第1章-物联网概论

《物联网工程概论》中国矿业大学管理学院电子商务系王贺朝贺超E-Mail:whccumt@126.com2013年2月19日南湖

物联网工程导论

疑问：物联网是什么？思考：物联网从何来？讨论：物联网起因？第1章物联网概述（4学时）第2章物联网应用案例（8学时）第3章物联网技术基础（10学时）第4章信息处理与软件服务（6学时）第5章联网的知识体系与课程安排（2学时）第6章物联网工程师的合格人才标准（2学时）教学计划说明随着国家对物联网产业的重视，物联网相关人才的培养显得日益紧迫。物联网专业作为一个涉及到计算机科学与技术、软件工程、通信工程、电子工程、网络工程等多专业学科的交叉专业，毕业学生可能从事传感器制造、网络融合、集成应用开发等多领域的工作，本课程可拓宽学生知识面，提高学生素质和能力。本课程介绍物联网的核心问题、本质特色以及最高目标，包括物联网的概念定义、物联网的理论基础、基本组成结构、关键技术和主要问题以及发展应用领域；主要技术有：EPC和RFID技术、GPS与GIS技术、无线传感器网络技术、M2M技术、云计算技术、智能处理技术、物联网安全技术。进度安排：每周4节课程，8周完成。考核方式为：提交论文或提交报告。作业要求：学生分组提交大作业，抽查和批阅。第1章物联网概论第1章物联网概论1.1物联网的定义1.2物联网的起源1.3物联网的三大推动力1.4国家的《战略性新兴产业》解析1.1物联网的定义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)、产品电子代码(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。1.1物联网的定义物联网的其他定义1.1物联网的定义物联网是一种通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定协议，使物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。业界对物联网（IOT：InternetofThings）的通用理解：

1、从技术理解

物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。

2、从应用理解

物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”,然后“物联网”又与现有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。1.1物联网的定义主要特征传感网络技术

是由使用传感器的器件组成的在空间上呈分布式的无线自治网络，用来感知环境参数，如温度、震动等等。

近程通讯技术

是新兴的短距离连接技术，从很多无接触式的认证和互联技术演化而来，RFID和蓝牙技术是其中的重要代表。

物联网现阶段最主要的表现形式：M2MM2M是机器到机器的无线数据传输，有时也包括人对机器和机器对人的数据传输。有多种技术支持M2M网络中的终端之间的传输协议，目前主要有CDMA、GPRS、IEEE802.11a/b/gWLAN等等。传感器节点的一些样品智慧灰尘(SmartDust)

–缩微集成的传感器网络节点P19物联网的核心是对信息数据的采集和处理物联网(TheInternetofthings)，把新一代IT技术充分运用在各行业中，如能源、交通、建筑、家庭、市政系统等，然后与现有通信网结合，实现人类社会与物理系统的整合。人类可以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

1.2物联网的起源经济危机催生科技信息革命物联网产生的背景：

1、经济危机下的推手

经济长波理论：每一次的经济低谷必定会催生出某些新的技术，而这种技术一定是可以为绝大多数工业产业提供一种全新的使用价值，从而带动新一轮的消费增长和高额的产业投资，以触动新经济周期的形成。

过去的10年间，互联网技术取得巨大成功。目前的经济危机让人们又不得不面临紧迫的选择，物联网技术成为推动下一个经济增长的特别重要推手。

2、传感技术的成熟

随着微电子技术的发展，涉及人类生活、生产、管理等方方面面的各种传感器已经比较成熟。例如常见的无线传感器（WSN）、RFID、电子标签等。

3、网络接入和信息处理能力大幅提高

目前，随着网络接入多样化、IP宽带化和计算机软件技术的飞跃发展，基于海量信息收集合分类处理的能力大大提高。

1.2物联网的起源发展之路1.2物联网的起源发展之路物联网的演进路径：

1995年比尔.盖茨在《未来之路》书中首次提出”物－物“相联的雏形，1999年EPCglobal联合100多家企业成立IOT联盟并正式提出物联网概念。10年间，世界各国都在加紧研究。从技术演进视野来看，物联网的发展主要分为四个阶段：

1、第一阶段

大型机、主机的联网

2、第二阶段

台式机、笔记本与互联网相联

3、第三阶段

一些移动设备（如手机、PDA等）的互联

4、第四阶段

嵌入式互联网兴起阶段，更多与人们日常生活紧密相关的应用设备，包括洗衣机、冰箱、电视、微波炉等都将加入互联互通的行列，最终形成全球统一的“物联网”的互联

26yearlog(peoplepercomputer)streaminginformationto/fromphysicalworldNumberCrunchingDataStorageproductivityinteractiveMainframeMinicomputerWorkstationPCLaptopPDA从Internet到IOT

应用规模时间19982006用户连接Internet服务连接InternetofServices物体连接InternetofThings浏览器上网电子邮件………商务在线网络银行政务在线在线点播在线支付……物体定位目标跟踪环境感知智能家居虚拟现实智能计算……中国物联网的研究情况：

1999年，中科院启动了传感网研究，组成了2000多人的团队，先后投入数亿元，在以下5个方面取得重大进展，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。

（1）无线智能传感器

（2）网络通信技术

（3）微型传感器

（4）传感器端机

（5）移动基站

目前，我国的物联网相关研发水平与发达国家相比毫不逊色，是世界上少数能实现物联网产业化的国家之一。

IOT基本理论模型智能卡条形码二维码

GPS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广域应用阶段智能应用阶段局域应用阶段传感器网络RFID二维码物联网网关物联网网关应用集成云计算解析服务网络管理Web

Service物联网应用传输网中间件通信模块手机/电话上网卡等

随着传感器、RFID、通信网络、云计算等新技术的成熟和日益普及，为物联网应用的推广奠定了基础国家大力推进信息化与工业化的融合，以信息技术改造传统产业，政府和企业对物联网的应用需求日益显现紧紧围绕行业应用需求，通过应用驱动和技术研发创新引领的互动式发展，有利于带动物联网应用有效深入地发展以应用为核心，积极务实发展物联网

物联网是一个非常大的复杂系统应用，它涉及了从器件、设备、系统、到网络、服务、商业模式等等诸多方面，物联网的实现需要解决许多关键技术问题

物联网发展过程中面临的五个主要技术问题：

（1）技术标准问题

世界各国存在不同的标准。中国信息技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。2009年9月，传感器网络标准工作组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。

（2）安全问题

信息采集频繁，其数据安全也必须重点考虑。

（3）协议问题

物联网是互联网的延伸，在物联网核心层面是基于TCP/IP，但在接入层面，协议类别五花八门，GPRS/CDMA、短信、传感器、有线等多种通道，物联网需要一个统一的协议栈。物联网发展过程中面临的主要问题（续）：

（4）IP地址问题

每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6来支撑。IPv4向IPv6过渡是一个漫长的过程，因此物联网一旦使用IPv6地址，就必然会存在与IPv4的兼容性问题。

（5）终端问题。

物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求千差万别，如何满足终端产品的多样化需求，对运营商来说是一大挑战。

1.3物联网的三大推动力1.3.1第一大推动力：政府1.3.2第二大推动力：企业1.3.3第三大推动力：教育界与科技界1.3.1第一大推动力：政府戈尔--数字地球1.3.1第一大推动力：政府奥巴马--智慧地球1.3.1第一大推动力：政府“两会”关注2010年3月6日上午,全国人大委员长吴邦国参加了十一届全国人大三次会议和全国政协十一届三次湖北代表团审议强调，要找准国际产业发展新方向，扬长避短，把培育物联网、智能电网、低碳技术、生物技术、新材料等新兴产业作为国家发展战略。2010年3月5日上午，工信部部长李毅中信心十足地指出“（我们国家的）物联网有一定的基础，在国际水平的线上，我们并不落后。”2010年3月8日全国人大代表、浙江省电信有限公司总经理张新建表示，中国应将物联网建设上升为国家战略，并要掌握国际话语权。2010年3月5日，全国人大代表、中国工程院院士、中星微电子有限公司董事长邓中翰在接受采访时说，物联网将是未来经济的新增长点。1.3.2第二大推动力：企业2008年，IBM提出的“智慧的地球”发展战略1.3.2第二大推动力：企业2010年9月11日，我国的“传感器网络标准工作组”成立，该组聚集了中国科学院、中国移动等国内传感网主要的技术研究和应用单位,将积极开展传感网标准制定工作，深度参与国际标准化活动，旨在通过标准化为产业发展奠定坚实的技术基础。“物联网”涵盖了诸多的产业力量，电信运营商在其中扮演什么样的角色呢？说到底，运营商就是提供一个运营平台，可以在上面开发各种业务。除了上述业务外，中国移动的“物联网”展台还展出了物流信息化、企业一卡通、公交视频、校讯通、手机购电等主题，这些业务都是物联网概念统合下的业务分支。中国电信将物联网业务分成两部分——“平安e家”和“商务领航”。中国联通的3G污水监测业务更脱离了个人消费的传统应用领域。1.3.3第三大推动力：教育界与科技界教育部增设物联网专业工信部采取四大措施支持电信运营企业开展物联网技术创新与应用追求先进科学、前沿技术是科学家的天职1.4国家《战略性新兴产业》解析国务院颁布了《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，内容涉及七个方面：信息技术产业生物产业高端装备制造业新能源产业节能环保新能源汽车新材料产业节能环保产业为应对全球气候变化和适应产业绿色发展的国际趋势，结合我国面临的资源环境巨大压力，我国将以先进适用技术集成应用为重点，大力发展新型高效节能、先进环保、资源循环利用技术和装备，发展节能环保服务业和再制造产业等环保产业新业态。1.4国家《战略性新兴产业》解析新能源产业绿色新能源技术发展和产业化是解决能源危机、优化能源结构的根本出路。未来我国应积极发展新一代核能；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；因地制宜开发利用生物质能。1.4国家《战略性新兴产业》解析新一代信息技术产业信息技术正在纵深发展并深刻改变人类的生产和生活方式，新一代信息技术依然是我国产业结构优化升级的最核心技术1.4国家《战略性新兴产业》解析生物产业生命科学和生物技术将是从根本上影响21世纪人类发展的重大领域，将对改变消耗自然资源的传统发展模式、构建绿色可再生产业体系、促进人类健康产生革命性影响。1.4国家《战略性新兴产业》解析高端装备制造业具有技术密集、附加值高、成长空间大、带动作用强等突出特点，对于加快我国工业现代化建设，实现制造强国战略目标具有重要意义。1.4国家《战略性新兴产业》解析新材料产业国民经济各行业特别是战略性新兴产业发展的重要基础，也是长期以来制约我国制造业发展和节能减排目标实现的瓶颈。其发展要以发挥我国在纳米、超导、稀土等材料科学技术研究方面的优势为基础，以满足国家重大工程建设和产业结构升级为目标，巩固学科研究优势，大力发展新材料制备技术和装备，大力推进新型材料产业化，大力推进大宗高端材料规模化生产应用。1.4国家《战略性新兴产业》解析新能源汽车产业新能源汽车是全球汽车行业升级转型的方向。当前，我国要充分发挥社会各方面的积极性，以产业联盟系列化为途径，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，加速形成知识产权，推进插电式混合动力汽车、纯电动汽车推广应用和产业化。1.4国家《战略性新兴产业》解析本章小结物联网的发展是随着互联网、传感器等发展而发展的。理念是在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信等技术，构造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网。物联网的显著特点是技术高度集成，学科复杂交叉，综合应用广泛，目前发展应用主要体现在智能电网、智能交通、智能物流、智能家居等领域。本章小结通过本章的学习，能够掌握物联网的核心问题、本质特色以及最高目标，应对物联网的概念定义、基本组成结构、关键技术和主要问题以及发展