物联网讲座01-李熠

1、物联网技术概论 讲座人：李熠讲座人：李熠 （湘潭大学信息工程学院（湘潭大学信息工程学院) 第一章 物联网的概念Slide 2Copyright Liyi . All rights reserved.课程介绍 共计32个学时 在4周内完成（其中周一、周二每天3节；周三每天2节）Slide 3主要授课内容 主要授课内容： 物联网的基本概念（定义、应用范围、经典应用、应用前景） RFID技术（EPC、UID、关键技术） 传感器技术（电阻式传感器、电容式传感器、电磁式传感器、光电式传感器） 无线传感网络技术（MAC、路由协议、拓扑控制、数据融合） Zigbee协议/IEEE802.15.4协议（MAC

2、协议、地址分配、开发环境） 其它支撑技术（GPRS/CDMA、软件技术）Slide 4Copyright Liyi . All rights reserved.1.1物联网概念 物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮 物联网（The Internet of things-麻省理工） “物的开口说话” “物的沟通交流” “物的感知与被感知” 欧盟定义：将现有的互联的计算机网络扩展到互联的物品网络。 ITU 定义：from anytime, any place connectivity for anyone, we will now have connectivity for

3、anything. 概括：动物、植物、机器、物品和人的传感器与电子标签的信息相互交换、汇总与分析。Slide 5Copyright Liyi . All rights reserved.1.2 物联网定义Slide 6Copyright Liyi . All rights reserved.1.5 物联网三层体系结构6 物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。 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。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、传感器、终端、传感器网络等，主要

4、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。 网络层是物联网的神经中枢和大脑网络层是物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。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、信息中心和智能处理中心等。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。 应用层是物联网的应用层是物联网的“社会分工社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。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。物联网体系结构物联网体系结构 Slide 7Copyright Liyi

5、 . All rights reserved. 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。 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。Slide 8Copyright Liyi . All rights reserved.1.6通信技术不断发展使物联网成为可能81G2G(200kbps)3G(2.26.6Mbps)4G(50100Mbps)TACSGSMCDMATD-LTEIOTIOT的融合和的融合和智能设备的智能设备的感知

6、，实现感知，实现无处不在无处不在（UbiquitousUbiquitous）的信息服务的信息服务计算机网络多媒体电脑个人计算机通讯功能通讯功能补充和扩展媒体化和多用途化能力通信网络和信息技术的发展通信网络和信息技术的发展需需求求满满足足截止截止2009年底，移动通信用户数近年底，移动通信用户数近7.8亿亿户，互联网用户数近户，互联网用户数近3.8亿户。亿户。Slide 9Copyright Liyi . All rights reserved.1.7 物联网的应用物联网物联网管理平台管理平台移动移动POSPOS金融金融供应链供应链智能运输智能运输工业自动化工业自动化智能建筑智能建筑消防消防公共

7、安全公共安全环境保护环境保护气象气象数字化医疗数字化医疗遥感勘测遥感勘测军事军事农业农业林业林业 水务水务电力电力煤炭煤炭石化石化物流、零售、自动服务物流、零售、自动服务设备、安全、节能设备、安全、节能生产、安全、防灾、水电油气生产、安全、防灾、水电油气防火、勘察、报警防火、勘察、报警污染检测、报警污染检测、报警水质、水量、污染、安水质、水量、污染、安全全大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪抄表、监控、节能抄表、监控、节能设备、临床、辅助诊断、病程设备、临床、辅助诊断、病程险情、油井、运输、管险情、油井、运输、管线线联动、消防栓、定位、调度联动、消防栓、定位、调度照明、信号

8、、应急、灾害、识照明、信号、应急、灾害、识别别大地勘测、森林、地震、海洋大地勘测、森林、地震、海洋侦查、监控、定位、评估侦查、监控、定位、评估降水、防洪、远程设备降水、防洪、远程设备交易、订单、跟踪、识别交易、订单、跟踪、识别通风、瓦斯、救灾定位通风、瓦斯、救灾定位库存、车队、监控、导航、识别、货库存、车队、监控、导航、识别、货物物电子支付、实时信息电子支付、实时信息Slide 10Copyright Liyi . All rights reserved.应用案例1：牲畜溯源 给放养的牲畜中的每一只羊都贴上一个二维码，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

9、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。Slide 11Copyright Liyi . All rights reserved.应用案例2：智能交通 智能的交通：车流调度、智能物流、电子缴费Slide 12Copyright Liyi . All rights reserved.应用案例4：智能的计量远程抄表，三表合一Slide 13Copyright Liyi . All rights reserved.应用案例5：环境与建筑检测 水文、土壤、地质、森林监控、野生动物习性Slide 14Copyright Liyi . All rights reserved.应用

10、案例6：战场侦查美军“沙地直线”计划来源：二十世纪70年代越战时期使用的传统的传感器系统。美军在胡志明小道投放了2万多个“热带树”传感器，藉此掌握信息对此狂轰滥炸。Slide 15Copyright Liyi . All rights reserved.应用案例7：枪声定位的反恐系统根据分布在不同位置上的传感器，侦测枪声特有的音频，利用定位技术定位枪声来源。2005年，美国CROSSBOW公司成功研制了枪声定位系统Slide 16Copyright Liyi . All rights reserved.应用案例8：社会网络的信息传递利用人的移动与交互实现信息的传递与收集 依赖人的移动，实现信息

11、的移动，当人相遇时，实现信息的传递。 社会网络的小世界特性Slide 17Copyright Liyi . All rights reserved.应用案例9：医疗保健人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。Slide 18Copyright Liyi . All rights reserved.应用案例10：智能物流 智能的物流Slide 19Copyright Liyi . All rights reserved.应用案例11：野生动物监控 野生动物的监控Slide 20Copyright L

12、iyi . All rights reserved.应用案例12：智能家居Slide 21Copyright Liyi . All rights reserved.应用案例13：智能电网Slide 22应用案例14:农业标准化生产监测系Copyright Liyi . All rights reserved.物联网运营支撑平台农业生产监测系统短信网关WEB客户GPRS/EDGE有线无线射频传感器组通信终端Slide 23Copyright Liyi . All rights reserved.未来的世界 世界是网络的 网络无处不在 不只属于人类 天地万物皆有通灵 知你所不知，感你所未感 物物相

13、联 物物相通 无穷的网络 智慧的地球Slide 24Copyright Liyi . All rights reserved.1.8 智慧的地球24n从“互联网”到“物联网”，让科技真正更深刻的渗透并融入经济生活、社会生活的主体中来，提供可持续发展的可能，能而有慧，让智慧引导地球，就是“智慧地球”的主旨。 Slide 25Copyright Liyi . All rights reserved.1.8 智慧的地球Slide 26Copyright Liyi . All rights reserved.1.8 智慧的地球才能引导智慧社会26Slide 27Copyright Liyi . All

14、 rights reserved.1.8 智慧的地球27Slide 28Copyright Liyi . All rights reserved.1.9 物联网的关键技术q1. 物联网架构技术q2. 统一标识技术q3. 通信技术q4. 网络技术q5. 软件服务与算法q6. 硬件q7. 功率和能量存储q8. 安全和隐私技术q9. 标准Slide 29Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物联网核心技术 物联网核心技术包括射频识别(RFID)装置、WSN 网络、红外感应器、全球定位系统、Internet 与移动网络，网络服务，行业应用软件。在这些技术当

15、中，又以底层嵌入式设备芯片开发最为关键，引领整个行业的上游发展，以下我们着重介绍 RFID 技术和、WSN 技术、传感器技术、IPV6技术。Slide 30Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物联网核心技术-IPV6 物联网的前提是必须为物品赋以独一无二的地址 现有标准IPv4只支持大概40亿（232次方）个网络地址，平均每个人不到1个，人都不够分的。 IPv6是互联网协议第四版（IPv4）的更新版 IPv6支持2128（约3.4 1038）个地址，这等价于在地球上每平方英寸有4.31020地址（6.71017地址mm2） 丰富的地址资源使得物联

16、网成为可能。Slide 31Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物联网核心技术-RFID ( RFID（Radio Frequency Identification)作为物联网中极为重要核心技术，对物联网的发展起着至为重要作用。RFID 目前仍然面临着诸多问题有待解决。RFID 的存在诸多国际标准，如影响力最大的 EPCGlobal 标准,支持各频段的 ISO/IEC 标准,以及日本本土制造商 SONY,NEC 等支持的 UID 标准。各国际标准间互不兼容，导致 RFID 应用难以大范围内推广。目前，欧盟下的 GRIFS 项目致力于各RFID 标

17、准开发机构间相互合作。RFID 的标签成本仍然过高和中国自主制定的 RFID 标准推广问题都成为制约物联网问题的瓶颈之一。除此之外，目前 RFID 应用大中集中为闭环市场，集中于医疗，军工等，到普及的开环市场还有一段时日Slide 32Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物联网核心技术-RFID 无线射频识别技术（无线射频识别技术（Radio Frequency Identification,RFID），或称），或称射频识别技术，是从二十世纪射频识别技术，是从二十世纪90年代兴起的一项非接触式自年代兴起的一项非接触式自动识别技术。它是利用射频方动

18、识别技术。它是利用射频方式进行非接触双向通信，以达式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相到自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。捷等许多优点。p沃尔玛使用的沃尔玛使用的RRIDSlide 33Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物联网核心技术-RFID的典型应用v RFID技术的典型应用：p物流和供应管理p生产制造和装配p航空行李处理p邮件/快运包裹处理p文档追踪/图书馆管理p动物身份标识p运动计时p门禁控制/电子门票p道路自动收

19、费Slide 34Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物联网核心技术-RFID标准RFID 系统主要由数据采集和后台数据库网络应用系统两大部分组成。目前已经发布或者正在制定中的标准主要与数据采集相关，其中包括电子标签与读写器之间的接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、RFID 标签与读写器的性能和一致性测试规范以及 RFID 标签的数据内容编码标准等。在 RFID 标签的数据内容编码领域，各路标准竞争最为激烈。目前全球共有五大标准组织，分别代表了国际上不同团体或者国家的利益。其中 EPCGlobal 是由北美 UCC 产品统一编码组织和欧洲 E

20、AN 产品标准组织联合成立，在全球拥有上百家成员，并且得到了零售巨头沃尔玛、制造业巨头强生、宝洁等大型企业的强力支持。而 AIM、ISO、UID 则代表一部分欧美国家以及日本对 RFID 标准的争夺；IP-X 的成员则以非洲、大洋洲、亚洲等国家为主，比较而言，EPCGlobal 得到更多厂商的认可和支持。 Slide 35Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物联网核心技术-无线传感器 无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）就是由部署在检测区域内大量的廉价传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网

21、络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。互联网和卫星任务管理中心用户汇聚网关节点监测区域传感器节点BACSlide 36Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物联网核心技术-无线传感器存储器晶振串口微处理器8051RF收发器CC2430SPI传感器模块Slide 37Copyright Liyi . All rights reserved.1.10 物联网核心技术-无线传感网络Slide 38Copyright Liyi . All rights reserved.1.11相关概念澄清M2M传感网传感网物联

22、网物联网泛在网络泛在网络智慧地球智慧地球应用层通信对象网络层传感器+近距离无线通信（低速、低功耗）传感器网+近距离无线通信RFID、二维码近距离中高速通信内置移动通信模块各种终端传感器网+近距离无线通信RFID、二维码近距离中高速通信内置移动通信模块各种终端通信终端：手机、上网卡等物-物物-物人-物物-物人-物人-人一般不包括一个或几个网络初期：传输后期：融合，协同多网络、多技术异构协同智能：跨技术、跨网络、跨行业、跨应用末端网/终端基础网络Slide 39Copyright Liyi . All rights reserved.1.12物联网与互联网的区别Slide 40Copyright

23、Liyi . All rights reserved.1.13 物联网的三大特征40 特征一：特征一：多种多样的多种多样的数据采集端数据采集端 特征二：特征二：无处不在的无处不在的传输网络传输网络 特征三：特征三：智能化的后智能化的后台数据处理台数据处理物联网的物联网的三大特征三大特征通过物联网连接的数据采集端涉及范围非常广泛，包括： 手机、电脑等已经具备强大计算、储存和通讯能力的终端 家电，铁路，桥梁，建筑等嵌入传感器的任何装置 射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等在处理中心（包括家庭电脑或手机的分布式处理中心和IDC等集中式处理中心）利用云计算等技术及时对海量信

24、息进行处理，真正达到了人与人的对话、人与物的对话和物与物的对话将各种各样的数据采集端通过包括互联网、移动互联网等网络互连，实现随时即时采集外部环境信息，物体动态信息，并将其转化为适合网络传输的数据格式，通过网络传输到数据中心Slide 41Copyright Liyi . All rights reserved.1.14物联网面临的问题物联网发展过程中面临的五个主要技术问题物联网发展过程中面临的五个主要技术问题 （1）技术标准问题 世界各国存在不同的标准。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(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。 （2）安全问题 信息采集频繁，其数据安全也必须重点考虑。 （3）协议问题 物联网是互联网的延伸，在物联网核心层