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1、第第1 1章章 物联网概述物联网概述 1.1 考勤 10% 1.2 平时作业 10% 1.3 课堂小测验 70% 1.4 分组讨论 10% 课程评分计划 本章内容 1.1 起源与发发展 1.2 核心技术 1.3 主要特点 1.4 应用前景 什么是物联网？物联网的概念是如何产生的？ 1.1 历史进程 2009 “感知中国感知中国” 2009 IBM “智慧地球” 2005 国际电信联盟 ITU互联网报告2005：物联网，指出 无所不在的“物联网”通信时代即将来临 1995 Bill Gates 未来之路 物物互联 物联网的基本思想出现于物联网的基本思想出现于2020世纪世纪9090年代年代 1.
2、1 物联网的起源 发展之路 2005年 国际电信联盟发布了ITU互联网报告2005：物联网，引 用了“物联网”的概念，并且指出无所不在的“物联网”通信时代 即将来临。然而，报告对物联网缺乏一个清晰的定义，并且覆 盖范围有了较大的拓展 2009年初 美国国际商业机器公司，即IBM，提出“智慧的地球”概念， 认为：信息产业下一阶段的任务是把新一代信息技术充分运用 在各行各业之中，具体就是把传感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，形成物联网 2009年 欧盟委员会发表欧盟物联网行动计划， 日本提出“智慧泛在”构想，将传感网列为国
3、家重要战略， 韩国通信委员会通过物联网基础设施构建基本规划，将物 联网确定为新增长动力 1.1 物联网的起源 发展之路 2009年8月 国务院总理温家宝来到中科院无锡研发中心考察，指出 关于物联网可以尽快去做三件事情：一是把传感系统和3G中 的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进 传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“ 感知中国”中心 2010年3月 国务院总理温家宝在政府工作报告中，将“加快物联 网的研发应用”明确纳入重点产业振兴，表明物联网已经被 提升为国家战略，中国开启物联网元年 什么是物联网？ 概念的提出概念的提出 In computing, In com
4、puting, the Internet of Thingsthe Internet of Things refers to a network of objects, such as refers to a network of objects, such as household appliances. It is often a household appliances. It is often a self-configuring wireless networkself-configuring wireless network. The . The concept of the in
5、ternet of things is attributed to the original Auto-ID Center, concept of the internet of things is attributed to the original Auto-ID Center, founded in 1999 and based at the time in MIT.founded in 1999 and based at the time in MIT. 物联网物联网 整合了美国CPS(Cyber-Physical Systems)、欧盟IoT（Internet of Things)和
6、日本U-Japan等概念。是一个基于互联网、传统电信网等信息 载体，让所有能被独立寻址的普通物理对象普通物理对象实现互联互通的网络。普通对 象设备化，自治终端互联化和普适服务智能化是其三个重要特征。 物联网的其他定义 本章内容 1.1 起源与发展 1.2 核心技术术 1.3 主要特点 1.4 应用前景 根据信息生成、传输、处理和应用将物联网分为感知 识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层。 1.2 核心技术：感知识别层核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 RFID射频识别技术（Radio Frequency Identification） 1.2 核心技术：感知识别层核
7、心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 通过感知识别技术，让物品“开口说话、发布信息” 是融合物理世界和信息世界的重要一环，是物联网 区别于其他网络的最独特的部分。 物联网的“触手”是位于感知识别层的大量信息生 成设备，既包括采用自动生成方式的RFID、传感器 、定位系统等，也包括采用人工生成方式的各种智 能设备，例如智能手机、PDA、多媒体播放器、上 网本、笔记本电脑等等。 信息生成方式多样化是物联网的重要特征之一 。 感知识别层位于物联网四层模型的最底端，是所有 上层结构的基础。 核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 详见第2章 技术举例：RFID 基本
8、组成：工业界经常将RFID系统分为标签，阅读器 和天线三大组件。 工作原理：阅读器通过天线发送电子信号，标签接 收到信号后发射内部存储的标识信息，阅读器再通过 天线接收并识别标签发回的信息，最后阅读器再将识 别结果发送给主机。 技术举例：传感器网络 发展历程：传感器无线传感器无线传感器网络（ 大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳 无线网络） 应用举例： VigilNet: 美国弗吉尼亚大学研制的用于军事监测 的系统。传感节点具有自主成网，多跳传输等特点 。 Mercury:美国哈佛大学研制的可穿戴的医疗监控 传感器。传感器具有设计人性化，高精度感知，连 续长期采集数据等特点。 Gre
9、enOrbs（绿野千传）：森林监测传感网系统， 适用于长期、大规模、自动化的环境监测任务 核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 详见第3章 技术举例：定位系统 位置信息拓展：所在地理位置+处在该地理位置的 时间+处在该地理位置的对象（人或设备） 定位系统与技术：GPS，蜂窝基站定位，无线室内 环境定位（红外线/.超声波/蓝牙），新兴定位系统（A- GPS/无线AP/网络定位）；距离/距离差/无线信号特征 物联网环境下对定位技术的挑战： 异构网络、多变环境下的精准定位 大规模应用 基于位置的服务（Location based Services） 位置信息带来的信息安全和隐私保
10、护问题 核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 详见第4章 技术举例：智能信息设备 传统智能设备：个人计算机（PC）/个人数字助理（ PDA）/ 物联网时代新智能设备：数字标牌（实时信息互 动）/智能电视（具有全功能的互联网，个性化体验）/ 智能手机/ 物联网环境下智能设备发展新趋势： 更深入的智能化：纵向（包括传统的智能设备）+ 纵向（融入没有计算能力的简单物理对象） 更透彻的感知：主动感知 (部署传感器) + 被动感知 (发出查询请求) 更全面的互联互通：互联互通 + 信息共享 核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 详见第5章 1.2 核心技术：网络构
11、建层核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 详见第6-9章 1.2 核心技术：网络构建层核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 详见第6-9章 这层的主要作用是把下层（感知识别层）数据接入 互联网，供上层服务使用。 物联网的网络和现有网络有何异同？物联网是下一 代互联网吗？无线网络在物联网中究竟扮演了什么 角色？ 网络构建层在物联网四层模型中连接感知识别层和 管理服务层，具有强大的纽带作用，高效、稳定 、及时、安全地传输上下层的数据。 各种网络形式如何应用于物联网？ 互联网：IPv6扫清了可接入网络的终端设备在数量上的限制。互联网/ 电信网是物联网的核心网络
12、、平台和技术支持。 无线宽带网：WiFi/WiMAX等无线宽带技术覆盖范围较广，传输速度较快 ，为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的互联手段。 无线低速网：ZigBee/蓝牙/红外等低速网络协议能够适应物联网中能力 较低的节点的低速率、低通信半径、低计算能力和低能量来源等特征。 移动通信网：移动通信网络将成为“全面、随时、随地”传输信息的有 效平台。高速、实时、高覆盖率、多元化处理多媒体数据，为“物品触网” 创造条件。 1.2 核心技术：管理服务层核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 管理服务层位于感知识别和网络构建层之上，综合 应用层之下，是物联网智慧的源泉。
13、人们通常把 物联网应用冠以“智能”的名称，如智能电网、智能交 通、智能物流等，其中的智慧就来自这一层。 当感知识别层生成的大量信息经过网络层传输汇聚 到管理服务层，如果不能有效地整合与利用，那无 异于入宝山而空返，望“数据的海洋”而兴叹。 管理服务层解决数据如何存储（数据库与海量存储 技术）、如何检索（搜索引擎）、如何使用（数 据挖掘与机器学习）、如何不被滥用（数据安全 与隐私保护）等问题。 数据库与物联网 核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 详见第10章 物联网数据特点： 海量性，多态性，关联性及语义性 关系数据库系统作为一项有着近半个世纪历史的数 据处理技术，仍可在物
14、联网中大展拳脚，为物联网的 运行提供支撑。与此同时，结合物联网应用提出的新 需求，数据库技术也在进行不断的更新，发展出新的 方向。 新兴数据库系统（NoSQL数据库）针对非关系型、 分布式的数据存储，并不要求数据库具有确定的表模 式，通过避免连接操作提升数据库性能。 海量信息存储与物联网 核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 详见第11章 网络存储体系结构： 直接附加存储（DAS） 网络附加存储（NAS） 存储区域网络（SAN） 困难：只能满足中等规模商业需求 数据中心不仅包括计算机系统和配套设备（如通信 /存储设备），还包括冗余的数据通信连接/环境控制 设备/监控设备及安
15、全装置，是一大型的系统工程。通 过高度的安全性和可靠性提供及时持续的数据服务， 为物联网应用提供良好的支持。 典型的数据中心：Google/Hadoop 搜索引擎与物联网 核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 详见第12章 Web搜索引擎：一个能够在合理响应时间内，根 据用户的查询关键词，返回一个包含相关信息的结果 列表（hits list）服务的综合体。 传统的Web搜索引擎是基于查询关键词的，对于 相同的关键词，会得到相同的查询结果。 物联网时代搜索引擎的新思考 从智能物体角度思考搜索引擎与物体之间的关系 ，主动识别物体并提取有用信息。 从用户角度上的多模态信息利用，使
16、查询结果更 精确，更智能，更定制化。 物联网的智慧决策 核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 详见第13章 需求分析： 更透彻的感知要求对海量数据多维度整合与分析 更深入的智能化需要普适性的数据搜索和服务 数据挖掘技术从大量数据中获取潜在有用的且可被 人理解的模式，基本类型有关联分析，聚类分析，演化 分析等。 应用举例： 精准农业：实时监测环境数据，挖掘影响产量的重 要因素，获得产量最大化配置方式 市场营销：通过数据库行销和货篮分析等方式获取 顾客购物取向和兴趣 信息安全与隐私保护 核心技术 综合应用层 管理服务层 网络构建层 感知识别层 详见第14章 RFID安全 主要安全和隐私隐患：窃听、跟踪、中间人攻击 、欺骗/重放/克隆、物理破解、篡改信息、拒绝服务攻 击、RFID病毒 保护手
