物联网技术的认知

专业技能训练子库任务8.1任务8.2物联网技术认知目录模块8物联网技术技能训练物联网技术应用学习目标知识目标了解物联网的概念。了解物联网的特点。熟悉物联网体系架构。学习目标技能目标培养学生应用物联网技术的能力。培养学生应用专业知识搭建物联网技术体系框架的能力。导入案例太阳渐渐升起，房间里的光传感器和温度传感器感受到世界的微妙变化....，7点窗帘自动打开。床头的电子提示器告诉你作文的睡眠质量和各项身体指标，并将这些信息发送给你的私人医生。

导入案例衣柜前的显示屏以及根据今天的天气情况给出了三套服装搭配方案。在你穿衣服的时候，洗漱间的水已经调节到你设定的温度。你出门锻炼时，选择了离开模式，家门自动运行“主人离家状态”。带有智能传感器的手表一路跟踪显示你运动消耗的热量，跑步速度，脉搏等信息。30分钟后自动提示你运动任务完成。回到家依靠指纹识别系统开门，启动回家模式。

导入案例打开冰箱，按照智能冰箱提高的健康绿色食谱做好早饭。饭后，走到车库门口，车库自动感应到主人，打开库门。在确认你的目的地后，汽车提高了一天参考行车路线，行车过程中不断与道路对话，感知拥堵病不断变化最佳行车路线；汽车同事通过与其他车辆进行对话，感知车距以免发生事故。当你到达办公室时，今天的工作日程早已经发生到了你的手机中，秘书送来温度适宜的咖啡，美好的一天就这样拉开了序幕.......

任务8.1物联网技术的认知麻省理工学院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。1.

物联网概念起源一、物联网计算机和互联网技术的迅速发展，深刻的改变着人们的生活方式。1965戈登·摩尔提出摩尔定律，认为芯片发展18个月就要翻一番。——神话？根据IBM前首席执行官郭士纳的观点,计算模式每隔15年发生一次变革。——“十五年周期定律1.

物联网概念起源一、物联网1.

物联网概念起源一、物联网十五年周期定律19651980199520102004年，物联网就曾被美国《商业周刊》评为全球十大热门技术物联网技术通过对物理世界信息化、网络化，对传统上分离的物理世界和信息世界实现了互联和整合。1.

物联网概念起源一、物联网1.

物联网概念起源一、物联网互联网是指将两台计算机或者是两台以上的计算机终端、客户端、服务端通过计算机信息技术的手段互相联系起来的结果，人们可以与远在千里之外的朋友相互发送邮件、共同完成一项工作、共同娱乐。移动互联网是人依靠移动终端实现移动终端与移动终端、固定终端两两互联，实现人与人的通信1.

物联网概念起源一、物联网物联网是依靠固定和移动网络实现物与物之间的两两互联，不需要人的参与就可以智能运转。应该说，移动互联网和物联网都是互联网的延伸，只是一个向自由发展，一个向自然发展，一个是由静及动，一个是由人及物。1.

物联网概念起源一、物联网智慧地球——智能地球。就是把感应器嵌入、装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等物体中，物体之间普遍连接，并与互联网整合起来，实现人类社会与物理世界的整合。1.

物联网概念起源一、物联网智慧地球——智能地球。在这个整合的网络中，存在超级计算机对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实时的管理和控制。在此基础上，人类可以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，改善人和自然间的关系。1.

物联网概念起源一、物联网智慧尘埃——森林防火系统。在森林中布满无数只微小的电子传感器，它们构成一个网络，时刻监视整个森林的每一个角落；发现火情，自动告警。这些微小的传感器，就是加州大学伯克利分校的KristoferPister教授和他的助手们研发的“智慧尘埃”（SmartDust）。

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物联网概念起源一、物联网智慧尘埃——森林防火系统。名字一目了然。这些被称为“尘埃”的装置极其微小，只相当于几颗沙粒那么大（不到5毫米见方），然而却极具智慧，能够同时测量温度、湿度、光照度等诸多环境参数。每一粒“尘埃”本身就是一个微处理器，能够独立收集、处理和收发信息；“尘埃”之间能够相互通信。

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物联网概念起源一、物联网智慧尘埃——森林防火系统。

Accenture实验室高级研究员ChadBurkey表示：“其实这个系统基本原理非常简单。”用飞机或其他什么方式将“尘埃”（微型传感器）喷撒到森林中，如漫天大雪，纷纷扬扬。一旦“着陆”，在树上，在花丛、灌木丛中，在地面上，每一粒“尘埃”便自动确定自己的位置坐标，同时与周围“尘埃”建立通信联络，一个巨大的、覆盖了整个森林的无线监视、通信网即刻形成。接下来，“尘埃”立即投入工作，依据各自的软件程序，测量特定环境参数。1.

物联网概念起源一、物联网智慧尘埃——森林防火系统。倘若环境温度和光照度急剧升高，或湿度急剧下降，便意味着“可能有什么东西着火了！”。但是，一粒“尘埃”“发现情况”或许不足为信，它还要与周围“尘埃”沟通，相互核实真伪。要知道，一个区域众多“尘埃”同时进行此项工作，多方求证，多重求证，具有很高的准确性和可靠性。火情一经确认，“尘埃”便经由监视通信网自动向森林管理者发出火警。1.

物联网概念起源一、物联网绿野千传（GreenOrbs）森林作为陆地生态系统主体，在调节全球碳平衡、减缓大气CO2浓度上升，以及调节全球气候方面具有不可替代的作用。胡锦涛总书记在2009年9月22日联合国气候变化峰会开幕式上的"要大力增加森林碳汇"讲话也指出了林业生态对于控制全球气候变化起到的重要作用。"通过发挥森林生态系统的独特功能是应对全球气候变化最有效途径。对森林中CO2浓度的持续的测定，有利于为森林吸收CO2提供科学依据。"同时，森林其他生态指标的持续性监测对维护森林生态系统也具有极其重要的意义。1.

物联网概念起源一、物联网绿野千传（GreenOrbs）为了给林业生态监测提供可靠的原型系统，"绿野千传"应运而生。该系统能够为实现大规模林业监控提供技术支持和实践经验。系统的主要任务包括1.

物联网概念起源一、物联网绿野千传（GreenOrbs）一方面，"绿野千传"用于森林生态环境的全年监测，通过传感器收集包括温度、湿度、光照和二氧化碳浓度等多种数据。采集的信息为多种重要应用提供支持，如森林监测、森林观测和研究、火灾风险评估、野外救援等。1.

物联网概念起源一、物联网绿野千传（GreenOrbs）另一方面，"绿野千传"是无线传感器网络研究领域就建立长期大规模无线传感器网络系统而进行的前瞻研究与探索。通过"绿野千传"的真实经历，我们希望能够探索潜在的研究空间，提供可能的科学解决方案，特别是针对在原始森林中部署1000多个节点且需要持续工作一年以上的无线传感器网络系统所面临的研究和工程挑战，展开探索。1.

物联网概念起源一、物联网不同研究机构对于物联网的起点和侧重点不同，目前还没有一个权威的物联网定义，只存在几个具有代表性的被普遍认可的定义。2.物联网定义一、物联网定义1：把所有物品通过射频识别(RFID)和条码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。（美国）2.物联网定义一、物联网定义2：任何时刻，任何地点，任意物体之间的互联，无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景，除RFID技术外，传感器技术，纳米技术，智能终端等技术将得到更加广泛的应用。(ITU国际电信联盟)2.物联网定义一、物联网定义3：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、社会的和环境的上下文进行连接和通信。(EPoSS欧洲智能系统集成技术平台)2.物联网定义一、物联网定义4：物联网是未来Internet的一个组成部分，可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性，使用智能接口，实现与信息网络的无缝整合。（欧洲）2.物联网定义一、物联网物联网的出现应该归功于物流系统的现代化需要。现代物流系统希望利用信息生成设备，如无线射频识别（RadioFrequencyIdentification,RFID）、传感器，及全球定位系统等种种装置与互联网结合起来，方便货物的查询、跟踪等。类似于条形码的自动识别技术（Auto-ID）就是物联网的最初应用。二、物联网的发展除了物流领域，物联网还可以广泛应用在道路、交通、医疗、能源、家电监控等各个领域。具体，把传感器、RFID标签等信息化设备嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、公路、油气管道、商品、货物等各种物理物体和基础设施中，甚至是人体中！将它们普遍互联，并与互联网连接起来，形成“物联”。下面简单回顾一下物联网的发展历程.......二、物联网的发展1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中就已经提及物联网（InternetofThings,IOT）概念。1998年，美国麻省理工学院（MIT）创造性地提出了当时被称为EPC系统的物联网构想。二、物联网的发展1999年，建立在物品编码、RFID技术和互联网基础上，美国MIT成立的Auto-IDCenter中心首先提出物联网概念。2003年11月1日，国际物品编码组织出资正式接管EPC系统，并组成EPCGlobal进行全球推广与维护。二、物联网的发展2005年，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》。2009年初，IBM提出了“智慧地球”的概念。认为：信息产业下一阶段的任务是把新一代信息技术充分运用在各行各业之中，具体就是把传感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，形成物联网二、物联网的发展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》。2009年8月，日本提出“智慧泛在”构想，将传感网列为国家重要战略。二、物联网的发展2009年8月，国务院总理温家宝来到中科院无锡研发中心考察，指出关于物联网可以尽快去做三件事情：一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心二、物联网的发展2010年2月，国务院总理温家宝在《政府工作报告》中，将“加快物联网的研发应用”明确纳入重点产业振兴。表明物联网已经被提升为国家战略，中国开启物联网元年。二、物联网的发展二、物联网的发展初级阶段：已存在的一些各行业基于各种行业数据交换和传输标准的连网监测监控，两化融合引等MAI应用系统；二、物联网的发展物联网发展三阶段中级阶段：在物联网理念推动下，基于局部统一的数据交换标准实现的跨行业、跨业务综合管理大集成系统，包括一些基于SaaS模式和“私有云”的M2M营运系统二、物联网的发展物联网发展三阶段高级阶段：基于物联网统一数据标准，SOA，WebService，云计算虚拟服务的onDemand系统，最终实现基于“公有云”TaaS：“ThingasaService”二、物联网的发展物联网发展三阶段物联网实现了传感网、移动通信网及互联网的融合，牵涉多种终端之间的相互通信，由此产生的标准化呼声也越来越强烈。3GPP组织发表了关于M2M在全球移动通信系统（GSM）和通用移动通信系统(UMTS)下的通信机制以及M2M设备上USIM应用的远程管理可行性研究报告，欧洲电信标准化协会ETSI也于2008年开始进行M2M未来标准化的需求讨论。物联网标准化三、物联网的标准化泛在网/物联网的网络架构三、物联网的标准化44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服务物联网应用专用网络互联网/通信网中间件应用层网络层感知层嵌入式系统手机/电话上网卡等M2M相关标准化组织和工业组织三、物联网的标准化传感器网应用业务平台IP网络远距离传输网网关y无线有线IPSOIPV6HardwareandProtocolsZigBeeAlliance.ZBApplicationProfiles3GPPsSA1，SA3，，…IETF6LowPANPhy-MacOverIPV6OMAGSMASCAG，…IETFROLLRoutingoverLowPowerLossyNetworksIUT-TNGNCENELECSmartMeteringCENSmartMeteringISO/IECJTC1UWSNIEEE802.15.4ESMIGMeteringWOSAKNXZCLHGIHomeGatewayInitiativeEPCGlobalGS1UtilitiesMeteringOASISW3CW-MbusETSIM2MTC物联网国际标准化组织三、物联网的标准化整体框架智能电网/计量WSN/RFID电信网ITU-TSG13USN网络的需求和架构设计ETSIM2MTCM2M需求和功能架构ISO/IECJTC1WG7SN研究报告FCC：美国智能电网标准IEEEP2030：智能电网Guide802.15.4g：智能电网近距离无线标准CEN/CENELEC/ETSI欧洲智能计量标准IEEE802.15低速近距离无线通信技术标准IETF6LoWPANROLL基于IEEE802.15.4的IPv6，低功耗有损网络路由EPCGlobalGS1RFID标识和解析3GPPSA1/SA2/RAN2M2M优化需求网络和无线接入的M2M优化技术GSMASCAG：智能SIM卡OMADM互联网：—W3C：WorldWideWebConsortium，万维网联盟，制定HTML，HTTP，URIs，XML等标准—OASIS：电子商务标准主要工业组织和联盟三、物联网的标准化感知层相关工业组织和联盟：行业应用—IPSO：IPv6智能物体硬件和协议—ESMIG：欧洲智能电表工业组—WOSA：WindowsOpenSystemArchitecture，微软公司提出的一种在Windows操作系统下的软件架构—KNX：ISO/IEC14543，基于OSI的智能建筑网络通信协议—W-MBUS：WirelessMBUS标准(EN13757-4：2005)规定了水，气，热，电表之间的通信，在欧洲智能仪表应用较广—Utilities：公用基础设施-电表—HGI：家庭网关主要工业组织和联盟三、物联网的标准化M2M标准化进展三、物联网的标准化ForNetworkImprovementto3GPPnetworkforMachineTypeCommunicationSA1NIMTC(TS22.368):60%CompletedSA3USIMM2M(TR33.812)70%CompletedSA1M2M(TR22.868):Completed200120022003200420052006200720082009M2MservicerequirementsUSNrelatedprojectsIEEE802.15.4-2003 IEEE802.15.4-2006 IEEE802.15.4-2009ZigBeeV1.0 ZigBee2006ZigBee2007 ZigBeeRF4CEZigBeeIPStackIETF6Lowpan(IPv6forLowpowerWPAN) RFC4919RFC4944IETFROLL(RoutingOverLowpowerandLossynetworks)M2MfunctionalarchitectureSmartMeteringUseCasesM2MdefinitionsGeneralservicerequirementsandnetworkarchitectureSA2NIMTC(TR23.xyz)JustcreatedRAN2NIMTCtostartM2M国际标准进展三、物联网的标准化M2MSA1：MTC需求和特性,已经完成，定义了16种业务特性SA2：支持MTC对核心网络的增强要求SA3：MTC的安全特征RAN2/GERAN：UMTS/LTE/GSM/EDGE无线网络优化3GPP网络增强术语、需求和功能架构完成智能计量、电子医疗应用场景完成启动用户互联、城市自动化、汽车应用的应用场景研究M2M总体框架TSG-S：启动M2M需求以及对网络的增强要求研究SCAdHoc：启动M2M对编码的要求3GPP2网络增强确定M2M增强为802.16m之后系统演进的高优先级功能2010年4月开始启动M2M需求、应用场景和架构前期研究，准备802.16p立项IEEE802.16网络增强优先解决大量终端接入带来的网络拥塞和地址分配问题初步讨论支持M2M终端、多模异构网关、终端直连（可选）在ETSI2008年11月成立M2M技术委员会其主要职责：收集和定义M2M需求；M2Moverallhighlevel架构主要工作领域：M2M设备标识、名址体系；QoS;安全隐私、计费、管理、应用接口、硬件接口、互操作等。ETSITCM2M进展三、物联网的标准化ETSITCM2M进展三、物联网的标准化M2M通信特征◆MTC设备与一个或者多个MTC服务器进行通信◆3GPP网络作为MTC设备与服务器之间传递信息的承载通道3GPP定义的M2M业务需求三、物联网的标准化通用业务需求◆地址和编号:地址空间受限，受限的编号涉及到IMSI,MSISDN和IPv4地址；编号要能够唯一标识一个MTC设备，能够唯一标识一个MTC设备组；◆计费:能够对一个MTC组进行计费，能够对特定的时间段执行特殊费率、能够对特定的事件进行计费。◆安全:能够提供与H2H相同的安全级别◆远端MTC设备管理:由现有的机制完成，例如OMADM3GPP定义的M2M业务需求三、物联网的标准化特定业务需求◆16个MTC的业务特性低移动性、时间控制接入、特定事件监视、时间容忍度、只使用分组交换、在线少量数据传输、离线少量数据传输、只有MTC发起、很少有移动接收、离线指示、拥塞指示、优先告警、特别低的功耗、安全连接、特定位置触发器、基于组的特性等3GPP定义的M2M业务需求三、物联网的标准化处理小的数据包——更加有效建立/管理专用信道、减少开销处理频繁的使用——状态管理、网络触发终端上报、IP地址的管理支持M2M对移动网传送的优化三、物联网的标准化处理海量用户——MACID、IP地址去掉传统语音的管理——地址号码（MSISDN/MDN)支持M2M对移动网传送的优化三、物联网的标准化增强设备的电池寿命实施低移动性——减少登记、寻呼等移动性管理程序支持M2M对移动网传送的优化三、物联网的标准化中国通信标准化协会成立泛在网技术委员会，全面推动泛在物联阶段网络架构、技术和应用标准化研究——总体需求、架构、标识和解析、安全研究——无线传感器网络与电信网络结合、低功耗松散网络（LLN）环境下的轻量级IPv6协议——基于泛在网的智能物流、汽车信息化、智能家居、绿色社区、医疗健康监测等三、物联网的标准化物联网国内标准进展传感器网络标准工作组启动传感器网络的架构、通信、安全、标识、传感器接口研究电子标签（RFID）标准工作组，已经完成多项国标行标制定三、物联网的标准化物联网国内标准进展面向公众应用标准统一——如移动支付业务等面向行业和企业的标准——共性标准+行业个性标准三、物联网的标准化物联网标准化关键共性标准——体系架构——业务需求/分类及特征——标识/编号寻址：RFID、智能物体标识、通信标识等——网络：网络优化——接口：各层及层间开放接口——频谱：统筹协调、干扰协调——传感器网络、RFID等——安全三、物联网的标准化物联网标准化关键物联网通常被公认为有3个层次，从下到上依次是感知层、网络层和应用层，如图所示。物联网体系架构从整体上讲，物联网可以分为属于硬件系统中的感知层和网络层，以及属于软件系统中的应用层三大部分。物联网体系架构物联网硬件软件感知层网络层应用层从整体上讲，物联网可以分为属于硬件系统中的感知层和网络层，以及属于软件系统中的应用层三大部分。物联网体系架构从整体上讲，物联网可以分为属于硬件系统中的感知层和网络层，以及属于软件系统中的应用层三大部分。一、物联网体系架构软件应用层完成信息的分析处理和决策，以及实现或完成待定的智能化应用和服务任务，以实现物与物、人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。硬件网络层承担信息的传输（无线传感器、移动网、固网、互联网、广电网等）。感知层承担信息的采集（通过智能卡、RFID电子标签、各种物理量传感器等）。物联网体系架构物联网体系架构感知控制层层网络传输层应用服务层主要技术EPC编码和RFID射频识别技术无线传感器网络，PLC，蓝牙，Wi-Fi，现场总线云计算技术、数据融合与智能技术、中间件技术知识点EPC编码的标准和RFID的工作原理数据传输方式，算法，原理云连接、云安全、云存储、知识表达与获取、智能Agent知识单元产品编码标准、RFID标签、阅读器、天线、中间件组网技术，定位技术，时间同步技术，路由协议，MAC协议，数据融合数据库技术、智能技术、信息安全技术知识体系通过对产品按照合适的标准来进行编码实现对产品的辨别。和通过射频识别技术，完成对产品的信息读取，处理和管理技术框架，通信协议，技术标准云计算系统、人工智能系统、分布智能系统软件（平台）RFID中间件（产品信息转换软件、数据库等）NS2，IAR,KEIL,Wave数据库系统、中间件平台、云计算平台硬件（平台）RFID应答器、阅读器，天线组成的RFID系统。CC2430,EM250,JENNICLTD,FREESCALEBEEPC机和各种嵌入式终端相关课程编码理论、通信原理、数据库、电子电路无线传感器网络简明教程，电力线通信技术，蓝牙技术基础，现场总线技术微机原理与操作系统、计算机网络、数据库技术、信息安全从应用服务的角度，物联网可以分为感知、传输、支撑、应用四大部分。物联网体系架构从接入协议的角度，物联网可以笼统地分为核心层、接入层，核心层主要是应用层，接入层包括网络层和感知层物联网体系架构物联网接入层核心层感知层网络层应用层物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和收集

1.功能一、感知层

2.组成传感器（或控制器）、短距离传输网络。传感器（或控制器）用来进行数据采集及实现控制；短距离传输网络将传感器收集的数据发送到网关或将应用平台控制指令发送到控制器主要为传感器技术和短距离传输网络技术

3.关键技术主要完成信息传递和处理

1.功能二、网络层

2.组成两个部分：接入单元、接入网络。接入单元是连接感知层的网桥，它汇聚从感知层获得的数据，并将数据发送到接入网络。接入网络即现有的通信网络，包括移动通信网、有线电话网、有线宽带网等。通过接入网络，人们将数据最终传入互联网三、网络层3.关键技术包含了现有的通信技术，如移动通信技术、有线宽带技术、公共交换电话网（PSTN）技术、Wi-Fi通信技术等，也包含了终端技术，如实现传感网与通信网结合的网桥设备、为各种行业终端提供通信能力的通信模块等。主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用的结合

1.功能四、应用层

2.组成包括两部分：物联网中间件、物联网应用。物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序。中间件将许多可以公用的能力进行统一封装，提供给丰富多样的物联网应用。