物联网技术与应用：第1章_物联网概述

1、第1章 物联网概述2课程要求平时成绩：30%（作业、点名）期末考试：70%加分项：小论文、相关信息报告1.1 起源与发展1.2 核心技术1.3 主要特点1.4 发展趋势1.5 应用前景3本章内容4起源与发展温家宝 “感知中国”IBM “智慧地球” 国际电信联盟 ITU互联网报告2005无所不在的“物联网”通信时代即将来临 Bill Gates 未来之路 物物互联物联网的基本思想出现于20世纪90年代1995200520092009 当外面黑暗时，电子时针会发出一个移动光陪你走完这栋房子。空房子不用照明。当你沿大厅的路走时，你可能不会注意到你前面的光逐渐变得很强，你身后的光正在消失。音乐也会和你

2、一起移动。尽管看上去音乐无所不在，但事实上，房子里的其他人会听完全不同的音乐，或者什么也听不到。电影或新闻也将跟着你在房子里移动。如果你接到一个电话，只有离你最近的话机才会响 比尔盖茨未来之路5朦胧中的物联网（1995年） “物联网”概念的出现最早是在1999年，是由美国Auto-ID首先提出，当时的物联网主要是建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上。它是以美国麻省理工学院Auto-ID中心研究的产品电子代码EPC（Electronic Product Code）为核心，利用射频识别、无线数据通信等技术，基于计算机互联网构造的实物互联网。6物联网溯源（1999年） 2005年11月17日

3、，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2005：物联网，提出了“物联网”的新概念。报告指出：无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行信息交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。该报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公务包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。7物联网重现（2005）更透彻的感知 利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程。更全面的互联互通 先

4、进的系统可按新的方式协同工作。更深入的智能化 利用先进技术获取更智能的洞察并付诸实践，进而创造新的价值。8IBM智慧地球（2009） 该提议得到了奥巴马总统的积极回应，在随后出台的总额7870亿美元经济复苏和再投资法中对上述战略建议加以具体落实，其中鼓励物联网技术发展政策主要体现在推动能源、宽带与医疗三大领域开展物联网技术的应用。9美国政府回应IBM战略 2009年，欧盟执委会发表了题为“Internet of Things An action plan for Europe”的物联网行动方案，描绘了物联网技术应用的前景，并提出要加强欧盟政府对物联网的管理，罗列出物联网发展的障碍。 为增强机构

5、间协调，加深各相关方对物联网机遇、挑战的理解，共同推动物联网发展，欧盟执委会将定期向欧洲议会、欧盟理事会、欧洲经济与社会委员会、欧洲地区委员会、数据保护法案29工作组等相关机构通报物联网发展状况。10欧盟发布物联网行动方案11物联网上升为国家战略美国：2008年底IBM向美国政府提出“智慧地球”战略欧盟：2009年6月 物联网行动计划日本：2009年8月i-Japan战略中国：2009年8月 感知中国12国内物联网发展概念的提出In computing, the Internet of Things refers to a network of objects, such as househo

6、ld appliances. It is often a self-configuring wireless network. The concept of the internet of things is attributed to the original Auto-ID Center, founded in 1999 and based at the time in MIT.物联网这个概念实际是中国人提出的，整合了美国CPS(Cyber-Physical Systems)、欧盟IoT（Internet of Things)和日本U-Japan等概念。是一个基于互联网、传统电信网等信息载

7、体，让所有能被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。普通对象设备化，自治终端互联化和普适服务智能化是其三个重要特征。13Q：什么是物联网？14物物互联物物互联：沟通物理世界与信息世界1.1 起源与发展1.2 核心技术1.3 主要特点1.4 发展趋势1.5 应用前景15本章内容16核心技术信息生成信息应用信息处理信息传输综合应用层管理服务层网络构建层感知识别层17物联网四层模型18核心技术感知识别层RFID无线传感器智能设备信息生成方式多样化通过感知识别技术，让物品“开口说话、发布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一环，是物联网区别于其他网络的最独特的部分。物联网的“触手”是位于感知识别层

8、的大量信息生成设备，既包括采用自动生成方式的RFID、传感器、定位系统等，也包括采用人工生成方式的各种智能设备，例如智能手机、多媒体播放器、上网本、笔记本电脑等等。信息生成方式多样化是物联网的重要特征之一。感知识别层位于物联网四层模型的最底端，是所有上层结构的基础。19核心技术：感知识别层基本组成：工业界经常将RFID系统分为标签，阅读器和天线三大组件。工作原理：阅读器通过天线发送电子信号，标签接收到信号后发射内部存储的标识信息，阅读器再通过天线接收并识别标签发回的信息，最后阅读器再将识别结果发送给主机。20感知识别层技术举例：RFID标签阅读器天线详见 第2章 RFID技术 在物联网信息采集

9、层面，作为构成物联网的基础单元传感器，能否完成它的使命，成为物联网成败的关键。传感技术与现代化生产和科学技术的关系密切，几乎渗透到人类的一切活动领域，发挥着越来越重要的作用。21感知识别层核心器件：传感器温度传感器湿度传感器超声波传感器详见 第3章 传感器技术发展历程：传感器无线传感器无线传感器网络（大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络）22感知识别层技术举例：无线传感器网络详见 第4章 无线传感器网络技术网络是物联网最重要的基础设施之一。物联网的网络和现有网络有何异同？物联网是下一代互联网吗？无线网络在物联网中究竟扮演了什么角色？网络构建层在物联网四层模型中连接感知识别层和

10、管理服务层，具有强大的纽带作用，高效、稳定、及时、安全地传输上下层的数据。23网络构建层24网络构建层举例互联网物联网的核心网络无线个域网BluetoothZigBee无线城域网WiMax无线广域网3G/4G无线局域网WiFi互联网：IPv6扫清了可接入网络的终端设备在数量上的限制。互联网/电信网是物联网的核心网络、平台和技术支持。无线宽带网：WiFi/WiMAX等无线宽带技术覆盖范围较广，传输速度较快，为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的互联手段。无线低速网：ZigBee/蓝牙/红外等低速网络协议能够适应物联网中能力较低的节点的低速率、低通信半径、低计算能力和低能量来源等特征。移

11、动通信网：移动通信网络将成为“全面、随时、随地”传输信息的有效平台。高速、实时、高覆盖率、多元化处理多媒体数据，为“物品触网”创造条件。25Q：各种网络形式如何应用于物联网？管理服务层位于感知识别和网络构建层之上，综合应用层之下，是物联网智慧的源泉。人们通常把物联网应用冠以“智能”的名称，如智能交通、智能物流、智能建筑等，其中的智慧就来自这一层。当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇聚到管理服务层，如果不能有效地整合与利用，那无异于入宝山而空返，望“数据的海洋”而兴叹。管理服务层解决数据如何存储（大数据与海量存储）、如何检索（数据库系统）、如何使用、如何不被滥用（信息安全与隐私保护）等问题

12、。26管理服务层详见 第57章1.1 起源与发展1.2 核心技术1.3 主要特点1.4 发展趋势1.5 应用前景27本章内容联网终端规模化物联网时代每一件物品均具通信功能成为网络终端，5-10年内联网终端规模有望突破百亿。感知识别普适化无所不在的感知和识别将传统上分离的物理世界和信息世界高度融合异构设备互联化各种异构设备利用无线通信模块和协议自组成网，异构网络通过“网关”互通互联。28主要特点管理处理智能化物联网高效可靠组织大规模数据，与此同时，运筹学，机器学习，数据挖掘，专家系统等决策手段将广泛应用于各行各业。应用服务链条化以工业生产为例，物联网技术覆盖从原材料引进，生产调度，节能减排，仓储

13、物流到产品销售，售后服务等各个环节。 物联网在实际发展过程中，不可避免地遇到很多技术和产业问题，目前亟待解决的主要问题包括以下几个方面：技术标准问题，世界各国存在不同的标准；安全问题，信息采集频繁，其数据安全必须重点考虑；协议问题，在物联网核心层面是基于TCP/IP协议的，但在接入层面，协议类别五花八门，需要一个统一的协议栈；IP地址问题，物品若需要在物联网中被寻址，就需要一个地址，与互联网相比，物联网需要更多的IP地址，目前IPv4资源已经耗尽，需要IPv6来支撑；终端问题，物联网终端除具有自身特定功能外，还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求千差万别。29难点1.1 起源与发展1.2

14、 核心技术1.3 主要特点1.4 发展趋势1.5 应用前景30本章内容更广泛的互联互通互联互通的对象从人延伸到物体互联互通方式的扩展更透彻的感知通信功能使传感器能够协同工作更深入的智能多传感器实现“人多力量大”的智能多维感知数据实现“防患于未然”的智能大数据挖掘实现“见微知著”的智能31发展趋势1.1 起源与发展1.2 核心技术1.3 主要特点1.4 发展趋势1.5 应用前景32本章内容智能交通：通过在基础设施和交通工具当中广泛应用信息、通讯技术来提高交通运输系统的安全性、可管理性、运输效能同时降低能源消耗和对地球环境的负面影响。 33应用前景实时路况与导航车载电子设备智能交通：通过在基础设施

15、和交通工具当中广泛应用信息、通讯技术来提高交通运输系统的安全性、可管理性、运输效能同时降低能源消耗和对地球环境的负面影响。 34应用前景智能物流：现代物流系统希望利用信息生成设备，如RFID设备、感应器或全球定位系统等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，并能够在这个物联化的物流网络中实现智能化的物流管理。35应用前景智能家居：(smart home, home automation) 是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。36应用前景智能建筑：物联网技术为绿色建筑带来了新的力量。通过建立以节能为目标的建筑设备监控网络，将各种设备和系统融合在一起，形成以智能处理为中心的物联网应用系统，有效的为建筑节能减排提供有力的支撑。37应用前景环境监测：通过对人类和环境有影响的各种物质的含