物聯(lián)網(wǎng)概述-《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)教程》.ppt

第I章物聯(lián)網(wǎng)概述 學習任務 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展 物聯(lián)網(wǎng)的定義 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 Clicktoaddtitleinhere 1 2 3 本章主要涉及 1 1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展 物聯(lián)網(wǎng)作為一種模糊的意識或想法而出現(xiàn) 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(jīng)提及類似于物品互聯(lián)的想法 只是當時受限于無線網(wǎng)絡(luò) 硬件及傳感設(shè)備的發(fā)展 并未引起重視 1 1物聯(lián)網(wǎng)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(chǔ)上建造一個網(wǎng)絡(luò) 實現(xiàn)計算機與物品 objects 之間的互聯(lián) 這里的物品包括各種各樣的硬件設(shè)備 軟件 協(xié)議等等 1 1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展 1999年至2003年 物聯(lián)網(wǎng)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(guān)注的重點 2003年 EPC決策研討會 在芝加哥召開 作為物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)相關(guān)工作開始走出實驗室 1 1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展 經(jīng)過工業(yè)界與學術(shù)界的共同努力 2005年物聯(lián)網(wǎng)終于大放異彩 這一年 國際電信聯(lián)盟 ITU 發(fā)布了題為 ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005 物聯(lián)網(wǎng) 的報告 物聯(lián)網(wǎng)概念開始正式出現(xiàn)在官方文件中 1 1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展 從此以后 物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施列為國家戰(zhàn)略發(fā)展計劃的重要內(nèi)容 在美國 IBM提出了 智慧地球 的構(gòu)想 其中物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)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(jīng)濟與社會委員會和地區(qū)委員會提交了以 物聯(lián)網(wǎng) 歐洲行動計劃 為題的公告 其目的是希望歐洲通過構(gòu)建新型物聯(lián)網(wǎng)管理框架來引領(lǐng)世界物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展 1 1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展 歐盟委員會提出物聯(lián)網(wǎng)的三方面特性 第一 不能簡單的將物聯(lián)網(wǎng)看做互聯(lián)網(wǎng)的延伸 物聯(lián)網(wǎng)建立在特有基礎(chǔ)設(shè)施上 將是一系列新的獨立系統(tǒng) 當然 部分基礎(chǔ)設(shè)施仍要依存于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng) 第二 物聯(lián)網(wǎng)將伴隨新的業(yè)務共同發(fā)展 第三 物聯(lián)網(wǎng)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(diào)了包括機對機通信 M2M 1 1物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心時指出并強調(diào) 要盡快突破物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù) 把傳感技術(shù)和TD的發(fā)展結(jié)合起來 此后 我國官方對物聯(lián)網(wǎng)的多次提議和眾多規(guī)劃表示我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已正式提上議事日程 1 2 1物聯(lián)網(wǎng)概念 物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為 TheInternetofThings 由該名稱可見 物聯(lián)網(wǎng)就是 物物相連的互聯(lián)網(wǎng) 從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看 物聯(lián)網(wǎng)就是通過Internet將眾多信息傳感設(shè)備與應用系統(tǒng)連接起來并在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)對物品身份進行識別的分布式系統(tǒng) 1 2 1物聯(lián)網(wǎng)概念 物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的 當時基于互聯(lián)網(wǎng) RFID技術(shù) EPC標準 在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上 利用射頻識別技術(shù) 無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等 構(gòu)造了一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng) Internetofthings IOT 簡稱物聯(lián)網(wǎng) 1 2 2物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 1 物聯(lián)網(wǎng)定義目前較為公認的物聯(lián)網(wǎng)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(shè)備 按約定的協(xié)議 把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接 進行信息交換和通信 以實現(xiàn)智能化識別 定位 跟蹤 監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò) 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(shù) 在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上 構(gòu)建的連接各種物品的網(wǎng)絡(luò) 就是人們常說的物聯(lián)網(wǎng) 1 2 2物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 物聯(lián)網(wǎng)中的 物 的涵義要滿足以下條件才能夠被納入 物聯(lián)網(wǎng) 的范圍 要有相應信息的接收器 要有數(shù)據(jù)傳輸通路 要有一定的存儲功能 要有CPU 1 2 2物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 要有操作系統(tǒng) 要有專門的應用程序 要有數(shù)據(jù)發(fā)送器 遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議 在世界網(wǎng)絡(luò)中有可被識別的唯一編號 1 2 2物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與形成物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展跟互聯(lián)網(wǎng)是分不開的 主要兩個層面的意思 物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng) 它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展 第二 物聯(lián)網(wǎng)是比互聯(lián)網(wǎng)更為龐大的網(wǎng)絡(luò) 其網(wǎng)絡(luò)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(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接在一起 進行更為復雜的信息交換和通信 1 2 2物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 3物聯(lián)網(wǎng)的三大特征一般認為 物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合 將物體的信息實時準確地傳遞給用戶 1 2 2物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 智能處理利用云計算 數(shù)據(jù)挖掘以及模糊識別等人工智能技術(shù) 對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理 對物體實施智能化的控制 物聯(lián)網(wǎng)概念模型 1 2 2物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 4 物聯(lián)網(wǎng)認識方面的誤區(qū)誤區(qū)之一 把傳感器網(wǎng)絡(luò)或RFID網(wǎng)等同于物聯(lián)網(wǎng) 誤區(qū)之二 把物聯(lián)網(wǎng)當成互聯(lián)網(wǎng)的無邊無際的無限延伸 把物聯(lián)網(wǎng)當成所有物的完全開放 全部互連 全部共享的互聯(lián)網(wǎng)平臺 1 2 2物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 誤區(qū)之三 認為物聯(lián)網(wǎng)就是物 物互聯(lián)的無所不在的網(wǎng)絡(luò) 因此認為物聯(lián)網(wǎng)是空中樓閣 是目前很難實現(xiàn)的技術(shù) 誤區(qū)之四 把物聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)品都當成物聯(lián)網(wǎng)應用 1 3 1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 物聯(lián)網(wǎng)是典型的交叉學科 它所涉及的核心技術(shù)包括IPv6技術(shù) 云計算技術(shù) 傳感技術(shù) RFID智能識別技術(shù) 無線通信技術(shù)等 因此 從技術(shù)角度講 物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 歐盟于2009年9月發(fā)布的 歐盟物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖 白皮書中列出13類關(guān)鍵技術(shù) 包括 標識技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)技術(shù) 通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 數(shù)據(jù)和信號處理技術(shù) 軟件和算法 發(fā)現(xiàn)與搜索引擎技術(shù) 電源和能量儲存技術(shù)等 1 3 1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系框架 1 3 2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 1 感知 網(wǎng)絡(luò)通信和應用關(guān)鍵技術(shù) 傳感和識別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知物理世界獲取信息和實現(xiàn)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(zhuǎn)化成可供處理的數(shù)字信號 識別技術(shù)實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)中物體標識和位臵信息的獲取 1 3 2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)主要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)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(shù) 低功耗路由 自組織通信 無線接入M2M通信增強 IP承載技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù) 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合接入技術(shù)以及認知無線電技術(shù) 1 3 2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 海量信息智能處理綜合運用高性能計算 人工智能 數(shù)據(jù)庫和模糊計算等技術(shù) 對收集的感知數(shù)據(jù)進行通用處理 重點涉及數(shù)據(jù)存儲 并行計算 數(shù)據(jù)挖掘 平臺服務 信息呈現(xiàn)等 1 3 2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 面向服務的體系架構(gòu) Service orientedArchitecture SOA 是一種松耦合的軟件組件技術(shù) 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(diào)用方式聯(lián)系起來 實現(xiàn)快速可重用的系統(tǒng)開發(fā)和部署 SOA可提高物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)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(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 2 支撐技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)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(shù)等 微機電系統(tǒng)可實現(xiàn)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(shù) 1 3 2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 嵌入式系統(tǒng)是滿足物聯(lián)網(wǎng)對設(shè)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(shù) 是實現(xiàn)物體智能的重要基礎(chǔ) 軟件和算法是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能 決定物聯(lián)網(wǎng)行為的主要技術(shù) 重點包括各種物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)計算系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與軟件平臺研發(fā)等 1 3 2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 電源和儲能是物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵支撐技術(shù)之一 包括電池技術(shù) 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(shù) 新材料技術(shù)主要是指應用于傳感器的敏感元件實現(xiàn)的技術(shù) 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(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 3 共性技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)共性技術(shù)涉及網(wǎng)絡(luò)的不同層面 主要包括架構(gòu)技術(shù) 標識和解析 安全和隱私 網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)等 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)目前處于概念發(fā)展階段 物聯(lián)網(wǎng)需具有統(tǒng)一的架構(gòu) 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(wǎng)絡(luò) 適應物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務特性 1 3 2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 標識和解析技術(shù)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(xiàn)正確解析的技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)標識和解析技術(shù)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(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 安全和隱私技術(shù)包括安全體系架構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù) 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(shù) 安全管理機制和保證措施等 網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)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(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)廣泛部署的 智能物體 的管理 需要進行網(wǎng)絡(luò)功能和適用性分析 開發(fā)適合的管理協(xié)議 1 3 3物聯(lián)網(wǎng)面臨的主要技術(shù)問題 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展主要面臨五個主要技術(shù)問題 1 技術(shù)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(lián)網(wǎng)的應用領(lǐng)域 我國的物聯(lián)網(wǎng)應用領(lǐng)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(lián)網(wǎng)的應用領(lǐng)域 1 物聯(lián)網(wǎng)應用示例 食品安全 1 4物聯(lián)網(wǎng)的應用領(lǐng)域 2 物聯(lián)網(wǎng)應用示例 平安城市 1 4物聯(lián)網(wǎng)的應用領(lǐng)域 3 物聯(lián)網(wǎng)應用示例 人體健康 1 4物聯(lián)網(wǎng)的應用領(lǐng)域 4 物聯(lián)網(wǎng)應用示例 智能家庭 1 4物聯(lián)網(wǎng)的應用領(lǐng)域 5 物聯(lián)網(wǎng)應用示例 智慧農(nóng)業(yè) 農(nóng)業(yè)標準化生產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)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(shè)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