物联网概论与应用案例

物联网概论

InternetofThings主讲:胡成全教授传感器网络与环境智能研究室物联网概论与应用案例第1页欢迎大家参加暑期课程！课程由来传感网技术、物联网工程，教育部新专业吉林大学计算机科学与技术学院“物联网工程”专业课程体系、试验设置仍在探讨中新课，没教材，有参考书物联网概论与应用案例第2页参考书《物联网：现在与未来》，王志良主编，机械工业出版社，.6《智慧物联网》，吴功宜编著，机械工业出版社，.6/art/06/207332.htm《物联网：技术、应用、标准和商业模式》，周洪波著，电子工业出版社，.7《物联网：开启全新生活智能时代》，张福生主编，山西人民出版社，.4物联网概论与应用案例第3页课程计划第一讲物联网概述物联网产生背景物联网定义物联网基本框架物联网技术体系物联网应用领域国内外发展现实状况第二讲物联网感知层技术传感器RFID二维码智能传感器（MEMS）传感器网络物联网概论与应用案例第4页第三讲物联网传输层技术有线通信传输层无线通信传输层协议与标准第四讲物联网支撑技术及应用技术嵌入式软件与中间件普适计算与嵌入式智能海量数据处理与云计算网络与信息安全技术物联网概论与应用案例第5页第五讲物联网应用案例智能物流智能家居智能医疗智能电网无线抄表物联网概论与应用案例第6页第一讲物联网概述物联网概论与应用案例第7页物联网产生背景计算机网络发展互联网应用扩展高性能计算技术发展传感技术发展社会需求驱动政府支持物联网概论与应用案例第8页计算机网络发展物联网概论与应用案例第9页互联网应用发展趋势物联网概论与应用案例第10页计算技术发展单机计算并行计算分布式计算网格计算云计算普适计算物联网概论与应用案例第11页yearlog(peoplepercomputer)streaminginformationto/fromphysicalworldNumberCrunchingDataStorageproductivityinteractiveMainframeMinicomputerWorkstationPCLaptopPDA12物联网概论与应用案例第12页传感技术发展RFID智能传感器MEMS传感器网络物联网概论与应用案例第13页传感器节点一些样品物联网概论与应用案例第14页智慧灰尘(SmartDust)

–缩微集成传感器网络节点物联网概论与应用案例第15页社会需求驱动3C协同（Computer、ConsumerElectronics、CommunicationDevices家电、计算机、通信设备）5W目标（whoeverwheneverwhereverwhomeverwhatever）管-控一体化两化融合可穿戴计算机物联网概论与应用案例第16页物联网概论与应用案例第17页政府支持奥巴马：智慧地球，20温家宝：感知中国，20日本：u-Japan，年韩国：u-Korea，年欧盟：制订技术体系和演进路线，20物联网概论与应用案例第18页“就如同个人电脑是八十年代标志，万维网是九十年代标志一样，下一个巨大改变，将会是廉价传感器到來！”

–保罗

萨福美国未来科学院

“Justasthepersonalcomputerwasasymbolofthe'80s,andthesymbolofthe'90sistheWorldWideWeb,thenextnonlinearshift,isgoingtobetheadventofcheapsensors.”

-PaulSaffoInstitutefortheFuture物联网概论与应用案例第19页物联网定义物联网（InternetofThings,IOT），概念由麻省理工学院教授于1999年提出。最初定义：将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成一个巨大网络。其目标是让全部物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。欧盟定义：将现有互联计算机网络扩展到互联物品网络。ITU定义：fromanytime,anyplaceconnectivityforanyone,wewillnowhaveconnectivityforanything。物联网概论与应用案例第20页中国定义温家宝总理在第十一届人大第三次会议上所作政府工作汇报中对物联网定义：物联网是指经过信息传感设备，按照约定协议，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、监控和管理一个网络。它是在互联网基础上延伸和扩展网络。21物联网概论与应用案例第21页物联网概念模型物联网概论与应用案例第22页物理世界与数字世界无缝连接物联网概论与应用案例第23页物联网定义技术了解物联网是指物体信息经过智能感应装置，经过传输网络，抵达指定信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间自动化信息交互与处理智能网络。应用了解物联网是指把世界上全部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“互联网”结合,实现人类社会与物理系统整合，抵达愈加精细和动态方式去管理生产和生活。通俗了解将RFID（无线射频识别）和WSN（无线传感器网络）结合为用户提供生产生活监控、指挥调度、远程数据采集和测量、远程诊疗等方面服务。物联网概论与应用案例第24页物联网三大特征全方面感知利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体信息。可靠传递经过无线网络与互联网融合，将物体信息实时准确地传递给用户。智能处理利用云计算、数据挖掘以及含糊识别等人工智能技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化控制。物联网概论与应用案例第25页物联网概论与应用案例第26页物联网发展过程（1）1999年MITAuto-IDCenter提出物联网概念，即把全部物品经过射频识别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。

年日本总务省提出u-Japan构想中，希望在

年将日本建设成一个“Anytime，Anywhere，Anything，Anyone”都能够上网环境。同年，韩国政府制订了u-Korea战略，韩国信通部公布《数字时代人本主义：IT839战略》以详细呼应u-Korea。

物联网概论与应用案例第27页物联网发展过程（2）

年11月在突尼斯举行信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）公布了《ITU互联网汇报：物联网》，汇报指出，无所不在“物联网”通信时代即未降临，世界上全部物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都能够经过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到愈加广泛应用。

年11月IBM提出“智慧地球”概念，即“互联网+物联网=智慧地球”，以此做为经济振兴战略。假如在基础建设执行中，植入“智慧”理念，不但仅能够在短期内有力刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内打造一个成熟智慧基础设施平台。物联网概论与应用案例第28页物联网发展过程（3）

年6月欧盟委员会提出针对物联网行动方案，方案明确表示在技术层面将给予大量资金支持，在政府管理层面将提出与现有法规相适应网络监管方案

年8月温家宝总理在无锡考查传感网产业发展时明确指示要早一点谋划未来，早一点攻破关键技术，而且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。当前：经国家标准化管理委员会同意，全国信息技术标准化技术委员会组建了传感器网络标准工作组，标准工作组现聚集了中国科学院、中国移动通信集团企业等国内传感网主要技术研究和应用单位。物联网概论与应用案例第29页物联网连接示意图物联网连接示意图物联网概论与应用案例第30页物联网技术体系框架（3层）物联网概论与应用案例第31页物联网技术体系框架（3层）感知层：数据采集与感知主要用于采集物理世界中发生物理事件和数据，包含各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网数据采集包括传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。传感器网络组网和协同信息处理技术实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据协同信息处理过程。物联网概论与应用案例第32页物联网技术体系框架（3层）网络层：实现愈加广泛互联功效能够把感知到信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。经过十余年快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，基本能够满足物联网数据传输需要。物联网概论与应用案例第33页物联网技术体系框架（3层）应用层：包含应用支撑平台和应用服务应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间信息协同、共享、互通功效。应用服务子层包含智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。物联网概论与应用案例第34页物联网技术体系框架（3层）公共技术不属于物联网技术某个特定层面，而是与物联网技术架构三层都相关系。它包含标识与解析、安全技术、网络管理和服务质量(QoS)管理。物联网概论与应用案例第35页物联网技术体系框架（4层）物联网概论与应用案例第36页区分——支撑层支撑层在高性能计算技术支撑下，将网络内大量或海量信息资源经过计算整合成一个能够互联互通大型智能网络，为上层服务管理和大规模行业应用建立起一个高效、可靠和可信支撑技术平台。在国际高性能计算研究中，最有影响力是“高性能计算机世界500强（HPC

TOP500）排行榜”。第32届与第33届第一都是IBM企业“走鹃”（Roadrunner）超级计算机。“走鹃”超级计算机计算能力到达1.1千万亿次，它使用了129600个处理器芯片。从第32届公布HPCTOP500名单中能够看出，美国占有291席，欧洲占有145席，亚洲仅占十几席。我国“天河一号”高性能计算机排名第五，这是近年来我国科学家取得最好成绩。5月31日公布最新HPCTOP500名单中，由我国曙光企业研制生产“星云”高性能计算机实测Linpack性能到达每秒1.271千万亿次，居世界超级计算机第二位，它表明中国高性能计算机发展已到达世界领先水平。物联网概论与应用案例第37页高性能计算机在国际高性能计算研究中，最有影响力是“高性能计算机世界500强（HPC

TOP500）排行榜”。第32届与第33届第一都是IBM企业“走鹃”（Roadrunner）超级计算机。“走鹃”超级计算机计算能力到达1.1千万亿次，它使用了129600个处理器芯片。美国占有291席，欧洲占有145席，亚洲仅占十几席。我国“天河一号”高性能计算机排名第五，这是近年来我国科学家取得最好成绩。5月31日公布最新HPCTOP500名单中，由我国曙光企业研制生产“星云”高性能计算机实测Linpack性能到达每秒1.271千万亿次，居世界超级计算机第二位，它表明中国高性能计算机发展已到达世界领先水平。物联网概论与应用案例第38页物联网概论与应用案例第39页物联网概论与应用案例第40页物联网概论与应用案例第41页物联网关键关键技术（1）RFID技术是物联网中让物品“开口说话”关键技术，物联网中，RFID标签上存放着规范而含有互用性信息，经过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)识别。传感器技术在物联网中，传感技术主要负责接收物品“讲话”内容。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理、变换和识别一门多学科交叉当代科学与工程技术，它包括传感器、信息处理和识别规划设计、开发、制造、测试、应用及评价改进等活动。物联网概论与应用案例第42页物联网关键关键技术（2）无线网络技术物联网中，物品与人无障碍交流，必定离不开高速、可进行大批量数据传输无线网络。无线网络既包含允许用户建立远距离无线连接全球语音和数据网络，也包含为近距离蓝牙技术和红外技术人工智能技术人工智能是研究使计算机来模拟人一些思维过程和智能行为（如学习、推理、思索、规划等）技术。在物联网中，人工智能技术主要负责将物品“讲话”内容进行分析，从而实现计算机自动处理。物联网概论与应用案例第43页物联网关键关键技术（3）云计算技术物联网发展离不开云计算技术支持。物联网中终端计算和存放能力有限,云计算平台能够作为物联网“大脑”,实现对海量数据存放、计算。物联网概论与应用案例第44页物联网技术难点（1）技术标准问题世界各国存在不一样标准。中国信息技术标准化技术委员会于成立了无线传感器网络标准项目组。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个专题组，开展详细国家标准制订工作。数据安全问题信息采集频繁，其数据安全必须重点考虑。物联网概论与应用案例第45页物联网技术难点（2）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IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6（6.7x1023个/平方米）来支撑。IPv6协议已经从试验室走向了应用阶段。终端问题物联网终端除含有本身功效外还拥有传感器和网络接入等功效，且不一样行业需求千差万别，怎样满足终端产品多样化需求，对运行商来说是一大挑战。物联网概论与应用案例第46页物联网应用示意图物联网概论与应用案例第47页物联网应用示例——食品安全给放养牲畜中每一只动物都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售肉品上，消费者可经过手机阅读二维码，知道牲畜成长历史，确保食品安全。我国已经有10亿存栏动物贴上了这种二维码。物联网概论与应用案例第48页物联网应用示例——人体健康人身上能够安装不一样传感器，对人健康参数进行监控，而且实时传送到相关医疗保健中心，假如有异常，保健中心经过手机，提醒您去医院检验身体。物联网概论与应用案例第49页物联网概论与应用案例第50页物联网应用示例——平安城市利用布署在大街小巷传感器，实现图像敏感性智能分析并与110、119、120等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间联动，从而构建友好安全城市生活环境物联网概论与应用案例第51页物联网应用示例——智能家庭智能家庭是各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等经过物联网进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间“互联互通”,并实现随时随地对智能设备控制。物联网概论与应用案例第52页在智能家居应用场景中，用户在下班回家路上即可用手机开启“下班”业务流程，将热水器和空调调整到预订温度，并检测冰箱内食物容量，如不足则经过网络下订单要求超市按照当日菜谱送货。物联网概论与应用案例第53页物联网应用示例——智慧农业农业标准化生产监测系统：

将农业生产过程中，最关键温度、湿度、二氧化碳含量、土壤温度、土壤含水率信息经过农田中传感器组实时采集，利用M2M运行支撑平台和GPRS/ESGE网络传输，利用短信息、WEB、WAP等伎俩，让从事农业生产客户实时掌握这些信息。物联网概论与应用案例第54页农业标准化生产监测系统物联网运行支撑平台农业生产监测系统短信网关WEB客户GPRS/EDGE有线无线射频传感器组通信终端55物联网概论与应用案例第55页作战环境侦查物联网概论与应用案例第56页战场监测与指挥物联网概论与应用案例第57页物联网概论与应用案例第58页Sensorattachedtoeveryvehicle.Capableofdetectingtheirlocation,vehiclesizes,speedsand;roadconditions…Alternateroutes,estimatetriptimes…

TrafficControl物联网概论与应用案例第59页WSN应用☆精细农业CamalieVineyardsCaseStudy物联网概论与应用案例第60页WSN应用（续）