物联网技术课件

物联网软件工程师李春迎物联网的简介物联网的原理物联网的发展物联网的应用物联网的安全十五年周期定律1965年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前后以个人计算机的普及为标志，1995年前后则发生了互联网革命。2010年前后？物联网？IBM前首席执行官郭士纳提出一个重要的观点：计算模式每隔15年发生一次变革。每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革命一定程度上是由美国“信息高速公路”战略所催熟。其英文名称是“TheInternetofthings”。顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。相关知识——大数据云计算第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。相关知识——传感器早在1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中就已经提及物联网概念。但是，“物联网”概念的真正提出是在1999年，由EPCglobal的Auto-ID中心提出，被定义为：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。2005年，国际电信联盟（ITU）正式称“物联网”为“TheInternetofthings”，并发表了年终报告《ITU互联网报告2005：物联网》。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交换；并描绘出“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；公文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。物联网概念物联网的发展离不开互联网近几年互联网发展飞速向前。从2G3G4G未来5G从蓝牙2.4GWiFi5GWiFiLiFi速度越来越快，范围越来越广，传输量越来越大每个人、每个物都处在网上的一点数据的收集与存储有了极大突破，大数据时代来了计算机运算能力越来越强，对大数据的精确分析成为可能。物与物、物与人的联系更加紧密，人们有了更高的要求物联网顺应时代出现了智慧星球“物”的涵义

这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围：

1、要有数据传输通路；

2、要有一定的存储功能；

3、要有CPU；

4、要有操作系统；

5、要有专门的应用程序；

6、遵循物联网的通信协议；

7、在世界网络中有可被识别的唯一编号。物联网（IOT）结构示意图物联网的体系架构物联网的体系架构应用层应用层是构建在物联网技术架构之上的应用系统，包括商业贸易、物流、农业、军事等等不同的应用系统。网络层网络层，即进行信息交换的通信网络，包括有Internet、WIFI网以及无线通信网络等网络。信息采集层数据采集指通过包括条码、射频识别、无线传感器、蓝牙、NFC等在内的自动识别与近场通信技术获取物品编码信息的过程。编码层编码层是物联网的基石，是物联网信息交换内容的核心和关键字。编码是物品、设备、地点、属性等的数字化名称。物联网（IOT）基本工作原理全面感知感知可靠传输智能处理传输智能利用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。RFID定义RFID（RadioFrequencyIdentification）即射频识别技术，俗称电子标签，通过射频信号自动识别目标对象，并对其信息进行标志、登记、储存和管理。RFID系统组成电子标签：由芯片和标签天线或线圈组成，通过电感耦合或电磁反射原理与读写器进行通信；读写器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备；天线：可以内置在读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器天线接口相连。物联网核心技术：RFID物联网核心技术：RFID技术沿革1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。1980-1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。读写器将要发送的信息，经编码后加载到高频载波信号上再经天线向外发送。进入读写器工作区域的电子标签接收此信号，卡内芯片的有关电路对此信号进行倍压整流、调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过片上天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至信息系统进行处理。若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起电子标签内部电荷泵提升工作电压，提供电压擦写E2PROM。若经判断其对应密码和权限不符，则返回出错信息。物联网核心技术：RFID系统工作原理物联网核心技术：RFID物流物流过程中的货物追踪，信息自动采集，仓储应用，港口应用，邮政，快递。零售商品的销售数据实时统计，补货，防盗制造业生产数据的实时监控，质量追踪，自动化生产服装业自动化生产，仓储管理，品牌管理，单品管理，渠道管理医疗医疗器械管理，病人身份识别，婴儿防盗身份识别电子护照，身份证，学生证等各种电子证件。防伪贵重物品（烟，酒，药品）的防伪，票证的防伪等资产管理各类资产（贵重的或数量大相似性高的或危险品等)交通高速不停车，出租车管理，公交车枢纽管理，铁路机车识别等食品水果，蔬菜，生鲜，食品等保鲜度管理动物识别训养动物，畜牧牲口，宠物等识别管理图书馆书店，图书馆，出版社等应用汽车制造，防盗，定位，车钥匙航空制造，旅客机票，行李包裹追踪军事弹药，枪支，物资，人员，卡车等识别与追踪RFID应用领域传感器能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。无线传感器网络（WSN）无线传感器网络（WSN）是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用。物联网核心技术：WSN物联网核心技术：WSN体系结构传感器节点体系结构传感器网络协议栈物联网核心技术：WSN的特征与现有无线网络的差别WSN是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大（上千甚至上万），节点分布更为密集；由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障；环境干扰和节点故障容易造成网络拓扑结构的变化；通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的；传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等十分有限；传统无线网络的首要设计目标是提高服务质量和高效率带宽利用，其次才考虑节约能源；而WSN的首要设计目标是能源的高效使用，这也是WSN和传统网络最重要的区别之一。传感器节点的限制电源能量有限、通信能力有限、计算和存储能力有限。WSN的特点大规模网络、自组织网络、动态性网络、可靠的网络、应用相关的网络、以数据为中心的网络。物联网核心技术：WSN通信WSN在无线通信框架中的位置物联网核心技术：应用前景物联网核心技术-RFIDRFID侧重于识别，能够实现对目标的标识和管理，同时RFID系统具有读写距离有限、抗干扰性差、实现成本较高的不足；WSN侧重于组网，实现数据的传递，具有部署简单，实现成本低廉等优点，但一般WSN并不具有节点标识功能。RFID与WSN的结合存在很大的契机。RFID与WSN可以在两个不同的层面进行融合：物联网架构下RFID与WSN的融合，传感器网络架构下RFID与WSN的融合。物联网架构下RFID与WSN的融合RFID和WSN融合物联网核心技术传感器网络架构下RFID与WSN的融合：智能传感标签RFID和WSN融合物联网应用示意图感知中国1999年中国开始传感网研究。2009年8月7日温家宝在无锡视察中科院“物联网”技术研发中心时指出，要尽快突破核心技术，把传感技术和TD的发展结合起来。2009年8月24日王建宙访台期间解释了“物联网”概念。2009年9月11日“传感器网络标准工作组成立大会暨”感知中国’高峰论坛”在北京举行，会议提出传感网发展相关政策。2009年9月14日在中国通信业发展高层论坛上，中国移动总裁王建宙高调表示：“物联网”商机无限，中国移动将以开放的姿态，与各方竭诚合作。2009年10月11日工业和信息化部部长李毅中部长在科技日报上发表题为《我国工业和信息化发展的现状与展望》的署名文章，首次公开提及传感网络，并将其上升到战略性新兴产业的高度，指出信息技术的广泛渗透和高度应用将催生出一批新增长点。2009年11月3日温家宝总理在人民大会堂向首都科技界发表了题为“让科技引领中国可持续发展”的讲话，首度提出发展包括新能源、新材料、生命科学、生命医药、信息网络、海洋工程、地质勘探等七大战略新兴产业的目标，并将”物联网”并入信息网络发展的重要内容，并强调信息网络产业是世界经济复苏的重要驱动力。而在《国家中长期科学与技术发展规划(2006－2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域。中国物联网发展2008年-美国智慧地球IBM提出的“智慧地球”概念（建议政府投资新一代的智慧型基础设施）已上升至美国的国家战略。该战略认为IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应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，并且被普遍连接，形成“物联网”。2009年-欧盟物联网行动物联网行动计划。具体而务实，强调RFID的广泛应用，注重信息安全。2009年6月，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》（InternetofThings-AnactionplanforEurope），以确保欧洲在建构物联网的过程中起主导作用。行动计划共包括14项内容，主要有管理、隐私及数据保护、“芯片沉默”的权利、潜在危险、关键资源、标准化、研究、公私合作、创新、管理机制、国际对话、环境问题、统计数据和进展监督等一系列工作。2009年-日本i-Japan战略i-Japan战略。在u-Japan的基础上，强调电子政务和社会信息服务应用。2004年，日本信息通信产业的主管机关总务省（MIC）提出2006～2010年间IT发展任务——u-Japan战略。该战略的理念是以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接，即所谓4U=ForYou（Ubiquitous,Universal,User-oriented,Unique），希望在2010年将日本建设成一个“实现随时、随地、任何物体、任何人（anytime,anywhere,anything,anyone）均可连接的泛在网络社会”。2009年-韩国u-Korea战略继日本提出u-Japan战略后，韩国也在2006年确立了u-Korea战略。u-Korea旨在建立无所不在的社会（ubiquitoussociety），也就是在民众的生活环境里，布建智能型网络（如IPv6、BcN、USN）、最新的技术应用（如DMB、Telematics、RFID）等先进的信息基础建设，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。其最终目的，除运用IT科技为民众创造食衣住行育乐各方面无所不在的便利生活服务，亦希望扶植IT产业发展新兴应用技术，强化产业优势与国家竞争力。2009年-中国感知中国感知中国。2009年8月7日家宝总理在无锡考察时提出要尽快建立中国的传感信息中心或者叫“感知中国”中心。各国物联网战略或计划物联网应用26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27物联网应用无线葡萄园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。葡萄园环境监测系统示意图28机场防入侵上海浦东国际机场防入侵系统铺设了3万多个传感节点，覆盖了地面、栅栏和低空探测，多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。上海移动的车务通将在2010年世博会期间全面运用于上海公共交通系统，以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅。电力管理江西省电网对分布在全省范围内的2万台配电变压器安装传感装置，对运行状态进行实时监测，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理，一年来降低电损1.2亿千瓦时。物联网应用物联网应用–不大可能。29

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。个人保健30物联网应用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31数字家庭是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的互连方式进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”的一种服务。数字家庭的四大功能：信息、通信、娱乐和生活。一台联网的服务器。管理全家生活、数字家庭信息通信娱乐生活物联网应用未来数字家庭智能家居其实就是把家中的电器通过网络控制起来。可以想见，物联网发展到一定阶段，家中的电器可以和外网连接起来，通过传感器传达电器的信号。厂家在厂里就可以知道你家中电器的使用情况，也许在你之前就知道你家电器的故障。某一天突然有维修工上门告诉你家中空调有问题，你还惊异地不相信。物联网的发展，必然带动传感器的发展，传感器发展到一定程度，变形金刚也许会真地出现在我们的面前。国内一些厂商已经正在开发，像美的、海尔、长虹、小米、阿里云等。智能空调、电视、冰箱、安全门等。智能家居现在已经与我们的生活息息相关34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、实时信息总结物联网应用范围一种新型经济产业物联网将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”，是继通信网之后的另一个万亿级市场。物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。

据了解，2011年，全国物联网产业规模超过了2500亿元，预计2015年将超过5000亿元。