物联网应用技术专业介绍

物联网技术与应用InternetofThingsTechnology&Application2报告内容物联网应用技术专业就业方向

物联网应用技术专业主干课程物联网应用技术专业培养目标物联网应用技术专业特色物联网概念3一、物联网物联网概念电子交易：电子商务电视传媒：VOD、Tivo（数字录像）电子钱包：手机支付、不停车收费物品定位：自动查找遗失物品智能建筑：钢筋混凝土+硅片+软件三维地图：……——《未来之路》·1995物联网概念提出：将所有物品通过RFID、传感器、智能嵌入技术等与互联网连接，实现物理世界与信息世界的整合；通过功能强大的计算机集群，对人、机、物实时动态管理；国际电信联盟突尼斯峰会发布报告，描绘了物联网时代的远景：司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么物品；衣服会告诉洗衣机对颜色和水温的要求等。机器联网人与人联网物品联网《ITU互联网报告2005：物联网》KevinAshton·1998一、物联网产生背景5物联网A元素允许任何人与任何物，在任意时间和任意地点，通过任意网络和任意服务相连接；物联网C元素涉及到信息的捕获、通信、聚合、内容、计算和连接等处理方法；物理世界和虚拟世界的共存交互物理实体有数字对象、虚拟的表示；二、物联网概念内涵1998年MIT的KevinAshton：

把RFID技术与传感器技术应用于日常物品中形成一个“物联网”2005年ITU报告：

物联网是通过RFID和智能计算等技术实现全世界设备互连的网络2008年IBM：

把传感器设备安装到电网、铁路、桥梁、隧道、供水系统、油气管道等各种物体中，并且普遍连接形成网络，即“物联网”以互联为特征以智能服务为特征以标识为特征科学内涵：以“全面的感知、可靠的传输、智能化处理”为特征，连接现实世界和虚拟世界，以安全优质、随时随地提供可运营、可管理的信息服务为目标的全球化网络。二、物联网概念内涵7“十五年周期定律”

IBM前CEO郭士纳：计算模式每隔15年发生一次变革1965年——大型机的商业应用1980年——个人计算机的普及1995年——互联网革命2010年——物联网？？？

8欧盟网络企业和RFID司物联网总监Peter.Friess预测：2015年到2020年间显现对经济发展刺激作用；美国权威咨询机构forrester预测到2020年：(物物互联业务：人与人通信业务)比将达到30:1；物联网将拥有30万亿元通信大市场；物联网前景预测IBM前CEO郭士纳预测：计算模式每隔15年发生一次变革；2010年以物联网为标志；易观国际分析：物联网最主要的推动力只有两个：政府与电信运营商；未来物联网产业的最关键环节是应用层面的行业用户；各国政府行动战略未来信息产业发展：信息网络-->全面感知和智能应用910美国：智慧的地球智慧的银行智慧的交通智慧的医疗智慧的城市智慧的电力智慧的供应链智慧的地球通过超级计算机、云计算整合物联网与互联网构建智慧的地球11日本：“U-Japan”战略12韩国：“U-Korea”计划FriendlyGovernment友好的政府IntelligentLand智能的建筑RegenerativeEconomy可再生经济Secure&SafeSocialEnviroment安全的社会环境Tailoredu-lifeService定制化生活服务FIRST五大重点应用领域四项关键建设BalancedGlobalLeadership均衡的全球领导地位BEcologicalIndustrialInfrastructure生态型产业基础设施EStreamliningSocialInfrastrcture现代化的社会基础设施STransparentTechnolo-gicalInfrastructure透明化的技术基础设施T先进的韩国在全球最优的泛在基础设施上建成第一个泛在社会13欧盟：物联网网行动计划通过构建新型型物联网管理理框架来引领领世界物联网网发展；提出物联网的的三方面特征征：作为新的独立立系统，建立立在特有基础础设施上；物联网将伴随随新的业务共共同发展；物联网包括多多种通信形式式；欧盟物联网行动计划物联网管理安全性保证标准化研究开发开放和创新达成共识国际对话污染管理未来发展管理体制制定立法保证政策框架制定芯片沉默权利关键资源发展强制标准化制定研究资助研究项目整合创新项目试点定期汇报加强国际对话RFID循环统计数据进行监督14物联网技术发发展路线信息汇集协同感知泛在聚合主要目标将多种感知技术所采集的分布式、异构信息进行汇聚；通过网络将感知信息汇聚到业务应用系统，集中进行信息的处理与共享，并提供信息应用服务。以事件、任务和目标为驱动，实现感知、网络和应用各个层面的协同工作；具备分布式、跨层次、自学习的协同处理能力，提供智能、精确的多元化信息服务。将海量信息进行聚合，产生出新的有应用价值的信息；实现任何人、任何物体、任何时间、任何地点互联互通；引发应用和服务模式创新。关键技术传感器设计与实现短距离无线传输技术低功耗技术电磁兼容技术等上下文感知技术海量信息处理技术任务驱动的大规模自治组网技术多种通信网络融合技术等信息聚合理论模糊控制技术泛在异构网络人工智能仿生学传感器纳米材料、生物芯片等发展趋势：智智能化、协同同化、泛在化化、服务个性性化计算与处理、、关键技术分分布图15标示和地址等等基础资源管管理与服务平平台物理实体的实实时定位跟踪踪服务平台基于物理位置置的服务发现现和推介平台台可运营可管理理的物联网云云计算服务平平台服务平台超级计算物理理平台海量感知数据据存储物理平平台超大规模网络络分布式管理理平台基于形式化语语义的信息分分类、关联与与识别共性平平台后台海量数据据并行计算与与并行挖掘技技术基于Web的海量数据的的检索和知识识挖掘共性平平台上下文感知的的普适环境具有传感信息息实时交互能能力的分布式式数据仓库并行化处理的的操作系统平平台面向物联网的的共性服务中中间件平台面向物联网的的一体化开发发平台处理平台硬件平台软件平台计算与处理、、关键技术分分布图服务抽象信息管理存储检索服务智能联动WiFi/WiMAXNGN/IPv6LAN/TSPN/CABLE物理环境感知知实体标示物理环境控制制物流仓储交通运输智能家居安全监控军事国防智能农业防灾减灾医疗健康协作感知接入传输计算处理综合决策智能控制RFID并发服务质量保障跨层拥塞控制技术高能效MAC与路由技术精确同步与定位传感器网络行业与技术标准化、规范制定认知无线电通信技术机会通信技术精细化频谱监测管控多体制无线接入技术专业微型传感器集成射频的片上系统基于MIMS的一体化设备事件驱动专用处理器1.组网体系2.短距离通信3.软件工具4.专用器件基于特性语义的匿名标示、隐私安全微型低功耗、可泛在接入与传感物理环境Cyber空间嵌入式软件设设计技术多模态智能人人机交互技术术共性服务中间间件技术专用一体化开开发测试工具具物理世界智能能感知—Cyber空间重建物联网组网体体系五自特征自组织（self-organizing)自管理（self-Administering）自维护（self-Maintaining）自配置（self-Configurating）自适应(Adaptation)短距通信海量用频设备备需要精细化化频谱监测管管控物联网终端需需要支持多体体制无线接入入，实现无缝缝泛在接入网网络认知无线电技技术和机会通通信技术物联网软件系系统嵌入式软件协协同系统优化化设计技术上下文感知的的系统自适应应设计技术软硬协同技术术多模态智能人人机交互技术术人、机、物协协调的互操作作环境人机交互技术术嵌入式网络的的中间件技术术可运营可管理理的云计算服服务中间件技技术中间件技术并行化处理的的操作系统平平台开发、编译、、调试、测试试一体化开发发工具开发测试工具具专用器件与设设备宽带移动通信G网/C网共存技术LTE技术WiFi/WiMax技术IMT-Advanced技术NGN与IPv6产业化、业务拓展和技术革新多体制接入共存技术多媒体高速接入技术v4到v6的平滑过渡技术6LowPAN技术V6下P2P重叠网络技术移动IPv6网络规模无限扩展技术超高速骨干交换高速桌面接入1.无线宽带2.宽带接入3.IPv6技术4.NGN技术疆域覆盖、宽带接入无限扩展、高速交换、质量可控采集信息融合信息泛在接入与传传输信息处理技术术基础软件技术术超算平台技术术海量感知数据据分布式存储储、检索技术术物理实体的匿匿名标识与映映射技术人性化服务发发现与信息发发布技术具有传感信息息实时交互能能力的分布式式数据仓库设设计技术并行化处理的的操作系统设设计技术面向物联网的的共性服务中中间件系统设设计技术面向物联网的的一体化开发发和评测工具具并行处理计算算结构新体系系研究多核阵列超级级计算系统研研发智能控制技术术分布式协作控控制分布式安全控控制算法与协协议移动计算与移移动控制模型型计算、处理与与控制2010年前2010-20152015-20202020以后标识与感知技术多种标识机制共存区域性ID、局部方案物联网统一标识框架开放式架构和URIID管理、语义支持、隐私保护类DNA的ID物联网体系结构架构标准制订、内容敏感中间件和智能平台与未来的互联网结合自适应的、基于上下文的架构具认知能力和经验积累的架构通信技术RFID,UWB,Wi-Fi,WiMax,

Bluetooth,ZigBee,RuBee,ISA100,WirelessHart,6LoWPAN超低功套片、片上天线、毫米波单片、超低功单片天线和超低功片上系统宽频段和频段感知的通讯协议统一的宽频段通讯协议组网技术固定式传感网有自组-定位功能、抗延迟、有存储-电源网、有-无线混合的网络上下文感知网络有网络认知、自我学习、自我修复功能的网络软件和算法关系数据库、事件驱动平台、传感器中间件、传感网中间件、代理（服务）机制和定位算法大容量、开放式语义的软件模型，组合算法，新的企业级应用软件面向目标的软件、分布式智能和解决方案、物-物交互面向用户的软件、不可见的物联网、物-人交互硬件RFID、传感器、内置于移动设备的传感器、近场通讯手、MEMs技术支持多协议标准的RFID读写器、低（零）功耗射频标签、大规模传感网智能传感器（生化）、更大规模的传感网纳米技术和新材料物联网技术发发展路线（I）物联网技术发发展路线（II）2010年前2010-20152015-20202020以后数据和信号处理串-并行数据处理、QoS能量-频谱感知的数据处理、上下文自适应的数据处理上下文感知的数据处理与响应可认知处理与决策优化发现和搜索引擎传感器发现、专有的域名服务分布式注册-搜索机制、传感器及传感器数据的语义发现自动化路由标签、标识管理中心可认知的自动化搜索引擎功率和能量存储技术薄-平板电池、锂电池、能量优化系统、能量自取、近-中距无线供能能量自取于转换、印制电池、大功率长距无线供能恶劣环境下的能量获取（生化、感应）与回收，无线供能可生物降解电池、纳米能量处理器件安全和隐私用于传感网设备和RFID的安全保护机制用户为核心的隐私保护、匿名机制自动的安全-隐私评估、以上下文为中心的安全自适应的安全机制与协议材料技术硅晶、铜、铝SiC、GaN、硅和适应高温工作的材料钻石标准化现有RFID标准与传感网标准物联网、M2M标准、交互标准等异构网间的互操作标准自动通讯标准27物联网的应用用领域电力负载监控、远程抄表农业大棚监控、动物溯源安全平安城市、危险品跟踪环保环境监测、污染物处理交通物流调度、定位导航市政路灯控制、电梯监控企业生产监控、设备管理医疗远程诊断、老人看护智能楼宇远程诊断面向智能工厂厂的生产过程程监控环境监测协同供应链管管理智能电网现代物流过程程监控与跟踪踪定位畜牧养殖和电电子监管28从工业本身看看工业化工业产品、工工业体系和工工业能力之间间的关系如同同浮游在海面面上的冰山，，人们所能看看到的耀眼夺夺目的工业产产品如同深埋埋在海面之下下的巨大冰基基，而冰基所所蕴含的巨大大浮力就是工工业能力。若若需要冰山越越突出显赫，，必然需要冰冰基越博大雄雄厚。工业体系和工工业能力决定定了工业产品品的技术水平平和质量，具具有强大的工工业能力和整整体素质，生生产什么产品品都可以。像像福特、宝马马、三菱等公公司在二战时时期生产飞机机、坦克、舰舰船等武器。。一、物联网与与工业领域/工业化的关系系三、物联网与与工业的关系系29从工业本身看看工业化70万kw水轮机工业产品大型石化装备备350km/h高速列车ARJ30工业装备是工工业体系的基基石工业装备的技技术水平决定定了工业体系系所具有的工工业能力和整整体素质，体体现了工业化化的进程和高高度，使得机机械化、规模模化、自动化化、智能化等等工业化的特特征能够实现现。新装备是核心心：既包括工工作母机、重重大设备、成成套装备等硬硬装备，也包包括支撑设计计、制造、管管理环节的一一体化软件系系统等看不见见的软装备。。三、物联网与与工业的关系系31新型工业化特特征新技术是基础础：以传统的的工业技术为为基础，充分分融合以信息息技术为代表表，涵盖各种种学科领域最最新成果的高高新技术，形形成系统性、、工程性、综综合性的先进进工业技术。。新装备是核心心：既包括工工作母机、重重大设备、成成套装备等硬硬装备，也包包括支撑设计计、制造、管管理环节的一一体化软件系系统等看不见见的软装备。。新能力是关键键：既包括装装备、技术、、质量等构成成的硬能力，，也含有产品品创新、资源源获取、组织织管理等软能能力。新产品是体现现：生产出以以信息技术为为代表的高技技术含量高、、产品附加值值高、资源消消耗低的新产产品。32物联网应用加加快新型工业业化进程信息技术是新新型工业化的的核心要素之之一。作为倍倍增器的物联联网不是简单单的应用，需需要融合渗透透到工业化要要素之中。我们认为：物物联网技术就就是在新型工工业化进程中中，逐步使用用信息、信息息技术与传感感技术，使之之渗透到工业业领域相关环环节（工业环环节、工业装装备、工业活活动、工业产产品）之中，，大幅提升工工业素质和工工业能力的过过程。案例：智能感感知装备物联网：实时时企业的基础础设施经销数据中心

(后台)分枝客户供应商制造运送呼叫中心Web销售商金融预测物联网数据中心（后台）分支经销客户供应商制造运送呼叫中心Web销售商金融预测理想的灵活系系统现实性1998200820132003实时企业不连贯的企业业通过IT达成的商务灵灵活性消息为导向的的中间件商务活动监视视商务流程管理理门户和应用平平台套件基于部件的应应用服务器集成（IntegrationBroker）商务流程融合合Web服务和Web服务网络转变复杂事件管理理物联网：改变变了企业的IT基础设施36物联网:制造模式的转转变2003200720092005应用迷宫广泛采用面向向服务体系结结构的应用软软件大量流程创新新早期面向服务务体系结构，，标准和应用用开发工具面向服务体系系结构标准，，模式的广泛泛集成早期融合应用用(内部和厂商)将面向服务体体系结构完整整集成到体系系结构当中类型A类型B类型C广泛采用融合合应用软件采用高峰：

下一代应用，，体系结构和和流程流程执行和价价值商务灵活性37传感技术＋MEMS技术：制造装备技术术能力的提升升制造装备制造系统企业管理RFID+工业WSN+工业应用软件件：设备的互联互互通、制造过过程的状态检检测、物流的的实时监控等等，对制造环境境的感知能力力得到极大的的提升，生产产效率、产品品质量取得突突破性的应用用。智能装备感知制造系统实时企业管理物联网是企业业的神经系统统38物联网在工业业领域的作用用物联网技术将将推动工业信信息化进入新新阶段泛在网络+传感器+智能计算→泛泛在感知信息息化（感知、、智能特征））；以泛在网络为为基础、以泛泛在感知为核核心、以泛在在服务为目的的、以泛在智智能拓展和提提升为目标；；基于物联网的的新一代信息息化制造和自自动化技术（（u-manufacturing）。四、物联网在在工业领域应应用分析全球物联网在在工业领域的的应用还处于于初级阶段，，但已具备较较好的基础，，目前还主要要以关键技术术攻关、实验验室验证、小小规模应用为为主。过程制造业：基于Mesh网络结构开发发的无线网络络已经成熟，，可以满足过过程工业慢时时变的过程控控制应用需求求Hart通信基金会Emerson等四、物联网在在工业领域应应用分析生产过程监控控温度、压力、、流量、液位位增加生产率、、改善产品质质量设备监控机器健康和能能量消耗的监监测优化设备及相相关的资产安全和环境与安全、法规规、环境相关关的监测与控控制WSNApplications:Processmonitoring,machinehealth,assetmonitoring,safetyandenvironmentalmonitoringTargetMarkets:Electricpower;Water&wastewater;Oil&gas;Chemicals(excludingpharma),Refining,Plastics/rubber;PrimaryMetals,Minerals,andMining;PaperCharacteristics:Hazardousandremoteenvironments,heavyequipment,capitalintensiveVendors:ABB,Accutech(CMI),Banner,Emerson,Endress+Hauser,Honeywell,GE,Yokogawa,Pepperl+Fuchs,Siemens……四、、物物联联网网在在工工业业领领域域应应用用分分析析离散散制制造造业业：：技术术和和标标准准的的研研制制工工作作正正在在开开展展之之中中关键键是是实实时时性性响响应应的的问问题题高密密度度网网络络覆覆盖盖的的问问题题节点数更更多、网网络共存存更重要要低成本的的问题开关类设设备成本本RFID技术已成成熟可用用四、物联联网在工工业领域域应用分分析离散制造造业：装配过程程的控制制电缆厂和和绕线机机汽车装配配的机器器人控制制接近感知知电机装配配移动的设设备感知知旋转机械械设备安全监控控WSNApplications:Assemblycontrol,Proximitysensing,automatedbinselection,portablemonitoringandopportunitiesformobileassets,assetmonitoringMarketsegments:Aerospace,automotive,othertransportationvehicles;machinery;andelectrical,applianceandcomponentmanufacturing;fabricatedmetalproducts,textiles,wood,etc.Characteristics:Automatedassembly,laborintensive,manysuppliers/components,dependentoneconomicfluctuationsVendors:ABB,Banner,FESTO,ProSoft……四、物联联网在工工业领域域应用分分析四、物联联网在工工业领域域应用分分析五、典型型工业行行业应用用分析1、钢铁行行业问题：设备、物物质流、、能源流流和排放放流信息息不全多段生产产、多段段运输、、多段存存储，点点多面广广重点突破破：动态有序序的物质质流管控控面向预测测维护的的设备故故障诊断断基于能量量流网络络的能源源管控面向绿色色制造的的环境监监控技术术基于能量量流网络络的能源源管控问题：（1）点多面面广，信信息不足足，扩展展困难（2）缺乏网网络化的的控制、、调度方方案（3）缺乏整整体优化化方案能源三级级计量：：（1）企业进进出口（（千点））（2）车间进进出口（（万点））（3）设备进进出口（（数万点点）借助无线线传感网网和GIS，实现能能源信息息准确计计量通过设备备互联，，实现能能源管网网网络控控制，实实现能源源智能调调度焦炉电厂高炉转炉电炉连铸热轧冷轧煤炭14085万吨焦炭外销烧结高炉煤气干熄焦焦炉煤气动力煤

重油铁水钢坯TRT外购电电力外送电网转炉煤气炼焦煤喷吹煤锅炉蒸汽管网锅炉蒸汽管网锅炉蒸汽管网低压锅炉蒸汽管网低压锅炉蒸汽管网生产设备备：消耗耗、回收收能源设备备：存储储、供应应能源管网网：输送送、缓冲冲环境监控控技术通过无线线传感网网，实现现分布式式环境监监测粉尘、废废气、废废水、固固体废弃弃物通过设备备互联，，实现排排放有效效管控问题：（1）点多面面广，信信息不足足（2）缺乏与与设备（（排放源源）互联联，管控控困难通过对轴轴承温度度的在线线检测，，实现对对轧钢连连续退火火生产线线炉棍健健康状态态的连续续监测实现对炉炉区406个炉辊的的在线温温度监测测，已运运行半年年并成功功避免两两次故障障。大规模轧轧辊轴承承健康状状态在线线监测五、典型型工业行行业应用用分析2、石油化化工行业业产业链各各环节：：油田生产产、炼油油化工、、存储和和分布、、市场和零零售，点点多面广广重点突破破：数字油田田、智能能化工厂厂套管和钻钻杆控制制和跟踪踪大型输气气、输油油管道防防盗作业动态态、现场场数据、、实时监监控地理围栏栏（井架架平台、、制造厂厂和炼油油厂）井架平台台、管道道连接、、阀门跟跟踪、油油罐跟踪踪五、典型型工业行行业应用用分析油田采油油生产系系统——远程计量量与优化化控制五、典型型工业行行业应用用分析西班牙雷雷普索尔尔公司：：在一条横横跨阿根根廷科罗罗拉多河河的燃气气管道上上，采用用了包括括大量无无线压力力变送器器等，实实现了对对油气管管道的精精确监测测和安全全监控。。——节约了37%的初装费费用，包包括开发发，安装装，施工工和试运行费用用；——其高可靠靠、稳定定性和自诊断功功能为系系统减少了50%的维护费费用。五、典型型工业行行业应用用分析数字化油油田逐渐渐成为勘勘探与生生产业务务发展趋趋势五、典型型工业行行业应用用分析3、飞机制制造业目前国内内外航空空制造行行业关于于物联网网的技术术发展尚尚处于探探索阶段段，在制制造过程程中的物物料跟踪踪溯源、、故障诊诊断、远远程维护护以及智智能材料料技术方方面，初初步开展展了传感感网技术术的部分分技术应应用研究究。空客：2000年用RFID系统解决决航空维维护中心心的工具具识别和和跟踪定定位，将将工具检检测时间间缩短25%，并进行行远程遥遥控校准准。波音维修修件管理理：全球球大多数数航空维维修记录录都是手手写的日日志。每每天向其其全球客客户运送送4650种备用部部件，价价值450亿美元。。飞机机机械师仅仅寻找配配件就要要花费他他们大约约70％的时间间。五、典型型工业行行业应用用分析544、汽车行行业：：基于AGV的物料搬搬运系统统汽车仪表表盘装配配设备故障障诊断与与预警在制品状状态监测测与追溯溯ATO模式下的的智能供供应链管管理基于物联联网产品品全生命命周期管管理五、典型型工业行行业应用用分析上汽、一一汽均在在其涂装装、总装装、发动动机等主主要生产产车间应应用了RFID射频识别别系统，，实现装装配线的的动态调调度。依据客户户个性化化需求，，自动安安排车辆辆的生产产计划。。上海汽车车制动系系统有限限公司：：在制动动器生产产流水线线上已经经采用了了RFID技术。满足了汽汽车召回回制度对对关键零零部件进进行标识识和追溯溯的要求求。五、典型型工业行行业应用用分析56燃气轮机机远程状状态监测测与故障障诊断电机在线线监测系系统五、典型型工业行行业应用用分析5、纺织行行业问题：高污染、、高能耗耗缺乏综合合信息监监测和检检测仪器器设备重点突破破：多种衣料料生产线线材料配配置智能排污污监控系系统水质数据据监控装装置、水水质参数数纺织电子子、纺织织品的售售后跟踪踪案例：欧美发达达国家-英国玛莎莎百货（（Marks&Spencer）、日本本高级成成衣制造造商Flandre公司、美美国Gap有限公司司、德国国著名服服装制造造商GardeurAG、波司登登等。五、典型型工业行行业应用用分析南通蕾丝丝公司通通过RFID部署和集集成，实实现纺织织企业MTO管理模式式下（配配线加工工、洗涤涤烘干、、包装出出厂等过过程）的的订单匹匹配、在在制品跟跟踪与追追溯、进进度监控控，已上上线运行行，并计计划在新新厂投产产后推广广实施。。五、典型型工业行行业应用用分析6、船舶：物联网可可能应用用于高精精度造船船，节能能、减排排武船应用了RFID技术结合合移动终终端五、典型型工业行行业应用用分析7、仪器仪仪表行业业感知是传