物联网技术概论教学课件(共8章)第1章-物联网概述

第一章第一章 物联网概述物联网概述物联网技术概论物联网技术概论物联网的概念物联网的概念二二物联网的起源和发展物联网的起源和发展一一2课程提纲课程提纲本章小结本章小结三三物联网的概念物联网的概念二二物联网的起源和发展物联网的起源和发展一一3课程提纲课程提纲本章小结本章小结三三一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展“十三五十三五”国家科技创新规划国家科技创新规划国家重大科技基础设施建设国家重大科技基础设施建设中长期规划（中长期规划（2012-20302012-2030年）年）新基建：国家发改委新基建：国家发改委信息基础设施，主要指基于新一代信息信息基础设施，主要指基于新一代信息技术演化生成的基础设施，比如，以技术演化生成的基础设施，比如，以5G5G、物联网物联网、工业互联网、工业互联网为代表的通信为代表的通信网络基础设施网络基础设施建设未来网络试验设施，主要包建设未来网络试验设施，主要包括括物联网应用物联网应用专栏专栏5 5 新一代信息技术：新一代信息技术：物联网物联网p物联网技术是新一代信息技术的重要组成部分以人工智能、量子信息、移动通信、以人工智能、量子信息、移动通信、物联网物联网、区块链、区块链为代表的新一代信息技术加速突破应用为代表的新一代信息技术加速突破应用20182018年年5 5月月2828日日习近平总书记在两院院士大会上指出：习近平总书记在两院院士大会上指出：一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展2005年 国际电信联盟发布了ITU互联网报告2005：物联网，引用了“物联网”的概念，并且指出无所不在的“物联网”通信时代即将来临。然而，报告对物联网缺乏一个清晰的定义，并且覆盖范围有了较大的拓展2009年初 IBM提出“智慧的地球”概念，认为：信息产业下一阶段的任务是把新一代信息技术充分运用在各行各业之中，具体就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网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，其目的为希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2009年8月 日本提出“智慧泛在”构想，将传感网列为国家重要战略，致力于一个个性化的物联网智能服务体系p物联网技术的发展历史2010年3月，时任国务院总理温家宝在政府工作报告中，将“加快物联网的研发应用”明确纳入重点产业振兴，表明物联网已经被提升为国家战略，中国开启物联网元年。一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展传感器网络传感器网络以固定部署的以固定部署的传感器形成联传感器形成联网感知能力网感知能力个体感知个体感知移动群体移动群体感知感知人机协同人机协同移动群智移动群智感知感知第一阶段第一阶段19781978年至今年至今第二阶段第二阶段1990s1990s年至今年至今第三阶段第三阶段20082008年至今年至今第四阶段第四阶段20182018年至今年至今以个人携带智能以个人携带智能手机为载体对人手机为载体对人与周围环境进行与周围环境进行感知感知以深度人机协同以深度人机协同为特征，形成边为特征，形成边缘感知与计算智缘感知与计算智能能以移动人群为感以移动人群为感知群体对物理空知群体对物理空间形成大范围高间形成大范围高质量长时间感知质量长时间感知能力能力传统物联网认知物联网DARPA78 Distributed Sensor Network WorkshopMark Weiser:Concept of Ubiquitous ComputingAndrew Campbell:The Rise of People-Centric Sensing,IEEE Internet Computing,July/Aug.20082018年中国科协发布年中国科协发布重大科技问题：认知重大科技问题：认知物联网物联网一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展个个体体感感知知组网成本高、系统维护难、服务不灵活组网成本高、系统维护难、服务不灵活传传感感器器网网络络覆盖范围小、数据质量低、感知层次浅覆盖范围小、数据质量低、感知层次浅第一阶段第二阶段一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展欧盟人工智能战略美国人工智能研发战略中国新一代人工智能发展规划中国工中国工中国工中国工程院院程院院程院院程院院刊刊刊刊 群体智能群体智能:有望有望引领人工智能技术升级引领人工智能技术升级基基础理论方向础理论方向人工智能人工智能2.02.0专刊专文阐述专刊专文阐述一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展欧盟人工智能战略美国人工智能研发战略中国新一代人工智能发展规划中国工中国工中国工中国工程院院程院院程院院程院院刊刊刊刊 群体智能群体智能:有望有望引领人工智能技术升级引领人工智能技术升级基基础理论方向础理论方向人工智能人工智能2.02.0专刊专文阐述专刊专文阐述群体智能群体智能驱动物联网向第三阶段发展驱动物联网向第三阶段发展一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展城市管理军事打击应急救援第三阶段：群体智能驱动下的移动群体感知 (Mobile Crowdsensing)一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展城市管理军事打击应急救援第三阶段：群体智能驱动下的移动群体感知 (Mobile Crowdsensing)移动群体感知技术可以移动群体感知技术可以实现对物理空间实现对物理空间大范围、大范围、高质量、长时间、深层次高质量、长时间、深层次数据获取数据获取一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展12p从第三阶段开始探索进入第四阶段一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展第四阶段：人机协同第四阶段：人机协同移动群移动群智智感知感知第第三三阶阶段段：移移动动群群体体感感知知递递进进深深入入人机协同人机协同敏捷泛化敏捷泛化智能安全智能安全说明：此处说明：此处“机机”指的是携带传感器可进行物联网感知的机器人，如无人机、无人车、无人船等指的是携带传感器可进行物联网感知的机器人，如无人机、无人车、无人船等一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展如何在未知复杂区域实现保障时延的精准任务调度如何对人机协同移动群智感知场景下的时空协作特征统一建模如何支持人机分布式协同感知同时保护用户数据隐私人机协同人机协同移动群智移动群智感知感知智能安全智能安全数据计算数据计算敏捷泛化敏捷泛化任务调度任务调度人机协同人机协同时空建模时空建模时延保障时延保障调度泛化调度泛化边缘智能边缘智能隐私保护隐私保护时空建模时空建模协作互联协作互联感知空间构建感知空间构建感知任务调度感知任务调度感知数据计算感知数据计算一、物联网的起源和发展一、物联网的起源和发展IoT关键领关键领域域传感器传感器网络网络传感器传感器技术技术RFID技术技术标识及标识及编址技编址技术术p物联网关键领域物联网关键领域传感器网络最显著的传感器网络最显著的技术技术特征特征和最重要的和最重要的应用目标应用目标是感知现实物理世界是感知现实物理世界传感器技术同计算技术与通信技术一起被认为是信息技术的三大支柱 p射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到目标识别目的并交换数据p“物物通信技术”，物联网的起源之一 p为了实现人与物、物与物的通信以及各类应用，需要利用标识来对人和物等对象、终端和设备等网络节点以及各类业务应用进行识别，并通过标识解析与寻址等技术进行翻译、映射和转换，以获取相应的地址或关联信息p保证物联网能够正确运行的技术基础，能够形成物联网概念的起源之一16课程提纲课程提纲物联网的概念物联网的概念二二物联网的起源和发展物联网的起源和发展一一本章小结本章小结三三二、物联网的概念二、物联网的概念p2.1 2.1 物联网相关概念物联网相关概念p2.2 2.2 物联网内涵辨析物联网内涵辨析p2.3 2.3 物联网的系统组成物联网的系统组成p2.4 2.4 物联网的应用领域物联网的应用领域二、物联网的概念二、物联网的概念p2.1 2.1 物联网相关概念物联网相关概念p2.2 2.2 物联网内涵辨析物联网内涵辨析p2.3 2.3 物联网的系统物联网的系统组成组成二、物联网的概念二、物联网的概念p2.1 2.1 物联网相关概念物联网相关概念l智慧城市智慧城市lM2M系统系统l信息物理系统信息物理系统lSensor Web系统系统二、物联网的概念二、物联网的概念p智慧地球智慧地球pIBM愿景：l更透彻地感应和度量世界的本质和变化l世界更加全面地互联互通l所有的事物、流程、运行方式都具有更深入的智能化IBM Watson物联网平台：助力应用程序、可视化仪表板和移动物联网程序的快速编写与分析l连接：连接设备、创建应用程序、控制设备以及与第三方服务交互l信息管理：设备数据的存储和查看，并将Watson物联网平台与其他服务集成l分析：通过使用Watson物联网平台仪表板可视化实时设备数据l风险管理：通过对用户和应用程序的访问控制来配置安全的连接和体系结构二、物联网的概念二、物联网的概念p智慧地球智慧地球环境监测环境监测构建城市构建城市噪声分布噪声分布图图智能交通智能交通检测交通信检测交通信号灯变化控号灯变化控制车速制车速城市管理城市管理监测城市监测城市路边停车路边停车位位智能铁路智能铁路提升铁提升铁 路效路效率，应对自率，应对自然灾害然灾害智慧医疗，城市，电力，铁路，银行，零售智慧医疗，城市，电力，铁路，银行，零售二、物联网的概念二、物联网的概念pM2MM2M系统系统pMachine-to-Machine通信p无线通信为主要接入手段p机器之间智能化、交互式通信，提供综合信息化解决方案数据监控数据采集和测量调度和控制目标：目标：二、物联网的概念二、物联网的概念pM2MM2M系统系统l系统架构：系统架构：终端域终端域、网络域网络域和和应用域应用域l终端域：M2M终端、M2M终端网络及M2M网关lM2M平台服务：为应用域用户提供终端及网关管理、消息传递、安全机制、事务管理、日志及数据回溯等服务二、物联网的概念二、物联网的概念pM2MM2M系统：技术核心价值系统：技术核心价值p可靠的通信保障可靠的通信保障p特点：无人值守p实时监测机器运行状况及外设状态，及时排查故障p统一的通信语言统一的通信语言p同一信息需要被多方广泛共享p智能的机器终端智能的机器终端p机器和机器之间的一种智能化、交互式的通信方式二、物联网的概念二、物联网的概念pM2MM2M系统：主要业务类型系统：主要业务类型p数据测量、监控与告警、控制、支付与交易处理、追踪与物品管理远程监控：产品进货时，在特定商品运行不足以发送重新装填时向分销商的网络或机器发送消息。公用事业公司依靠M2M设备和应用来获取能源；并通过使用智能电表向客户收费，以及检测工地因素，如压力，温度，设备状态等。在远程医疗中，M2M设备可以实现对患者生命统计数据的实时监控，在需要时分配药物或跟踪医疗保健资产。二、物联网的概念二、物联网的概念p信息物理系统信息物理系统CPS通过集成先进的感知、通过集成先进的感知、计算、通信、控制等计算、通信、控制等信息技信息技术术和和自动控制技术自动控制技术，构建了，构建了物理空间与信息空间中人、物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效相互映射、适时交互、高效协同协同的复杂系统，实现系统的复杂系统，实现系统内资源配置和运行的内资源配置和运行的按需响按需响应、快速迭代、动态优化应、快速迭代、动态优化。Cyber-Physical Systems（CPS）:2017年，在工信部信息化和软件服务业司的指导下，信息物理系统发展论坛汇集了学术界、产业界专家学者对CPS发展的真知灼见，编写了信息物理系统白皮书二、物联网的概念二、物联网的概念p信息物理系统信息物理系统计算能力通信能力控制能力物理信息物理信息系统系统提供信息提供信息精