第七章 物联网概述

1、第七章物联网概述第七章物联网概述1.1 物联网基本概念物联网基本概念1.2 物联网架构物联网架构1.3 物联网应用物联网应用1 1、物联网前世今生、物联网前世今生1）冷战时期的美苏军备竞赛）冷战时期的美苏军备竞赛1.1 1.1 物联网基本概念物联网基本概念一、物联网起源一、物联网起源2）上世纪）上世纪80年代美军建立传感网络年代美军建立传感网络3）民用传感网应用到物联网兴起）民用传感网应用到物联网兴起欧洲物品编码协会 美国统一代码委员会 4）物联网发展历程）物联网发展历程1 1、物联网定义、物联网定义二、物联网的涵义二、物联网的涵义物联网（The Internet of Things) 是“万

2、物沟通”的、具有全面感知、可靠传送、智能处理特征的连接物理世界的网络，实现了任何时间、任何地点及任何物体的连结。可以帮助实现人类社会与物理世界的有机结合，使人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，从而提高整个社会的信息化能力。基于计算机网络进基于计算机网络进行信息交互行信息交互万物的信息感知、万物的信息感知、交互、处理的网络交互、处理的网络以独立计算机进行以独立计算机进行信息处理信息处理进化进化进化进化三、物联网的特征三、物联网的特征感知感知传输传输通过网络将感知的各种信息进行实时传送。智能智能利用计算机技术，及时地对海量的数据进行信息控制，真正达到了人与物的沟通、物与物的沟通。智能卡条

3、形码二维码 GPS传感器技术网关网关设备设备近距离通信因特网跟踪定位高速数据网络四、物联网的基本理论模型四、物联网的基本理论模型五、物联网的发展前景五、物联网的发展前景1.2 1.2 物联网架构物联网架构一、物联网体系结构一、物联网体系结构1 1、射频识别技术（、射频识别技术（RFIDRFID） 无线射频识别技术（无线射频识别技术（Radio Frequency IdentificationRadio Frequency Identification，英文简称为英文简称为“RFID”RFID”），是一种根据电磁理论，利用），是一种根据电磁理论，利用无线电波对记录媒体进行读写的一种识别技术。又称

4、无线电波对记录媒体进行读写的一种识别技术。又称射频识别，射频标签，有时也称为感应式电子晶片或射频识别，射频标签，有时也称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等等。等。二、基于二、基于RFIDRFID的物联网应用架构的物联网应用架构(1)(1)按应用频率分：按应用频率分：n低频（低频（LFLF）：）： 135KHz135KHz以下；以下；n高频（高频（HFHF）：）： 13.56MHz13.56MHz；n超高频（超高频（UHFUHF）：）： 860M960MHz860M960MHz；n微波（微波（MWMW）：）： 2.4G-

5、5.8G2.4G-5.8G(2)(2)按能源的供给方式分：按能源的供给方式分：n无源无源RFIDRFID：特点：特点- -读写距离近，价格低读写距离近，价格低n有源有源RFID: RFID: 特点特点- -可以提供更远的读写距离，但是需可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，成本要更高一些，适用于远距离读写要电池供电，成本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合；的应用场合；n半有源半有源RFIDRFID1)RFID1)RFID分类分类(3)按功能分类按功能分类 RFIDRFID标签可分为三种：只读型标签、可重写型标签、带标签可分为三种：只读型标签、可重写型标签、带微处理器型标签。微处理器型标

6、签。n只读型标签只读型标签：结构功能最简单，包含的信息较少并且不能被：结构功能最简单，包含的信息较少并且不能被更改；更改；n可重写型标签可重写型标签：集成了容量为几十字节到几万字节的闪存，：集成了容量为几十字节到几万字节的闪存，标签内的信息能被更改或重写；标签内的信息能被更改或重写；n带微处理器型标签带微处理器型标签：依靠内置式只读存储器中存储的操作系：依靠内置式只读存储器中存储的操作系统和程序来工作，出于安全的需要，许多标签都同时具备加统和程序来工作，出于安全的需要，许多标签都同时具备加密电路。这类标签主要应用于非接触型密电路。这类标签主要应用于非接触型ICIC卡上，用于电子结卡上，用于电子

7、结算、出入管理等。算、出入管理等。 (3)(3)天线天线(Antenna)(Antenna)： 在标签和读取器间传递射频信号。在标签和读取器间传递射频信号。 2)RFID2)RFID基本组成基本组成(1)(1)标签标签(Tag)(Tag)： 由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；着在物体上标识目标对象；(2)(2)阅读器阅读器(Reader)(Reader)： 读取读取( (有时还可以写入有时还可以写入) )标签信息的设备，可设计为手标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；持式或固定式；3)RFID3)R

8、FID工作原理工作原理 电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间( (无接触无接触) )耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换，实现对被识别物体的自动识别。传递、数据的交换，实现对被识别物体的自动识别。2 2、基于、基于RFIDRFID的物联网基本组成的物联网基本组成 基于基于RFIDRFID的物联网组成包括三个方面：全球产品电子码的的物联网组成包括三个方面：全球产品电子码的编码体系、射频识别系统、信息网络系统。编码体系、射频识别系统、信息网络系统。ONS工作过程：ON

9、S查询过程nEPCEPC码采用一组编号来代表制造商及其产品，还用另一组码采用一组编号来代表制造商及其产品，还用另一组数字来唯一地标识单品（此与条码的重要区别，条码只能数字来唯一地标识单品（此与条码的重要区别，条码只能识别一类产品）。识别一类产品）。nEPCEPC是唯一存储在是唯一存储在RFIDRFID标签中的信息，并使数据库中无标签中的信息，并使数据库中无数动态数据能够与数动态数据能够与EPCEPC标签相链接。标签相链接。1 1）产品电子码的组成）产品电子码的组成3 3、产品电子码（、产品电子码（EPCEPC码）码）2 2）EPCEPC分类分类nEPCEPC标签分为：主动型、被动型、半主动型三

10、种。标签分为：主动型、被动型、半主动型三种。n主动型：标签有一个电池，这个电池为微芯片的电路运主动型：标签有一个电池，这个电池为微芯片的电路运转提供能量，并向解读器发送信号；转提供能量，并向解读器发送信号；n被动型：标签没有电池，它从解读器获得电能，解读器被动型：标签没有电池，它从解读器获得电能，解读器发送电磁波，在标签的天线中形成电流；发送电磁波，在标签的天线中形成电流；n半主动型：标签有一个电池为微芯片的运转提供电能，半主动型：标签有一个电池为微芯片的运转提供电能，但发送信号和接受信号是从解读器处获得能量。但发送信号和接受信号是从解读器处获得能量。3 3）产品电子码的识别过程）产品电子码的

11、识别过程4 4）EPCEPC系统与系统与RFIDRFID技术的区别与联系技术的区别与联系nEPCEPC系统包括物品编码技术、系统包括物品编码技术、RFIDRFID技术、无线通信技术、技术、无线通信技术、软件技术、互联网技术等多个学科，软件技术、互联网技术等多个学科，RFIDRFID只是只是EPCEPC系统的系统的一部分，主要用于系统数据存储与数据读写，是实现系统一部分，主要用于系统数据存储与数据读写，是实现系统其他技术的必要条件；其他技术的必要条件；n对对RFIDRFID技术而言，技术而言，EPCEPC系统应用只是系统应用只是RFIDRFID技术的应用领技术的应用领域之一，同时域之一，同时EP

12、CEPC要求要求RFIDRFID某些标签具有一些特殊功能，某些标签具有一些特殊功能，且价格市场可接收。且价格市场可接收。4 4、对象名解释服务、对象名解释服务ONSONS与神经网络与神经网络SavantSavant SavantSavant是运行在物联网每个节点上的一种软件，采用分是运行在物联网每个节点上的一种软件，采用分布式结构，每一个层次上的布式结构，每一个层次上的SavantSavant系统将收集、存储和处理系统将收集、存储和处理信息，并与其他的信息，并与其他的SavantSavant系统进行交流。系统进行交流。1 1）神经网络系统）神经网络系统SavantSavant2 2）对象名解释

13、服务）对象名解释服务ONSONS 对象名解释服务对象名解释服务ONSONS自动将自动将EPCEPC码与相应商品信息进行码与相应商品信息进行匹配，类似于域名解释服务匹配，类似于域名解释服务DNSDNS（将一台计算机与某一（将一台计算机与某一IPIP地址对应）。地址对应）。 当一个解读器读取一个当一个解读器读取一个EPCEPC标签时，标签时，EPCEPC码就传递给了码就传递给了SavantSavant系统，系统， SavantSavant系统再在局域网或因特网上利用系统再在局域网或因特网上利用ONSONS对对象名解释服务找到这个产品信息所存储的位置，象名解释服务找到这个产品信息所存储的位置，ONS

14、ONS给给SavantSavant系统指明了存储这个产品有关信息的服务器，因此能系统指明了存储这个产品有关信息的服务器，因此能够找到这个文件，并且将这个文件中的相关产品信息传递够找到这个文件，并且将这个文件中的相关产品信息传递过来。过来。3 3）ONSONS工作原理工作原理5 5、RFIDRFID主要应用主要应用1 1）低频）低频(125KHz134KHz)(125KHz134KHz)的应用领域的应用领域n畜牧业的管理系统畜牧业的管理系统 n门禁系统的应用门禁系统的应用 n票务系统的应用票务系统的应用 n自动停车场收费和车辆管理系统自动停车场收费和车辆管理系统 n自动加油系统的应用自动加油系统

15、的应用 n酒店门锁系统的应用酒店门锁系统的应用 n门禁和安全管理系统门禁和安全管理系统门禁系统门禁系统停车场收费停车场收费动物识别动物识别票务系统票务系统2 2）高频）高频( (工作频率为工作频率为13.56MHz)13.56MHz)n图书管理系统的应用图书管理系统的应用 n危险品管理应用危险品管理应用 n服装生产线和物流系统的管理和应用服装生产线和物流系统的管理和应用 n酒店门锁的管理和应用酒店门锁的管理和应用 n大型会议人员通道系统大型会议人员通道系统 n固定资产的管理系统固定资产的管理系统 n医药物流系统的管理和应用医药物流系统的管理和应用 n智能货架的管理智能货架的管理危险品管理危险品

16、管理图书馆管理图书馆管理商品防伪商品防伪3 3）超高频）超高频( (工作频率为工作频率为860MHz960MHz860MHz960MHz之间之间) )n供应链上的管理和应用供应链上的管理和应用 n生产线自动化的管理和应用生产线自动化的管理和应用 n航空包裹的管理和应用航空包裹的管理和应用 n集装箱的管理和应用集装箱的管理和应用 n铁路包裹的管理和应用铁路包裹的管理和应用 n后勤管理系统的应用后勤管理系统的应用集装箱识别集装箱识别火车车号识别火车车号识别三、基于传感网络的物联网应用架构三、基于传感网络的物联网应用架构 无线传感网（无线传感网（WSN WSN ，Wireless Sensor Ne

17、tworksWireless Sensor Networks）是由各类）是由各类传感器（包括温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、传感器（包括温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、振动、污染颗粒等）构成的网络。振动、污染颗粒等）构成的网络。WSNWSN中的每个节点（或中的每个节点（或称尘埃称尘埃,Mote,Mote），由一个无线收发器、一个微控制器和一个），由一个无线收发器、一个微控制器和一个电源组成。电源组成。1 1、基本结构、基本结构 大量多种类传感节点组成的自治网络，实现对大量多种类传感节点组成的自治网络，实现对物理世界的动态智能协同感知。物理世界的动态智能协同感知。2 2、WSNW

18、SN的特征的特征WSN和其它无线通信技术的融合2 2、WSNWSN的融合的融合3 3、WSNWSN与与RFIDRFID的融合的融合nRFIDRFID侧重于识别，能够实现对侧重于识别，能够实现对目标的标识和管理，同时目标的标识和管理，同时RFIDRFID系系统具有读写距离有限、抗干扰性统具有读写距离有限、抗干扰性差、实现成本较高的不足；差、实现成本较高的不足；nWSNWSN侧重于组网，实现数据的传侧重于组网，实现数据的传递，具有部署简单，实现成本低递，具有部署简单，实现成本低廉等优点，但一般廉等优点，但一般WSNWSN并不具有节并不具有节点标识功能。点标识功能。RFIDRFID与与WSNWSN的

19、结合存的结合存在很大的契机。在很大的契机。nRFIDRFID与与WSNWSN可以在两个不同的层可以在两个不同的层面进行融合：物联网架构下面进行融合：物联网架构下RFIDRFID与与WSNWSN的融合，传感器网络架构下的融合，传感器网络架构下RFIDRFID与与WSNWSN的融合。的融合。传感器网络架构下传感器网络架构下RFIDRFID与与WSNWSN的融合：智能基站的融合：智能基站传感器网络架构下传感器网络架构下RFIDRFID与与WSNWSN的融合：智能节点的融合：智能节点传感器网络架构下传感器网络架构下RFIDRFID与与WSNWSN的融合：智能传感标签的融合：智能传感标签1.31.3物联

20、网应用物联网应用 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。畜牧溯源畜牧溯源2002 年，英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园。传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔一分钟检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确保葡萄可以健康生长。研究人员发现，葡萄园气候的细微变化可极大地影响葡萄酒的质量。通过长年的数据记录以及相关分析，便能精确的掌握葡萄酒的质地与葡萄生长过程中的日照、温度、湿度的确切关系。这是一个典型的精准农业、智能耕种的实例

21、。无线葡萄园无线葡萄园 根据目前欧美各国在研项目的文献资料，可以大致将水下传感器网络的组成结构可分为以下几类： (1) 基于水面浮标的(射频+水声通信)可任意升降的三维立体水下传感器网络系统。优点：布放比较容易，可利用太阳能、GPS以及水面上的无线通信，回避、降低了水下通信的困难。缺点：阻碍航道，易被发现破坏，容易随波逐流，位置不能固定。 (2) 由固定在海底基站的节点构成的，可任意升降的三维立体网络系统。通过光缆或声通信与水面网关、节点联结，将数据传输至基站。优点：不会影响航行。缺点：维护不容易。 (3) 基于水面浮标节点 (射频+水声通信)、水中自主航行器（水声通信）和水底固定节点（水声通信）的三维立体系统。优点：覆盖全面，配置灵活，功能强大。缺点：系统复杂，成本高。 与地面无线传感器网络相比，水下传感器网络仍然存在着诸多困难：如有效带宽非常有限、水下信道非常恶劣等等，在这个领域还有许多的困难需要解决。 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。 利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实现图像敏感性智能分析并与110、119、112等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境。平安城市建设平安城市建设n数字家庭是