第05章物联网基础知识课件

第05章物联网基础知识第05章物联网基础知识第05章物联网基础知识5.1物联网概述1.什么是物联网物联网即“物品的互联网”，其英文名称为“TheInternetofthings”，主要解决物品到物品（ThingtoThing，T2T），人到物品（HumantoThing，H2T）以及人与人（HumantoHuman，H2H）之间的互连。温家宝总理在2010年政府工作报告中对物联网作了如下定义：物联网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，进行信息交换和通信，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。5.1物联网概述物联网特点1全面感知，传输信息多样化。2物联网将各种有线、无线网络与互联网融合，进行信息可靠传递。

3物联网广泛应用各种智能计算技术进行管理调控。5.1物联网概述2.物联网的起源与发展物联网概念并不是新概念，其最早出现在比尔•盖茨1995年的《未来之路》一书。2005年4月8日，在日内瓦举办的信息社会世界峰会上，ITU成立了泛在网络社会（UbiquitousNetworkSociety）国家专家工作组，提高了一个在国际上讨论物联网的常设咨询机构。5.1物联网概述美国——2009年2月17日，奥巴马总统签署生效的《2009年美国恢复与再投资法案》中提出在智能电网、卫生医疗信息技术应用和教育信息技术进行大量投资，这些投资建设与物联网技术直接相关。欧盟执委会——2009年6月18日发表了《Internetofthings——anactionplanforEurope》日本——2004年5月日本总务省向日本经济财政咨询会议正式提出了以发展Ubiquitous社会为目标的U-Japan构想。5.1物联网概述韩国——2009年10月13日，韩国通信委员会通过了《物联网基础设施构建基本规划》中国——2009年8月7日，温家宝总理视察无锡时提出“感知中国”理念，由此推动了物联网概念在国内的重视，成为继计算机、互联网和移动通信之后引发新一轮信息产业浪潮的核心领域。5.1物联网概述3.物联网与互联网的区别物联网的终端比互联网更加多样化。物联网的终端系统接入方式与互联网不同。与互联网相比，物联网具有主动感知的特点。物联网具有不同应用领域的专用性。除以上几点之外，物联网在网络的稳定性、可靠性以及安全性和可控性等方面比互联网要求更高。5.2物联网体系结构与关键技术1.物联网体系结构物品万维网体系结构物联网自主体系结构知识面控制面数据面管理面提供控制决策需要的知识发送配置报文，优化吞吐量、可靠性图5-1物联网自主体系结构图5.2物联网体系结构与关键技术物联网的EPC体系结构内部信息系统（ERP等）对象名字服务器ONS本地ONSEPC信息服务EPC中间件EPC信息服务EPC中间件EPC阅读器物品EPC阅读器物品身份验证和授权本地ONS内部信息系统（ERP等）互联网图5-2物联网的EPC体系结构图5.2物联网体系结构与关键技术图5-4物联网四层体系结构模型5.2物联网体系结构与关键技术2.识别技术——RFIDRFID是RadioFrequencyIdentification的缩写，即射频识别，又称电子标签，是一种非接触式的自动识别技术，它通过利用无线射频信号在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输，以达到自动识别目标对象，快速进行物品追踪和数据交换的目的。5.2物联网体系结构与关键技术RFID系统组成与工作原理

典型的RFID系统一般由标签（Tag）、天线（Antenna）、数据传输和处理系统组成，数据传输和处理系统通常被封装在一起，统称为阅读器（Reader）。因此工业界常将RFID系统分为标签、天线和阅读器三部分，如图5-5所示。5.2物联网体系结构与关键技术天线阅读器标签附着在物品上的标签接收到信号，被激活并发送正确信息。阅读器通过天线发送信号。阅读器将信息送给计算机系统进行数据处理。图5-5RFID工作原理示意图5.2物联网体系结构与关键技术RFID工作频率RFID系统的工作频率一般是指阅读器发送信息时所使用的频率。其典型的工作频率有低频125kHz、133kHz，高频13.56MHz、27.12MHz以及超高频433MHz、860~960MHz、2.45GHz、5.8GHz。低频系统工作频率范围为30~300kHz，一般使用无源标签，其通信范围一般小于1米。高频系统一般指其工作频率3~30MHz，其通信距离也小于1米。5.2物联网体系结构与关键技术感知技术——传感技术无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）是传感器技术与无线网络技术相结合的产物，无线传感器网络综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。5.2物联网体系结构与关键技术组成电源传感器微处理器无线通信图5-6无线传感器节点组成5.2物联网体系结构与关键技术目标传感节点感知现场远程任务管理用户外部网络（卫星通信网、互联网等）观测节点图5-7无线传感器网络结构示意图5.2物联网体系结构与关键技术特点①自组织。②节点分布空间面积大。③多跳路由。④动态网络拓扑。⑤节点能源受限。⑥传输能力有限。应用现状环境的监测和保护。建筑结构监测。医疗护理智能交通应用军事领域5.2物联网体系结构与关键技术4.网络与通信技术互联网技术可以说互联网为物联网提供应用平台，同时物联网对互联网提出了更高的要求，也能反过来促进互联网的进一步发展。移动通信技术移动通信网是实现未来物联网应用的重要基础设施，它赋予物联网强大通信能力，物联网的概念也为移动通信发展注入了强大推动力。5.2物联网体系结构与关键技术无线通信网络无线通信没有有线网络在连接空间上的局限性，将成为物联网的另一重要网络接入方式。无线通信网络按照其传输速率高低可分为无线宽带网络，如WiFi（WirelessFidelity）、WiMAX（WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess）和无线低速网络，如蓝牙（BlueTooth）、红外（Infrared）、紫蜂（ZigBee）等。（1）无线宽带网络按照传统的定义，宽带超过1.54Mb/s的网络即为宽带网络。5.2物联网体系结构与关键技术WiFiWiFi原为无线保真WirelessFidelity的缩写，是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。特点：无线电波的覆盖范围广，传输速度非常快，可以达到54Mb/s，无需布线，能够满足移动办公用户的需求。5.2物联网体系结构与关键技术WiMAXWiMAX是WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess的缩写，即全球微波互联接入，WiMAX也叫802.16无线城域网或802.16。特点：传输距离更远——50公里，提供更高速的宽带接入——70M，提供优良的最后一公里网络接入服务，提供多媒体通信服务。5.2物联网体系结构与关键技术（2）无线低速网络蓝牙——是一种目前广泛应用的短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、GPS设备、游戏平台ps3、笔记本电脑、无线外围设备（如蓝牙鼠标、蓝牙键盘）等众多设备之间进行无线信息交换。红外——红外是一种利用红外线传输数据的无线通信方式，采用红外波段内的近红外线，波长在0.75μm~25μm之间。自1974年发明以来得到很普遍的应用，如红外线鼠标、红外线打印机、红外线键盘等。红外传输采用点对点方式，传输距离一般为1米左右，由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，适合于短距离、方向性强的无线通讯场合。红外设备一般具有体积小、成本低、功耗低、无需频率申请等优势。5.2物联网体系结构与关键技术ZigBee—紫蜂ZigBee是一种新兴的短距离无线通信技术，是IEEE802.15.4协议的代名词。特点：低功耗特性，数据速率比较低，可靠性有保障，近距离传输特性，组网规模大。应用领域应用说明家庭和楼宇网络空调系统的温度控制、照明的自动控制、窗帘的自动控制、煤气计量控制、家用电器的远程控制等。工业控制各种监控器、传感器的自动化控制。商业智慧型标签等。公共场所烟雾探测器等。农业控制利用传感器收集各种土壤信息和气候信息。医疗老人与行动不便者的紧急呼叫器和医疗传感器等。5.2物联网体系结构与关键技术云计算与智能决策技术（1）云计算云计算是一种商业计算模型。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。广义的云计算指厂商通过建立网络服务器集群，向各种不同类型客户提供在线软件服务、硬件租借、数据存储、计算分析等不同类型的服务。5.2物联网体系结构与关键技术从用户的角度来看，云计算具有以下特点：云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心。云计算对用户端的设备要求最低，使用方便。云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。云计算为我们使用网络提供了几乎无限多的可能。极其廉价。云计算技术方面具有如下特点：规模超大，且具有可扩展性。虚拟化。高可靠性。通用性。5.2物联网体系结构与关键技术（2）智能决策技术物联网通过将数据采集、传输并进行计算处理之后，最终目的是对物品实现智能化管理，智能化管理是建立在海量数据上的，有效利用海量信息并做出智能决策是物联网应用的关键。目前智能决策方法主要有基于人工智能、基于数据仓库和基于范例推理三种。5.2物联网体系结构与关键技术基于人工智能的智能决策人工智能是用人工方法在机器（计算机）上实现的智能，主要研究如何用计算机来表示和执行人类的智能活动，以模拟人脑所从事的推理、学习、思考和规划等思维活动，并解决需要人类的智力才能处理的复杂问题，如医疗诊断、管理决策、自然语言理解等。基于人工智能的智能决策方法主要有专家系统、机器学习和基于Agent三种。5.2物联网体系结构与关键技术基于数据仓库的智能决策数据仓库通过多数据源信息的概括、聚集和集成，建立面向主题、集成、时变、持久的数据集合，从而为决策提供可用信息。数据挖掘是从大量数据中析取有用的、前所未知的和最终可理解的知识的过程。数据挖掘可以建立在数据仓库之上，基于数据仓库的挖掘可以更好的保障数据挖掘的效果。5.2物联网体系结构与关键技术基于范例推理的智能决策基于范例推理是从过去的经验中发现解决当前问题线索的方法。过去事件的集合构成一个范例库，即问题处理的模型，当前处理的问题成为目标范例，记忆的问题或情景成为源范例，这样在处理问题时，先在范例库中搜索与目标范例具有相同属性的源范例，再通过范例的匹配情况进行调整，基于范例推理简化了知识获取的过程，对过去的求解过程的复用提高了问题求解的效率，对难以通过计算推导来求解的问题可以发挥很好的作用。5.3物联网的应用

物联网技术是在互联网技术基础上的延伸和扩展，其用户终端延伸到了任何物品，可以实现任何物品之间的信息交换和通信，因此其应用以“物品”为中心，可遍及交通、物流、教学、医疗、卫生、安防、家居、旅游及农业等领域，在未来3年内中国物联网产业将在智能电网、智能家居、数字城市、智能医疗、车用传感器等领域率先普及。本节主要介绍其在智能物流、智能家居、智能交通和智能医疗方面的应用。5.3物联网的应用

1．智能物流5.3物联网的应用

5.3物联网的应用

5.3物联网的应用

2.智能家庭数字家庭信息娱乐生活通信智能家居系统是利用先进的计算机、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电、音视频设备等通过家庭网络连接到一起，实现对家庭设备的远程操控。5.3物联网的应用

3．智能交通目前的智能交通系统主要包括以下几方面：交通管理系统、交通信息服务系统、公共交通系统、车辆控制与安全系统、不停车电子收费系统等。目前国内外智能交通成功案例以不停车电子收费系统和交通诱导服务系统居多。例如德国高速公路启用卫星卡车收费系统