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1、第1章 物联网概述,物联网基础知识 物联网特征及体系架构 物联网发展状况,学习要点,目录,1.4我国物联网的现状与展望,1.3国际物联网发展现状,1.2 物联网体系结构,1.1物联网的概念,1.1 物联网的概念,物联网(The Internet of things，IoT)，即“物联网就是物物相连的互联网”。物联网的核心仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络，通过网络连接，搭建物与物、人与物等直接的交流通道；通过配置在感知对象的感知设备（如标签、传感器、智能设备等），将用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，对现实世界进行感知，通过智能设备对感知对象的识别、反馈其状态等，进行信息交换
2、、通信和智能处理。,1.1.1 起源与发展,物联网概念最早出现于比尔盖茨1995年出版的未来之路一书。该书提出了“物物”相联的物联网雏形，只是当时受限于无线网络、硬件及传感器设备的发展，并未引起世人的重视。,1.1.1 起源与发展,1998年，美国麻省理工学院（MIT）创造性地提出了当时被称为EPC（Electronic Product Code）系统的“物联网”构想。1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念，主要是建立在物品编码、射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）技术和互联网的基础上。这时对物联网的定义很简单，主要是指把所有物品
3、通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。也就是说，物联网是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的一种技术。,日本在2004年提出了“U-Japan”战略，即建设泛在的物联网，并服务于U-Japan及后续的信息化战略。,1.1.1 起源与发展,2004年，韩国提出为期十年的U-Korea战略，目标是“在全球最优的泛在基础设施上，将韩国建设成全球第一个泛在社会”。2009年，韩国通过了基于IP的泛在传感器网基础设施构建基本规划，将物联网确定为全国重点发展战略。,1.1.1 起源与发展,1.1.1 起源与发展,2005年，国际电信联盟（International Teleco
4、mmunications UnionInternational，ITU）在ITU互联网报告2005：物联网中，正式提出了“物联网”的概念。该报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行交换。射频识别技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。,1.1.1 起源与发展,2008年底，IBM向美国政府提出了“智慧地球”的战略，强调传感等感知技术的应用，提出建设智慧型基础设施，并智能化的快速处理、综合运用这些设施，使得整个地球上的物都“充满智慧”。由美国主导的EPCglobal标准在RFID领域中呼声最高；德州仪
5、器（TI）、英特尔、高通、IBM、微软则在通信芯片及通信模块设计制造上全球领先。 。,2009年6月,欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了欧盟物联网行动计划,其目的是希望欧洲通过构建新型物联网管理框架来引导世界“物联网”发展。目前有8个欧盟国家计划普及物联网,目的是让物联网为尽快摆脱经济危机做贡献。2009年9月，欧盟发布欧盟物联网战略研究路线图，提出2010、2015、2020三个阶段物联网研发路线图，并提出物联网在航空航天、汽车、医药、能源等18个主要应用领域，以及识别、数据处理、物联网架构等12个方面需要突破的关键技术。,1.1.1 起源与发展,1.1.1
6、 起源与发展,2009年8月7日温家宝在无锡微纳传感网工程技术研发中心视察并发表重要讲话，“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，提出了“感知中国”的理念，这标志着政府对物联网产业的关注和支持力度已提升到国家战略层面。之后，“传感网”、“物联网”成为热门名词术语。2009年9月11日，“传感器网络标准工作组成立大会暨感知中国高峰论坛”在北京举行，会议提出了传感网发展的一些相关政策。2009年11月12日，中国移动与无锡市人民政府签署“共同推进TD-SCDMA与物联网融合”战略合作协议，中国移动将在无锡成立中国移动物联网研究院，重点开展TD-SCDMA与物联网融合的技术研究与应
7、用开发。,2010年5月，欧盟提出欧洲数字计划，旨在通过物联网等技术抢占数字经济发展的制高点。该计划是欧洲2020年战略的重要组成部分。该行动计划提出了促进物联网发展的一些具体措施：严格执行对物联网的数据保护立法，建立政策框架使物联网能应对信用、承诺及安全方面的问题；公民能读取基本的射频识别(RFID)标签,并可以销毁它们以保护隐私；为保护关键的信息基础设施,把物联网发展成为欧洲的关键资源；在必要的情况下,发布专门的物联网标准化强制条例；启动试点项目,以促进欧盟有效地部署市场化的、相互操作性的、安全的、具有隐私意识的物联网应用；加强国际合作,共享信息和成功经验,并在相关的联合行动中达成一致等内
8、容。,1.1.1 起源与发展,1.1.1 起源与发展,在我国，中科院早在1999 年就启动了传感网研究，并在无锡成立了微纳传感网工程技术研发中心，2009 年8 月7 日，温家宝总理在对该中心的视察中明确提出了“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫感知中国中心”。在此之后，我国物联网的研究、开发和应用工作进入了高潮。目前我国已经拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链，是世界上少数能实现物联网产业化的国家之一，国际标准制定的主导国之一。,1.1.2物联网的定义,物联网的定义 物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器
9、等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，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，方便识别、管理和控制。,物联网是具有全面感知、可靠传输、智能处理三大特征的连接物理世界的网络，实现了任何人（Anyone）、任何时间（Anytime）、任何地点（Anywhere）及任何物体（Anything）的4A联接。,1.1.3物联网的特征,全面感知是指利用射频识别（RFID）、二维码、GPS、摄像头、传感器、网络等感知、捕获、测量的技术手段，随时随地对物体进行信息的采集和获取。
10、可靠传送是指通过各种通信网、广电网与互联网的融合，将物体信息接入网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享。物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。 智能处理是指利用云计算、数据挖掘等各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的同构、异构数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力、实现智能化的决策和控制。,1.1.3物联网的特征,1.1.4物联网应用范围,物联网被称为信息技术移动泛在化的一个具体应用。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，打破了之前
11、的传统思维，人类可以实现无所不在的计算和网络连接。传统的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。“物联网”使得人们可以更加精细和动态的方式管理生产和生活，管理未来的城市，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。,1.1.4物联网应用范围,1.1.4物联网应用范围,第一阶段是电子标签和传感器被广泛应用在物流、
12、销售和制药领域； 第二阶段则是实现物体互联； 第三阶段是物体进入半智能化； 第四阶段就是物体进入了全智能化。,物联网的发展四个阶段,1.2 物联网体系结构,物联网发展的关键要素包括由感知、网络和应用层组成的网络架构，物联网技术和标准，包括服务业和制造业在内的物联网相关产业，资源体系，隐私和安全以及促进和规范物联网发展的法律、政策和国际治理体系。在业界，物联网大致被公认为有三个层次，底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面则是内容应用层。,物联网中感知层主要依靠各种类型的传感器实现对物品信息的获取，由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器
13、、二维码标签、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS 等感知终端。,1.2.1感知层,物联网的网络层在现有的互联网和移动通讯网基础上，由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统等组成，相当于人的神经中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。网络层根据感知层的业务特征，优化网络特性，实现感知层与应用层之间信息的传递、路由和控制，实现物与物、物与人、人与人等直接的通信，网络层包括接入网和核心网。接入网为物联网终端提供网络接入、移动性管理等功能。接入网包括移动互联网、有线网、Wi-Fi、WiMAX等各种无线接入技术。接入网的异构性使得如何为终端提供移动性管理以保证异构网络间节点漫游和服务的无
14、缝移动成为研究的重点。核心网是基于接口的统一、高性能、可扩展的网络，支持异构接入以及终端的移动性。核心网将会在很大程度上基于已有的电信网和互联网。网络层将是物联网信息的数据传输支撑通道。 网络层通过各种近距离通信技术、2G/3G/4G 通信技术、NGN技术、卫星通信技术、异构网融合技术、自适应网络传输技术等多种通信技术实现感知数据上传。,1.2.2网络层,ZigBee技术是一种基于IEEE802.15.4的低功耗、低传输速率、架构简单的短距离无线通信技术，ZigBee技术具有强大的组网能力。 Wi-Fi技术是基于美国电子和电气工程师协会IEEE 802.11网络规范，现阶段主要使用的标准有IE
15、EE802.11a和IEEE802.11b。其主要特性为：速度快、可靠性高。 WiMAX技术，即“全球微波互联接入技术”，其属于城域网（MAN）技术，能够在比Wi-Fi技术更为广阔的地域范围内提供“最后一公里”宽带连接性，WiMAX可以为高速数据应用提供更出色的移动性。 WAPI 无线局域网鉴别与保密基础结构）是中国自主研发的，拥有自主知识产权的无线局域网安全接入技术标准。WAPI是针对IEEE802.11中WEP协议安全问题，它的主要特点是采用基于公钥密码体系的证书机制，真正实现了移动终端（MT）与无线接入点（AP）间双向鉴别。WAPI 同时也是中国无线局域网强制性标准中的安全机制。 WLA
16、N像红外线、蓝牙、GPRS、CDMA1X等协议一样，是无线传输协议的一种。 GPRS技术，即：通用无线分组业务是一种基于全球手机系统GSM的无线分组交换技术，按照统计复用的方式提供端到端的、广域的无线IP连接。,1.2.2网络层,网络传输通信技术,物联网应用层利用经过分析处理的感知数据，采用海量数据处理、云计算等技术，为用户提供各种智能化服务。物联网的应用可分为监控型（智能视频、物流监控、环境感知、人脸识别、车辆识别等），查询型（智能检索、远程抄表），控制型（智能交通、智能家居、路灯控制），扫描型（门禁系统、手机钱包、高速公路不停车收费）等。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。应用层是物联网发展的目的，软件开发、智能控制技术将会为用户提供丰富多彩的物联网应用。 物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、个人护理、健康维护、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。,1.2.3应用层,上海浦东国际机场防入侵系统中
