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(xué)習(xí)任務(wù) 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(shí)或想法而出現(xiàn) 可以追溯到上世紀(jì)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(dāng)時(shí)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(guó)麻省理工大學(xué)Auto ID研究中心的創(chuàng)建者之一的KevinAshton教授在他的一個(gè)報(bào)告中首次使用了 InternetofThings 這個(gè)短語 事實(shí)上 Auto ID中心的目標(biāo)就是在Internet的基礎(chǔ)上建造一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)室中 這一時(shí)期的主要工作集中在物品身份的自動(dòng)識(shí)別 如何減少識(shí)別錯(cuò)誤和提高識(shí)別效率是關(guān)注的重點(diǎn) 2003年 EPC決策研討會(huì) 在芝加哥召開 作為物聯(lián)網(wǎng)方面第一個(gè)國(guó)際會(huì)議 該研討會(huì)得到了全球90多個(gè)公司的大力支持 從此 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工作開始走出實(shí)驗(yàn)室 1 1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展 經(jīng)過工業(yè)界與學(xué)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(guó)際電信聯(lián)盟 ITU 發(fā)布了題為 ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005 物聯(lián)網(wǎng) 的報(bào)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(guó) 中國(guó) 日本以及歐洲一些國(guó)家紛紛將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施列為國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃的重要內(nèi)容 在美國(guó) 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(guó)將其提升到國(guó)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(shí)首都布魯塞爾向歐洲議會(huì) 歐洲理事會(huì) 歐洲經(jīng)濟(jì)與社會(huì)委員會(huì)和地區(qū)委員會(huì)提交了以 物聯(lián)網(wǎng) 歐洲行動(dòng)計(jì)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(huì)提出物聯(lián)網(wǎng)的三方面特性 第一 不能簡(jiǎn)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(dú)立系統(tǒng) 當(dāng)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(wù)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(qiáng)調(diào)了包括機(jī)對(duì)機(jī)通信 M2M 1 1物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展 在我國(guó) 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(shí)指出并強(qiáng)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(guó)官方對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的多次提議和眾多規(guī)劃表示我國(guó)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(yīng)用系統(tǒng)連接起來并在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)對(duì)物品身份進(jìn)行識(shí)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(dāng)時(shí)基于互聯(lián)網(wǎng) RFID技術(shù) EPC標(biāo)準(zhǔn) 在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上 利用射頻識(shí)別技術(shù) 無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等 構(gòu)造了一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng) Internetofthings IOT 簡(jiǎn)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(rèn)的物聯(lián)網(wǎng)的定義是 通過射頻識(shí)別 RFID 裝置 紅外感應(yīng)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(jìn)行信息交換和通信 以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別 定位 跟蹤 監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò) 當(dāng)每個(gè)而不是每種物品能夠被唯一標(biāo)識(shí)后 利用識(shí)別 通信和計(jì)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(yīng)信息的接收器 要有數(shù)據(jù)傳輸通路 要有一定的存儲(chǔ)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(yīng)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(shí)別的唯一編號(hào) 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(gè)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(kuò)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(jìn)行更為復(fù)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(rèn)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(shí)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(shí)時(shí)準(zhǔn)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(jì)算 數(shù)據(jù)挖掘以及模糊識(shí)別等人工智能技術(shù) 對(duì)海量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理 對(duì)物體實(shí)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(rèn)識(shí)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(dāng)成互聯(lián)網(wǎng)的無邊無際的無限延伸 把物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)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(tái) 1 2 2物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 誤區(qū)之三 認(rèn)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(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是空中樓閣 是目前很難實(shí)現(xiàn)的技術(shù) 誤區(qū)之四 把物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)成個(gè)筐 什么都往里裝 基于自身認(rèn)識(shí) 把僅僅能夠互動(dòng) 通信的產(chǎn)品都當(dāng)成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(xué)科 它所涉及的核心技術(shù)包括IPv6技術(shù) 云計(jì)算技術(shù) 傳感技術(shù) RFID智能識(shí)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(jì)算機(jī)科學(xué)與工程 電子與電氣工程 電子信息與通訊 自動(dòng)控制 遙感與遙測(cè) 精密儀器 電子商務(wù)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(biāo)識(shí)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(hào)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?jī)?chǔ)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(yīng)用關(guān)鍵技術(shù) 傳感和識(shí)別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知物理世界獲取信息和實(shí)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(xué)量 生物量轉(zhuǎn)化成可供處理的數(shù)字信號(hào) 識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中物體標(biāo)識(shí)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(shí)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(diǎn)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(qiáng) 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(rèn)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(yùn)用高性能計(jì)算 人工智能 數(shù)據(jù)庫和模糊計(jì)算等技術(shù) 對(duì)收集的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行通用處理 重點(diǎn)涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 并行計(jì)算 數(shù)據(jù)挖掘 平臺(tái)服務(wù) 信息呈現(xiàn)等 1 3 2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 面向服務(wù)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(yīng)用程序的不同功能模塊化 并通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口和調(diào)用方式聯(lián)系起來 實(shí)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(kuò)展性 提升應(yīng)用開發(fā)效率 充分整合和復(fù)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(jī)電系統(tǒng) MicroElectroMechanicalSystems MEMS 軟件和算法 電源和儲(chǔ)能 新材料技術(shù)等 微機(jī)電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diǎn)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(duì)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(yīng)用定制裁剪的嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù) 是實(shí)現(xiàn)物體智能的重要基礎(chǔ) 軟件和算法是實(shí)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(diǎn)包括各種物聯(lián)網(wǎng)計(jì)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(jì)算系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與軟件平臺(tái)研發(fā)等 1 3 2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 電源和儲(chǔ)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?jī)?chǔ)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(yīng)用于傳感器的敏感元件實(shí)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(yīng)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(biāo)識(shí)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(yīng)不同類型的物理網(wǎng)絡(luò) 適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)特性 1 3 2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 標(biāo)識(shí)和解析技術(shù)是對(duì)物理實(shí)體 通信實(shí)體和應(yīng)用實(shí)體賦予的或其本身固有的一個(gè)或一組屬性 并能實(shí)現(xiàn)正確解析的技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)和解析技術(shù)涉及不同的標(biāo)識(shí)體系 不同體系的互操作 全球解析或區(qū)域解析 標(biāo)識(shí)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(duì)社會(huì)生活帶來的安全威脅 隱私保護(hù)技術(shù) 安全管理機(jī)制和保證措施等 網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)重點(diǎn)包括管理需求 管理模型 管理功能 管理協(xié)議等 為實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)廣泛部署的 智能物體 的管理 需要進(jìn)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(gè)主要技術(shù)問題 1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用領(lǐng)域 我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域主要有智能交通 環(huán)境保護(hù) 政府工作 公共安全 平安家居 智能消防 工業(yè)監(jiān)測(cè) 機(jī)械制造等 1 4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域 1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示例 食品安全 1 4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域 2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示例 平安城市 1 4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域 3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示例 人體健康 1 4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域 4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示例 智能家庭 1 4物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域 5 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示例 智慧農(nóng)業(yè) 農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 1 5應(yīng)用案例 光纖傳感溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 分布式光纖光學(xué)傳感能提供完整事件發(fā)生的探測(cè)和定位 用光入射到光纖光柵時(shí)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(yīng)變的變化情況 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的連續(xù)安全檢測(cè) 1 5應(yīng)用案例 光纖傳感溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 光纖傳感溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 1 5應(yīng)用案例 光纖傳感溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 1 產(chǎn)品概述新一代分布式光纖測(cè)溫與火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)利用激光在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生的背向拉曼散射信號(hào)和光時(shí)域反射原理來獲取空間溫度分布信息 分布式光纖測(cè)溫與火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)采用獨(dú)特的光路設(shè)計(jì)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