物联网简介山东大学

物联网导论

讲授：王洪君山东大学信息科学与工程学院课程内容：专业前导性的课程物联网的应用、技术、服务、知识体系专业包括的内容。课程目的物联网的最终目的，是为人类提供更好的智能服务，满足人们的各种需求，让人们享受美好的生活本课程的目的，是使同学们对物联网技术有一个较为概括的了解物联网工程师具备的职业素质：先学做人，再学知识，后学处事，养成健全人格，在学习过程中强调动手能力与开放思维。学习要求：独立完成作业认真参与认识性实验学习方法：强调动手能力与开放思维作业、考核考核分报告和实验两种形式期末报告成绩占50%平时、实验成绩占50%答疑通信方式李绍林：88364811—88815054151789王洪君：88361656hjw@课程网站/iot/

（建设中）

疑问：物联网是什么？疑问：物联网是什么？思考：物联网从何来？“摩尔定律”与“十五年周期定律”

IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔15年发生一次变革。这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律”。IBM希望“智慧的地球”战略能掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技革命。1965年前后的“大型机”；1980年前后的“个人计算机”；1995年前后的“互联网”；2010年前后“物联网”。在当下的“15年”，一场新的变革正悄然兴起，那就是“物联网”。有人将2010年称为“物联网元年”讨论：物联网起因？第1章--2个学时，物联网概述第2章--4个学时，物联网应用案例（建议结合学校特色和行业优势讲授）第3章--4个学时，物联网的支撑技术第4章--2个学时，软件服务与信息处理第5章--2个学时，知识体系与课程安排（建议结合学校特色和行业优势讲授）第6章--2个学时，物联网工程师的合格人才标准综合案例为4个学时(实验4个学时)教学计划物联网概念的形成

物联网的定义

1.11.21.3第一章绪论物联网的三大推动力

1.1物联网概念的形成MarkWeiser（1952-1999）前施乐公司首席科学家

1991年在权威杂志《美国科学》发表文章预测：计算机将最终“消失”，演变为在我们没有意识到其存在时，就已融入人们的生活中的境地”Weiser观点的革命性

一是计算机将发展到与普通事物无法分辨为止：形态上“普物化”

功能上“泛在计算”二是网络将无所不在地融入人们生活中：泛在网

计算机与网络飞速发展，不断印证Weiser的预言按计算机的使用情况

2005ITU数据计算机历史的三次浪潮大型机时代：许多人共享一台笨重的机器。PC时代：一人一PC。后PC时代：一人多PC按联网设备的主导形态分为四个阶段主机、大型机的联网，其体积庞大，运行条件苛刻，专业人员操作且人机界面友好性差台式机、笔记本的联网，普通人经过培训即可操作嵌入式智能物件等与日常生活密切相关设备的互感、互联、互通。以手机为代表的各类移动设备的互联，无需培训即可操作，界面简单友好。计算机技术将和谐的融入生活中。为人所用，不为人知！物联网概念的核心内容物联网概念的提出物联网的定义1.2物联网的定义1.2.1物联网概念的提出概念起源麻省理工学院Ashton教授于1999年最早提出，其理念是基于射频识别技术(RFID)、电子代码(EPC)等技术，在互联网的基础上，构造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网，即物联网。《ITU互联网报告2005：物联网（TheInternetofThings）》

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、从房屋到公路设施等都可以通过互联网进行数据交换。无线射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术等将得到更加广泛的应用。物联网概念比较正式的提出目前物联网还没有一个精确且公认的定义，这是因为：1、理论体系没完全建立，认识不深入2、物联网与互联网、移动通信网、传感网等都有密切关系，不同领域研究者对物联网思考所基于的出发点各异，短期内没达成共识。但从物联网本质分析，它是信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，是将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用实现人与物对话，创造智慧的世界。被称为信息产业第三次浪潮。第一次：PC机时代第二次：互联网时代第三次：物联网时代本质体现：一、互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络二、识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别、物物通信的功能三、智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点1.2.2物联网的定义2010年温总理在十一届人大三次会议上所作政府工作报告中对物联网做了这样的定义：物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，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。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。

欧盟定义：将现有的互联的计算机网络扩展到互联的物品网络。国际电信联盟(ITU)的定义：物联网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。物联网（TheInternetofthings，IOT）的基本定义通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品通过有线与无线方式与互联网连接，进行通信和信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物物相连的互联网全面感知

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

主要特征物联网的两层含义：第一，物联网与计算机网络有关，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；第二，物联网中的信息终端已不再局限于人或电脑，而是延伸到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。一个茶盅自从其在工厂里诞生的那一刻就内置一个可以被自动识别的RFID芯片，从其走下流水线到走进沃尔玛商场，其间的每一步，都能够在任意一台联网的电脑上查到其位置和状态。我们在沃尔玛商场里拿到这个茶盅放进自己的购物车，直接走出沃尔玛的大门，并不需要站在一条人龙后面排队等待沃尔玛的服务生为我们一一结帐。大门上的检测器会自动结算，这件茶盅和相应的价格会自动出现在大门侧栏的显示屏上。同时它也检测出我口袋里的信用卡卡号，然后显示出：我们将从你的招行信用卡（尾号4567）里扣除5块人民币。同样是一个茶盅，星巴克从一家工厂里定制了它。它在星巴克的小店里将会履行这样的职责：当一个客人把一杯咖啡喝完时，这个茶盅会自动通知柜台主控电脑：5号桌区域的客人已经喝完咖啡，我想应该有人来为他续杯了。当然，续杯之后，也不需要客人现场掏钱，只要他口袋里有一张同样联网的信用卡就行。

第一大推动力：政府第二大推动力：企业第三大推动力：教育界与科技界

1.3物联网的三大推动力美国总统奥巴马2009年1月20日就职美国第44任总统，1月28日为了摆脱经济危机阴影的笼罩，提出了两项国家新战略计划——新能源和“物联网”。第一大推动力：政府“互联网＋物联网＝智慧的地球”奥巴马期望利用“智慧的地球”来刺激经济复苏，把美国经济带出低谷。欧盟2009年6月制定物联网行动方案，推出物联网标准战略，确保物联网的可信度、接受度和安全性：2010年之前广泛应用于物流、零售和制药等领域2010－2015年实现物与物之间的互联2015－2020年进入半智能化2020年之后实现全智能化。日本u-Japan战略，希望实现从有线到无线、从网络到终端、包括认证、数据交换在内的无缝链接泛在网络环境，100％的国民可以利用高速或超高速网络。韩国也实现了类似的发展。配合u-Korea

推出的u-Home是韩国的u-IT839八大创新服务之一。智能家庭最终让韩国民众能通过有线或无线的方式远程控制家电设备，并能在家享受高质量的双向与互动多媒体服务。澳大利亚、新加坡、法国、德国等其他发达国家也加快部署了下一代网络基础设施的步伐，全球信息化正在引发当今世界的深刻变革2009.8.7中国国务院总理温家宝调研无锡时，对无锡传感中心高度关注，提出把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法并指出：在传感网发展中早一点谋划未来---早一点攻破核心技术。温家宝2009年11月3日上午在人民大会堂首都科技大会上强调要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。2010年3月5日在十一届全国人大三次会议上作政府工作报告时指出，大力培育战略性新兴产业。积极推进“三网”融合取得实质性进展，加快物联网的研发应用。2011年3月5日在十一届全国人大四次会议上作政府工作报告时指出：加快发展节能环保、电子信息、物联网、新能源等战略性新兴产业，提升改造生物医药等四大高新技术优势行业，组织企业实施科技攻关※

2010年9月，物联网技术作为新一代信息技术的重要组成部分而被列为国家重点培育的中国的战略性新兴产业……※国家“十二五”规划明确提出，物联网将会在十大领域重点部署：智能电网智能交通智能物流智能家居环境与安全检测医疗健康国防军事精细农牧业金融与服务业工业与自动化控制《江苏省物联网产业发展规划纲要（2009-2012）》文件重点技术研究内容：RFID与传感器节点技术物联网组网与协同处理技术物联网系统集成技术物联网应用抽象及标准化技术物联网共性支撑技术37重点产业物联网核心产业、物联网支撑产业、物联网带动产业。希望利用物联网大规模产业化和应用实现对传统产业的重大变革。重点推进带动效应明显的现代装备制造业、现代农业、现代服务业、现代物流业等产业的发展。38示范工程智能工业智能环保城市智能交通智能灾害防控智能农业智能公共安全智能医护智能物流智能电网智能家居39上海推进物联网产业发展行动方案抓住历史机遇，坚持高端发展、差别发展、创新发展、协同发展的原则；发挥和提升现有通信网、互联网和广播网等网络基础设施的作用；突破传感器、控制芯片、短距离无线通信、组网和协同处理、数学建模、系统集成、数据管理和挖掘、协同控制等物联网核心技术；40推进环境监测、物流管理等10个应用示范工程，创新商业模式；推进物联网传感设备、通信设备产业化与信息服务业协同发展，促进物联网应用市场和产业链形成；推进嘉定、浦东等物联网产业化基地建设；提升上海在国内物联网产业的引领地位，抢占物联网产业链的高端。41上海确定物联网技术研究的重点先进传感器核心控制芯片短距离无线通信技术组网和协同处理系统集成和开放性平台技术海量数据管理和挖掘42应用示范工程环境监测智能安防智能交通物流管理楼宇节能管理智能电网医疗精准控制农业世博园区应用示范区和产业基地43山东省物联网产业发展规划纲要(2011—2015)

重点技术研究内容：射频识别技术和传感节点技术组网与协同处理技术物联网软件、应用集成及智能计算处理技术共性支撑技术物联网网络与信息安全技术重点产业物联网核心产业物联网支撑产业物联网带动产业物联网网络运营和服务产业。示范工程智能工业数字农业智能物流智能电网智慧矿山智能交通数字节能环保智能城市管理数字公共安全智慧医疗智能家居智能建筑46IBM公司智慧地球的概念将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，并通过超级计算机和云计算组成物联网，实现人类社会与物理系统的整合。第二大推动力：企业

通过在基础设施和制造业上大量嵌入传感器，捕捉运行过程中各种信息，通过无线传感器网接入互联网，通过计算机分析处理发出指令，反馈给传感器，远程执行指令，以达到提高效率、更大的效益的目的。控制的对象小到控制一个开关、可编程控制器、发电机，大到控制一个行业的运行过程。48规模优势中国移动通信业的引领者全球规模最大的移动通信运营商，客户数超过2亿2000年进入财富500强，排名336位，2004年排名242位中国移动网络优势国内唯一专业移动通信运营商世界移动通信主流技术的代表建立了覆盖全国的精品网络服务优势遍布全国的服务营销网络专业的服务团队方便快捷的电子化服务资源优势良好的合作机制强大的合作团队：300家服务提供商众多的业务应用：超过1万项中国移动—信息化的最佳合作伙伴系统集成商从“孤岛”到“整体解决方案”的升华；用户房产商工作建议一：家庭互联、信息汇聚运营商、终端制造商共同制定网关和家庭信息终端的互连标准、开发适配模块，将各个信息孤岛连通，汇聚家庭信息，打通双向网络通路工作建议二：服务体系运营商、内容服务提供商、系统集成商共同制定平台服务标准，为第三方服务集成商开放平台能力接口，打造融合家庭控制、多媒体信息和通信于一体的家庭信息化服务平台应用示范、商业模式共同开发符合互通标准的数字家庭设备，构建数字家庭服务平台，组织应用示范；在实施过程中探索商业模式，形成服务商、内容商、运营商、终端商等的共赢软件开发商内容提供商终端制造商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、实时信息第三大推动力：教育界与科技界2010年3月9日教育部网站发出通知：我国拟针对互联网、绿色经济、低碳经济、环保技术、生物医药等国家决定大力发展的重要战略性新兴产业，在高校本科教育阶段设立相关专业。这其中就包括增设物联网专业，以期为重要战略性新兴产业——物联网相关产业培养高素质人才。国家物联网发展专项资金50亿，将重点支持物联网技术研发类、产业化类、应用示范与推广类、标准研制与公共服务类等四类物联网项目，其中，技术研发类项目重点支持智能传感器、超高频和微波RFID、传感器网络和节点等感知技术，物联网应用中间件、嵌入式系统、海量数据存储与处理等应用技术，物联网信息安全、标识编码、频谱等共性技术的研发；产业化类项目重点支持传感器、二维条码识读设备、M2M设备、应用软件、信息安全等关键产品的中试和规模化生产。《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。973、863等均有支持中国七大战略性新兴产业

七大“战略性新兴产业”的设立被认为是振兴经济的又一重大举措，是继国家2008年经济危机时“4万亿”投资计划之后又一个大型产业投资计划。战略性新兴产业是以科技创新为基础、技术密集、能够形成新的经济增长点并对国民经济发展具有带动作用的产业，其基本特征是附加值高、能源原材料消耗少、产业关联度高、技术渗透性强、有广泛的和潜在的市场需求。中国七大战略性新兴产业（一）节能环保产业。重点开发推广高效节能技术装备及产品，实现重点领域关键技术突破，带动能效整体水平的提高。加快资源循环利用关键共性技术研发和产业化示范，提高资源综合利用水平和再制造产业化水平。示范推广先进环保技术装备及产品，提升污染防治水平。推进市场化节能环保服务体系建设。加快建立以先进技术为支撑的废旧商品回收利用体系，积极推进煤炭清洁利用、海水综合利用。（二）新一代信息技术产业。加快建设宽带、泛在、融合、安全的信息网络基础设施，推动新一代移动通信、下一代互联网核心设备和智能终端的研发及产业化，加快推进三网融合，促进物联网、云计算的研发和示范应用。着力发展集成电路、新型显示、高端软件、高端服务器等核心基础产业。提升软件服务、网络增值服务等信息服务能力，加快重要基础设施智能化改造。大力发展数字虚拟等技术，促进文化创意产业发展。（三）生物产业。大力发展用于重大疾病防治的生物技术药物、新型疫苗和诊断试剂、化学药物、现代中药等创新药物大品种，提升生物医药产业水平。加快先进医疗设备、医用材料等生物医学工程产品的研发和产业化，促进规模化发展。着力培育生物育种产业，积极推广绿色农用生物产品，促进生物农业加快发展。推进生物制造关键技术开发、示范与应用。加快海洋生物技术及产品的研发和产业化。

（四）高端装备制造产业。重点发展以干支线飞机和通用飞机为主的航空装备，做大做强航空产业。积极推进空间基础设施建设，促进卫星及其应用产业发展。依托客运专线和城市轨道交通等重点工程建设，大力发展轨道交通装备。面向海洋资源开发，大力发展海洋工程装备。强化基础配套能力，积极发展以数字化、柔性化及系统集成技术为核心的智能制造装备。（五）新能源产业。积极研发新一代核能技术和先进反应堆，发展核能产业。加快太阳能热利用技术推广应用，开拓多元化的太阳能光伏光热发电市场。提高风电技术装备水平，有序推进风电规模化发展，加快适应新能源发展的智能电网及运行体系建设。因地制宜开发利用生物质能。（六）新材料产业。大力发展稀土功能材料、高性能膜材料、特种玻璃、功能陶瓷、半导体照明材料等新型功能材料。积极发展高品质特殊钢、新型合金材料、工程塑料等先进结构材料。提升碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维及其复合材料发展水平。开展纳米、超导、智能等共性基础材料研究。（七）新能源汽车产业。着力突破动力电池、驱动电机和电子控制领域关键核心技术，推进插电式混合动力汽车、纯电动汽车推广应用和产业化。同时，开展燃料电池汽车相关前沿技术研发，大力推进高能效、低排放节能汽车发展。为适应战略性新兴产业发展的需要教育部批准了140个新增本科专业

2010年7月28日，教育部公布了同意设置的高等学校战略性新兴产业相关本科新专业名单。该名单公布了140个高校新设置本科专业。山东大学物联网专业的设置

140个高校新设置本科专业其中有37个是物联网工程或者传感网技术专业，我们是全国首批37家设立“物联网工程专业”的高校之一。物联网工程专业的跨学科特点物联网专业具有典型的跨学科特点，所跨学科包括：计算机网络、计算机软件、通信与信息系统、电路与系统、集成电路、电磁场与微波技术、控制。 物联网工程专业的特点物联网专业跨学科优势：所培养学生具有适应性强、基础扎实、就业范围广的特点。当然，本专业所培养人才符合国家战略发展需求，是当前各物联网企业所急需的高科技人才。山东大学物联网专业

我校物联网工程专业由信息学院与计算机学院联合办学，这是我们有别与全国其它高校物联网工程专业的一大特点和优势。

山东大学物联网工程专业的优势（1）由信息学院与计算机学院联合办学，各自发挥自己的优势（信息学院感知层的设计与通信网设计能力强，计算机学院网络协议设计、网络安全、云计算、数据库管理及数据处理、软件开发能力强），实现优势互补。任何由单一学院办的物联网专业不具备该优势。山东大学物联网工程专业的优势（2）从课程上来讲，我们对课程体系做了精心选择，除了主干课程比其它兄弟专业略有增加，其它专业课程的设置既兼顾到跨学科知识面广的特点，又给学生留有充分的选择余地，详见：山东大学物联网工程专业培养方案泛在网发展的三个历程1.4物联网与泛在网泛在网的全球发展1.4物联网与泛在网世界各国对信息化的发展战略均有不同的背景与侧重点，故对泛在网、泛在计算等的称呼与表述各有不同，主要分为欧洲、亚洲与美洲三大类。欧洲

1.4物联网与泛在网称为环境感知智能（AmbientIntelligence），由于欧洲国家众多，信息化水平不一，故发展重点在强调联网对象的整合与资源网的汇聚上。重点包括微计算、联网物件的用户界面及泛在通信三个主导领域的创新；如：进行交通优化……亚洲

1.4物联网与泛在网日本、韩国、新加坡、台湾等都将建设泛在网（UbiquitousNetwork）基础设施、开发各领域的泛在应用、建立各地实验基地和扶持重点技术研发等列为21世纪国家或地区信息化发展战略，要将泛在技术广泛地用于产业竞争力提升、建立智能社会、改善民生、扩大就业等领域；如：日本U-Japan计划、韩国U-Korea战略、新加坡的“智慧汇交I-Hub”和台湾地区的“移动台湾M-台湾”计划……1.4物联网与泛在网日本韩国新加坡台湾地区主管机关总务省（MIC）信息通讯部（MIC）资讯通信发展管理局（IDA）资讯通信发展推动小组（NICI）战略口号u-Japanu-Korea下一代I-HubM-台湾实施期间2004-20102004-20102005-20092004-2008发展目标2010年成为全球ICT最先进的领导国家为民众提供U化便利生活，提高ICT产业和国家竞争力创造一个安心安全的超高速网络环境及迈向无所不在的网络社会移动台湾，应用无限，跃进新世界。推动内容1.泛在网建设2.ICT应用深化3.应用环境整备1.u-City计划2.Telematics示范应用发展计划3.u-IT产业集群计划4.u-Home计划1.发展汇流网络2.提供感知网络服务3.拓广新型输入/输出设备4.拓广新型运算设备5.促进新型媒体软件/内容/应用的安全6.促进产业结盟/合作1.基础建设2.移动服务3.移动生活4.移动学习1.4物联网与泛在网1.4物联网与泛在网身体不适，怀疑自己生病了怎么办？要不要去医院做个检查？日本TOTO最新款智能马桶也许能解决这个问题，省去你跑医院排队检查的麻烦。马桶上安装尿液收集器和臂带，能分析使用者的尿液成分，测量血压、体温并利用嵌在地板内的秤测量体重。“数据会自动被发送到你的个人电脑上，然后你可以把它们发送给医生。”北美

1.2.4物联网与泛在网

IBM提出普适计算（PervasiveComputing）概念，其目标是“建立一个充满计算和通信能力的环境，同时使这个环境与人们逐渐地融合在一起，人们可以“随时随地”和“透明”地通过我们日常生活中的物体和环境中的某一联网的动态设备，而不仅仅是计算机设备进行随时随地的交流和协作”。普适计算的国际研究动向——麻省理工学院(MIT)的Oxygen项目。其寓意是：未来计算象氧气一样无处不在并可自由获取。该项目将固定计算设备和移动设备通过可自动配置的网络连接起来。系统采用了包括休眠环境的自动转换等8种环境驱动技术。——Microsoft公司的EasyLiving研究项目。致力于智能环境的体系开发，涉及中间件、几何世界建模、定位感知、服务描述等技术。其关键特点是：机器视觉、多传感器的自动和半自动校准，以及独立于设备的通信。——AT&T实验室和英国剑桥大学合作的研究项目SentientComputing。通过用户接口、传感器，以及建立资源数据等手段，为系统提供基于用户和位置的数据更新能力，系统可无缝扩展到整个建筑物。——卡内基.梅隆大学的Aura项目。强调普适计算的中间件技术和应用设计，该项目包括3个子项目：Darwin智能网络，是Aura的核心；Coda分布式文件管理系统；Odyssey为资源自适应提供操作系统支持。该系统可容纳桌面、手持和可穿戴系统。——此外，还有惠普公司的CoolTown项目、EverydayComputing项目；IBM的WebSphereEveryplace项目；华盛顿大学的Portolano项目等等。1.4物联网与泛在网M2M（MachinetoMachine）的定义1.5物联网与M2M狭义：指机器设备之间通过相互通信与控制达到彼此间的最佳适配与协同运行，或者当某一设备出现异常时，其它相关设备将自动采取防护措施，以使损失降至最低。广义：指任何物件与物件之间的彼此互联与互操作。M2M是物联网的特有性能之一！M2M（MachinetoMachine）的定义1.5物联网与M2M

M2M技术综合了数据采集、网络通信、GPS、远程监控、工业自动控制等技术，广泛被应用于安全监测、自动抄表、机械服务、交通等诸多领域。M2M的构成1.5物联网与M2M前端的传感器及设备通信网络后端系统前端的传感器及