第1章 物联网概述

授课教师：张志立陈艳格电话Q：359659713物联网概述讨论环节提纲物联网的起源、背景、定义及现状物联网的技术构成物联网在各大行业的应用物联网人才需求物联网技术应用—智能家居盖茨这幢位于美国西北部华盛顿州的豪宅，依山面湖，结合美丽的自然生态与先进的资讯科技，俨然已成为美国除白宫之外，最受瞩目的名人宅邸。

盖茨的家盖茨通常安排访客乘船横渡华盛顿湖，从专属码头登堂入室。访客从一进门开始，就会领到一个内建微晶片的胸针，可以预先设定你偏好的温度、湿度、灯光、音乐、画作等等条件；无论你走到哪里，内建的感测器就会将这些资料传送至WindowsNT系统的中央电脑，将环境调整到宾至如归的境地。

客厅--水族馆

鲸鲨--世界上最大的鱼这体现出盖茨的富不是单就有钱。还要提醒的是，鲸鲨不但稀有，濒临绝种，而且它也是世界上最古老的生物之一，它不是鲨鱼，也不是鲸鱼。那么庞大的体型，吃的确是海洋浮游生物

未来十年机会最大的技术领域移动互联网物联网云计算大数据特点：互联、融合、移动物联网的起源1995199920052009.12009.8比尔盖茨在《未来之路》提及物物互联美国麻省理工学院Auto-ID中心，提出EPC及RFID组成“Internetofthings”国际电信联盟发布《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念

IBM提出“智慧地球”的概念,随即美国奥巴马总统把物联网上升到国家战略温家宝总理考察无锡的讲话中指出“感知中国”注：EPC——ElectronicProductCode,电子产品码，每个物体赋予一个唯一编号RFID——射频识别物联网的背景十五年周期定律：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。——IBM前首席执行官郭士纳20101995198019651950计算机产生与应用以大型计算机为标志的革命以互联网为标志的革命以个人计算机普及为标志物联网革命历史的经验，每一次重大的经济危机都要伴随着一场技术的革命!物联网的定义定义1：由具有标识、虚拟个性的物体/对象所组成的网络，这些标识和个性运行在智能空间，使用智慧的接口与用户、社会和环境的上下文进行连接和通信。2008年5月，欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）《InternetofThingsin2020》定义2：物联网是未来互联网的整合部分，它是以标准、互通的通讯协议为基础，具有自我配置能力的全球性动态网络设施。在这个网络中，所有实质和虚拟的物品都有特定的编码和物理特性，通过智能界面无缝链接，实现信息共享。2009年9月，欧盟第七框架RFID和互联网项目组报告定义3：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。2010年3月，我国政府工作报告所附的注释中物联网定义2023/2/5定义物联网是在互联网的基础上，利用射频标签与无线传感器网络技术，构建一个覆盖世界上所有人与物的网络信息系统，从而实现物与物、物与人之间的互联。理解物联网概念时需要注意以下按问题1、物联网是互联网的延伸与扩展2、物联网实现物理世界与信息世界的无缝连接3、连接到物联网上的“物”应该具有四个基本的特征(地址标识、感知能力、通信能力、可以控制)

物联网的定义物联网的特征三大特征①接入对象更为广泛，获取信息更加丰富。②网络可获得性更高，互联互通更为广泛。③信息处理能力更强大，人类与周围世界的相处更为智慧。全面感知、可靠传送、智能处理与其他网络的区别：物联网（IOT）的特征全面感知可靠传输智能处理感知传输智能利用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。物联网与其他网络物联网与互联网的关系互联网是人与人之间的联系；而物联网是人与物、物与物之间的联系。与现有的互联网络相比于物联网更注重信息的传递，互联网络的终端必须是计算机（个人电脑、PDA、智能手机）等，并没有感知信息的概念。物联网是Internet网络的延伸和扩展，使信息的交互不再局限于人与人或者人与机的范畴，而是开创了物与物、人与物这些新兴领域的沟通。物联网、传感网和泛在网的关系

物联网信息感知层主要涉及RFID和传感器两项技术。RFID技术的目的是标识物，给每个物品一个“身份证”；传感器技术的目的是感知物，包括采集实时数据（如温度、湿度）、执行与控制（打开空调、关上电视）等。

1.传感器网络与RFID的关系RFID和传感器具有不同的技术特点，传感器可以监测感应到各种信息，但缺乏对物品的标识能力，而RFID技术恰恰具有强大的标识物品能力。物联网与其他网络2.基于RFID的物联网从RFID技术出发，在RFID网络的基础上，建立基于RFID的物联网。这种物联网主要由RFID标签、读写器、信息处理系统、编码解析与寻址系统、信息服务系统和互联网组成。通过对拥有全球唯一编码的物品的自动识别和信息共享，实现开放环境下，对物品的跟踪、溯源、防伪、定位、监控以及自动化管理等功能。物联网与其他网络3.基于传感器的物联网由传感器、通讯网络和信息处理系统为主构成的传感网技术，具有实时数据采集、监督控制和信息共享与存储管理等功能。基于传感技术的物联网的方法主要是在传感器采用嵌入式技术（嵌入式Web传感器），给每个传感器赋予一个IP地址。4.物联网与泛在网络的关系对于物联网、传感网、广电网、互联网、电信网等网络相互融合形成的网络，称为泛在网。物联网与其他网络物联网与其他网络之间的关系物联网与其他网络泛在网络与传感网物联网的范畴物联网与其他网络物联网信息平台解决方案

走入物联网互联网物联网智慧地球?电脑终端+客户电脑·人机器终端+管理软件平台·机器和人通信网络通信网络

电脑终端个人电脑和各类服务器

机器终端个人电脑和各类服务器射频识别器件,传感器件,嵌入式机器

物联网应用物资人员跟踪与定位工作环境监测与管理故障预先诊断与识别重大灾难预防与报警机器设备监督与控制

互联网应用电子邮件电子商务电子政务网络影视和网络通信++物联网在全球——美国2005年1月以后，美国国防部规定所有军需物资都要使用RFID标签。2006年，美国食品及药物管理局建议利用RFID跟踪最常造假的药品。2009年，IBM推广“智慧地球”概念，建议政府投资新一代的智慧型基础建设，阐明其短期和长期效益。这个概念被认为是美国振兴经济，确立竞争优势的关键战略，是继互联网之后国家发展的核心领域。奥巴马政府对“智慧地球”作出积极回应，确定为国家战略，主要从电力、医疗、城市、交通、供应链、银行六大领域切入。目前重点在智能电网和电子病历两方面开展工作。物联网在全球——日本e–Japan2000年启动，促进信息化基础建设。u-Japan004年启动，着力发展泛在网络相关产业，希望于2010年时将日本建设成为一个“随时、随地、任何人、任何物品”都可以上网的无所不在的网络社会。

实物间网络的基础建设：RFID、传感器网络、泛在终端。i–Japan20152009年推出的中长期信息技术发展战略，在u-Japan基础之上利用信息技术使全民生活变得更加便利。

电子政府和电子地方自治体：一站式行政服务。医疗健康：远程医疗、电子病历电子化及追踪和反馈。教育电子化：推广数字化技术和信息化教育的应用。物联网在全球——欧盟目前欧盟已将物联网及其核心技术纳入到预算高达500亿欧元并开始实施的欧盟“第七个科技框架计划（2007—2013年）”中。提出“物联网是我们的未来”，重视欧洲各国技术标准的统一，计划建30座智能电网试点城市。国际电信联盟（ITU），欧洲物联网研究项目工作组(CERP-IoT)，针对物联网进行标准、技术趋势等研究。欧洲医药界药品防伪和追踪、纺织业供应链管理、制造过程管理、资产管理等方面取得了成功应用，并获得了广泛的认可物联网在全球——韩国、新加坡韩国信息和通信部具体推动“U-Korea”项目的建设，重点支持“无所不在的网络”相关的技术研发及科技应用，希望通过“U-Korea”计划的实施带动国家信息产业的整体发展。“利用无所不在的信息通信技术将新加坡打造成一个智慧的国家、全球化的城市”改造政府、金融、教育、医疗保健、媒体娱乐、制造与物流、旅游、零售7大行业物联网在中国2009年8月，温家宝总理视察中科院无线传感网工程无锡研发中心，提出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”2010年6月，胡锦涛总书记在中国科学与第十五次院士大会、中国工程院第十次院士大会再次提出加快发展物联网技术并明确要求尽快建立中国传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。提升到国家战略高度物联网在中国推进物联网的研发应用已经写入“十二五规划”；《国家中长期科技发展规划纲要(2006—2020年)》和“新一代宽带无线移动通信网”重大专项均将物联网列为重点研究领域；物联网得到国家自然科学基金、863计划、973计划等的大力支持。国家关于物联网的各项政策：广东关于物联网的各项政策：广东早在三年前就提出发展物联网。2008年年底国家出台的《珠江三角洲地区改革发展规划纲要》中，也将率先发展物联网作为一个重要任务。广东物联网发展的目标是打造“数字广东、智慧城市、知识经济、无处不在的网络社会”。物联网技术要点信号分布网络网络终端设备应用服务软件信号分布网络(公网)GPRS网络(2G)CDMA网络(3G)LTE网络(4G)各种超3G网络信号分布技术(专网)有线以太局域网WiFi无线局域网

一代：传统网关

二代：WiFi交换机三代：光载无线交换机网络终端设备RFID射频识别器件

射频标签、读卡器传感器件

温度传感器

湿度传感器等嵌入式设备

各种嵌入式机器设备WiFi设备

WiFi设备服务器摄像机、投影机电视机及各种WiFi手机等.网络管理软件管理软件测控软件网络服务软件Web服务器Web浏览器DCM物联网关键技术（1）——RFID（无线射频识别）标签、阅读器、天线RFID技术是非接触式的识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。它由标签、阅读器、天线、中间件、应用软件五部分组成。RFID按应用频率的不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波（MW），相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M~960MHz、微波2.4G，5.8G。RFID按照能源的供给方式分为无源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。有源RFID传输距离远，但价格高，无源RFID传输距离近，价格相对低。读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号；当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，它获得能量被激活，并将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从电子标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。物联网关键技术（1)——RFID（无线射频识别）物联网关键技术（2）——EPC（电子产品码）EPC物联网系统的思想是为每一个商品提供惟一的号码—EPC（电子产品码）。EPC采用一组编号来代表制造商及产品，不同的是EPC还用另外一组数字来惟一标识单品。EPC是惟一存储在RFID标签微型芯片中的信息，这样可使得RFID标签能够维持低廉的成本并保持灵活性，使在数据库中无数的动态数据能够与EPC标签相连接。目前，EPC代码有64位、96位和256位3种。为了保证所有物品都有一个EPC代码并使其载体—标签成本尽可能降低，建议采用96位，这样其数目可以为2.68亿个公司提供惟一标识，每个生产厂商可以有1600万个对象种类并且每个对象种类可以有680亿个序列号，这对未来世界所有产品已经非常够用了。物联网关键技术（3)——二维（条形）码二维条形码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。二维条形码能够在横向和纵向两个方位同时表达信息，因此能在很小的面积内表达大量的信息。手机二维码是二维码技术在手机上的应用。手机二维码的应用有两种：一种为被读，称为条码凭证或者电子回执；一种为主读，称为条码识别。物联网关键技术（4）——GPS（全球定位系统）全球定位系统是一种结合卫星及通讯发展的技术,利用导航卫星进行测时和测距全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点,成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科，具有好的经济效益和社会效益。物联网关键技术（5）——传感器传感器是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。传感器是机器感知物质世界的“感觉器官”，可以感知热、力、光、电、声、位移等信号，为网络系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。随着科技技术的不断发展，传统的传感器正逐步实现微型化、智能化、信息化、网络化，正经历着一个从传统传感器——智能传感器——嵌入式Web传感器的内涵不断丰富的发展过程。物联网关键技术（6）——无线传感网（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。无线传感器网络的三个要素：1、传感器2、感知对象3、观察者物联网关键技术（7）——M2M在未来，全面支持网络的微处理器将为几乎每个终端设备提供互联互通的功能，并将延伸到我们生活的每个角落。M2M即机器对机器通信，在全球范围内是新兴的热门无线通信技术，它将为我们创造一个无处不在的互联世界。据预计，未来用于人对人通信的终端可能仅占整个终端市场的1/3，而更大数量的通信将是机器间的互联（M2M）通信业务。事实上，目前机器的数量至少是人类数量的4倍，因此M2M具有巨大的市场潜力。物联网关键技术（8）——WiFiWi-Fi原先是无线保真的缩写，Wi-Fi的英文全称为wirelessfidelity,在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”，实质上是一种商业认证，同时也是一种无线联网的技术。但由于使用的习惯，现在大多数人已经通俗地把WiFi等同于了无线局域网，也就是WLAN。WiFi是当前最成熟、最流行的无线局域组网技术，也是未来物联网无线传输的关键核心技术如下图所示，一个典型的室内无线局域网连结到一个有线分布网上。其无线路由器（或接入点）由一个交换机和一个基站构成，其作用相当于有线分布网网和无线局域网之间的分界面。这个在无线局域网和移动计算机或其它设备间的界面，实际上是一个安装在移动设备内部的网络适配器。物联网关键技术（8）——WiFi无线局域网物联网关键技术（9）——嵌入式IEEE（国际电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。嵌入式微处理器超过1000多种，体系结构30多个系列，主流体系包括ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。嵌入式软件市场规模超过1000亿美元，嵌入式操作系统有Arm-Linux、VxWorks、WindowsCE等十多家。物联网需要大量智能仪器仪表，如各类智能终端、测试仪表、传感测量设备等，将成为重要的产业，这些都需要用到嵌入式系统。物联网关键技术（10）——IPv6IPv6是InternetProtocolVersion6的缩写，其中InternetProtocol译为“互联网协议”。IPv6是设计用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），它的下一个版本就是IPv6。目前我们使用的第二代互联网IPv4技术，它的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，编址1600万个网络、40亿台主机。但采用A、B、C三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至目前的IP地址近乎枯竭。其中北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，中国截止2010年6月IPv4地址数量达到2.5亿，落后于4.2亿网民的需求。地址不足，严重地制约了我国及其他国家互联网的应用和发展。物联网关键技术（11）——ZigBeeZigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。近距离低复杂度自组织低数据速率低功耗低成本

物联网应用物联网的行业应用——智能电网电力+信息基础设施处理感知传输感知、传输、处理在智能电网中无处不在“发、输、变、配、用”物联网的行业应用——智能电网发电环节输电环节配电环节用电环节在常规机组、水库、新能源风电机组等布置传感监测点。在雷电、线路气象环境、线路覆冰、线路在线增容、导地线微风振动、导线温度与弧垂、输电线路风偏、输电线路图像与视频、杆塔倾斜在线监测与预警等方面需要充分利用传感技术。配电设备状态监测、配电网现场作业管理，以及智能巡检也需要充分利用各类传感和识别技术智能表计及高级量测、智能插座、智能用电交互与智能用电服务、电动汽车及其充电站的管理、绿色数据中心与智能机房、能效监测与管理和电力需求侧管理等也对物联网技术和应用提出了新的需求。应用需求中国智能电网总体目标“中国国家电网公司正在全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。”---中国国家电网公司刘振亚总经理物联网的行业应用——智能物流案例：Walmart与物流网问题:应竞争及市场扩张要求需进一步降低物流成本核心技术：RFID技术方式:在所有重点产品和物流车辆上装RFID,在供应链(供应商,仓库,商店)装读写器功能:物流自动化以提高效率，缩短了商品市场流通周期，降低商品运送的出错率效果:1、库存周转率比传统物流仓储提高了60%，资金占用率下降40%

2、总体物流成本降低5%,继续保持美国零售业第一的地位物联网的行业应用——智能物流应用需求潜在规模我国全社会物流费用支出约占GDP的20%，发达国家仅占10%物流成本占GDP的比重每降低1个百分点，可在货物运输、仓储方面节能降耗1000亿元以上，可以增加1300亿元的社会效益分类年份201020112012201320142015物流领域物联网应用5898138198269302.9

-其中RFID市场规模426885130156186

-其中卫星全球定位市场规模91522354156预计2010年智能物流物联网产业市场规模达到58亿元，2015年达到300亿元。RFID产业中50%以上将是物流业应用；GPS、GIS、智能集装箱、智能跟踪与溯源等物联网技术将大规模应用。成功案例-广东省造纸所成功案例—卜蜂莲花大型仓储超市1）卖场的无线手持终端条码管理2）库场主要采用RFID+条码管理3）智能物流仓储管理4）智能运输管理物联网的行业应用——智能交通环保大幅降低碳排放量、能源消耗和各种污染物排放便捷通过提供最佳路线信息和一次性支付方式的交通费用安全检测危险并及时通知相关部门高效实时进行跨网络交通数据分析和预测可视将所有公共交通车辆和私家车信息整合到一个数据库可预测进行数据分析和建模，改善交通流量和基础设施规划物联网的行业应用——智能交通车辆挡风玻璃上安装车载通行支付RFID电子标签电子标签与收费站ETC车道上的微波天线之间通过微薄短程通信。利用计算机联网与银行系统进行后台结算处理。利用车辆安装的RFID电子标签、路边安装的感应器，还可得到车辆行驶的路径及车的流量信息。ETC收费系统物联网的行业应用——智能家居智能家居，也叫智能住宅，英文叫SmartHome；智能家居是以家为平台，综合建筑、网络通讯、信息家电、网络家电、自动化和智能化，集中了系统、结构、服务、管理、控制于一体的高效、舒适、安全、便利、节能、健康和环保的家居环境。灯光控制/场景切换窗帘控制门禁控制煤气探测保护物联网的行业应用——智能家居物联网的行业应用——智能医疗移动电子病历数字医学影像PACS输液编码核对RFID母婴配对即时记录储存，免除人工录入，方便查询，数据同步更新便于跟病患交流，清晰放大，对于微小的病灶可以及时发现，防微杜渐身份双重验证，保证用药安全，提高工作效率，防范医疗事故防抱错，防调换，防偷盗，可监控体温物联网的行业应用——智能农业很多传感器节