第章物联网概述《物联网技术基础教程》

第I章物联网概述

学习任务物联网的起源与发展

物联网的定义

物联网技术体系

Clicktoaddtitleinhere123本章主要涉及：1.1物联网的起源与发展物联网作为一种模糊的意识或想法而出现，可以追溯到上世纪末。1995年比尔·盖茨在《未来之路》一书中就已经提及类似于物品互联的想法，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。1.1物联网的起源与发展1999年，美国麻省理工大学Auto-ID研究中心的创建者之一的KevinAshton教授在他的一个报告中首次使用了“InternetofThings”这个短语，事实上，Auto-ID中心的目标就是在Internet的基础上建造一个网络，实现计算机与物品（objects）之间的互联，这里的物品包括各种各样的硬件设备、软件、协议等等。1.1物联网的起源与发展1999年至2003年，物联网方面的工作局限于实验室中，这一时期的主要工作集中在物品身份的自动识别，如何减少识别错误和提高识别效率是关注的重点。2003年，“EPC决策研讨会”在芝加哥召开。作为物联网方面第一个国际会议，该研讨会得到了全球90多个公司的大力支持。从此，物联网相关工作开始走出实验室。1.1物联网的起源与发展经过工业界与学术界的共同努力，2005年物联网终于大放异彩。这一年，国际电信联盟（ITU）发布了题为《ITU互联网报告2005：物联网》的报告，物联网概念开始正式出现在官方文件中。1.1物联网的起源与发展从此以后，物联网获得跨越式的发展，美国、中国、日本以及欧洲一些国家纷纷将发展物联网基础设施列为国家战略发展计划的重要内容。在美国，IBM提出了“智慧地球”的构想，其中物联网是不可缺少的一部分，2009年1月，美国将其提升到国家战略。1.1物联网的起源与发展在欧洲，2009年6月，欧盟在比利时首都布鲁塞尔向欧洲议会、欧洲理事会、欧洲经济与社会委员会和地区委员会提交了以《物联网——欧洲行动计划》为题的公告，其目的是希望欧洲通过构建新型物联网管理框架来引领世界物联网发展。

1.1物联网的起源与发展欧盟委员会提出物联网的三方面特性：第一，不能简单的将物联网看做互联网的延伸，物联网建立在特有基础设施上，将是一系列新的独立系统，当然，部分基础设施仍要依存于现有的互联网。第二，物联网将伴随新的业务共同发展；第三，物联网包括了多种不同的通信模式，物与人通信，物与物通信，其中特别强调了包括机对机通信（M2M）。1.1物联网的起源与发展在我国，2009年8月温家宝总理视察无锡中科院物联网技术研发中心时指出并强调，要尽快突破物联网核心技术，把传感技术和TD的发展结合起来，此后，我国官方对物联网的多次提议和众多规划表示我国物联网的发展已正式提上议事日程。物联网概念物联网的英文文名称为“TheInternetofThings”，由该名称可可见，物联网网就是“物物物相连的互联联网”。从网络结构上上看，物联网网就是通过Internet将众多信息传传感设备与应应用系统连接接起来并在广广域网范围内内对物品身份份进行识别的的分布式系统统。物联网概念物联网的概念念是在1999年提出的。当当时基于互联联网、RFID技术、EPC标准，在计算算机互联网的的基础上，利利用射频识别别技术、无线线数据通信技技术等，构造造了一个实现现全球物品信信息实时共享享的实物互联联网“Internetofthings”（IOT，简称物联网网）。物联网定义及及组成1.物联网定义目前较为公认认的物联网的的定义是：通过射频识别别（RFID）装置、红外外感应器、全全球定位系系统、激光扫扫描器等信息息传感设备，，按约定的协协议，把任何何物品与互联联网相连接，，进行信息交交换和通信，，以实现智能能化识别、定定位、跟踪、、监控和管理理的一种网络络。当每个而不是是每种物品能能够被唯一标标识后，利用用识别、通信信和计算等技技术，在互联联网基础上，，构建的连接接各种物品的的网络，就是是人们常说的的物联网。物联网定义及及组成物联网中的“物”的涵义义要满足以下下条件才能够够被纳入“物物联网”的范范围：①要有相应应信息的接收收器；②要有数据据传输通路；；③要有一定定的存储功能能；④要有CPU；物联网定义及及组成⑤要有操作作系统；⑥要有专门门的应用程序序；⑦要有数据据发送器；⑧遵循物联联网的通信协协议；⑨在世界网网络中有可被被识别的唯一一编号。物联网定义及及组成2.物联网的发展展与形成物联网的发展展跟互联网是是分不开的，，主要两个层层面的意思：：物联网的核心心和基础仍然然是互联网，，它是在互联联网基础上的的延伸和扩展展;第二，物联网网是比互联网网更为庞大的的网络，其网网络连接延伸伸到了任何的的物品和物品品之间，这些些物品可以通通过各种信息息传感设备与与互联网络连连接在一起，，进行更为复复杂的信息交交换和通信。。物联网定义及及组成3物联网的三大大特征一般认为,物联网具有以以下的三大特特征:①全面感知利用RFID、传感器、二二维码等随时时随地获取物物体的信息。。②可靠传递通过无线网络络与互联网的的融合，将物物体的信息实实时准确地传传递给用户。。物联网定义及及组成③智能处理利用云计算、、数据挖掘以以及模糊识别别等人工智能能技术，对海海量的数据和和信息进行分分析和处理，，对物体实施施智能化的控控制。物联网概念模模型物联网定义及及组成4.物联网认识方方面的误区误区之一，把把传感器网络络或RFID网等同于物联联网。误区之二，把把物联网当成成互联网的无无边无际的无无限延伸，把把物联网当成成所有物的完完全开放、全全部互连、全全部共享的互互联网平台。。物联网定义及及组成误区之三，认认为物联网就就是物-物互联的无所所不在的网络络，因此认为为物联网是空空中楼阁，是是目前很难实实现的技术。。误区之四，把把物联网当成成个筐，什么么都往里装；；基于自身认认识，把仅仅仅能够互动、、通信的产品品都当成物联联网应用。物联网技术概概论物联网是典型型的交叉学科科，它所涉及及的核心技术术包括IPv6技术、云计算算技术、传感感技术、RFID智能识别技术术、无线通信信技术等。因此，从技术术角度讲，物物联网专业主主要涉及的专专业有：计算算机科学与工工程、电子与与电气工程、、电子信息与与通讯、自动动控制、遥感感与遥测、精精密仪器、电电子商务等等等。物联网技术概概论欧盟于2009年9月发布的《欧盟物联网战战略研究路线线图》白皮书中列出出13类关键技术，，包括：标识技术、物物联网体系结结构技术、通通信与网络技技术、数据和和信号处理技技术、软件和和算法、发现现与搜索引擎擎技术、电源源和能量储存存技术等。物联网技术概概论物联网的技术术体系框架物联网技术体体系1.感知、网络通通信和应用关关键技术①传感和识识别技术是物联网感知知物理世界获获取信息和实实现物体控制制的首要环节节。传感器将物理理世界中的物物理量、化学学量、生物量量转化成可供供处理的数字字信号。识别技术实现现对物联网中中物体标识和和位臵信息的的获取。物联网技术体体系②网络通信信技术主要实现物联联网数据信息息和控制信息息的双向传递递、路由和控控制.重点包括低速速近距离无线线通信技术、、低功耗路由由、自组织通通信、无线接接入M2M通信增强、IP承载技术、网网络传送技术术、异构网络络融合接入技技术以及认知知无线电技术术。物联网技术体体系③海量信息息智能处理综合运用高性性能计算、人人工智能、数数据库和模糊糊计算等技术术，对收集的的感知数据进进行通用处理理，重点涉及及数据存储、、并行计算、、数据挖掘、、平台服务、、信息呈现等等。物联网技术体体系④面向服务务的体系架构构（Service-orientedArchitecture，SOA）是一种松耦合合的软件组件件技术，它将将应用程序的的不同功能模模块化，并通通过标准化的的接口和调用用方式联系起起来，实现快快速可重用的的系统开发和和部署。SOA可提高物联网网架构的扩展展性，提升应应用开发效率率，充分整合合和复用信息息资源。物联网技术体体系2.支撑技术物联网支撑技技术包括嵌入入式系统、微微机电系统（（MicroElectroMechanicalSystems，MEMS）、软件和算算法、电源和和储能、新材材料技术等。。①微机电系系统可实现对传感感器、执行器器、处理器、、通信模块、、电源系统等等的高度集成成，是支撑传传感器节点微微型化、智能能化的重要技技术。物联网技术体体系②嵌入式系系统是满足物联网网对设备功能能、可靠性、、成本、体积积、功耗等的的综合要求，，可以按照不不同应用定制制裁剪的嵌入入式计算机技技术，是实现现物体智能的的重要基础。。③软件和算法法是实现物联网网功能、决定定物联网行为为的主要技术术，重点包括括各种物联网网计算系统的的感知信息处处理、交互与与优化软件与与算法、物联联网计算系统统体系结构与与软件平台研研发等。物联网技术体体系④电电源源和和储储能能是物物联联网网关关键键支支撑撑技技术术之之一一，，包包括括电电池池技技术术、、能能量量储储存存、、能能量量捕捕获获、、恶恶劣劣情情况况下下的的发发电电、、能能量量循循环环、、新新能能源源等等技技术术。。⑤新新材材料料技技术术主要要是是指指应应用用于于传传感感器器的的敏敏感感元元件件实实现现的的技技术术。。传传感感器器敏敏感感材材料料包包括括湿湿敏敏材材料料、、气气敏敏材材料料、、热热敏敏材材料料、、压压敏敏材材料料、、光光敏敏材材料料等等。。新新敏敏感感材材料料的的应应用用可可以以使使传传感感器器的的灵灵敏敏度度、、尺尺寸寸、、精精度度、、稳稳定定性性等等特特性性获获得得改改善善。。物联联网网技技术术体体系系3.共性性技技术术物联联网网共共性性技技术术涉涉及及网网络络的的不不同同层层面面，，主主要要包包括括架架构构技技术术、、标标识识和和解解析析、、安安全全和和隐隐私私、、网网络络管管理理技技术术等等。。物联联网网架架构构技技术术目目前前处处于于概概念念发发展展阶阶段段。。物物联联网网需需具具有有统统一一的的架架构构，，清清晰晰的的分分层层，，支支持持不不同同系系统统的的互互操操作作性性，，适适应应不不同同类类型型的的物物理理网网络络，，适适应应物物联联网网的的业业务务特特性性。。物联联网网技技术术体体系系①标标识识和和解解析析技技术术是对对物物理理实实体体、、通通信信实实体体和和应应用用实实体体赋赋予予的的或或其其本本身身固固有有的的一一个个或或一一组组属属性性，，并并能能实实现现正正确确解解析析的的技技术术。。物联联网网标标识识和和解解析析技技术术涉涉及及不不同同的的标标识识体体系系、、不不同同体体系系的的互互操操作作、、全全球球解解析析或或区区域域解解析析、、标标识识管管理理等等。。物联联网网技技术术体体系系②安安全全和和隐隐私私技技术术包括括安安全全体体系系架架构构、、网网络络安安全全技技术术、、“智能能物物体体”的广广泛泛部部署署对对社社会会生生活活带带来来的的安安全全威威胁胁、、隐隐私私保保护护技技术术、、安安全全管管理理机机制制和和保保证证措措施施等等。。网络络管管理理技技术术重重点点包包括括管管理理需需求求、、管管理理模模型型、、管管理理功功能能、、管管理理协协议议等等。。为实实现现对对物物联联网网广广泛泛部部署署的的"智能能物物体体"的管管理理，，需需要要进进行行网网络络功功能能和和适适用用性性分分析析，，开开发发适适合合的的管管理理协协议议。。物联联网网面面临临的的主主要要技技术术问问题题物联联网网的的发发展展主主要要面面临临五五个个主主要要技技术术问问题题：：（1）技技术术标标准准问问题题（2）安安全全问问题题（3）协协议议问问题题（4）IP地址址问问题题（5）终终端端问问题题。。1.4物联联网网的的应应用用领领域域我国国的的物物联联网网应应用用领领域域主主要要有有智智能能交交通通、、环环境境保保护护、、政政府府工工作作、、公公共共安安全全、、平平安安家家居居、、智智能能消消防防、、工工业业监监测测、、机机械械制制造造等等。。1.4物联网网的应应用领领域1.物联网网应用用示例例——食品安安全1.4物联网网的应应用领领域2.物联网网应用用示例例——平安城城市1.4物联网网的应应用领领域3.物联网网应用用示例例——人体健健康1.4物联网网的应应用领领域4.物联网网应用用示例例——智能家家庭1.4物联网网的应应用领领域5.物联网网应用用示例例——智慧农农业(农业标标准化化生产产监测测系统统)1.5应用案案例：：光纤纤传感感温度度监测测系统统分布式式光纤纤光学学传感感能提提供完完整事事件发发生的的探测测和定定位。。用光入入射到到光纤纤光栅栅时产产生的的反射射光谱谱和透透射光光谱原原理来来获取取环境境温度度及应应变的的变化化情况况，从从而实实现对对环境境的连连续安安全检检测。。1.5应用案案例：：光纤纤传感感温度度监测测系统统