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1、,物联网技术导论 Introduction to Internet of Things Email：,Based on the course slides of 物联网导论，刘云浩编著，科学出版社,中意大型遗址智能感知联合实验室/ 2012年8月1日,Course Info: 物联网技术导论,物联网专业的核心课程（必修） 物联网的基本概念、体系结构、关键技术、应用领域 全面了解物联网的基本理论知识，初步掌握物联网关键技术及其应用方法，为运用这些技术和方法构建物联网应用系统打下基础 教材：物联网导论（Introduction to Internet of Things），刘云浩编著，科学出版社，
2、2010 课堂：1-18周，每周一5-6节，1105 考核方式：出勤率+作业+考试,课程内容安排,参考书,Chapter 1:物联网概述,1.1 起源与发展 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”,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20世纪90年代,把新一代IT技术充分运用在各行各业之中。即把感应器嵌入和装备到电网、铁路等各种物体中，并且被普遍连接，形成所谓
3、“物联网”。并通过超级计算机和云计算将“物联网”整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。,通过在物体上植入各种微型感应芯片使其智能化,然后借助无线网络,实现人和物体“对话”,物体和物体之间“交流”。,1.1 历史进程：主线复杂，来源不单一,RFID （Radio Frequency Identification） 1999年，美国麻省理工学院（MIT） Auto-ID中心，提出EPC（ Electronic Product Code ）系统及物联网概念 普适计算（Pervasive Computing） 感知与互联 嵌入式系统 20世纪90年代末，传感网起步 2006年，NSF worksho
4、p on CPS (Cyber-Physical Systems)信息-物理融合系统,什么是物联网？,007大战皇家赌场：物联网的萌芽 豚鼠特工队：物联网的雏形 阿凡达：史上最强的物联网宣传片,剑桥大学咖啡壶网站,什么是物联网？,概念的提出 In computing, the Internet of Things refers to a network of objects, such as household appliances. It is often a self-configuring wireless network. The concept of the internet of
5、things is attributed to the original Auto-ID Center, founded in 1999 and based at the time in MIT. 物联网实际是中国人的发明，整合了美国CPS (Cyber-Physical Systems)、欧盟IoT（Internet of Things)和日本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,通用的定义,物联网是指通过射频识别（RFID）、红外
6、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，把任何物体与因 特网连接起来，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。,本章内容,1.1 起源与发展 1.2 核心技术 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,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,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
7、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,技术举例：RFID 是谁？,基本组成：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
8、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：传感器网络处于什么状态？,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。 GreenOrbs（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,技术举例：定
9、位系统处在什么位置？,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,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
10、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,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,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,网络是物联网最重要的基础设施之一。 物联网的
11、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、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
12、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。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
13、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,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
14、务层 网络构建层 感知识别层,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,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 li
15、st）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,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
16、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,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 保护手段：物理安全机制/密码学安全机制/PUF 位置隐私 定义：用户对自己位置信息的掌控能力：用户能自由决定是否发布位置信息，将信息发布给谁，通过何种方式来发布，以及发布的信息有多详细。 保护手段：制度制约、隐私方针、身份匿名、数据混淆,1.2 核心技术：综合应用层,“实践出真知”，无论任何技术，应用是决定成败的关键。物联网丰富的内涵催生出更加丰富的外延应用。 传统互联网经历了以数据为中心到以人为中心的转化，典型应用包括文件传输、电子邮件、万维网、电子商务、视频点播、在线游戏和社交网络等；而物联网应用以“物”或者物理世界为中心，涵盖物品追踪、环
