机结合，将数据从一台终端传送到另一台终端，实现机器与机器的对话。端传送到另一台终端，实现机器与机器的对话。lM2M技术技术综合了数据采集、综合了数据采集、GPS、远程监控、电信、工、远程监控、电信、工业控制等技术，可提供广泛的应用和解决方案。业控制等技术，可提供广泛的应用和解决方案。lM2M技术目标技术目标是使所有的机器设备具备联网和通信能力，是使所有的机器设备具备联

55、网和通信能力，其核心理念是网络一切，将会推动社会生产方式和生活其核心理念是网络一切，将会推动社会生产方式和生活方式的新一轮变革。方式的新一轮变革。611.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -应用层关键技术应用层关键技术l云计算云计算621.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -应用层关键技术应用层关键技术网格计算网格计算效用计算效用计算软件服务软件服务 云计算是继承了网格计算、效用计算、软件即服务的云计算是继承了网格计算、效用计算、软件即服务的 研发成果，逐步发展而来。研发成果，逐步发展而来。 云计算将改变整个信息产业的格局，改变人类的工作方式云计算将改变整个信息产业的格局，改变人类的工

56、作方式 和公司的运营模式和公司的运营模式。云计算云计算631.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -应用层关键技术应用层关键技术l狭义云计算狭义云计算是指是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（硬件、平网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源（硬件、平台、软件）。台、软件）。 l提供资源的网络被称为提供资源的网络被称为“云云”。“云云”中的资源在使用中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。用，随时扩展，按使用付费。l广义云计算广

57、义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务(教教育云，医疗云，政府云。）育云，医疗云，政府云。）641.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -应用层关键技术应用层关键技术l云计算云计算具有强大的处理能力、存储具有强大的处理能力、存储 能力、带宽和极高性价比，可有效能力、带宽和极高性价比，可有效 用于物联网应用和业务。用于物联网应用和业务。l云计算云计算可为各种不同物

58、联网应用提可为各种不同物联网应用提 供统一服务交付平台，海量计算和供统一服务交付平台，海量计算和 存储资源，统一数据存储格式和数存储资源，统一数据存储格式和数 据处理方法。据处理方法。l利用云计算利用云计算大大简化应用交付过程，大大简化应用交付过程， 降低交付成本，提高处理效率。降低交付成本，提高处理效率。651.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -应用层关键技术应用层关键技术l人工智能人工智能l人工智能人工智能研究使机器模拟人的某些思维过程和智能行为研究使机器模拟人的某些思维过程和智能行为（学习、推理、思考、规划等），使人类智能得以物化（学习、推理、思考、规划等），使人类智能得以物化与延

59、伸。与延伸。l人工智能研究人工智能研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。主要方法：神经网络、遗传算语言处理和专家系统等。主要方法：神经网络、遗传算法、粒度计算。法、粒度计算。661.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -应用层关键技术应用层关键技术l在物联网中，人工智能技术在物联网中，人工智能技术主要负责分析物品所承载的主要负责分析物品所承载的信息内容，实现计算机自动处理。信息内容，实现计算机自动处理。l人工智能技术优点：人工智能技术优点：l改善操作者作业环境，减轻工作强度；改善操作者作业环境，减轻工作强度；l提高作业质量和工作效率

60、；提高作业质量和工作效率；l一些危险场合或重点施工应用得到解决；一些危险场合或重点施工应用得到解决；l提高机器的自动化程度及智能化水平；提高机器的自动化程度及智能化水平；l提高设备可靠性，降低维护成本提高设备可靠性，降低维护成本671.4 物联网的体系结构物联网的体系结构 -应用层关键技术应用层关键技术l数据挖掘数据挖掘l数据挖掘数据挖掘是从大量、不完全、有噪声、模糊及随机的实是从大量、不完全、有噪声、模糊及随机的实际应用数据中，挖掘出隐含的、未知的、对决策有潜在际应用数据中，挖掘出隐含的、未知的、对决策有潜在价值的数据的过程。价值的数据的过程。l数据挖掘主要基于数据挖掘主要基于人工智能、机器