物联网工程设计与系统仿真 课件 第1章 物联网的基础知识

第1章物联网的基础知识12了解物联网概念的起源了解物联网概念的起源了解中国的物联网发展现状理解物联网的基本概念和系统架构了解物联网的典型应用及中国物联网产业发展状况了解物联网工程设计与项目管理类岗位要求知识目标能够阐述物联网的基本概念能够分析物联网的体系架构能够分析关键技术在物联网体系架构的位置能够描述物联网在垂直领域的典型应用

能力目标培养从整体到局部、从概括到细节的认知习惯培养积极思考与勤于实践并重的意识培养独立学习与沟通协作的能力素质目标第1章物联网的基础知识目录CATALOG030102物联网的起源和发展物联网的定义和架构T物联网的典型应用04物联网的产业发展状况T第1章物联网的基础知识物联网vs互联网4物联网的起源和发展1.1第一个有关物联网的概念@19996宝洁联合MIT成立AutoID-Labs物品标签化实体对象网络化&RFID网络化强关联，实现物品联网1999年，MIT自动识别中心提出第一个有关物联网的概念。物联网被解读为：基于EPC（产品电子代码）编码、射频识别（RFID）以及信息网络系统等技术，依托互联网来构建一个实现全球性的物品互联和物品信息实时共享，即全球性“实物互联”的网络。ITUInternetReport:IoT@20057物联网时代，通过在各种各样的物品上嵌入一种短距离的移动收发装置，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度——从任何时间、任何地点的人与人之间的沟通连接，扩展到人与物、物与物之间的沟通连接。物联网自导入期转入拓展期after20108自2010年起，物联网概念迅速升温、业务高速发展，物联网产业引发的革命逐步从导入期转入拓展期。中国、美国、欧洲、日韩等国家的物联网行动计划或社会战略纷纷出台。各国都把物联网建设提升到国家战略层面，通过大力加强本国物联网建设，占领物联网建设制高点，推动和引领未来世界经济的发展。物联网在中国的发展@2010-今92010中国政府工作报告明确了物联网在我国的战略性新兴产业地位《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》将传感网列入重点研究领域“新一代宽带移动无线通信网”国家科技重大专项将传感网列入重点研究领域2016《2015-2016年中国物联网发展年度报告》：物联网技术与云计算、大数据、移动互联网等新兴信息技术的协同创新进一步深化物联网加快向经济、社会、生活众多领域渗透，不断催生新变革、新应用和新业态20172017年9月，华为全联接大会，展示多领域的物联网应用探索和创新科技2017年10月，我国自主研发的物联网技术TRAIS-X（一种基于RFID的空中接口安全协议）成为国际标准2017年10月，基于北斗通信技术的物联网模块发布，能支持精确到厘米级的位置服务2020《2020中国智能物联网（AIoT）白皮书》发布。5G、人工智能、区块链等新一代信息技术与物联网加速融合，开启了万物智联、人机深度交互和融合的新时代技术研发标准研制产业培育行业应用物联网的定义和架构1.2※物联网的基本概念※物联网的系统架构通过条码及二维码、射频识别（RFID）、激光扫描仪、全球定位系统（GPS）、各类传感器（如红外传感器、温湿度传感器等）、无线传感器网络（WSN）等物品识别和信息传感设备，按约定的协议，以有线或无线的方式，通过各种局域网、接入网、互联网将任何物品（包括人）连接起来，进行信息交换和通信处理，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。目前比较被认可的物联网定义：1.2.1物联网的基本概念11121.2.1物联网的基本概念从两个方面透彻地理解物联网的基本概念理想的物联网无缝连接物理世界和信息世界物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟特性和智能接口，并与互联网无缝连接。在物联网环境下，这种无缝连接主要体现在：任何人（anybody）可以在任何时候（anytime）、任何地点（anywhere），通过任何网络（anynetwork）访问任何物（anything）和任何服务（anyservice）。1标识能力物体应该有自己特定的编号，才能让物联网上的应用系统识别出自身。感知能力通信能力物体能感知周围的情况，例如地理位置，温湿度、光照等信息。“物”@IoT三大基本特征物体能将自身的信息传递出去，同时也能接收相关信息131.2.1物联网的基本概念从两个方面透彻地理解物联网的基本概念寄生于物联网上的物体应当具备的特征21.2.2物联网的系统架构01物联网的体系架构物联网的三层体系结构1401物联网的体系架构物联网的四层体系结构15网络层1.2.2物联网的系统架构02物联网的技术架构物联网的技术体系结构161.2.2物联网的系统架构物联网的典型应用1.3※物流管理※交通运输※安全防范※工业物联网※医疗物联网※环境保护※智能电网※智能家居※智慧农业物流管理在物流管理方面，可将物联网应用于智能仓库的货物管理，它不仅能够处理货物的出库、入库和库存管理，而且还可以监管货物的一切信息。18传统物流中的人工手动分拣智慧物流节省人工成本，提高工作精确性、确保产品质量、加快处理速度。避免货物偷窃、损坏和遗失的情况发生。优势交通运输智能交通系统智能交通系统是基于现代电子信息技术面向交通运输的服务系统。它以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为交通参与者提供多样性的服务。19智能交通系统ITS智能交通系统应用场景理想的智能交通系统，应当对车辆和交通实现智能化管理：车辆靠自身的智能在道路上自由行驶公路靠自身的智能将交通流量调整至最佳状态管理人员则对道路、车辆的行踪将掌握得一清二楚。20交通设施得以充分利用，并能够提高交通效率与安全，最终实现交通运输服务的智能化管理，实现新世纪交通运输的集约式发展。优势安全防范安全防范自动化系统安全防范自动化系统在系统覆盖区域设置可视化监控中心，基于统一的通信平台将中央监控设备与各子系统设备联网，通过建立在监控中心和覆盖区域之间的信息双向传递，包括智能化的上行状态监控及下行管理控制，达到实时信息共享与集中控制的目的。21工业物联网22工业3.0阶段，信息孤岛、系统顶层设计缺失、垂直应用分离割裂的问题普遍存在，生产、管理、运营等不同维度的数据融合困难，难以真正支持工厂的数字化、智能化需求。工业4.0阶段，智能工厂（smartfactory）是以物联网、云计算、大数据、人工智能、机器学习等新技术为代表的新一轮信息技术革命的产物，是工厂运营技术与信息通信技术的深度融合。工业物联网可从三个维度构建智能工厂的架构与功能23操作维度智能感知技术能提供基础的工业数据，结合边缘计算及自动控制等技术帮助专业操作人员实现智能化业务决策和操作。运营维度决策维度依托IIoT平台，利用业务智能工具分析运营数据，提炼商业洞见，实现基于工业数据驱动的业务优化决策，在全供应链获得成本优势和商业先机。构建三维度在决策维度，工业大数据分析能帮助企业决策者做出数字化科学决策和精细化的管理。决策智能所依据的工业大数据是业务决策的依据，来自经营、生产、质量、设备、环境等多重维度。医疗物联网医疗设备智能化241治疗诊断信息化2精细流程数据监控分析3医疗信息的充分共享和资源配置4物联网为医疗保健服务带来变革基于物联网实现医疗服务流程的智能化与体系化医疗物联网多元化的落地应用方向25家居远程医疗监控慢性病人自我检测幼童意外伤害防护医疗废弃物智能化管理高危群体监控及预警医疗全过程管理什么是智能电网？26智能电网（SmartGrid，简称SG）是将传感测量、信息通信、计算机监控等技术与物理电网高度集成而形成的电力系统。为了对电网进行智能监测、分析和控制，需要将大量的各类设备（传感器、执行器、智能电表等）部署在发电厂、输电线路、配电中心、配电杆塔以及用电场所，并借助物联网技术实现这些设备的连接、跟踪和分布式自动化控制与运行。用于智能电网的物联网体系架构27物联网分层功能描述应用层主要采用智能计算、模式识别等技术，实现电网相关数据信息的综合分析和处理，进而实现智能化的决策、控制和服务，从而提升电网各个应用环节的智能化水平。网络层以电力光纤网为主，辅以电力线载波通信网、无线宽带网，转发从感知层设备采集的数据，负责物联网与智能电网专用通信网络之间的接入，主要用来实现信息的传递、路由和控制。感知层通过各种新型MEMS（微机电系统）传感器、基于嵌入式系统的智能传感器、RFID等智能采集设备，实现对智能电网的发电、输电、配电、用电环节相关信息的采集。智能家居28智能化家居设备管理1智能化家居能源管理2智能化家居活动管理3三类智能家居解决方案智能家居29典型智能家居系统架构智慧农业传统农业→现代农业→智慧农业基于智能感知技术、信息传输技术以及智能处理技术，农业物联网被广泛应用在农业活动的各个环节，在精准灌溉、精准施肥、病虫害防治、环境智能调控、智慧水产、智慧畜禽业等领域发挥着重要作用。30智慧农业31种植信息：环境、土壤、作物农田信息感知与调控作物病虫害诊断与预警…种植物联网应用养殖信息：畜禽信息、水产信息畜禽养殖物联网水产养殖物联网畜禽类农产品