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1、第 I 章 物联网概述 1 学习任务 物联网的起源与发展 物联网的定义 物联网技术体系 Click to add title in here 1 2 3 本章主要涉及 2 1 1 物联网的起源与发展 物联网作为一种模糊的意识或想法而出现 可 以追溯到上世纪末 1995年比尔 盖茨在 未 来之路 一书中就已经提及类似于物品互联的 想法 只是当时受限于无线网络 硬件及传感 设备的发展 并未引起重视 3 1 1 物联网的起源与发展 1999年 美国麻省理工大学Auto ID研究中心的 创建者之一的Kevin Ashton教授在他的一个报 告中首次使用了 Internet of Things 这个短语
2、 事实上 Auto ID中心的目标就是在Internet的 基础上建造一个网络 实现计算机与物品 objects 之间的互联 这里的物品包括各种各 样的硬件设备 软件 协议等等 4 1 1 物联网的起源与发展 1999年至2003年 物联网方面的工作局限于实 验室中 这一时期的主要工作集中在物品身份的 自动识别 如何减少识别错误和提高识别效率是 关注的重点 2003年 EPC决策研讨会 在芝加哥召开 作为 物联网方面第一个国际会议 该研讨会得到了全 球90多个公司的大力支持 从此 物联网相关工 作开始走出实验室 5 1 1 物联网的起源与发展 经过工业界与学术界的共同努力 2005年物联 网终
3、于大放异彩 这一年 国际电信联盟 ITU 发布了题为 ITU互联网报告2005 物 联网 的报告 物联网概念开始正式出现在官 方文件中 6 1 1 物联网的起源与发展 从此以后 物联网获得跨越式的发展 美国 中国 日本以及欧洲一些国家纷纷将发展物联 网基础设施列为国家战略发展计划的重要内容 在美国 IBM提出了 智慧地球 的构想 其中 物联网是不可缺少的一部分 2009年1月 美 国将其提升到国家战略 7 1 1 物联网的起源与发展 在欧洲 2009年6月 欧盟在比利时首都布鲁 塞尔向欧洲议会 欧洲理事会 欧洲经济与社 会委员会和地区委员会提交了以 物联网 欧洲行动计划 为题的公告 其目的是希
4、望欧 洲通过构建新型物联网管理框架来引领世界物 联网发展 8 1 1 物联网的起源与发展 欧盟委员会提出物联网的三方面特性 第一 不能简单的将物联网看做互联网的延伸 物联网建立在特有基础设施上 将是一系列新的 独立系统 当然 部分基础设施仍要依存于现有 的互联网 第二 物联网将伴随新的业务共同发展 第三 物联网包括了多种不同的通信模式 物与 人通信 物与物通信 其中特别强调了包括机对 机通信 M2M 9 1 1 物联网的起源与发展 在我国 2009年8月温家宝总理视察无锡中科院 物联网技术研发中心时指出并强调 要尽快突破 物联网核心技术 把传感技术和TD的发展结合起 来 此后 我国官方对物联网
5、的多次提议和众多规划 表示我国物联网的发展已正式提上议事日程 10 1 2 1 物联网概念 物联网的英文名称为 The Internet of Things 由该名称可见 物联网就是 物物相连的互联网 从网络结构上看 物联网就是通过Internet将众多 信息传感设备与应用系统连接起来并在广域网范围 内对物品身份进行识别的分布式系统 11 1 2 1 物联网概念 物联网的概念是在1999年提出的 当时基于互 联网 RFID技术 EPC标准 在计算机互联 网的基础上 利用射频识别技术 无线数据通 信技术等 构造了一个实现全球物品信息实时 共享的实物互联网 Internet of things I
6、OT 简称物联网 12 1 2 2 物联网定义及组成 1 物联网定义 目前较为公认的物联网的定义是 通过射频识别 RFID 装置 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相连接 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 当每个而不是每种物品能够被唯一标识后 利用识 别 通信和计算等技术 在互联网基础上 构建的 连接各种物品的网络 就是人们常说的物联网 13 1 2 2 物联网定义及组成 物联网中的 物 的涵义要满足以下条件才能够 被纳入 物联网 的范围 要有相应信息的接收器 要有数据传输通路 要有一定的存储功能
7、要有CPU 14 1 2 2 物联网定义及组成 要有操作系统 要有专门的应用程序 要有数据发送器 遵循物联网的通信协议 在世界网络中有可被识别的唯一编号 15 1 2 2 物联网定义及组成 2 物联网的发展与形成 物联网的发展跟互联网是分不开的 主要两 个层面的意思 物联网的核心和基础仍然是互联网 它是在互联 网基础上的延伸和扩展 第二 物联网是比互联网更为庞大的网络 其网 络连接延伸到了任何的物品和物品之间 这些物 品可以通过各种信息传感设备与互联网络连接在 一起 进行更为复杂的信息交换和通信 16 1 2 2 物联网定义及组成 3 物联网的三大特征 一般认为 物联网具有以下的三大特征 全面
8、感知 利用RFID 传感器 二维码等随时随地获取 物体的信息 可靠传递 通过无线网络与互联网的融合 将物体的信息 实时准确地传递给用户 17 1 2 2 物联网定义及组成 智能处理 利用云计算 数据挖掘以及模糊识别等人工智 能技术 对海量的数据和信息进行分析和处理 对物体实施智能化的控制 物联网概念模型 18 1 2 2 物联网定义及组成 4 物联网认识方面的误区 误区之一 把传感器网络或RFID网等同于物联 网 误区之二 把物联网当成互联网的无边无际的 无限延伸 把物联网当成所有物的完全开放 全部互连 全部共享的互联网平台 19 1 2 2 物联网定义及组成 误区之三 认为物联网就是物 物互
9、联的无所不 在的网络 因此认为物联网是空中楼阁 是目 前很难实现的技术 误区之四 把物联网当成个筐 什么都往里装 基于自身认识 把仅仅能够互动 通信的产 品都当成物联网应用 20 1 3 1 物联网技术概论 物联网是典型的交叉学科 它所涉及的核心技 术包括IPv6技术 云计算技术 传感技术 RFID智能识别技术 无线通信技术等 因此 从技术角度讲 物联网专业主要涉及的 专业有 计算机科学与工程 电子与电气工程 电子信息与通讯 自动控制 遥感与遥测 精密仪器 电子商务等等 21 1 3 1 物联网技术概论 欧盟于2009年9月发布的 欧盟物联网战略研 究路线图 白皮书中列出13类关键技术 包括
10、标识技术 物联网体系结构技术 通信与网 络技术 数据和信号处理技术 软件和算法 发现与搜索引擎技术 电源和能量储存技术等 22 1 3 1 物联网技术概论 物联网的技术体系框架 23 1 3 2 物联网技术体系 1 感知 网络通信和应用关键技术 传感和识别技术 是物联网感知物理世界获取信息和实现物体控 制的首要环节 传感器将物理世界中的物理量 化学量 生物 量转化成可供处理的数字信号 识别技术实现对物联网中物体标识和位臵信息 的获取 24 1 3 2 物联网技术体系 网络通信技术 主要实现物联网数据信息和控制信息的双向传 递 路由和控制 重点包括低速近距离无线通信技术 低功耗路 由 自组织通信
11、 无线接入M2M 通信增强 IP 承载技术 网络传送技术 异构网络融合接 入技术以及认知无线电技术 25 1 3 2 物联网技术体系 海量信息智能处理 综合运用高性能计算 人工智能 数据库和模 糊计算等技术 对收集的感知数据进行通用处 理 重点涉及数据存储 并行计算 数据挖掘 平台服务 信息呈现等 26 1 3 2 物联网技术体系 面向服务的体系架构 Service oriented Architecture SOA 是一种松耦合的软件组件技术 它将应用程序 的不同功能模块化 并通过标准化的接口和调 用方式联系起来 实现快速可重用的系统开发 和部署 SOA 可提高物联网架构的扩展性 提升应用
12、开发效率 充分整合和复用信息资源 27 1 3 2 物联网技术体系 2 支撑技术 物联网支撑技术包括嵌入式系统 微机电 系统 Micro ElectroMechanical Systems MEMS 软件和算法 电源和储能 新材料 技术等 微机电系统 可实现对传感器 执行器 处理器 通信模块 电源系统等的高度集成 是支撑传感器节点 微型化 智能化的重要技术 28 1 3 2 物联网技术体系 嵌入式系统 是满足物联网对设备功能 可靠性 成本 体 积 功耗等的综合要求 可以按照不同应用定 制裁剪的嵌入式计算机技术 是实现物体智能 的重要基础 软件和算法 是实现物联网功能 决定物联网行为的主要技 术
13、 重点包括各种物联网计算系统的感知信息 处理 交互与优化软件与算法 物联网计算系 统体系结构与软件平台研发等 29 1 3 2 物联网技术体系 电源和储能 是物联网关键支撑技术之一 包括电池技术 能量储存 能量捕获 恶劣情况下的发电 能 量循环 新能源等技术 新材料技术 主要是指应用于传感器的敏感元件实现的技术 传感器敏感材料包括湿敏材料 气敏材料 热敏材料 压敏材料 光敏材料等 新敏感材 料的应用可以使传感器的灵敏度 尺寸 精度 稳定性等特性获得改善 30 1 3 2 物联网技术体系 3 共性技术 物联网共性技术涉及网络的不同层面 主要 包括架构技术 标识和解析 安全和隐私 网 络管理技术等
14、 物联网架构技术目前处于概念发展阶段 物 联网需具有统一的架构 清晰的分层 支持不 同系统的互操作性 适应不同类型的物理网络 适应物联网的业务特性 31 1 3 2 物联网技术体系 标识和解析技术 是对物理实体 通信实体和应用实体赋予的或 其本身固有的一个或一组属性 并能实现正确 解析的技术 物联网标识和解析技术涉及不同的标识体系 不同体系的互操作 全球解析或区域解析 标 识管理等 32 1 3 2 物联网技术体系 安全和隐私技术 包括安全体系架构 网络安全技术 智能物 体 的广泛部署对社会生活带来的安全威胁 隐私保护技术 安全管理机制和保证措施等 网络管理技术重点包括管理需求 管理模型 管理
15、功能 管理协议等 为实现对物联网广泛部署的 智能物体 的管理 需要进行网络功能和适用性分析 开发适合 的管理协议 33 1 3 3 物联网面临的主要技术问题 物联网的发展主要面临五个主要技术问题 1 技术标准问题 2 安全问题 3 协议问题 4 IP地址问题 5 终端问题 34 1 4 物联网的应用领域 我国的物联网应用领域主要有智能交通 环境 保护 政府工作 公共安全 平安家居 智能 消防 工业监测 机械制造等 35 1 4 物联网的应用领域 1 物联网应用示例 食品安全 36 1 4 物联网的应用领域 2 物联网应用示例 平安城市 37 1 4 物联网的应用领域 3 物联网应用示例 人体健
16、康 38 1 4 物联网的应用领域 4 物联网应用示例 智能家庭 39 1 4 物联网的应用领域 5 物联网应用示例 智慧农业 农业标准化生产 监测系统 40 1 5 应用案例 光纤传感温度监测系统 分布式光纤光学传感能提供完整事件发生的探 测和定位 用光入射到光纤光栅时产生的反射光谱和透射 光谱原理来获取环境温度及应变的变化情况 从而实现对环境的连续安全检测 41 1 5 应用案例 光纤传感温度监测系统 光纤传感温度监测系统 42 1 5 应用案例 光纤传感温度监测系统 1 产品概述 新一代分布式光纤测温与火灾探测系统利用激 光在光纤中传输时产生的背向拉曼散射信号和 光时域反射原理来获取空间温度分布信息 分布式光纤测温与火灾探测系统采用独特的光 路设计和高性能光电器件 稳定性和可靠性高 在空间分辨率 温度分辨率和测量距离等方 面均达到国际领先水平 43 1 5 应用案例 光纤传感温度监测系统 2 产品特点 连续分布式测量 误报率和漏报率极低 光纤传感抗电磁干扰 本征安全 防雷防爆 灵敏度高 响应速度快 测量距离远 系统简单可靠 维护成本低 使用寿命长 44 1 5 应用案例 光纤传感
