物联网技术与应用培训讲解

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1、物联网技术与应用 张小强 副教授 西南交通大学 xqzhanggatech.edu,第一部分 物联网技术 物联网产生的背景、技术现状、产业链等,提纲,第三部分 物联网、RFID应用 物联网的工程应用情况、前景分析,第二部分 RFID技术 RFID技术简介、作用及发展趋势,第一部分 物联网技术,物联网产生的背景：,1、全球性的经济危机 经济长波理论：每一次的经济低谷必定会催生出某些新的技术，而这种技术一定是可以为绝大多数工业产业提供一种全新的使用价值，从而带动新一轮的消费增长和高额的产业投资，以触动新经济周期的形成。 过去的10年间，互联网技术取得巨大成功。目前的经济危机让人们又不得不面临紧迫的

2、选择，物联网技术成为推动下一个经济增长的特别重要推手。 2、传感技术的成熟 随着微电子技术的发展，涉及人类生活、生产、管理等方方面面的各种传感器已经比较成熟。例如常见的无线传感器（WSN）、RFID、电子标签等。 3、网络接入和信息处理能力大幅提高 目前，随着网络接入多样化、IP宽带化和计算机软件技术的飞跃发展，基于海量信息收集合分类处理的能力大大提高。,物联网概念的发展历程,2005,1999,1998,MIT的Auto-ID中心的Kevin Ashton：把RFID技术与传感器技术应用于日常物品中形成一个“物联网”,EPC global 的Auto-ID中心：物联网是成千上万的物品采用无线

3、方式接入了Internet的网络。这是物联网概念真正的提出。,ITU报告：物联网是通过RFID和智能计算等技术实现全世界设备互连的网络。把物联网的概念拓展到了传感网络,2008,IBM：互联网物联网智慧地球 把传感器设备安装到电网、铁路、桥梁、隧道、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且普遍连接形成网络，即“物联网”,1995,Bill Gates在未来之路中提及物联网概念,中国政府对物联网的发展非常关注,2009年8月26日，工信部总工程师朱宏任在中国工业经济运行2009年夏季报告会上表示，我国也正在高度关注、重视物联网方面的研究。 2009年9月11日，工信部传感器网络标准化工作小组的

4、成立，标志着我国将加快制定符合我国发展需求的传感网技术标准，力争主导制定传感网国际标准。 2009年11月3日，温家宝总理在人民大会堂向首都科技界发表了题为让科技引领中国可持续发展的讲话，再次强调科学选择新兴战略性产业非常重要，并指示要着力突破传感网、物联网关键技术。,物联网（Internetof Things)产业在期间被正式提升为国家戓略之一，写入政府工作报告，国家物联网标准联合工作组成立 物联网如果要被当成“一个产业”，需要有一个一致认同的定义和规范的统计标准，如果不统一，将无法准确统计产业规模 有人说物联网产业“看丌清楚”，正在中国“野蛮生长“ 物联网是一个“已经探明储量的巨大金矿”，

5、但矿产资源很分散，遍布世界各个角落，眼下还难以集中开采,物联网（ IOT： Internet of Things ）的定义：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，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。 1、技术层面的定义 物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。 2、应用层面的定义 物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”,然后“物联网”又与现有的互联网结合,实现人类社

6、会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。,物联网特征,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 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,物联网的关键技术,传感网络技术,是由使用传感器的器件组成的在空间上呈分布式的无线自治网络，用来感知环境参数，如温度、震动等等。,近程通讯技术,是新兴的短距离连接技术，从很多无接触式的认证和互联技术演化而来，RFID和蓝牙技术是其中的重要代表。,物

7、联网现阶段最主要的表现形式： M2M,M2M是机器到机器的无线数据传输，有时也包括人对机器和机器对人的数据传输。有多种技术支持M2M网络中的终端之间的传输协议，目前主要有CDMA 、GPRS、IEEE802.11a/b/g WLAN等等。,物联网的架构,IOT基本模型,近距离 通信,因特网,跟踪定位,高速 数据 网络,物联网结构,基于物联网技术的智慧星球,物联网发展的三个阶段,初级阶段：已存在的一些各行业基于各种行业数据交换和传输标准的连网监测监控，两化融合等应用系统，主要以NetworksofThings（物连网）的方式存在 中级阶段：在物联网理念推劢下，基于局部统一的数据交换标准实现的跨行

8、业、跨业务综合管理大集成系统，初步走向InternetofThings（物联网） 高级阶段：基于物联网统一数据标准，SOA,WebService,云计算虚拟服务的onDemand系统，最终实现“ThingasaService”,物联网产业链之DCM划分,三层架构：感知层，网络层，和应用层,物联网四大支柱产业群,RFID:中国股票市场“横空出世”的物联网概念股都是做RFID智能卡的公司 传感网：以研究人员为主体，也包括一些仪器仪表业界的公司，这也是温总理“感知中国”提法的主要依据 M2M：中国三大通讯营运商早已开展M2M业务，兲注末端设备的互联和集控管理 两化融合：自劢控制，工业信息化行业相兲产

9、业群,对物联网的看法：,物联网已经成为信息科技产业化的第三次浪潮，强调核心技术。 事实上她只是反映了学科交叉、技术集成的科学发展必然趋势。 我们应该积极投身于这个浪潮之中，发挥自身优势，在物联网大系统中占领一席之地，其目标是使得国家利益最大化。 “Internet of Things”在美国并未成为一个像中国一样“家喻户晓”的“buzzword”，美国更关注一些具体行业应用，如M2M，Smart Grid等。 物联网的技术和理念以及应用早已在各行业存在，但共性特征未被总结、提炼出来，目前时机已成熟。物联网之所以目前被认为是一个产业，主要缘于各行业应用的技术共性,SWOT分析：中国优势和机会,国

10、家戓略高度重视 “举国体制” 优势 全社会支持，巨大内需市场 可以调劢最大的整体资源 用户的求新意识 发达地区基础设施世界一流，和国外基本处在同一起跑线 发达国家受“产业惯性”制约 软件和数据标准待建立 外部全球经济危机待恢复，需要新的增长点,其他相关术语,感知中国，M2M,传感网络，智慧地球（SmartPlanet)，两化融合(Digital Convergence)，Pervasive Computing(普适计算）, Ambient Intelligence，Haptic和UbiquitousComputing、X-internet（可执行的互联网），Building2.0，SmartG

11、rid（智能电网） 物联网其实已成为一个“中国制造”的概念，含义更广阔，影响更深远,物联网发展过程中面临的五个主要技术问题： （1）技术标准问题 世界各国存在不同的标准。中国信息技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。2009年9月，传感器网络标准工作组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。 （2）安全问题 信息采集频繁，其数据安全也必须重点考虑。 （3）协议问题 物联网是互联网的

12、延伸，在物联网核心层面是基于TCP/IP，但在接入层面，协议类别五花八门，EPC CLASS 1 GEN2、GPRS/CDMA、短信、传感器、有线等多种通道，物联网需要一个统一的协议栈。,物联网发展过程中面临的主要问题（续）： （4）IP地址问题 每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6来支撑。IPv4向IPv6过渡是一个漫长的过程，因此物联网一旦使用IPv6地址，就必然会存在与IPv4的兼容性问题。 （5）终端问题。 物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求千差万别，如何满足终端产品的多样化

13、需求，对运营商来说是一大挑战。,第二部分 RFID技术介绍,射频识别技术,RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码，等等。 无线射频识别技术（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。,RFID的发展历程,RFID技术的发展可按10年期划分如下： 19411950年。雷达的改进和应用催生了RFID技术，1948年奠定了RFID

14、技术的理论基础。 19511960年。早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 19611970年。RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 19711980年。RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测试得到加速。出现了一些最早的RFID应用。 19811990年。RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。 19912000年。RFID技术标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到广泛采用，RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分。 2001今。标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、 无源电子标签及半无源电子标

15、签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。,RFID的组成,电子标签,电子标签是射频识别系统的数据载体，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签(Active tag)、无源电子标签(Passive tag)和半无源电子标签(Semipassive tag)。有源电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池，半无源电子标签(Semipassive tag)部分依靠电池工作。 电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆

16、形标签及特殊用途的异形标签等。,只读标签与可读可写标签,只读标签：内部只有ROM和RAM。ROM用于存储发射器OS说明和安全性要求较高的数据，它与内部的处理器或逻辑处理单元完成内部的操作控制功能 . 可读可写标签：内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。这种存储器除了存储数据功能外，还具有在适当的条件下允许多次写入数据的功能。,标识标签与便携式数据文件,根据标签中存储器数据存储能力的不同，可以把标签分成仅用于标识目的的标识标签与便携式数据文件两种. 标识标签：一个数字或者多个数字字母字符串存储在标签中，为了识别的目的或者是进入信息系统中数据库的钥匙（KEY）.标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识。