第4章 物联网

1、安全工程信息化与物联网技术叶迎春22022-1-278 物联网基础 目录物联网简介物联网发展历史物联网关键技术物联网应用32022-1-271.1概念及内涵概念及内涵IOT （Internet of Things，或Web of Things）简而言之：物联网就是物物相连的互联网物联网的物联网的核心和基础核心和基础仍然是互联网，是在互联网基仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络础上的延伸和扩展的网络其用户端其用户端延伸和扩展延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信行信息交换和通信物联网的发展核心是应用创新依托于互联网技术依托于互联网技术以用户体验

2、为核心以用户体验为核心8 物联网基础 - 物联网简介42022-1-271.2物联网定义物联网定义: 传感：通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统（GPS）、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术 采集：实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息 联网：与互联网结合形成的一个巨大网络 协同：实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，以便识别、管理和控制。8 物联网基础 - 物联网简介52022-1-271.3 物联网的认知过程物联网的认知过程 早期认识：被认为是将每个物品打上电子标签，

3、然后通过射频识别技术和通信技术形成信息网络，实现物品的智能识别、定位和监控。8 物联网基础 - 物联网简介62022-1-271.3 物联网的认知过程物联网的认知过程 当代认识：物联网的基本含义就是一种虚拟数字世界和现当代认识：物联网的基本含义就是一种虚拟数字世界和现实物理世界的融合实物理世界的融合。 注意：注意：这种融合是这种融合是“双向的双向的” 第一个方向是现实世界向虚拟世界的融入第一个方向是现实世界向虚拟世界的融入 第二个方向是虚拟世界向现实世界的融入第二个方向是虚拟世界向现实世界的融入8 物联网基础 - 物联网简介72022-1-271.4 物联网的维度物联网的维度领域维度：领域维度

4、：物联网覆盖了信息技术和通信技术的众多领域物联网覆盖了信息技术和通信技术的众多领域；对互联网领域来说，物联网就是互联网的延伸，就是物物对互联网领域来说，物联网就是互联网的延伸，就是物物相连的互联网相连的互联网；对无线传感器网络领域来说，物联网就是一个广域的传感对无线传感器网络领域来说，物联网就是一个广域的传感网网。8 物联网基础 - 物联网简介82022-1-271.4 物联网的维度物联网的维度层次维度：层次维度：物联网是一个层次化的网络物联网是一个层次化的网络1物联网与传感网2物联网与互联网3物联网与泛在网8 物联网基础 - 物联网简介92022-1-278 物联网基础 目录物联网简介物联网

5、发展历史物联网关键技术物联网应用102022-1-27物联网（物联网（IoT）概念的提出）概念的提出2009年年2008年年2005年年1998年年l MIT的的 Kevin Ashton第一次提出：把第一次提出：把RFID技术与传感器技术应技术与传感器技术应用于日常物品中形成一个用于日常物品中形成一个“物联网物联网”l ITU报告：物联网是通过报告：物联网是通过RFID和智能计算等技术实现全世界设和智能计算等技术实现全世界设备互连的网络备互连的网络l IBM提出：把传感器设备安装到提出：把传感器设备安装到各种物体中各种物体中，并且普遍连接形，并且普遍连接形成网络，即成网络，即“物联网物联网”

6、，进而在此基础上形成，进而在此基础上形成“智慧地球智慧地球l 欧洲物联网研究项目工作组欧洲物联网研究项目工作组制订制订物联网战略研究路物联网战略研究路线图线图，介绍传感网，介绍传感网/RFID等前端技术和等前端技术和20年发展趋势年发展趋势物联网形式早已存在，统一意义上的物联网概念提出是在架构在互联网发展成熟的基础上物联网形式早已存在，统一意义上的物联网概念提出是在架构在互联网发展成熟的基础上8 物联网基础 - 物联网发展历史112022-1-27日本的日本的“U-Japan”计划计划：此战略将以“基础设施建设”和“信息技术应用”为核心，重点在以下两个方面展开：一是泛在网络社会的基础建设，希望

7、实现从有线到无线、从网络到终端，包括认证、数据交换在内的无缝连接泛在网络环境，100%的国民可以利用高速或超高速网络；二是ICT的广泛应用。希望通过ICT的有效应用，促进社会系统的改革，解决老年化社会的医疗福利、环境能源、防灾治安、教育人才、劳动就业等一系列社会问题。8 物联网基础 - 物联网发展历史122022-1-27韩国的“U-Korea”战略：韩国信息和通信部具体推动“U-Korea”项目的建设，重点支持“无所不在的网络”相关的技术研发及科技应用，希望通过“U-Korea”计划的实施带动国家信息产业的整体发展。美国“智慧的地球”：2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后与美国工商业领

8、袖举行了一次“圆桌会议”，彭明盛推广“智慧的地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施，阐明其短期和长期效益。奥巴马政府对此给予了积极的回应，认为“智慧的地球” 有助于美国的“巧实力”（Smart Power）战略，是继互联网之后国家发展的核心领域。8 物联网基础 - 物联网发展历史132022-1-27欧盟的物联网行动计划：目前欧盟已将物联网及其核心技术纳入到预算高达500亿欧元并开始实施的欧盟“第七个科技框架计划（20072013年）”中。欧洲物联网的应用主要在企业管理、交通运输、医疗卫生等方面8 物联网基础 - 物联网发展历史142022-1-27中国的“感知中国”：2009年

9、11月，我国国家领导人在人民大会堂向科技界发表了题为让科技引领中国可持续发展的讲话，2010年3月，“加快物联网的研发应用”第一次写入中国政府工作报告。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。8 物联网基础 - 物联网发展历史152022-1-27物联网示意图物联网示意图江泽民新时期我国信息产业技术的发展江泽民文章关于物联网的主要论述摘录江泽民文章关于物联网的主要论述摘录8 物联网基础 - 物联网发展历史162022-1-27物联网是实现中国五大主题任务的关键推动要素之一物联网对中国的意义经济可持续发展经济可持续发展

10、有竞争力的企业有竞争力的企业和谐社会和谐社会能源有效利用能源有效利用环境保护环境保护IBM大中华区大中华区CEO智慧地球赢在中国智慧地球赢在中国8 物联网基础 - 物联网发展历史172022-1-278 物联网基础 - 物联网发展历史182022-1-27物联网产业关注的核心要素：物联网产业关注的核心要素：中国：2009年8月 感知中国以中科院和中国移动为先导，强调自主创新的传感技术和TD结合美国： 2008年底IBM向美国政府提出的“智慧地球”战略强调传感等感知技术的应用，提出建设智慧型基础设施欧盟：2009年6月 物联网行动计划 具体而务实，强调RFID的广泛应用，注重信息安全日本： 20

11、09年8月 u-Japan战略在u-Japan的基础上，强调电子政务和社会信息服务应用关注点1：全面感知关注点2：可靠传送关注点3：智能处理l 传感器和RFIDl 智能嵌入技术 (如智能家庭)l 短距无线和传感网技术l IP化多业务承载的公网l 信息IT技术深入各行业l 物物&人物交互的智能中枢8 物联网基础 - 物联网发展历史192022-1-278 物联网基础 目录物联网简介物联网发展历史物联网关键技术物联网应用202022-1-27物联网架构p包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器和M2M终端、手持终端、传感器网络和传感器网关等p要解决的重点问题是感

12、知和识别物体，采集和捕获信息p要突破的方向是具备更敏感、更全面的感知能力，解决低功耗、小型化和低成本的问题p包括核心网与接入网，必须支持移动性和异构性接入网为终端提供网络接入功能、移动性管理等核心网是基于IP 的统一、高性能、可扩展的网络，支持异构接入以及终端的移动性。p网络层被普遍认为是最成熟的部分，有待突破的方向是向下与感知层的结合，向上与应用层的结合p业务应用层实现信息的存储、数据的挖掘、应用的决策等，最终提供信息业务和应用。p需要解决海量信息的智能处理、分布式计算、中间件、信息发现等多种技术。8 物联网基础 - 物联网关键技术212022-1-27关键技术：全面感知、可靠传送、智能处理

13、业务融合、数据挖掘、云计算、协同处理、信息安全移动接入、大规模接入、地址管理、端对端QoS、端对端安全远程管理、感知能力、即插即用、低功耗、安全可靠8 物联网基础 - 物联网关键技术222022-1-273.1 感知层关键技术：感知层关键技术： 感知层所需要的关键技术包括检测技术、射频识别技术及传感器技术等。 传感器技术：摄取信息的关键器件，能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用信号的器件和装置，它是物联网中不可缺少的信息采集手段。 RFID技术：利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息实现物体识别。 二维码技术、条形码技术。8 物联网基础 - 物联网关键技术2

14、32022-1-27感知层是物联网全面感知的基础感知层是物联网全面感知的基础:物联网感知层l RFID标签和读写器l M2M终端和传感器l 传感器网络和网关感知层实现方式感知层实现方式l 摄像头和监控l GPS/北斗定位授时l 智能家居网关感知层作用感知层作用感知层突破方向感知层突破方向l 感知和识别物体l 采集和捕获信息l 更敏感和更全面的感知能力l 解决低功耗的问题l 解决小型化和低成本问题RFID读写智能家居网关M2M终端传感器网络摄像头GPS/北斗传感器网关感知层是实现物的世界连接和感知的基础，必须考虑感知层的全面布局和发展重点产品策略感知层是实现物的世界连接和感知的基础，必须考虑感知

15、层的全面布局和发展重点产品策略无线上连无线上连 & 有线上连有线上连8 物联网基础 - 物联网关键技术242022-1-273.2 网络层关键技术：网络层关键技术： 网络层主要承担着数据传输的功能。 Internet ：将作为物联网主要的传输网络之一，它将使物联网无所不在、无处不在地深入社会每个角落。 移动通信网络：由无线接入网无线接入网、核心网核心网和骨干网骨干网三部分组成。无线接入网主要为移动终端提供接入网络服务，核心网和骨干网主要为各种业务提供交换和传输服务。 无线传感器网络8 物联网基础 - 物联网关键技术252022-1-27无线传感器网络：无线传感器网络： 无线传感器网络（

16、WSN）的基本功能是将一系列空间空间分散的传感器单元分散的传感器单元通过自组织的无线网络无线网络进行连接，从而将各自采集的数据通过无线网络进行传输汇总传输汇总，以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控，并根据这些信息进行相应的分析和处理。 8 物联网基础 - 物联网关键技术262022-1-27WSN体系结构：体系结构：WSN体系结构：平面拓扑结构WSN体系结构：逻辑分层结构8 物联网基础 - 物联网关键技术272022-1-27传感器网络架构下RFID与WSN的融合：智能节点8 物联网基础 - 物联网关键技术282022-1-27WSN在无线通信框架中的位置8 物联网基础 - 物联网

17、关键技术292022-1-27点数目更为庞大（上千甚至上万），节点分布更为密集； 由于环境影响和存在能量耗尽问题，节点更容易出现故障；环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化；通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的；传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限；首要目的是能源的高效利用；节点规模受到电源、通信能力及计算和存储能力限制；大规模、自组织、动态、可靠、应用相关及以数据为中心；无线传感器网络的特点：无线传感器网络的特点：8 物联网基础 - 物联网关键技术302022-1-27网络层是物联网无处不在的前提：网络层是物联网无处不在的前提：物联网网络层l 接入网：无线/

18、光纤各种类型的接入形式l 核心网：统一IP协议上的大带宽的可靠网络l 业务支撑平台：业务统一管理部署和运营支撑网络层主要层次网络层主要层次网络层作用网络层作用网络层突破方向网络层突破方向l 连接感知层和应用层l 随时随地的连接实现l 当前最成熟的部分l 扩展规模，以实现无处不在l 业务可扩展的管理运营能力l 简化结构，上下层面融合IP统统一一协协议议有有效效降降低低实实现现成成本本规规模模扩扩展展带带来来IPv6的的发发展展动动力力ONU接入网络l 无线接入：2G/3G/LTE/WLAN/WiMaxl 有线接入：光纤（PON）和铜线（xDSL）l 汇集承载：IP化传输网络（PTN/CE）核心网

19、络&业务网关l 统一IP协议的高效率的核心网络/设备/接口l 针对海量流量和高可靠性要求的拓扑和机制l 边缘业务控制实现业务感知、控制和策略转发CPE业务平台鉴权平台计费平台经营分析平台业务支撑平台l 提供终端和业务的通道和联动控制逻辑l 实现不同终端和业务统一管理、部署和扩展l 针对客户提供用户自定义业务环境和接口网络层是物联网成为普遍服务前提，必须关注规模扩展机遇，重点是接入网络和业务支撑平台网络层是物联网成为普遍服务前提，必须关注规模扩展机遇，重点是接入网络和业务支撑平台8 物联网基础 - 物联网关键技术312022-1-278 物联网基础 - 物联网关键技术322022-1-2

20、7 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 M2M：就是使所有机器设备都具备联网和通信能力，其核心理念就是网络一切（Network Everything）。云计算：是分布式计算、并行计算和网格计算的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。 人工智能：各种机器模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等），使人类的智能得以物化与延伸。 数据挖掘：从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的及随机的实际应用数据中，挖掘出隐含的、未知的、对决策有潜在价值的数据的过程。 中间件：实现每个小的

21、应用环境或系统的标准化以及它们之间的通信，在后台应用软件和读写器之间设置的一个通用的平台和接口。 3.3 应用层关键技术应用层关键技术8 物联网基础 - 物联网关键技术332022-1-27应用层是物联网智能处理的中枢：应用层是物联网智能处理的中枢：物联网应用层l 智能家居l 智能交通l 智能城管应用层主要应用方向应用层主要应用方向应用层作用应用层作用应用层突破方向应用层突破方向l 信息技术与行业专业技术结合l 实现广泛智能化应用的解决方案集合l 信息技术与行业的深度融合l 信息的社会化共享和安全保障l 基于云计算的应用整体架构l 智能电力l 智能医疗l 智能通信服务云云计计算算是是应应用用大

22、大规规模模部部署署关关键键云计算资源云计算资源云计算业务云计算业务计算能力存储能力全局控调SaaSPaaSIaaS云计算的意义云计算的意义l 适应业务量增长不确定性的弹性架构体系l 适应海量数据计算和存储的低成本曲线的架构l 适应开放式的应用提供和部署环境l IT架构和商业模式转变的关键物物联联网网应应用用发发展展六六热热点点大大领领域域 智能智能家居家居智能智能电力电力智能智能交通交通智能智能医疗医疗智能智能城管城管智能通智能通信服务信服务六大热点涵盖了主要应用集和投资方向六大热点涵盖了主要应用集和投资方向应用层是物联网的智能中枢，必须关注云计算新架构应用和聚焦方向的应用方案集合的提供应用层

23、是物联网的智能中枢，必须关注云计算新架构应用和聚焦方向的应用方案集合的提供8 物联网基础 - 物联网关键技术342022-1-278 物联网基础 目录物联网简介物联网发展历史物联网关键技术物联网应用352022-1-27物联网的典型应用：物联网的典型应用： 智能物流智能物流 智能视频监控智能视频监控 智能家居智能家居 智能交通智能交通 在石油行业中的应用在石油行业中的应用8 物联网基础 - 物联网应用362022-1-27物联网应用示意图372022-1-27智能视频监控：智能视频监控： 智能视频监控技术主要包括对视频图像序列自动地进行运动对象的提取、描述、跟踪、识别和行为分析等。 应用场合：

24、军队、银行、商店、停车场等。智能视频监控系统流程智能视频监控系统流程8 物联网基础 - 物联网应用382022-1-27智能家居可以定义为一个目标或一个系统使用到的技术：计算机技术、数字技术、网络通信技术和综合布线技术智能家居：智能家居：8 物联网基础 - 物联网应用392022-1-27智能电力：智能电力：8 物联网基础 - 物联网应用402022-1-27交通信息服务系统交通信息服务系统交通管理系统交通管理系统公共交通系统公共交通系统车辆控制系统车辆控制系统货运管理系统货运管理系统电子收费系统电子收费系统紧急救援系统。紧急救援系统。智能交通：智能交通：8 物联网基础 - 物联网应用4120

25、22-1-27物联网在医疗方面的应用：医院病人监护感知层：每个病人随身携带感知层：每个病人随身携带RFID设备、佩戴身体状态传感器设备、佩戴身体状态传感器网络层：无线射频识别、无线组网、有线局域网网络层：无线射频识别、无线组网、有线局域网应用层：应用层：实时监测病人移动位置实时监测病人移动位置实时监测病人身体参数实时监测病人身体参数8 物联网基础 - 物联网应用422022-1-27典型应用远程医疗感知层：身体参数传感器、图像及视频采集感知层：身体参数传感器、图像及视频采集网络层：网络层：Internet应用层：应用层：远程诊断病情远程诊断病情远程联合会诊远程联合会诊病历存档病历存档病历库病历

26、库8 物联网基础 - 物联网应用432022-1-27石油行业是较早利用物联网的行业，在物联网概念提出之前，石油行业就广泛应用DCS、SCADA、PLC等控制系统，实现信息的感知、传输和处理，主要有：石油开发与生产领域炼油化工领域油品存储与销售物联网在油田中的应用物联网在油田中的应用:8 物联网基础 - 物联网应用442022-1-27石油开发与生产领域钻井设备制造、运输及仓储将将RFID标签嵌入到钻杆制造的整个流程标签嵌入到钻杆制造的整个流程中，中，对整个生产过程进行监控对整个生产过程进行监控，包括合格品的储存、销售、流通及使用，不合格品的后期返工处理等包括合格品的储存、销售、流通及使用，不

27、合格品的后期返工处理等海洋石油工程海洋石油勘探开发环境及设备应用环境十分恶劣，管理方法采用传统海洋石油勘探开发环境及设备应用环境十分恶劣，管理方法采用传统人工记录的方法，十分不便，在海洋石油勘探生产中利用物联网技术，人工记录的方法，十分不便，在海洋石油勘探生产中利用物联网技术，可以可以实时监控所有设备实时监控所有设备，保证生产连续稳定。，保证生产连续稳定。石油集输利用物联网和全球卫星定位系统（利用物联网和全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（）、地理信息系统（GIS）以及）以及CDMA/GPRS通信技术，建立通信技术，建立石油行业钻井、输油管、油罐车信息监石油行业钻井、输油管、油罐车信息监

28、控平台控平台，对石油行业野外钻探、油罐运输、输油管线，对石油行业野外钻探、油罐运输、输油管线实时监控实时监控，各监，各监控仪表状态参数无线采集，从而实现对资源的集中、高效、统一管理。控仪表状态参数无线采集，从而实现对资源的集中、高效、统一管理。8 物联网基础 - 物联网应用452022-1-27炼油化工领域炼油装置阀门、管道及设备的监控炼厂使用物联网技术来炼厂使用物联网技术来捕获捕获主要容器中的压力安全泄压阀、管主要容器中的压力安全泄压阀、管道和工艺设备等道和工艺设备等相关状态与信息相关状态与信息，以，以监控记录监控记录相关的关键参数相关的关键参数和工艺信息。和工艺信息。炼油厂使用RFID作为疏散系统英国石油公司的某炼油厂，启用使用英国石油公司的某炼油厂，启用使用射频识别技术射频识别技术（RFID）的）的人员疏散系统。这种定位安全系统将用于人员疏散系统。这种定位安全系统将用于