物联网工程导论和发展进程

1、物联网工程导论和发展进程导论课的定位1.由于导论课大都是针对刚刚入学的大学新生，而这些新生被专业录取的背景各不相同，包括 专业调剂和家长决定的“被选择”情况，导论课需要通过不同的方式强化学生对专业的认同感.2.导论作为大学新生第一门与专业相关的课程，必须通过深入浅出的介绍专业最基本的知识，进而让学生能够对整个专业的课程体系有所把握，便于后续各门课程学习过程中始终有条主线贯穿着3.导论课应该将灌输正确的思路和方法作为教学的主要目的之一。4.导论课需要在提高兴趣和讲解知识的基础上，通过不同方式提高学生对大学四年和未来职业的信心。培养目标 本专业培养具有良好的职业道德、文化修养和法律意识以及相应的科

2、学素养，较好的数理基础，以及传感（微电子）、通信与网络和计算机应用等基本理论知识，熟练掌握相关软硬件知识，以及物联网相关理论、方法和技能，能在信息产业相关企事业部门和单位从事与物联网有关的技术工作，也能在高等院校和科研单位从事与物联网有关的技术开发和教学的高级工程技术人才。 从某种意义上来说，物联网工程专业是信息类就业面最广的专业，可在以下方面规划自己的职业发展：物联网相关技术或系统开发工程师，包括传感网络、通信系统、应用平台软件等物联网系统设计架构师等核心岗位以及物联网设备技术支持与营销等相关职业岗位进一步深造后可从事高等院校和科研院所的教学和科研工作软件开发方面，会要求精通C，C+，jav

3、a，.NET等各种常用编程语言及数据库知识;硬件研发方面，则会对嵌入式系统开发，常用电路设计，各种接口技术有较高的要求;还有网络领域的工作人员，也应该熟悉各种网络协议及通信协议，如TCP/IP，zigbee，蓝牙，wifi等; 在此基础之上，如果要从事物联网的核心工作，比如物联网架构工程师，物联网研发工程师以及云计算工程师等职位，则需要在RFID射频识别技术，云计算及大数据，M2M等领域有一定的研究。类型包含课程公共基础课程思想道德修养与法律基础，中国近现代史纲要，马克思主义基本原理，大学英语，应用文写作，形势与政策等学科基础课程C语言程序设计，高等数学(上、下)，线性代数，概率统计，复变函数

4、与积分变换，大学物理，电工电子学，数字逻辑电路，计算机组成原理，数据结构，计算机网络，操作系统，信号与系统，物联网通信技术等专业核心课程单片机原理与应用技术，嵌入式系统与设计，物联网软件设计，RFID原理及应用，传感器原理及应用，物联网数据处理等实践教学环节C语言程序设计实践，电子技术课程设计，单片机课程设计，数据结构课程设计，计算机网络课程设计，嵌入式系统课程设计等课程体系1.紧跟教学进程，不落下。大学教学计划，是有许多教育家精心设计的，可能你不能够完全理解，可能它有不完善的地方，老师讲授的水平也可能不高。但是，你最好先跟随计划学习，不可落下。大学生活是紧张的。与高中阶段最大的不同是，老师上

5、课讲授的内容多，而且要你在课下用一倍的时间做复习，整理，做作业，还要预习。必须适应这个变化，在第一学年间，尤其是第一学期，要多努力，不要松懈，紧跟教学进程，不落下。以后会越来越轻松。如何学习?2.大学教育，是按照通识课程-基础课程-专业课程-专业选修课程的进程，循序渐进的。是一环扣一环的，或者说，前面所学课程是后续课程的基础，物联网工程专业的教学进程大概如下：高等数学-大学物理-信息理论-电子技术-计算机原理-物联网技术基础-专业技术课-物联网实训课程。数学、电路、C语言依然是我们的基础所在。3.大学四年，紧张学习，所有课程都应该学好，但是，要重点把主干课学好，外语，高等数学，大学物理，信息理

6、论，电子技术，计算机原理，计算机软件编程，硬件电路制作，计算机网络是我们重点要学好的物联网工程师基础课程。4.结合自己的爱好尽早进入状态，了解并跟踪热点发展方向，通过 参加不同训练项目和竞赛提高自己的动手与创新能力5.通过不同途径多与专业领域的老师、高年级优秀学生进行交流。课堂课下与老师互动，敢于提出问题，提倡独立思考。多了解行业现状和发展趋势，总的来说，信息类专业的职业发展前景一直都比较稳定，有些专业（包括物联网工程、通信工程）更是处于高速的上升期。物联网的提出1.比尔盖茨与电子别针1995年出版的未来之路“物物互联”的设想“电子别针”与家庭电子服务设施接通通过“电子别针”去感知来访者的位置

7、，控制室内的照明和温度，控制 和音响、电视等家电设备2. Auto-ID 实验室、RFID与物联网的概念1998年，美国麻省理工学院Auto-ID 实验室产品电子代码（EPC）研究提出了利用RFID、无线网络与互联网，构建物物互联的物联网的概念与解决方案10从1997年2005年，ITU从研究互联网/移动互联网对电信业发展影响的角度，发布了七份 “ITU Internet Reports”研究报告.“物联网”概念产生于20世纪90年代，而真正引起各国政府与产业界的重视是在2005年国际电信联盟（ITU）发布的第7份互联网研究报告物联网（Internet of Things，IOT）之后11 I

8、TU提出物联网概念的过程 ITU于2005年11月在突尼斯举行的“信息社会峰会”上发布了第7个研究报告-物联网。 报告描述了世界上的万事万物，小到钥匙、手表、手机，大到汽车、楼房，只要嵌入一个 微型的RFID芯片或传感器芯片，通过互联网就能够实现物与物之间的信息交互，从而形成一个无所不在的“物联网”。世界上所有人和物在任何时间、任何地点，都可以方便的实现人与人、人与物、物与物的信息交互。报告预见：RFID、传感器、智能嵌入式技术及纳米技术将广泛使用。13物联网的定义2011年中国工业和信息化部电信研究院发布的物联网白皮书认为:物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸,它利用感知技术与智能装置

9、对物理世界进行感知识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘，实现“人与物、物与物”信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的。物联网的定义 主要特征全面感知 利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取 可靠传送 通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享智能处理 利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制物联网可以提供所有对象在任何时间、任何地点的互联16实现物联网在任何时候、任何地点与任何一个物体通信的要求，需要研究和解决以下几个基本的问题：如何连接

10、不同的物体？如何实现不同物体之间的通信？如何建立物联网的通信模型？如何保证物联网的服务质量？如何实现物联网中物体的命名、编码、识别与寻址？如何保护物联网的信息安全与个人隐私？17物联网体系结构人对物理世界问题处理的基本方法物联网工作过程与人的智能处理问题过程比较18-新时期我国信息技术产业的发展感知层 主要功能是完成信息的收集与简单处理，解决的重点问题是感知和识别物体，采集和捕获信息等。主要由遍布各种建筑、公路桥梁、车辆、地表中的各类传感器、二维条形码、RFID标签和RFID识读器、摄像头、GPS、M2M（Machine to Machine）设备及各种嵌入式终端等组成的传感器网络。它是物联网

11、的基础。感知层是物联网全面感知的基础 RFID标签和读写器 M2M终端和传感器 传感器网络和网关感知层实现方式 摄像头和监控 GPS定位 智慧家居网关感知层作用感知层突破方向 感知和识别物体 采集和捕获信息 更敏感和全面的感知能力 解决低功耗的问题 解决小型化和低成本问题RFID读写智慧家居网关M2M终端传感器网络摄像头GPS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无线连接 & 有线连接物联网感知层理解感知层需要注意以下几个问题：1. 感知层设备的分类自动感知设备，如RFID、传感器、定位系统等人工生成信息设备，如智能手机、多媒体、笔记本电脑等

12、2. 感知能力与控制能力 从一块简单的RFID标签芯片、一个温度传感器或测控装置，到一个复杂的智能机器人，它们之间最重要的区别表现在：智能物体是不是需要同时具备感知能力和控制、执行能力上，以及需要什么样的控制、执行能力。22不同结构的物联网应用系统23物联网的感知与识别技术实现物联网的信息采集,是物联网主要的数据来源,物联网的各种应用都是通过采集各类信息和数据来实现的.感知与识别技术主要实现如识别物体本身的存在,定位物体位置,物体移动情况.常采用的技术包括二维码技术、射频识别技术（RFID）、GPS定位技术、红外感应技术、生物特征识别技术等网络层 建立在现有的移动通讯网和互联网基础上，主要完成

13、信息的远距离传输等功能。由各类有线与无线节点、固定与移动网关组成各种通信网络与互联网的融合体。网络层是物联网成为普遍服务的基础设施网络层是物联网无处不在的前提 接入网：无线/光纤各种类型的接入形式 核心网：统一IP协议上的大带宽的可靠网络 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作用网络层突破方向 连接感知层和应用层 随时随地的连接实现 当前最成熟的部分 扩展规模，以实现无处不在 业务可扩展的管理运营能力 简化结构，上下层面融合IP统一协议有效降低实现成本规模扩展带来IPv6的发展动力ONU接入网络 无线接入：2G/3G/LTE/WLAN/WiMax 有线接入：光纤（PON

14、）和铜线（xDSL） 汇集承载：IP化传输网络（PTN/CE）核心网络&业务网关 统一IP协议的高效率的核心网络/设备/接口 针对海量流量和高可靠性要求的拓扑和机制 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 提供终端和业务的通道和联动控制逻辑 实现不同终端和业务统一管理、部署和扩展 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有线网：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

15、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结点移动通信网：2G/3G/4G,移动通信网络将成为“全面、随时、随地”传输信息的有效平台智能处理层 对感知层通过网络层传输的信息进行智能处，并实现对应用层的支持。智能处理层解决数据如何存储、如何检索、如何使用等问题物联网的智能处理层是物联网的”大脑”,解决数据的管理与运用问题,包括:数据的计算处理(云计算技术)数据如何存储(海量存储技术)如何检索数据(搜索引擎)如何使用数据(数据挖掘与专家系统)如何保护数据(数据安全与隐私保护

16、等).应用层 将物联网技术与各类行业应用相结合，实现无所不在的智能化应用，如物流、安全监测、农业、灾害、危机管理、军事、医疗护理等。 应用层是物联网智慧处理的中枢 智慧家居 智慧交通 智慧城市应用层主要应用方向应用层作用应用层突破方向 信息技术与行业专业技术结合 实现广泛智慧化应用的解决方案集合 信息技术与行业的深度融合 信息的社会化共享和安全保障 基于云计算的应用整体架构 智慧电力 智慧医疗 智慧通信服务云计算是应用大规模部署关键云计算资源云计算业务计算能力存储能力全局控调SaaSPaaSIaaS云计算的意义 适应业务量增长不确定性的弹性架构体系 适应海量数据计算和存储的低成本曲线的架构 适

17、应开放式的应用提供和部署环境 IT架构和商业模式转变的关键物联网应用发展六热点大领域 智慧家居智慧电力智慧交通智慧医疗智慧城市智慧通信服务六大热点涵盖了主要应用和投资方向应用层是物联网的智慧中枢，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情景1：平静的海面上，海洋监测节点不时的将所在海域的浪高、风速、海流等数据发回岸边的相关机构，当上述数据超警戒线时，海岸边的报警装置自动启动，海岸边的人们就会得到及时的警报。基于物联网的海洋环境监测情景2：在安装了大量检测环境指标节点的一个矿山井区中，一个传感器感知到其所在位置附近的瓦斯含量不断的增高，超过警戒树枝后，向辅助通风机发出控制信息，通风

18、机开始启动，并通过声光等信号向工人发出撤离警报。 矿山物联网情景3:年轻夫妇在节假日去远方老家看望父母,在此期间,家内的智能家居系统会代替主人完成家居内的各项检查和料理工作.比如,温湿度感应节点通过控制加湿器及窗户实现房间内湿度的自动调节;通过感应花盆内的湿度,自动完成花卉的浇灌;自动完成鱼缸调温换水;通过智能手机遥控家居设施 .智能家居情景4:在一座蔬菜基地中,通过各类传感器,可以自动感知土壤的湿度、成分等信息。动态的控制灌溉、施肥、通风等设施，实现农耕的自动化；在生产出品中放置识别标签，便于运输人员、销售人员及消费者跟踪产品状态、产地、品质等信息。精准农业物联网应用系统多种多样：一个小型的

19、物联网应用系统可以使一个文物和珠宝展览大厅的安保系统，一个智能家居系统、一个仓库的物流管理系统等。中等规模的物联网应用系统可以使保税区物流系统、城市智能交通系统、智能医疗保健系统等。大规模的物联网应用可以是国际民用航空运输的物联网应用系统，也可以是国家级的智能电网、智能环保系统等。物联网本质物联网不是一种单一技术，而是多种先进信息技术的融合本质：信息感知是基础，传输网络是通道，信息处理是支撑，应用是驱动，智能化是目标采集感知层：各类传感信息的采集、简单处理和传输。接入传输层：将感知层的数据接入各类网络，实现数据传输。智能处理层：通过能力强大的中心计算平台，对海量数据进行智能处理。业务应用层：将

20、信息技术与行业需求深度融合，构件面向行业的实际应用，如智能交通等感知传输处理应用智能化各国政府物联网产业规划2008年，IBM提出的“智慧的地球”发展战略物联网与智慧地球智慧地球将传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并通过超级计算机和云计算组成物联网，实现人与物的融合。通过在基础设施和制造业中大量嵌入传感器，捕捉运行过程中的各种信息，然后通过无线网络接入到互联网，通过计算机分析、处理和发出指令，反馈给控制器，远程执行指令。通过智慧地球技术的实施，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产与生活，提高资源利用率和生产能力，改善人与自然的关系。3

21、7欧盟与各国政府物联网产业发展规划1. 欧盟发展物联网产业的规划第一阶段（2010年前）：基于RFID技术实现低功耗、低成本的单个物体间的互联，并在物流、零售、制药等领域开展局部的应用第二阶段（20102015年）：利用传感网与无处不在的RFID标签实现物与物之间的广泛互联，针对特定的产业制定技术标准，并完成部分网络的融合第三阶段（20152020年）：具有可执行指令的RFID标签广泛应用，物体进入半智能化，物联网中异构网络互联的标准制定完成，网络具有高速数据传输能力第四阶段（2020年之后）：物体具有完全的智能响应能力，异构系统能够实现协同工作，人、物、服务与网络达到深度地融合382. 韩国

22、政府关于物联网的发展规划韩国政府提出了泛在感知网络的概念通过在各种物品中嵌入传感器，传感器之间自主地传输和采集环境信息，通过网络实现对外部环境的监控物联网重点发展的四大领域与计划： u-City计划，推动智能城市建设 Telematics示范应用计划，发展车用信息通信服务 u-IT产业集群计划，加速新兴科技服务业的发展 u-Home计划，推动智能家庭应用的发展393. 日本政府关于物联网的发展规划2009年7月，日本政府IT战略本部制定了新一代的信息化战略i-Japan战略2015战略规划提出到2015年，让信息技术如同水和空气一样融入每一个角落针对电子政务、医疗保健、教育与人才等三大核心公共

23、事业领域，提出了智能电网、灾难应急处置、智能家居、智能交通与智能医疗保健等项目。泛在网（ubiquitous network）是日本政府提出的一个无处不在的未来网络概念。40我国物联网的发展进程在中国，“物联网”最早被称为“传感网”，中国的传感网发展起步较早，中科院在1999年就启动了传感网研究，在无线传感网络，智能微型传感器，现代通信技术方面取得重要进展。2009年8月7日，国务院总理温家宝在无锡视察时发表了重要的讲话，提出“感知中国”的战略构想，指示要抓住机会，大力发展物联网技术与产业。2009年，经国家标准化管理委员会批准，组建了“物联网”标准化工作组。2010年3月5日，国务院总理温家

24、宝在十一届全国人大三次会议上作政府工作报告中指出：“大力发展新能源、新材料、节能环保、生物医药、信息网络和高端制造产业。积极推进新能源汽车、”三网融合“取得实质性进展，加快物联网的研发应用。加大对战略性新兴产业的投入和政策支持。”这是“物联网”首次写入政府工作报告2011年2月，国家电网首座220千伏智能变电站无锡市惠山区西泾变电站投入运行，并通过物联网技术建立传感测控网络，实现真正意义上的“无人值守和巡检”。2011年3月，全球首个智能化油田建设方案在油城克拉玛依通过验收2011年3月，国家电网智能电网部主任王益民在京宣布，中国建成全球最大的智能电网试点工程，并率先发布世界首个智能电网技术标

25、准体系。2011年3月16日发布的我国国民经济和社会发展“十二五”规划纲要的第十章“培育发展战略性新兴产业”与第十三章“全面提高信息化水平”中多次强调了“推动物联网关键技术研发和在重点领域的应用示范。”大力发展物联网产业已经成为一项我国具有战略意义的重要决策。工业和信息化部于2011年11月28日发布了物联网“十二五”发展规划。到2015年初步完成产业体系构件的目标：形成较为完善的物联网产业链，培育和发展10个产业聚集区，100家以上骨干企业，一批“专、精、特、新”的中小企业，建设一批覆盖面广、支撑力强的公共服务平台。44国际著名厂商物联网布局规划要点感知层网络层应用层华为移动通信模块M2M终端传感器网络移动网络&宽带接入网络M2M业务平台智慧家居中兴R