物聯網概述-《物聯網技術基礎教程》.ppt

第I章物聯網概述 學習任務 物聯網的起源與發(fā)展 物聯網的定義 物聯網技術體系 Clicktoaddtitleinhere 1 2 3 本章主要涉及 1 1物聯網的起源與發(fā)展 物聯網作為一種模糊的意識或想法而出現 可以追溯到上世紀末 1995年比爾 蓋茨在 未來之路 一書中就已經提及類似于物品互聯的想法 只是當時受限于無線網絡 硬件及傳感設備的發(fā)展 并未引起重視 1 1物聯網的起源與發(fā)展 1999年 美國麻省理工大學Auto ID研究中心的創(chuàng)建者之一的KevinAshton教授在他的一個報告中首次使用了 InternetofThings 這個短語 事實上 Auto ID中心的目標就是在Internet的基礎上建造一個網絡 實現計算機與物品 objects 之間的互聯 這里的物品包括各種各樣的硬件設備 軟件 協(xié)議等等 1 1物聯網的起源與發(fā)展 1999年至2003年 物聯網方面的工作局限于實驗室中 這一時期的主要工作集中在物品身份的自動識別 如何減少識別錯誤和提高識別效率是關注的重點 2003年 EPC決策研討會 在芝加哥召開 作為物聯網方面第一個國際會議 該研討會得到了全球90多個公司的大力支持 從此 物聯網相關工作開始走出實驗室 1 1物聯網的起源與發(fā)展 經過工業(yè)界與學術界的共同努力 2005年物聯網終于大放異彩 這一年 國際電信聯盟 ITU 發(fā)布了題為 ITU互聯網報告2005 物聯網 的報告 物聯網概念開始正式出現在官方文件中 1 1物聯網的起源與發(fā)展 從此以后 物聯網獲得跨越式的發(fā)展 美國 中國 日本以及歐洲一些國家紛紛將發(fā)展物聯網基礎設施列為國家戰(zhàn)略發(fā)展計劃的重要內容 在美國 IBM提出了 智慧地球 的構想 其中物聯網是不可缺少的一部分 2009年1月 美國將其提升到國家戰(zhàn)略 1 1物聯網的起源與發(fā)展 在歐洲 2009年6月 歐盟在比利時首都布魯塞爾向歐洲議會 歐洲理事會 歐洲經濟與社會委員會和地區(qū)委員會提交了以 物聯網 歐洲行動計劃 為題的公告 其目的是希望歐洲通過構建新型物聯網管理框架來引領世界物聯網發(fā)展 1 1物聯網的起源與發(fā)展 歐盟委員會提出物聯網的三方面特性 第一 不能簡單的將物聯網看做互聯網的延伸 物聯網建立在特有基礎設施上 將是一系列新的獨立系統(tǒng) 當然 部分基礎設施仍要依存于現有的互聯網 第二 物聯網將伴隨新的業(yè)務共同發(fā)展 第三 物聯網包括了多種不同的通信模式 物與人通信 物與物通信 其中特別強調了包括機對機通信 M2M 1 1物聯網的起源與發(fā)展 在我國 2009年8月溫家寶總理視察無錫中科院物聯網技術研發(fā)中心時指出并強調 要盡快突破物聯網核心技術 把傳感技術和TD的發(fā)展結合起來 此后 我國官方對物聯網的多次提議和眾多規(guī)劃表示我國物聯網的發(fā)展已正式提上議事日程 1 2 1物聯網概念 物聯網的英文名稱為 TheInternetofThings 由該名稱可見 物聯網就是 物物相連的互聯網 從網絡結構上看 物聯網就是通過Internet將眾多信息傳感設備與應用系統(tǒng)連接起來并在廣域網范圍內對物品身份進行識別的分布式系統(tǒng) 1 2 1物聯網概念 物聯網的概念是在1999年提出的 當時基于互聯網 RFID技術 EPC標準 在計算機互聯網的基礎上 利用射頻識別技術 無線數據通信技術等 構造了一個實現全球物品信息實時共享的實物互聯網 Internetofthings IOT 簡稱物聯網 1 2 2物聯網定義及組成 1 物聯網定義目前較為公認的物聯網的定義是 通過射頻識別 RFID 裝置 紅外感應器 全球定位系統(tǒng) 激光掃描器等信息傳感設備 按約定的協(xié)議 把任何物品與互聯網相連接 進行信息交換和通信 以實現智能化識別 定位 跟蹤 監(jiān)控和管理的一種網絡 當每個而不是每種物品能夠被唯一標識后 利用識別 通信和計算等技術 在互聯網基礎上 構建的連接各種物品的網絡 就是人們常說的物聯網 1 2 2物聯網定義及組成 物聯網中的 物 的涵義要滿足以下條件才能夠被納入 物聯網 的范圍 要有相應信息的接收器 要有數據傳輸通路 要有一定的存儲功能 要有CPU 1 2 2物聯網定義及組成 要有操作系統(tǒng) 要有專門的應用程序 要有數據發(fā)送器 遵循物聯網的通信協(xié)議 在世界網絡中有可被識別的唯一編號 1 2 2物聯網定義及組成 2 物聯網的發(fā)展與形成物聯網的發(fā)展跟互聯網是分不開的 主要兩個層面的意思 物聯網的核心和基礎仍然是互聯網 它是在互聯網基礎上的延伸和擴展 第二 物聯網是比互聯網更為龐大的網絡 其網絡連接延伸到了任何的物品和物品之間 這些物品可以通過各種信息傳感設備與互聯網絡連接在一起 進行更為復雜的信息交換和通信 1 2 2物聯網定義及組成 3物聯網的三大特征一般認為 物聯網具有以下的三大特征 全面感知利用RFID 傳感器 二維碼等隨時隨地獲取物體的信息 可靠傳遞通過無線網絡與互聯網的融合 將物體的信息實時準確地傳遞給用戶 1 2 2物聯網定義及組成 智能處理利用云計算 數據挖掘以及模糊識別等人工智能技術 對海量的數據和信息進行分析和處理 對物體實施智能化的控制 物聯網概念模型 1 2 2物聯網定義及組成 4 物聯網認識方面的誤區(qū)誤區(qū)之一 把傳感器網絡或RFID網等同于物聯網 誤區(qū)之二 把物聯網當成互聯網的無邊無際的無限延伸 把物聯網當成所有物的完全開放 全部互連 全部共享的互聯網平臺 1 2 2物聯網定義及組成 誤區(qū)之三 認為物聯網就是物 物互聯的無所不在的網絡 因此認為物聯網是空中樓閣 是目前很難實現的技術 誤區(qū)之四 把物聯網當成個筐 什么都往里裝 基于自身認識 把僅僅能夠互動 通信的產品都當成物聯網應用 1 3 1物聯網技術概論 物聯網是典型的交叉學科 它所涉及的核心技術包括IPv6技術 云計算技術 傳感技術 RFID智能識別技術 無線通信技術等 因此 從技術角度講 物聯網專業(yè)主要涉及的專業(yè)有 計算機科學與工程 電子與電氣工程 電子信息與通訊 自動控制 遙感與遙測 精密儀器 電子商務等等 1 3 1物聯網技術概論 歐盟于2009年9月發(fā)布的 歐盟物聯網戰(zhàn)略研究路線圖 白皮書中列出13類關鍵技術 包括 標識技術 物聯網體系結構技術 通信與網絡技術 數據和信號處理技術 軟件和算法 發(fā)現與搜索引擎技術 電源和能量儲存技術等 1 3 1物聯網技術概論 物聯網的技術體系框架 1 3 2物聯網技術體系 1 感知 網絡通信和應用關鍵技術 傳感和識別技術是物聯網感知物理世界獲取信息和實現物體控制的首要環(huán)節(jié) 傳感器將物理世界中的物理量 化學量 生物量轉化成可供處理的數字信號 識別技術實現對物聯網中物體標識和位臵信息的獲取 1 3 2物聯網技術體系 網絡通信技術主要實現物聯網數據信息和控制信息的雙向傳遞 路由和控制 重點包括低速近距離無線通信技術 低功耗路由 自組織通信 無線接入M2M通信增強 IP承載技術 網絡傳送技術 異構網絡融合接入技術以及認知無線電技術 1 3 2物聯網技術體系 海量信息智能處理綜合運用高性能計算 人工智能 數據庫和模糊計算等技術 對收集的感知數據進行通用處理 重點涉及數據存儲 并行計算 數據挖掘 平臺服務 信息呈現等 1 3 2物聯網技術體系 面向服務的體系架構 Service orientedArchitecture SOA 是一種松耦合的軟件組件技術 它將應用程序的不同功能模塊化 并通過標準化的接口和調用方式聯系起來 實現快速可重用的系統(tǒng)開發(fā)和部署 SOA可提高物聯網架構的擴展性 提升應用開發(fā)效率 充分整合和復用信息資源 1 3 2物聯網技術體系 2 支撐技術物聯網支撐技術包括嵌入式系統(tǒng) 微機電系統(tǒng) MicroElectroMechanicalSystems MEMS 軟件和算法 電源和儲能 新材料技術等 微機電系統(tǒng)可實現對傳感器 執(zhí)行器 處理器 通信模塊 電源系統(tǒng)等的高度集成 是支撐傳感器節(jié)點微型化 智能化的重要技術 1 3 2物聯網技術體系 嵌入式系統(tǒng)是滿足物聯網對設備功能 可靠性 成本 體積 功耗等的綜合要求 可以按照不同應用定制裁剪的嵌入式計算機技術 是實現物體智能的重要基礎 軟件和算法是實現物聯網功能 決定物聯網行為的主要技術 重點包括各種物聯網計算系統(tǒng)的感知信息處理 交互與優(yōu)化軟件與算法 物聯網計算系統(tǒng)體系結構與軟件平臺研發(fā)等 1 3 2物聯網技術體系 電源和儲能是物聯網關鍵支撐技術之一 包括電池技術 能量儲存 能量捕獲 惡劣情況下的發(fā)電 能量循環(huán) 新能源等技術 新材料技術主要是指應用于傳感器的敏感元件實現的技術 傳感器敏感材料包括濕敏材料 氣敏材料 熱敏材料 壓敏材料 光敏材料等 新敏感材料的應用可以使傳感器的靈敏度 尺寸 精度 穩(wěn)定性等特性獲得改善 1 3 2物聯網技術體系 3 共性技術物聯網共性技術涉及網絡的不同層面 主要包括架構技術 標識和解析 安全和隱私 網絡管理技術等 物聯網架構技術目前處于概念發(fā)展階段 物聯網需具有統(tǒng)一的架構 清晰的分層 支持不同系統(tǒng)的互操作性 適應不同類型的物理網絡 適應物聯網的業(yè)務特性 1 3 2物聯網技術體系 標識和解析技術是對物理實體 通信實體和應用實體賦予的或其本身固有的一個或一組屬性 并能實現正確解析的技術 物聯網標識和解析技術涉及不同的標識體系 不同體系的互操作 全球解析或區(qū)域解析 標識管理等 1 3 2物聯網技術體系 安全和隱私技術包括安全體系架構 網絡安全技術 智能物體 的廣泛部署對社會生活帶來的安全威脅 隱私保護技術 安全管理機制和保證措施等 網絡管理技術重點包括管理需求 管理模型 管理功能 管理協(xié)議等 為實現對物聯網廣泛部署的 智能物體 的管理 需要進行網絡功能和適用性分析 開發(fā)適合的管理協(xié)議 1 3 3物聯網面臨的主要技術問題 物聯網的發(fā)展主要面臨五個主要技術問題 1 技術標準問題 2 安全問題 3 協(xié)議問題 4 IP地址問題 5 終端問題 1 4物聯網的應用領域 我國的物聯網應用領域主要有智能交通 環(huán)境保護 政府工作 公共安全 平安家居 智能消防 工業(yè)監(jiān)測 機械制造等 1 4物聯網的應用領域 1 物聯網應用示例 食品安全 1 4物聯網的應用領域 2 物聯網應用示例 平安城市 1 4物聯網的應用領域 3 物聯網應用示例 人體健康 1 4物聯網的應用領域 4 物聯網應用示例 智能家庭 1 4物聯網的應用領域 5 物聯網應用示例 智慧農業(yè) 農業(yè)標準化生產監(jiān)測系統(tǒng) 1 5應用案例 光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng) 分布式光纖光學傳感能提供完整事件發(fā)生的探測和定位 用光入射到光纖光柵時產生的反射光譜和透射光譜原理來獲取環(huán)境溫度及應變的變化情況 從而實現對環(huán)境的連續(xù)安全檢測 1 5應用案例 光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng) 光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng) 1 5應用案例 光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng) 1 產品概述新一代分布式光纖測溫與火災探測系統(tǒng)利用激光在光纖中傳輸時產生的背向拉曼散射信號和光時域反射原理來獲取空間溫度分布信息 分布式光纖測溫與火災探測系統(tǒng)采用獨特的光路設計和高性能光電器件 穩(wěn)定性和可靠性高 在空間分辨率 溫度分辨