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1、物联网概述,1.1 物联网起源与发展,1. 1.1物联网的发展历程,1999年美国麻省理工学院Auto-ID中心研究人员提出将RFID与互联网结合，实现在任何地点、任何时间、对任何物品进行标识和管理。,2005年国际电信联盟远程通信标准化组(ITU-T)在ITU Internet Reports2005: The Internet of Things正式提出物联网的概念，全面透彻地分析了物联网的可用技术、市场机会、潜在挑战和美好前景等内容。,2008年国际电信联盟对泛在传感器网络阐述为通过传感器、执行器、RFID等对物理世界进行感知和标识，感知的信息依靠网络进行传输和互联，将信息存储和信息处理
2、后，实现各种具体的应用，其目标是使我们的环境变为不需要人类干预、并能为人类服务的智能化世界。,1.1 物联网起源与发展,1. 1.1物联网的发展历程,2009年1月，IBM首席执行官彭明盛与美国奥巴马总统参加美国工商界领袖“圆桌会议”，提出“智慧地球”的概念。“智慧地球”就是把感应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，形成所谓“物联网”。 2009年6月，欧盟制定了欧洲物联网行动计划，该计划涵盖了物联网架构、硬件、软件与算法、标识技术、通信技术、网络技术、网络发现、数据与信号处理技术、知识发现与搜索引擎技术、关系网络管理技术、电
3、能存储技术、安全与隐私保护技术、标准化等关键技术，对物联网未来发展以及重点研究领域给出了明确的路线图。,1.1 物联网起源与发展,1. 1.1物联网的发展历程,2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，提出“感知中国”的概念。2010年9月国务院审议通过国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定，物联网作为战略性新兴产业的重要内容，被提高到国家战略层面高度予以重点关注和推进。 2012年2月，物联网产业十二五发展规划发布，重点确定了物联网在“智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗、智能家居”等9个重点示范应用领域。 2012年8月，国
4、务院发布我国首个国家级物联网规划无锡国家传感网创新示范区发展规划纲要（2012-2020年），提出打造具有全球影响力的传感网创新示范区。,1.1 物联网起源与发展,1. 1.2 物联网的基本概念,物联网基本概念： 通过条码与二维码、射频标签（RFID）、全球定位系统（GPS）、红外感应器、激光扫描器、传感器网络等自动标识与信息传感设备及系统，按照约定的通信协议，通过各种局域网、接入网、互联网将物与物、人与物、人与人连接起来，进行信息交换与通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。,1.1 物联网起源与发展,1. 1.3互联网、物联网与泛在网,互联网：又称因特网（Intern
5、et）,将计算机以一组通用的协议相连，形成逻辑上单一巨大的国际网络。这种将计算机网络互相连接在一起的方法可称作“网络互联”，在这基础上发展出覆盖全世界的全球性互联网络称“互联网”，即是“互相连接一起的网络”。 IOT（Internet of things）： 最早的IOT网络，实际上是RFID网络，该概念最早来自于美国麻省理工学院的Auto-ID中心研究人员。他们最早提出将RFID与互联网相结合，实现在任何地点、任何时间，对任何物品进行标识和管理。 传感网：传感器网络（Sensor Networks or Wireless Sensor Networks）的简称，将传感器组成网络，形成网络的方
6、式可以通过有线连接，更多是通过无线的方式组成网络。而传感器则是一种能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置的器件。,1.1 物联网起源与发展,1. 1.3互联网、物联网与泛在网,M2M：最早来自于诺基亚，其含义有Machine-to-Machine、Man-to-Machine，或者Machine-to-Man等，其侧重点在于无线数据通信和信息技术的无缝连接，从而实现在其基础上的无线业务流程的自动化、集成化，并最终为用户创造增值服务。 CPS：美国基金委员会近几年提出CPS(Cyber Physical Systems)研究计划，
7、该计划通过3C技术即计算(Computation)、通信(Communication)和控制(Control)的有机融合与深度协作，实现各种应用系统的实时感知、动态控制和信息服务。 泛在传感网（USN）：2005年国际电信联盟远程通信标准化组(ITU-T)在ITU Internet Reports 2005: The Internet of Things中正式提出IOT的概念。2008年该组织在Ubiquitous Sensor Networks中进一步提出泛在传感器网络概念（广义传感网），并阐述为通过传感器、执行器、RFID等对物理世界进行感知和标识，然后依靠网络将信息进行传输和互联，再进行
8、信息处理和信息存储，最后实现具体应用。,1.1 物联网起源与发展,1. 1.3互联网、物联网与泛在网,泛在网（Ubiquitous Networking）：又称为U网络，指实现人与人、人与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务，网络超强的环境感知、内容感知及其智能性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。 传感网、物联网与泛在网的关系： 传感网可以看作是物联网的一部分，属于一种末端网络，具有低速率、短距离、低功耗、自组网的特性。而物联网与泛在网概念最为接近，可以看作是泛在网在目前的一种实现形式。,1.2 物联网体系架构,分为三层：即感知层、网络层和应用
9、层。 分为四层：即感知层、传输层、服务管理层（也称智能层）和应用层。本质上讲这两种分法都是一样的。 感知层：实现对外界的感知，识别或定位物体，采集外界信息等。主要包括二维码标签、RFID标签、读写器、摄像头、各种终端、GPS等定位装置、各种传感器或局部传感器网络等。 传输层：负责感知信息或控制信息的传输，物联网通过信息在物体间的传输可以虚拟成为一个更大的“物体”，或者通过网络，将感知信息传输到更远的地方。传输层包括各种有线和无线组网技术、接入互联网的网关等。 服务管理层：对感知层通过传输层传输的信息进行动态汇集、存储、分解、合并、数据分析、数据挖掘等智能处理，并为应用层提供物理世界所对应的动态
10、呈现等。其中主要包括数据库技术、云计算技术、智能信息处理技术、智能软件技术、语义网技术等。 应用层：应用层实现物联网的各种具体的应用并提供服务，物联网具有广泛的行业结合的特点，根据某一种具体的行业应用，应用层实际上依赖感知层、传输层和服务管理层共同完成应用层所需要的具体服务。,1.2 物联网体系架构,1.3 物联网的关键技术,物联网实现目标： 全面感知、可靠传输、智能处理、自动控制。 主要技术： 有二维码技术、传感器技术、RFID技术、红外感知技术、定位技术、无线通信与组网技术、互联网接入技术（如IPV6技术）、物联网中间件技术、云计算技术、语义网技术、数据挖掘、智能决策、信息安全与隐私保护、
11、应用系统开发技术等（如嵌入式开发技术、系统开发集成技术等）。,1.3 物联网的关键技术,1. 3.1 感知与识别技术,物联网的感知与识别技术主要实现对物体的感知与识别。 感知与识别都属于自动识别技术，即应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。 识别技术主要实现识别物体本身的存在，定位物体位置、移动情况等等。 常采用的技术包括射频识别技术如RFID技术、GPS定位技术、红外感应技术、声音及视觉识别技术、生物特征识别技术等。 感知技术主要通过在物体上或物体周围嵌入各类传感器，感知物体或环境
12、的各种物理或化学变化等。,1.3 物联网的关键技术,1. 3.1 感知与识别技术,射频识别RFID技术：射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）是一种非接触的自动识别技术，利用射频信号及其空间耦合传输特性，实现对静态或移动物体的自动识别。 RFID技术可实现无接触的自动识别，具有全天候、识别穿透能力强、无接触磨损、可同时实现对多个物品的自动识别等特点。 产品电子代码(EPC)采用RFID电子标签技术作为载体，大大推动了物联网的发展和应用。 RFID技术市场应用成熟，标签成本低廉，但RFID一般不具备数据采集功能，多用来进行物品的甄别和属性的存储。
13、目前在国内RFID已经在身份证、电子收费系统和物流管理等领域有了广泛应用。,1.3 物联网的关键技术,1. 3.1 感知与识别技术,传感器技术： 是一门涉及物理学、化学、生物学、材料科学、电子学以及通信与网络技术等多学科交叉的高新技术。 其中的传感器是一种物理装置，能够探测、感受外界的各种物理量（如光、热、湿度）、化学量（如烟雾、气体等）、生物量，以及未定义的自然参量等。 传感器技术与无线网络技术相结合，综合传感器技术、纳米技术、分布式信息处理技术、无线通讯技术等，使嵌入到任何物体的微型传感器相互协作，实现对监测区域的实时监测和信息采集，形成一种集感知、传输、处理于一体的终端末梢网络。,1.3
14、 物联网的关键技术,1. 3.1 感知与识别技术,一种典型终端末梢网络： 主要由多个带有传感器或RFID射频的节点、读写器、控制器等组成，在该网络内部，不仅仅实现数据的采集和处理，还可以实现数据的融合和路由等。 这些局部的节点经过汇聚节点（比如网关）将信息汇聚后，再利用核心承载网络如3G、4G移动网络、Wi-Fi、WiMAX、企业专网、互联网等连接到信息服务系统，从而形成一个更大的虚拟网络，或者将数据处理后用于应用服务。,1.3 物联网的关键技术,1. 3.2 通信与网络技术,物联网涉及的网络种类： 有线网络、无线网络；短距离网络和长距离网络；企业专用网络、公用网络；局域网、互联网等等。,1.
15、3 物联网的关键技术,1. 3.2 通信与网络技术,物联网可以通过有线网络连接，比如飞机上的传感器网络； 无线联网，比如手机就是一种无线的联网方式。 无线传感器网络也使用无线组网方式。 物联网的网络可以是专用网络，比如企业内部网络，也可以是公用网络。对于实际的物联网应用也可以由上述网络组成一个混合网络。 对于物联网，无线网络具有特别的吸引力，比如不用部署线路并且特别适合于移动物体。 无线网络技术丰富多样，根据距离不同，可以组成个域网、局域网和城域网。近距离的无线技术组成个域网是物联网最为活跃的部分，其通信距离可能是几厘米到几百米之间，常用的主要有WI-FI、蓝牙、ZigBee、RFID、NFC
16、和UWB等技术。 对于各种无线网络技术，结合实际应用需要可以有所取舍。在物流领域，RFID以其低成本占据着核心地位。而在智能家居的应用中，ZigBee逐步占据重要地位。但对于安防使用高清摄像的应用，Wi-Fi或者直接连接到互联网可能是唯一的选择。,1.3 物联网的关键技术,1. 3.2 通信与网络技术,物联网的许多应用，比如比较分散的野外监测点、市政各种传输管道的分散监测点、农业大棚的监测信息汇聚点、无线网关，移动的监测物体（如汽车等）等，一般需要远距离的无线通信技术。 常用的远距离通信技术主要有GSM、GPRS、WIMAX、2G3G4G移动通信，甚至卫星通信等。 从能耗上看，长距离无线通信比短距离无线通信往往具有更高的能耗，但其移动性和长距离通信使物联网具有更大的监测空间和更多有吸引力的应用。 从近距离通信网络到远距离通信网络往往会涉及连接到互联网的技术。使用新的网络技术，如IPV6可以给每一个物体分配一个IP地址。 物联网网关等。,1.3 物联网的关键技术,1. 3.3 信息处理与服务技术,对数
