物联网概论 模块1 通过智慧城市进入物联网的世界

模块1通过智慧城市进入物联网的世界目录CONTENTS1智慧城市2物联网的概念与发展3物联网技术概述思维导图学习目标熟悉物联网的概念，了解物联网与互联网的区别了解物联网发展起源、现状与趋势熟悉物联网的关键技术、技术特征和层次划分知识目标能描述物联网的概念、发展进程及未来趋势能熟练列举物联网的各种关键技术能够陈述物联网的“12字”技术特征和3大层次划分技能目标培养学生信息时代下的与时俱进的信息素养培养学生基于物联网的万物互联的创新思维素质目标01PARTONE智慧城市情景导入自动驾驶、VR购物远程看病、智能楼宇……“未来的城市”什么是智慧城市？1.1智慧城市概述智慧城市是当前城市发展的新理念和新模式，以改善城市人居环境质量、优化城市管理和生产生活方式、提升城市居民幸福感受为目的，是信息时代的新型城市化发展模式，对城市实现以人为本、全面协调可持续的科学发展具有重要意义。智慧城市的核心驱动力是通过深度的城市信息化来满足城市发展转型和管理方式转变的需求。

1.2基本内涵以推进实体基础设施和信息基础设施相融合、构建城市智能基础设施为基础；以物联网、云计算、大数据、移动互联网等新一代信息通信技术在城市经济社会发展各领域的充分运用为主线；以最大限度地开发、整合和利用各类城市信息资源为核心；以为居民、企业和社会提供及时、互动、高效的信息服务为手段；以全面提升城市规划发展能力、提高城市公共设施水平、增强城市公共服务能力、激发城市新兴业态活力为宗旨。1.3智慧城市的4个层面1.3智慧城市的4个层面（1）深层感知利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程实现深层感知，如城市中的监控摄像头、传感器、射频识别（RadioFrequencyIdentification,RFID）设备、移动和手持设备、计算机和多媒体终端、GPS、数据中心、数据挖掘和分析工具等。通过使用这些新设备和系统，包括人在内的城市的任何信息都可以被快速获取并进行分析，便于立即采取应对措施和进行长期规划。（2）广泛互联。通过各种形式的高速、高带宽的通信网络工具，如有线网、无线网等，发挥“三网融合”的优势，将传感器、个人电子设备等智能设备连接起来进行交互，实现互联互通，实时监控。（3）高度共享利用面向服务的体系结构、云计算、大数据等技术手段，通过将资源“服务”化、集中存储、共享计算资源等方式，对整个城市信息资源进行汇集、存储、分类、整合，将全社会信息系统中收集和储存的分散的信息及数据关联起来，多方共享，使得工作和任务可以通过多方协作，远程完成。共享视频监控、地理信息、通信调度等平台，用于城市管理和部门间业务联动。（4）智慧应用通过使用传感器、先进的移动终端，可以实时收集城市中的所有信息，采用高速分析工具和集成IT处理复杂的数据分析、汇总和计算工作，把数据变成信息，把信息变成知识，把知识变成智慧，从全局的角度分析形势并实时解决问题，以便政府及相关机构及时做出决策并采取适当的措施。1.3智慧城市的4个层面1.4智慧城市体系架构

2017年，国家标准委发布《智慧城市技术参考模型》（GB/T34678-2017）。该标准从城市信息化整体建设层面考虑，以ICT技术为视角，规定了ICT视角下的智慧城市技术参考模型图片来源：智慧城市技术参考模型（GB/T34678-2017）1.5智慧城市应用领域

在智慧城市建设背景下，物联网的应用涉及领域很广，从简单的人类个人生活到工业的现代化和自动化控制，再到城市建设、军事、反恐等领域。物联网的应用涉及由传感器技术所推动的各产业链领域，包括社区、医疗、农业、物流、校园、旅游等。

国际电信联盟电信标准分局(ITU-T)提出的物联网应用领域，被广大学者和工程师普遍采用。1.6拓展知识全球智慧城市盘点，我国多城市陆续斩获世界智慧城市“奥斯卡”

02PARTTWO物联网的概念与发展情景导入物联网如何起源和发展的？上世纪80年代卡内基美隆大学的程序员，不愿上下楼，将可乐贩卖机联网；1991年在英国剑桥大学诞生的“特洛伊咖啡壶”。根据上述关于物联网起源的描述，你能否思考总结物联网的特点？列举你身边可能存在哪些涉及物联网的事物或事件。2.1物联网的概念英文名称“TheInternetofThings”

物联网就是“物与物相连的互联网”。这里有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网的基础之上延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品，人与物可以通过互联网进行信息的交换和通信。

物联网的定义：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。它是在互联网的基础上延伸和扩展的网络。2.2物联网的发展——起源物联网起源于两种技术1999年，美国麻省理工学院在研究RFID时提出了物联网的概念雏形，其设想是给每个物品都添上电子标签2003年，美国《技术评论》把传感网络技术评为未来改变人们生活的十大技术之首2005年，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了物联网的概念2009年，IBM提出智慧地球的概念，认为信息技术产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用到各行各业中，形成新一代的智慧型基础设施——物联网。2009年，中国政府提出“感知中国”的战略。2011年中国“十二五”规划指出，新一代信息技术产业的发展重点是物联网、云计算、三网融合和集成电路等。射频识别（RadioFrequencyIDentification，RFID）无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）2.3物联网的发展——在国外的发展2008年美国IBM提出“智慧地球”理念，得到美国政府的支持。欧盟2009年提出《物联网—欧洲行动计划》。2001年至2009年，日本相继制定了“e-Japan”战略、“u-Japan”战略、“i-Japan”战略等多项信息技术发展战略。2006年，韩国也提出了“u-Korea”战略，重点支持泛在网的建设。传统科技企业以物联网技术为抓手进行转型升级。高思并购物联网平台提供商Jaspertechnologies公司，微软收购意大利物联网平台Solair，将物联网服务整合进微软的AzureIot平台。重视核心研发，赋能产业升级。英特尔公司重点研发Quark、IntelAtom、酷睿、至强等系列物联网专用芯片，占据物联网行业应用领域制高点。引领先进技术实践，拓展行业应用创新。全球行业领军企业积极谋划5G部署，5奥迪和爱立信计划将5G技术应用于汽车生产。AT&T公司与三星电子联手打造了美国第一个专注于生产线的5G测试台。欧美构建了物联网应用产业联盟。欧美企业通过缔结联盟组织的方式将物联网行业带入良性发展的轨道。国际性物联网行业联盟主要包括开放互联基金会OCF、工业物联网联盟IIC、物联网国际标准化伙伴组织“OneM2M”等世界各国发展近年的发展2.3物联网的发展——在中国的发展2004年，我国把射频识别（RFID）作为“金卡工程”的一个重点，启动了RFID的试点。我国发展物联网，是以RFID的广泛应用作为形成全国物联网发展基础的。。2008年底，我国铁路RFID应用已基本涵盖了铁路运输的全部业务。2010年，上海世博会上大量采用了RFID系统。2006年，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》将物联网列入重点研究领域。在2009年12月的国务院经济工作会议上，明确提出了要在电力、交通、安防和金融行业推进物联网的相关应用。2010年3月，我国高校开始创办物联网工程专业。2010年9月，国务院通过《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，确定物联网等新一代信息技术为我国7个战略性新兴产业之一。智慧城市建设是全球城市化的新趋势，而物联网等相关技术的发展也将逐步推动城市“部件”之间实现“万物互联”2.4拓展知识比尔·盖茨的疯狂构想和前卫实践

03PARTTHREE物联网的技术特征互联网让人可以通过计算机去使用网络，主要是实行人与人之间的信息交互与共享物联网让生活中的普通物体也可以进入网络，使用网络上的信息3.1物联网的技术特征物联网的技术特征来自于同互联网的类比。物联网不仅对“物”实现连接和操控，它还通过技术手段的扩张，赋予了网络新的含义。物联网的技术特征是全面感知、互通互联和智慧运行。

3.1物联网的技术特征——全面感知全面感知解决的是人类社会与物理世界的数据获取问题。全面感知是物联网的皮肤和五官，主要功能是识别物体、采集信息。全面感知是指利用各种感知、捕获、测量等的技术手段，实时对物体进行信息的采集和获取。是所有上层结构的基础让物品“开口说话、发布信息”大量信息生成设备信息生成方式多样化互通互联解决物体间的信息传输问题网络是物联网最重要的基础设施之一互通互联是物联网的血管和神经，其主要功能是信息的接入和信息的传递。高效、稳定、及时、安全地传输上下层的数据3.1物联网的技术特征——互联互通智慧运行解决计算、处理和决策问题。智慧运行是物联网的大脑和神经中枢主要功能是信息及数据的深入分析和有效处理物品追踪、环境感知、智能物流、智能交通、智能电网3.1物联网的技术特征——智慧运行3.2物联网层次划分感知层是物联网的五官和皮肤，用于识别外界物体和采集信息。网络层是物联网的神经中枢系统，负责将感知层获取的信息，安全可靠地传输到应用层，然后根据不同的应用需求进行信息处理。应用层是物联网的大脑，其功能为“处理”，即通过云计算平台进行信息处理。

3.3物联网关键技术按照物联网的层次体系架构，每一层都有自己的关键技术。感知层的关键技术是感知和自动识别技术；网络层的关键技术是无线传输网络技术和互联网技术。应用层的关键技术是数据处理、数据融合技术和云计算技术，在此基础上是行业专用技术与物联网技术的集成。欧洲物联网项目总体协助组2009年发布了《物联网战略研究路线图》报告，2010年发布了《物联网实现的展望和挑战》报告。在这两份报告中，将物联网的支撑技术分为如下几种：识别技术、物联网体系结构技术、通信技术、网络技术、网络发现、软件和算法、硬件、数据和信号处理技术、发现和搜索引擎技术、网络管理技术、功率和能量存储技术、安全和隐私技术、标准化。关键技术相关技术3.3.1物联网关键技术——自动识别技术RFIDRFID（RadioFrequencyIdentification，射频识别）是一种非接触式的自动识别技术，可以通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据。它主要用来为物联网中的各物品建立唯一的身份标识。未来，RFID技术将继续保持高速发展的势头。电子标签、读写器、系统集成软件、公共服务体系、标准化等方面都将取得新的进展。随着关键技术的不断进步，RFID产品的种类将越来越丰富，应用和衍生的增值服务也将越来越广泛。3.3.2物联网关键技术——传感器技术信息采集是物联网的基础，而目前的信息采集主要是通过传感器、传感节点和电子标签等方式完成的。传感器是物联网中获得信息的主要设备，它利用各种机制把被测量转换为电信号，然后由相应信号处理装置进行处理，并产生响应动作。常见的传感器包括温度、湿度、压力、光电传感器等。传感器作为一种检测装置，作为摄取信息的关键器件，由于其所在的环境通常比较恶劣，因此物联网对传感器技术提出了较高的要求。一是其感受信息的能力，二是传感器自身的智能化和网络化，传感器技术在这两方面应当实现发展与突破。传感器技术是半导体技术、测量技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械学、仿生学和材料科学等多学科综合的高新技术。3.3.3物联网关键技术——网络和通信技术物联网的实现涉及近程通信技术和远程运输技术。近程通信技术包括RFID、蓝牙、ZigBee、总线等，远程运输技术包括互联网的组网，如第三代移动通信技术（3rdGenerationMobileNetworks,3G）、第四代移动通信技术（4thGenerationMobileNetworks,4G）、第五代移动通信技术（5thGenerationMobileNetworks,5G）、GPS等技术。3.3.4物联网关键技术——数据融合技术

从物联网的感知层到应用层，各种信息的种类和数量都成倍增加，需要分析的数据量也呈级数增加，同时还涉及各种异构网络或多个系统之间数据的融合问题，如何从海量的数据中及时挖掘出隐藏信息和有效数据的问题，给数据处理带来了巨大的挑战，因此怎样合理、有效地整合、挖掘和智能处理海量的数据是物联网的难题。结合P2P、云计算等分布式计算技术，成为解决以上难题的一个途径。云计算为物联网提供了一种新的高效率计算模式，可通过网络按需提供动态伸缩的廉价计算，其具有相对可靠并且安全的数据中心，同时兼有互联网服务的便利、廉价和大型机的能力，可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享，用户无须担心信息泄露、黑客入侵等棘手问题。云计算是信息化发展进程中的一个里程碑，它强调信息资源的聚集、优化和动态分配，节约信息化成本并大大提高了数据中心的效率。3.4拓展知识中国近年物联网发展规划时间主要政策文件主要内容2021《物联网新型基础设施建设三年行动计划（2021—2023年）》明确到