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1、物联网,The Internet of things,IOT应用场景：物体说话,物联网,物联网的来源及概念 物联网的三个层次 物联网的四个支撑技术,物联网来源,Mark Weiser（1952-1999） 前施乐公司首席科学家 1991年在权威杂志美国科学发表文章预测： 计算机将最终“消失”，演变为在我们没有意识到其存在时，就已融入人们的生活中的境地。,计算模式的发展,“十五年周期定律” IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔15年发生一次变革。这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律”。 1965年前后的“大型机”； 1980年前后的“个人计算机”；
2、1995年前后的“互联网”； 2010年前后“物联网”。 在当下的“15年”，一场新的变革正悄然兴起，那就是“物联网”。有人将2010年称为“物联网元年”。,从物联网本质分析，它是信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，是将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用实现人与物对话，创造智慧的世界。被称为信息产业第三次浪潮。 第一次：PC机时代 第二次：互联网时代 第三次：物联网时代,物联网定义,2010 年温总理在十一届人大三次会议上所 作政府工作报告中对物联网做了这样的定义： 物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息
3、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。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。,物联网定义,欧盟定义：将现有的互联的计算机网络扩展到互联的物品网络。 国际电信联盟(ITU)的定义：物联网主要解决物品到物品( Thing to Thing, T2T) ,人到物品(Human to Thing, H2T) ,人到人(Human to Human,H2H)之间的互连。,物联网基本定义,物联网（The Internet of things，IOT）的基本定义： 通过射频识别（RFID）、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，将任何物品通过有线与无线方式
4、与互联网连接，进行通信和信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。,我的理解,物联网是通过各种传感技术（RFID、传感器、GPS、摄像机、激光扫描器）、各种通讯手段（有线、无线、长距、短距），将任何物体与互联网相连接，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，进而实现“管理、控制、营运”一体化的一种网络。,“物”的涵义,这里的“物”要满足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围： 1、要有数据传输通路； 2、要有一定的存储功能； 3、要有CPU； 4、要有操作系统； 5、要有
5、专门的应用程序； 6、遵循物联网的通信协议； 7、在世界网络中有可被识别的唯一编号。,与任何物体相连,物联网的三个层次,感知层,网络层,应用层,物联网的三个层次,感知层：据采集与感知主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。,全面感知,可靠传输,智能处理,利用RFID、传感器、二维码等 能够随时随地采集物体的动态 信息。,通过网络将感知的各种 信息进行实时传送。,利用计算机技术，及时地对海量的 数据进行信息控制，真正达到了 人与物的沟通、物与物的沟通。,物联网的三个层次,网络层
6、：实现更加广泛的互联功能，能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送，需要传感器网络与移动通信技术、互联网技术相融合。经过十余年的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，基本能够满足物联网数据传输的需要。,物联网的三个层次,应用层：应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。其中应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。应用服务子层包括智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流、智能电力等行业应用。,物联网的三个层次,物联网三个重要特征： 1、全面感知，利用RFID，传感器，二维码等随时随地获取物体的信息，比如 装载在高层建筑、桥梁上的监测设
7、备； 人体携带的心跳、血压、脉搏等监测医疗设备； 商场货架上的电子标签； 2、可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去； 3、智能处理，利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，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。,物联网核心技术,物联网核心技术包括射频识别(RFID)装置、WSN 网络、红外感应器、全球定位系统、Internet 与移动网络，网络服务，行业应用软件。在这些技术当中，又以底层嵌入式设备芯片开发最为关键，引领整个行业的上游发展，以下我们着重介绍 RFID 技术和 WSN 技术。,RFDI技术,无线射频识别技术（Radio Fre
8、quency Identification,RFID），或称射频识别技术，是从二十世纪90年代兴起的一项非接触式自动识别技术。它是利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。,沃尔玛使用的RFID,RFID的组成,应答器：由天线，耦合元件及芯片组成，一般来说都是用标签作为应答器，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。 阅读器：由天线，耦合元件，芯片组成，读取（有时还可以写入）标签信息的设备 应用软件系统 ：是应用层软件，主要是把收集的数据进一步处理，并为人们所使用。,RFID系统组成,RFID
9、系统,电子标签 (Tag),天线 (Antenna),阅读器 (Reader),日本东京大学坂村健教授在计算所介绍RFID。 萝卜上的RFID记录了整个萝卜生产信息（产地、施肥、农药），运输信息等。买家在超市可以追踪这些信息。 桌子上的烟、酒、饮料都有RFID。,IPv6,物联网的前提是必须为物品赋以独一无二的地址 现有标准IPv4只支持大概40亿（232次方）个网络地址，平均每个人不到1个，人都不够分的。 IPv6是互联网协议第四版（IPv4）的更新版 Pv6支持2128（约3.4 1038）个地址，这等价于在地球上每平方英寸有4.31020地址（6.71017地址mm2） 丰富的地址资源使
10、得物联网成为可能。,RFID与条形码比较,RFID标签 分类,按供电方式分为有源卡和无源卡。 有源是指卡内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作； 无源卡内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡短，但寿命长且对工作环境要求不高。,被动式 被动式标签没有内部供电电源。其内部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动，这些电磁波是由RFID读取器发出的。当标签接收到足够强度的讯号时，可以向读取器发出数据。这些数据不仅包括ID号（全球唯一标示ID），还可以包括预先存在于标签内EEPROM中的数据。 由于被
11、动式标签具有价格低廉，体积小巧，无需电源的优点。市场的RFID标签主要是被动式的。 半主动式 一般而言，被动式标签的天线有两个任务，第一：接收读取器所发出的电磁波，藉以驱动标签IC；第二：标签回传信号时，需要靠天线的阻抗作切换，才能产生0与1的变化。问题是，想要有最好的回传效率的话，天线阻抗必须设计在“开路与短路”，这样又会使信号完全反射，无法被标签IC接收，半主动式标签就是为了解决这样的问题。半主动式类似于被动式，不过它多了一个小型电池，电力恰好可以驱动标签IC，使得IC处于工作的状态。这样的好处在于，天线可以不用管接收电磁波的任务，充分作为回传信号之用。比起被动式，半主动式有更快的反应速度
12、，更好的效率。 主动式 与被动式和半被动式不同的是，主动式标签本身具有内部电源供应器，用以供应内部IC所需电源以产生对外的讯号。一般来说，主动式标签拥有较长的读取距离和较大的记忆体容量可以用来储存读取器所传送来的一些附加讯息。,RFID主要频段标准及特性,RFID工作原理,系统工作原理,RFID的优点,非接触操作，长距离识别(几厘米至几十米)，完成识别工作时无须人工干预，应用便利,无机械磨损，寿命长，可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣的环境,可识别高速运动物体并同时识别多个电子标签,读写器具有不直接对最终用户开放的物理接口，保证其自身的安全性,读写器与标签之间存在相互认证的过程，实现安全通信和存
13、储,数据安全方面除电子标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理,与目前广泛使用的自动识别技术例如摄像、条码、磁卡、IC卡等相比，射频识别技术具有很多突出的优点：,RFID 技术-标准概况,RFID 系统主要由数据采集和后台数据库网络应用系统两大部分组成。目前已经发布或者正在制定中的标准主要与数据采集相关，其中包括电子标签与读写器之间的接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、RFID 标签与读写器的性能和一致性测试规范以及 RFID 标签的数据内容编码标准等。在 RFID 标签的数据内容编码领域，各路标准竞争最为激烈。目前全球共有五大标准组织，分别代表了国际上不同团体或者国家的利益。其
14、中 EPCGlobal 是由北美 UCC 产品统一编码组织和欧洲 EAN 产品标准组织联合成立，在全球拥有上百家成员，并且得到了零售巨头沃尔玛、制造业巨头强生、宝洁等大型企业的强力支持。而 AIM、ISO、UID 则代表一部分欧美国家以及日本对 RFID 标准的争夺；IP-X 的成员则以非洲、大洋洲、亚洲等国家为主，比较而言，EPCGlobal 得到更多厂商的认可和支持。,物联网核心技术：WSN,WSN网络概述,无线传感器网络（WSN）是集计算机、通信、网络、智能计算、传感器、嵌入式系统、微电子等多个领域交叉综合的新兴学科，它将大量的多种类传感器节点(传感、采集、处理、收发、网络于一体)组成自
15、治的网络，实现对物理世界的动态智能协同感知。无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用。而现今无线传感器网络被应用于很多民用领域，如环境与生态监测、健康监护、家庭自动化、以及交通控制等。 无线传感器网络的每个节点除配备了一个或多个传感器之外，还装备了一个无线电收发器、一个很小的微控制器和一个能源（通常为电池）。单个传感器节点的尺寸大到一个鞋盒，小到一粒尘埃。传感器节点的成本也是不定的，从几百美元到几美分，这取决于传感器网络的规模以及单个传感器节点所需的复杂度。传感器节点尺寸与复杂度的限制决定了能量、存储、计算速度与带宽的受限。 传感器网络由三部分组成，WSN硬件、WSN软件与网络协议。,
16、WSN硬件.,WSN硬件一个无线传感器节点可视为是一台微型的计算机，具有基本的组件和接口。强调省电和构成分布式的自主网络平台。,WSN软件.,传感器网络的软件关键技术主要有无线数据库技术，比如使用在无线传感器网络的查询，和用于和其他传感器通讯的网络技术，特别是多次跳跃路由协议，其中以Zigbee(IEEE802.15.4)为代表。 网络节点的微嵌入式软件：由于WSN的定位是大量布建在各种各样的远程连结环境中，并采用类似ad hoc的特殊多跳移动无线网络。无线传感器网络节点基本上属于嵌入式系统的一种，也就是采用比一般目的操作系统更为精简的嵌入式操作系统。,网络协议,网络协议：有文献指出，无线传感器网络是由大量传感器结点通过无线通信技术自组织构成的网络。它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用。这些应用一般不需要很高的带宽，但是对功耗要求却很高，大部分时间必须保持低功耗。由于无线传感结点通常使用存储容量受限的嵌入式处理器/控制器，因此对协议栈的大小也有严格限制。另外，WSN对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面也有一定的要求。 WSN的
