物联网发展状况及应用模式3

物联网发展状况及应用模式张飞舟博士北京大学地球与空间科学学院2010年12月24日北京大学地空学院

物联网概述物联网应用与管理物联网发展趋势物联网产业发展模式目录北京大学地空学院

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什么是物联网？物联网本质特征物联网体系框架物联网基本构成物联网核心技术1、物联网技术北京大学地空学院每一个零件都是有生命的北京大学地空学院

物联网的概念分为广义和狭义两方面广义来讲，物联网是一个未来发展的愿景，等同于“未来的互联网”，或者是“泛在网络”，能够实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物的信息交换，以及物与物之间的信息交换；狭义来讲，物联网是物品之间通过传感器连接起来的局域网，不论接入互联网与否，都属于物联网的范畴。1.1什么是物联网技术北京大学地空学院1.1什么是物联网技术图1物联网的一般架构北京大学地空学院物联网与互联网的不同

物联网是RFID技术与互联网结合而产生的新型网络，主要解决物品到物品（ThingtoThing，T2T），人到物品（HumantoThing，H2T），人到人（HumantoHuman，H2H）之间的互连。其中，H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接，H2H是指人之间不依赖于个人电脑而进行的互连。1.1什么是物联网技术北京大学地空学院物联网与互联网的不同物联网具有与互联网类同的资源寻址需求，以确保其中联网物品的相关信息能够被高效、准确和安全的寻址、定位以及查询，其用户端是对互联网的延伸和扩展，即任何物品和物品之间可以通过物联网进行信息交换和通讯。因此，物联网又在不同应用领域的专用性、高度的稳定性和可靠性、严密的安全性和可控性等方面有别于互联网。1.1什么是物联网技术北京大学地空学院

物联网的一种定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。显然，物联网的这一概念来自于对互联网的类比。根据物联网与互联网的关系分类，不同的专家学者对物联网给出了各自的定义，归纳起来有如下四种类型。1.1什么是物联网技术北京大学地空学院1.1什什么么是物联联网技术术1物联网是传感网而不接入互联网

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物联网是互联网的一部分

3物联网是互联网的补充网络4物联网是未来的互联网

北京大学学地空学学院目前存在在对物联联网认识识方面的的偏颇将物联网网当成互互联网的的无边无无际的无无限延伸伸，把物物联网当当成所有有物的完完全开放放、全部部互连、、全部共共享的互互联网平平台。实际上物物联网绝绝不是简简单的全全球共享享互联网网的无限限延伸，，即使互互联网也也不仅仅仅是通常常认为的的国际共共享的计计算机网网络，互互联网也也有广域域网和局局域网之之分。将传感网网或RFID网网等同于于物联网网，传感感网或者者RFID网只只是物联联网的一一种应用用，但不不是物联联网的全全部。1.1什什么么是物联联网技术术北京大学学地空学学院什么是物物联网？？物联网本本质特征征物联网体体系框架架物联网基基本构成成物联网核核心技术术1、物联联网技术术北京大学学地空学学院物联网的的内涵主主要体现现:互联网特特征：对需要联联网的物物一定要要能够实实现互联联互通的的互联网网络；识别与通通信特征征：纳入物联联网的““物”一一定要具具备自动动识别与与物物通通信的功功能；智能化特特征：网络系统统应具有有自动化化、自我我反馈与与智能控控制的特特点。全面感知知、可靠传送送、智能处理理是物联网网的基本本特征。。1.2物物联联网本质质特征北京大学学地空学学院1.2物物联联网本质质特征智能处理理可靠传送送全面感知知

利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策和控制

。通过各种通信网络与互联网的融合，将物体接入信息网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享。

利用RFID、二维码、GPS、摄像头、传感器、传感器网络等感知、捕获、测量的技术手段随时随地对物体进行信息采集和获取。北京大学学地空学学院1.2物物联联网本质质特征全面感知可靠传输智能处理感知传输智能利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息。通过网络将感知的各种信息进行实时传送。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。北京大学学地空学学院1.2物物联联网本质质特征物联网的的关键不不在“物物”，而而在“网网”。物联网精精髓不仅仅是对物物实现联联接和操操控，它它通过技技术手段段的扩张张，赋于于网络新新的含义义，实现现人与物物、物与与物之间间的相融融与互动动，甚至至是交流流与沟通通。物联网并并不是互互联网的的翻版，，也不是是互联网网的一个个接口，，而是互互联网的的一种延延伸。北京大学学地空学学院1.2物物联联网本质质特征如果认为为物联网网是传感感网的概概念，则则会使得得物联网网的外延延缩小。如1999年时所所提出的的物联网网的概念念，是把把所有物物品通过过RFID等信信息传感感设备与与互联网网连接起起来，实实现智能能化识别别和管理理。其中中没有人人、物之之间的相相联、沟沟通与互互动。如果仅仅仅作为传传感网，物在联联网之后后，只需需服从控控制中心心的指令令，而各各系统的的控制中中心则是是互相分分离的。。如果是作作为互联联网的延延伸，则可以以将所有有在网络络内的系系统与点点有机地地联成一一个整体体，起到到互帮互互助的作作用。换换句话话说，传传感网完完全可以以将其包包容在作作为互联联网的扩扩展形式式的物联联网的概概念之内内。北京大学学地空学学院1.2物物联联网本质质特征北京大学地空空学院什么是物联网网？物联网本质特特征物联网体系框框架物联网基本构构成物联网核心技技术1、物联网技技术北京大学地空空学院物联网可划分分为一个由感知层、网络络层和应用层层组成的三层层体系，如图1.3所示。1.3物物联网体系框框架北京大学地空空学院1.3物物联网体系框框架图3物物联网三层层参考体系架架构北京大学地空空学院1.3物物联网体系框框架北京大学地空空学院感知层：包括二维码标标签和识读器器、RFID标签和读写写器、摄像头头、CPS（（CyberPhysicalSystems，网络络化物理系统统）、各种传传感器、传感感器网络（指指由大量各类类传感器节点点组成的自治治网络，具有有自组织、自自愈合的特点点）、T2T&H2T&H2H终端端和传感器网网关等，感知知层的主要作作用是感知和和识别物体，，采集并捕获获信息。1.3物物联网体系框框架北京大学地空空学院网络层：包括各种通信信网络与互联联网形成的融融合网络，这这被普遍认为为是最成熟的的部分，除此此之外还包括括物联网管理理中心、信息息中心等利用用网络的能力力对海量信息息进行智能处处理的部分。。也就是说网网络层不但要要具备网络运运营的能力，，还要提升信信息运营的能能力。网络层是物联联网成为普遍遍服务的基础础设施。1.3物物联网体系框框架北京大学地空空学院应用层：是将物联网技技术与行业专专业技术相结结合，实现广广泛智能化应应用的解决方方案集。物联联网通过应用用层最终实现现信息技术与与行业的深度度融合，对国国民经济和社社会发展具有有广泛影响。。应用层的关键键问题在于信信息的社会化化共享以及信信息安全的保保障。1.3物物联网体系框框架北京大学地空空学院1.3物物联网体系框框架北京大学地空空学院1.3物物联网体系框框架物联网功能架构图北京大学地空空学院1.3物物联网体系框框架物联网分层架构图北京大学地空空学院1.3物物联网体系框框架物联网功能模块图北京大学地空空学院什么是物联网网？物联网本质特特征物联网体系框框架物联网基本构构成物联网核心技技术1、物联网技技术北京大学地空空学院不管是哪一种种应用领域的的物联网，也也不管是哪一一种分类方式式的物联网系系统，其基本本组成均包括括三部分：电子产品编码码（EPC））、射频识别系统统（FRID，包括标签签和读写器））和信息网络系统统（包括中间间件、对象名名称解析服务务（ONS））、实体标记语言言（PML））和信息服务务（EPCIS）），如表1所示，，信息网络系系统主要作为为物联网的软软件支持系统统存在。1.4物物联网基本构构成北京大学地空空学院1.4物物联网基本构构成表1物物联网的的基本构成系统构成主要内容注释全球电子产品编码EPC编码标准识别目标的特定代码射频识别系统EPC标签贴在物品上或内嵌在物品中读写器识读EPC标签信息网络系统EPC中间件物联网的软件支持系统对象名称解析服务（ONS）实体标识语言（PML）EPC信息服务（EPCIS）北京大学地空空学院1.4物物联网基本构构成物联网（IOT）结构示示意图北京大学地空空学院1.4物物联网基本构构成智能卡条形码二维码GNSS传感器技术网关设备近距离通信因特网跟踪定位高速数据网络IOT基本理理论模型北京大学地空空学院在射频识别系系统中，射频频标签中内含含有根据EPC设置的代代码，读写器器则用于根据据需要读取标标签中的信息息，信息网络络系统利用本本地网络和远远程网络（如如全球网络））实现对物品品的追踪和管管理。1.4物物联网基本构构成北京大学地空空学院本地网络主要要由本地数据据库和数据处处理终端构成成，而远程网网络由对象名名称解析服务务和信息服务务构成，网络络之间利用类类似于XML的实体标示示语言（PML）进行连连接，共同完完成物联网对对于物品链接接及衍生的其其它功能。物物联网各部分分的连接关系系如图4所示示。1.4物物联网基本构构成北京大学地空空学院1.4物物联网基本构构成图4物联网的基本构成北京大学地空空学院1.4物物联网基本构构成目前国际上对对物联网的研研究逐渐明朗朗起来，最典典型的解决方方案有欧美的的EPC系统统和日本的UID（UniversalIdentification，泛泛在识别）系系统。这里着着重介绍EPC物联网。。EPC系统统是由EPC编码体系、、RFID系系统及信息网网络系统三个个部分组成，，主要包括六六个方面：EPC编码、、EPC标签签、读写器、、EPC中间间件、对象名名称解析服务务（ONS））和EPC信信息服务（EPCIS））。北京大学地空空学院1.4物物联网基本构构成编码：目前国际上还还没有统一的的RFID编编码规则。日日本支持的UID标准和和欧美支持的的EPC标准准是当今影响响力最大的两两大标准，我我国的RFID标准还未未形成。EPC编码有通用用标识（GID），也有有基于现有全全球唯一的编编码体系EAN/UCC的标识（SGTIN、、SSCC、、SGLN、、GRAI、、GIAI））。这类标识识又分为96位和64位位两种。北京大学地空空学院1.4物物联网基本构构成ONS：ONS工作过过程：ONS查询过程北京大学地空空学院1.4物物联网基本构构成EPCIS：：EPCIS以以PML为系系统的描述语语言，主要包包括客户端模模块、数据存存储模块和数数据查询模块块三个部分（（在EPC1.0中称为为PML服务务器；在EPC2.0中中，完善了功功能并称为EPCIS服服务器）。客客户端模块主主要实现物联联网EPC标标签信息向指指定EPCIS服务器传传输；数据存存储模块将通通用数据存储储于数据库中中，在产品信信息初始化的的过程中调用用通用数据生生成针对每一一个产品的属属性信息，并并将其存储于于PML文档档中；数据查查询模块根据据客户端的查查询要求和权权限，访问相相应的PML文档，生成成HTML文文档，返回给给客户端。北京大学地空空学院什么是物联网网？物联网本质特特征物联网体系框框架物联网基本构构成物联网核心技技术1、物联网技技术北京大学地空空学院物联网编码EPC编码体体系（原则、、结构与类型型）EPC标准（（EPCGlobal、EPCGlobalGen2））GSI全球统统一识别系统统EPC编码策策略与实现识别和防碰撞撞问题多标签防碰撞撞多读写器防碰碰撞1.5物物联网核心技技术北京大学地空空学院信息采集技术术近程通讯技术术信息远程传输输技术海量信息智能能分析与控制制技术（云计计算）1.5物物联网核心技技术北京大学地空空学院1.5物物联网核心技技术WSN北京大学地空空学院1.5物物联网核心技技术WSN体系系结构WSN体系结构：平面拓扑结构WSN体系结构：逻辑分层结构北京大学地空空学院1.5物物联网核心技技术WSN体系结构传感器节点体系结构传感器网络协议栈北京大学地空空学院1.5物物联网核心技技术WSN通信信WSN在无线线通信框架中中的位置北京大学地空空学院1.5物物联网核心技技术北京大学地空空学院1.5物物联网核心技技术北京大学地空空学院物联网技术物联网应用与与管理物联网发展趋趋势物联网产业发发展模式目录北京大学地空空学院物联网应用物联网管理2、物联网应应用与管理北京大学地空空学院在国家大力推推动工业化与与信息化两化化融合的大背背景下，物联联网将是工业业乃至更多行行业信息化过过程中一个比比较现实的突突破口。一旦物联网大大规模普及，，无数的物品品需要加装更更加小巧智能能的传感器，，用于动物、、植物、机器器等物品的传传感器与电子子标签及配套套的接口装置置数量将大大大超过目前的的手机数量。。2.1物物联网应用用北京大学地空空学院按照目前对物物联网的需求求，在近年内内就需要按亿亿计的传感器器和电子标签签。根据预计计，2011年，内嵌芯芯片、传感器器、无线射频频的“智能物物件”将超过过万亿个，物物联网将会发发展成为一个个上万亿元规规模的高科技技市场，这将将大大推进信信息技术元件件的生产，给给市场带来巨巨大商机。物联网目前已已经在行业信信息化、家庭庭保健、城市市安防等实际际应用。图5展示了未来来物联网的应应用场景。2.1物物联网应用北京大学地空空学院2.1物物联网应用物联网管理平台移动POS金融供应链智能运输工业自动化智能建筑消防公共安全环境保护气象数字化医疗遥感勘测军事农业林业水务电力煤炭石化物流、零售、自动服务设备、安全、节能生产、安全、防灾、水电油气防火、勘察、报警污染检测、报警水质、水量、污染、安全大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪抄表、监控、节能设备、临床、辅助诊断、病程险情、油井、运输、管线联动、消防栓、定位、调度照明、信号、应急、灾害、识别大地勘测、森林、地震、海洋侦查、监控、定位、评估降水、防洪、远程设备交易、订单、跟踪、识别通风、瓦斯、救灾定位库存、车队、监控、导航、识别、货物电子支付、实时信息北京大学地空空学院2.1物物联网应用中国移动北京大学地空空学院2.1物物联网应用北京大学地空空学院2.1物物联网应用北京大学地空空学院2.1物物联网应用北京大学地空空学院2.1物物联网应用物联网应用示示意图北京大学地空空学院应用案例1：：牲畜溯源给放养的牲畜畜中的每一只只羊都贴上一一个二维码，，这个二维码码会一直保持持到超市出售售的肉品上，，消费者可通通过手机阅读读二维码，知知道牲畜的成成长历史，确确保食品安全全。我国已有10亿存栏动物物贴上了这种种二维码。2.1物物联网应用北京大学地空空学院2.1物物联网应用北京大学地空空学院2.1物物联网应用商品溯源北京大学地空空学院2.1物物联网应用应用案例2：：精准农业北京大学地空空学院2.1物物联网应用应用案例2：：精准农业北京大学地空空学院2.1物物联网应用应用案例2：：精准农业-无线葡萄园园2002年，，英特尔公司司率先在俄勒勒冈建立了世世界上第一个个无线葡萄园园。传感器节节点被分布在在葡萄园的每每个角落，每每隔一分钟检检测一次土壤壤温度、湿度度或该区域有有害物的数量量，以确保葡葡萄可以健康康生长。研究究人员发现，，葡萄园气候候的细微变化化可极大地影影响葡萄酒的的质量。通过长年的数数据记录以及及相关分析，，便能精确的的掌握葡萄酒酒的质地与葡葡萄生长过程程中的日照、、温度、湿度度的确切关系系。这是一个个典型的精准准农业、智能能耕种的实例例。北京大学地空空学院应用案例3：：机场防入侵侵上海浦东国际际机场防入侵侵系统铺设了了3万多个传传感节点，覆覆盖了地面、、栅栏和低空空探测，多种种传感手段组组成一个协同同系统后，可可以防止人员员的翻越、偷偷渡、恐怖袭袭击等攻击性性入侵。上海移动的车车务通在2010年世博博会期间全面面运用于上海海公共交通系系统，以最先先进的技术保保障世博园区区周边大流量量交通的顺畅畅。2.1物物联网应用北京大学地空空学院应用案例4：：智能电网2.1物物联网应用北京大大学地地空学学院应用案案例4：智智能电电网江西省省电网网对分分布在在全省省范围围内的的2万万台配配电变变压器器安装装传感感装置置，对对运行行状态态进行行实时时监测测，实实现用用电检检查、、电能能质量量监测测、负负荷管管理、、线损损管理理、需需求侧侧管理理等高高效一一体化化管理理，一一年来来降低低电损损1.2亿亿千瓦瓦时。。2.1物物联联网应应用北京大大学地地空学学院应用案案例5：医医疗保保健2.1物物联联网应应用北京大大学地地空学学院应用案案例5：医医疗保保健2.1物物联联网应应用北京大大学地地空学学院应用案案例5：医医疗保保健2.1物物联联网应应用北京大大学地地空学学院应用案案例5：医医疗保保健2.1物物联联网应应用北京大大学地地空学学院应用案案例5：医医疗保保健人身上上可以以安装装不同同的传传感器器，对对人的的健康康参数数进行行监控控，并并且实实时传传送到到相关关的医医疗保保健中中心，，如果果有异异常，，保健健中心心通过过手机机，提提醒您您去医医院检检查身身体。。2.1物物联联网应应用北京大大学地地空学学院9、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。12月月-2212月月-22Sunday,December25,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。06:44:3706:44:3706:4412/25/20226:44:37AM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2206:44:3706:44Dec-2225-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。06:44:3706:44:3706:44Sunday,December25,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2206:44:3706:44:37December25,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。25十十二二月20226:44:37上上午06:44:3712月月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月226:44上上午12月-2206:44December25,202216、行动出成成果，工作作出财富。。。2022/12/256:44:3706:44:3725December202217、做做前前，，能能够够环环视视四四周周；；做做时时，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿着着以以脚脚为为起起点点的的射射线线向向前前。。。。6:44:37上上午午6:44上上午午06:44:3712月月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Sunday,December25,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。06:44:3706:44:3706:4412/25/20226:44:37AM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2206:44:3706:44Dec-2225-Dec-2212、世间成事，，不求其绝对对圆满，留一一份不足，可可得无限完美美。。06:44:3706:44:3706:44Sunday,December25,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2206:44:3706:44:37December25,202214、意志志坚强强的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥块一一样任任意揉揉捏。。25十十二二月20226:44:37上上午06:44:3712月月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，