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1、1,本书内容框架,一、绪论（1、10） 二、射频识别技术（2） 三、无线传感器网络技术（6） 四、无线单片机技术和传感器技术（4、5） 五、无线通信系统和远程通信技术（3、8） 六、短距离无线通信技术（7） 七、智能信息处理技术（9） 八、本课程考试,2,第一课、绪论,江南大学物联网工程学院 吴治海 Email: wuzhihai Phone:18251547729 Address:C423 2011-9-6,本节课主要内容提纲,定 义：什么是物联网 体系结构：物联网的内涵 历史与发展：物联网的来龙去脉 典型应用：物联网的价值所在 知识体系：如何学好物联网,4,1.物联网定义,定义：物联网（I
2、nternet of Things）是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 范畴：网络； 方式：传感设备、协议、信息交换和通讯； 目的：识别、定位、跟踪、监控和管理。 含义：物联网是物物相连的互联网。 一层：基础和核心仍是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络； 二层：用户端从个人电脑延伸和扩展到任何物品之间的信息交换和通讯。,5,1.物联网定义,在这个网络中，物品能够彼此进行“交流”，人们能够彼此进行“交流”，人与物能够彼此进行“交流”，而无需人的
3、干预。 其实质是利用感知/无线技术，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。,6,1.物联网定义,客观事物会说话,7,1.物联网定义,物联网的本质是网络通讯，网状网络是关键。 物联网核心技术是无线技术，包括无线SOC、无线网络标准、无线通讯的协议栈和其它相关嵌入式软件，数据库，中间件等。 无线网络通讯中的主流技术的工作频率及范围：,8,1.物联网定义,无线技术及其工作频率范围,2.物联网体系结构,物联网内在体系结构,2.物联网体系结构,物联网外在架构形式,11,3.物联网历史,物联网概念出现于比尔盖茨1995年未来之路一书，在未来之路中，比尔盖茨已经提及物联网概念，只是当时受限于
4、无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。 物联网概念最早提出于1999年，来源于“Internet of Things”一词，其定义很简单，即把所有物品通过射频识别和条码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。,12,3.物联网历史,2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2005：物联网，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通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、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。,3.物联网历
5、史,2009年1月，在奥巴马总统与美国工商界领袖举行的一次会议上，IBM首席执行官彭明盛提出了“智慧地球”概念，并建议美国政府投资新一代智慧型基础设施。 奥巴马对此给予积极应：“经济刺激资金将会投入到宽带网络等新兴技术中去，毫无疑问，这就是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式。” 此后，物联网产业引发全美工商界的高度关注，并认为“智慧地球“有望成为又一个“信息高速公路“计划，从而在世界范围内引起轰动。,13,Smart Planet,3.物联网历史,IBM认为建设智慧地球需要三个步骤： 首先各种创新的感应科技开始被嵌入各种物体和设施中，从而令物质世界被极大程度的数据化。 第二随着网络的高度发
6、达，人、数据和各种事物都将以不同方式联入网络。 第三，先进的技术和超级计算机则可以对这些堆积如山的数据进行整理、加工和分析，将生硬的数据转化成实实在在的洞察，并帮助人们做出正确的行动决策。,14,Smart Planet,3.物联网历史,15,将“u-Japan”升级至“i-Japan”战略，确保日本在信息时代的国际竞争地位。日本政府早在2004年就推出了“u-Japan”计划，着力于发展泛在网及相关产业，并希望由此催生新一代信息科技革命，在2010年实现“无所不在的日本”。在2009年8月，日本又将“u-Japan”升级为“i-Japan”战略，提出“智慧泛在”构想，将传感网列为其国家重点战
7、略之一，致力于构建一个个性化的物联网智能服务体系，充分调动日本电子信息企业积极性，确保日本在信息时代的国家竞争力始终位于全球第一阵营。同时，日本政府希望通过物联网技术的产业化应用，减轻由于人口老龄化所带来的医疗、养老等社会负担 。,3.物联网历史,16,在2004年几乎与日本同步提出了“u-Korea“战略，并制定了详尽的“IT839战略“，重点支持泛在网建设。在2009年10月韩国颁布了物联网基础设施构建基本规划，将物联网市场确定为新增长动力，确定了构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境等4大领域、12项详细课题，并提出到2012年实现“通过构建世界最先进的物
8、联网基础设施，打造未来广播通信融合领域超一流ICT（信息通信技术）强国“的目标。,3.物联网历史,17,温家宝总理2009.8.7和2010.8.3两次到无锡考察，建立无锡中国物联网感知中心。,感知太湖感知中国,越来越小的无线网络节点和功耗,18,物联网技术趋势研究之一,ZIGBEE传感器网络节点 AA电池X2 5X3CM 20-30微安电流,WIFI GS1010传感器网络节点 AA电池X1 4X3CM 电池工作5年,无线监控手表 微型电池 3X3CM 平均电流10微安,有源433MHZ电子标签 CR2032钮扣电池 直径2.2X3CM 电池工作6年,1,2,3,4,5,6,电子药丸 特殊微
9、型电池 小于直径2.0X2CM,无源EPC电子标签 无需电池 直径1.6X1.6X0.001 CM 总量0.002克,物联网传感层,无线网络覆盖范围越来越大,19,物联网技术趋势研究之二,低轨道 卫星数据通讯,有源RFID网络,802.11S WIFI网状网,3G/4G电信网络,无线SOC结构越来越复杂,20,无线单片机（无线SOC）处理器内核从8位到16位，到32位，再到多处理器，结构越来越复杂； 不仅实现了系统在芯片，而且实现了无线网络在芯片； 我们从分析GS1010 WIFI 无线单片机来看这个技术趋势；,GS1010 WI-FI无线单片机结构,物联网技术趋势研究之三,无线网络协议栈设计
10、越来越难,21,物联网技术趋势研究之四,低功耗蓝牙协议栈,22,4.物联网应用,物联网的应用层构架在传感层、网络层上面，其应用领域将遍及智能楼宇、智能家居、路灯监控、智能医院、智慧能源、智能交通、水质监测、智能消防、物流管理、政府工作、公共安全、资产管理、军械管理、环境监测、工业监测、矿井安全管理、食品药品管理、票证管理、老人护理、个人健康等诸多领域。 物联网一方面可以提高经济的效率，大大节约成本；另一方面可以为经济的复苏提供技术动力，带动所有的传统产业部门进行结构调整和产业升级，并将推动国家整个经济结构的调整，推动发展模式从粗放型发展转向集约型发展。,第一届中国物联网大会 2010.10.2
11、9 无锡 寻找下一个金矿物联网产业的投资机会 第二届中国物联网大会 2011.04.27 北京 应用为本物联网战略解析,4.物联网的应用,23,24,4.物联网的应用,25,机场、电网,26,平安城市建设,利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实现图像敏感性智能分析并与110、119、112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的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境。,27,家庭自动化,28,数字家庭是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的互连方式进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”的一种服务。
12、 数字家庭的四大功能：信息、通信、娱乐和生活。,信息,通信,未来数字家庭,29,智慧农业,30,无线葡萄园,2002 年，英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园。传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔一分钟检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确保葡萄可以健康生长。研究人员发现，葡萄园气候的细微变化可极大地影响葡萄酒的质量。通过长年的数据记录以及相关分析，便能精确的掌握葡萄酒的质地与葡萄生长过程中的日照、温度、湿度的确切关系。这是一个典型的精准农业、智能耕种的实例。,葡萄园环境监测系统示意图,无线葡萄园,31,环境监测,32,2002年，由英特尔的研究小组和加州大学伯克利
13、分校以及巴港大西洋大学的科学家把无线传感器网络技术应用于监视大鸭岛海鸟的栖息情况。位于缅因州海岸大鸭岛上的海燕由于环境恶劣，海燕又十分机警，研究人员无法采用通常方法进行跟踪观察。为此他们使用了包括光、湿度、气压计、红外传感器、摄像头在内的近10种传感器类型数百个节点，系统通过自组织无线网络，将数据传输到300英尺外的基站计算机内，再由此经卫星传输至加州的服务器。在那之后，全球的研究人员都可以通过互联网察看该地区各个节点的数据，掌握第一手的环境资料，为生态环境研究者提供了一个极为有效便利的平台。,大鸭岛生态环境监测系统,大鸭岛生态环境监测系统,33,个人保健,人身上可以安装不同的传感器，对人的健
14、康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。,医院实时定位系统,随着医院信息化，智能化的发展，医院信息化正在经历从数字化医院到信息化医院的转变。当前的医院信息化系统是基于PC的数据库系统，也即是数字化医院时代的产物。 数字化医院，是要实现医院数据的管理，包括门诊，电子病例，财务管理和医院企业管理数字化和电脑化。,34,医院实时定位系统,35,医院实时定位系统,目前的数字化医院，对医院各个群体的管理，目前都还是静态管理，包括医生，病人，护士，管理人员，重要仪器设备位置等。新一代ZigBee和微功耗Wi-Fi技术，已经具备了可以对人员实时定
15、位（搜索），人员实时呼叫，重症病人身体状况在移动中实时监测和报警，贵重（危险）物品（包括移动物体）实时监测和报警等全新功能。这些功能和现行的医院HIS、LIS、PACS、 EMR相结合，就可以构成新一代物联网智慧医院系统。,36,医院实时定位系统,37,38,畜牧溯源,给放养的牲畜中的每一只羊都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。,畜牧溯源,39,水下无线传感器网络技术,根据目前欧美各国在研项目的文献资料，可以大致将水下传感器网络的组成结构可分为以下几类： (1) 基于水面
16、浮标的(射频+水声通信)可任意升降的三维立体水下传感器网络系统。优点：布放比较容易，可利用太阳能、GPS以及水面上的无线通信，回避、降低了水下通信的困难。缺点：阻碍航道，易被发现破坏，容易随波逐流，位置不能固定。 (2) 由固定在海底基站的节点构成的，可任意升降的三维立体网络系统。通过光缆或声通信与水面网关、节点联结，将数据传输至基站。优点：不会影响航行。缺点：维护不容易。,(3) 基于水面浮标节点 (射频+水声通信)、水中自主航行器（水声通信）和水底固定节点（水声通信）的三维立体系统。优点：覆盖全面，配置灵活，功能强大。缺点：系统复杂，成本高。 与地面无线传感器网络相比，水下传感器网络仍然存在着诸多困难：如有效带宽非常有限、水下信道非常恶劣等等，在这个领域还有许多的困难需要解决。,40,探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想，借助于航天器布撒的传感器节点实现对星球表面大范围、长时期、近距离的监测和探索，是一种经济可行的方案。NASA 的 JPL 实验室研制的 Sensor Webs 就是为将来的火星探测、选
