物聯(lián)網(wǎng)及應(yīng)用

1、1 什么是無線傳感網(wǎng)絡(luò)？什么是無線傳感網(wǎng)絡(luò)？ 無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量微型、無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量微型、 低成本、低功耗的傳感器節(jié)點組成的多跳無線網(wǎng)絡(luò)低成本、低功耗的傳感器節(jié)點組成的多跳無線網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān) 大規(guī)模、自組織、隨機部署、網(wǎng)絡(luò)拓撲經(jīng)常變化大規(guī)模、自組織、隨機部署、網(wǎng)絡(luò)拓撲經(jīng)常變化 、 傳感器節(jié)點資源有限。傳感器節(jié)點資源有限。 2 數(shù)字世界數(shù)字世界 傳感數(shù)據(jù) 傳感數(shù)據(jù) 傳感數(shù)據(jù) 傳感數(shù)據(jù) 傳感數(shù)據(jù) 傳感數(shù)據(jù) 物理世界物理世界 無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò) 連接物理世界和數(shù)字世界連接物理世界和數(shù)字世界 3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點 傳感器網(wǎng)絡(luò)是集

2、成了檢測、控制以及無線通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)是集成了檢測、控制以及無線通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 節(jié)點數(shù)目更為龐大（上千甚至上萬），節(jié)點分布更為密集節(jié)點數(shù)目更為龐大（上千甚至上萬），節(jié)點分布更為密集 由于環(huán)境影響和能量耗盡，節(jié)點更容易出現(xiàn)故障由于環(huán)境影響和能量耗盡，節(jié)點更容易出現(xiàn)故障 環(huán)境干擾和節(jié)點故障容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的變化環(huán)境干擾和節(jié)點故障容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的變化 傳感器節(jié)點具有處理能力和存儲能力等都十分有限傳感器節(jié)點具有處理能力和存儲能力等都十分有限 傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的首要目標是提供高服務(wù)質(zhì)量和高效帶傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的首要目標是提供高服務(wù)質(zhì)量和高效帶 寬利用，其次才是考慮節(jié)約能源；而傳感器網(wǎng)絡(luò)

3、的首要設(shè)寬利用，其次才是考慮節(jié)約能源；而傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè) 計目標是能源的高效利用，這也是傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)計目標是能源的高效利用，這也是傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 的最重要區(qū)別之一。的最重要區(qū)別之一。 4 技術(shù)框架技術(shù)框架 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) MEMS 監(jiān)控探測物理世界各種層次任務(wù)的協(xié)調(diào)與調(diào)度 緊密聯(lián)結(jié)物理世界 小型或微型的運算，存儲小型或微型的運算，存儲 ，控制單元，控制單元 自組織自組織, 能效的通信能效的通信 低成本，低能耗的傳感器與執(zhí)行器低成本，低能耗的傳感器與執(zhí)行器 5 節(jié)點結(jié)構(gòu)節(jié)點結(jié)構(gòu) 傳感器 MCURF通信 電池 無線信號 溫度 濕度 噪聲 目標運動 光照條件 壓力 土壤

4、購成 節(jié)點之間 采用無線通信 感知環(huán)境或 目標的特性 6 節(jié)點結(jié)構(gòu)節(jié)點結(jié)構(gòu) 典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 光學傳感器 節(jié)點電路 電源電路 電池 外殼 光傳感器 環(huán)境傳感器 濕度、溫度、壓力 7 環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測 8 節(jié)點能量消耗節(jié)點能量消耗 節(jié)點能量消耗節(jié)點能量消耗 每個傳感器節(jié)點的能量有限每個傳感器節(jié)點的能量有限 節(jié)點通常不可充電節(jié)點通常不可充電 耗能途徑耗能途徑 l傳感傳感 l數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 l通信（主要耗能途徑）通信（主要耗能途徑） 節(jié)點在不同工作狀態(tài)下的能耗 0 5 10 15 20 能量 (mW) SensingCPUTXRXIDLESLEEP 9 無線自組織網(wǎng)絡(luò)無線自

5、組織網(wǎng)絡(luò)(MESH) 節(jié)點移動節(jié)點移動 10 無線自組織網(wǎng)絡(luò)無線自組織網(wǎng)絡(luò)(MESH) 11 無線自組織網(wǎng)絡(luò)無線自組織網(wǎng)絡(luò)(MESH) 12 用戶終端和設(shè)備用戶終端和設(shè)備 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本特征無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本特征 無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò) 移動電話移動電話 PDA 標簽標簽 GPS 無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò) 無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò) 無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線傳感網(wǎng)絡(luò) 13 如何對大規(guī)模低成本如何對大規(guī)模低成本 的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供 電；如何應(yīng)對無線傳感電；如何應(yīng)對無線傳感 網(wǎng)絡(luò)部署的隨機性，網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)部署的隨機性，網(wǎng) 絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)在時間和空絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)在時間和空 間上的復(fù)雜

6、多變性間上的復(fù)雜多變性 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本特征無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本特征 14 如何應(yīng)對無線傳感網(wǎng)如何應(yīng)對無線傳感網(wǎng) 絡(luò)內(nèi)（即節(jié)點）的異構(gòu)性絡(luò)內(nèi)（即節(jié)點）的異構(gòu)性 和網(wǎng)絡(luò)間的異構(gòu)性；如何和網(wǎng)絡(luò)間的異構(gòu)性；如何 應(yīng)對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的可擴應(yīng)對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的可擴 展性展性 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本特征無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本特征 15 如何建立多應(yīng)用場景如何建立多應(yīng)用場景 自適應(yīng)模型以及多傳感數(shù)自適應(yīng)模型以及多傳感數(shù) 據(jù)協(xié)同處理方法；如何對據(jù)協(xié)同處理方法；如何對 多傳感數(shù)據(jù)進行協(xié)同處理，多傳感數(shù)據(jù)進行協(xié)同處理， 應(yīng)對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的泛在應(yīng)對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的泛在 性性 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本特征無

7、線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基本特征 16 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 醫(yī)療監(jiān)護醫(yī)療監(jiān)護 智能交通智能交通 智能家居智能家居 環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測 國防軍事國防軍事防災(zāi)減災(zāi)防災(zāi)減災(zāi) 工業(yè)監(jiān)控工業(yè)監(jiān)控 17 挑戰(zhàn)挑戰(zhàn) 有許多尚未解決的問題有許多尚未解決的問題 有許多尚待發(fā)現(xiàn)的問題有許多尚待發(fā)現(xiàn)的問題 有許多尚待拓展的應(yīng)用有許多尚待拓展的應(yīng)用 n 具有安全性的操作系統(tǒng)具有安全性的操作系統(tǒng) n 自動地址分配方法自動地址分配方法 n 精準的定位方法精準的定位方法 n 高效的高效的MAC協(xié)議協(xié)議 n 面向應(yīng)用的可靠性路由協(xié)議面向應(yīng)用的可靠性路由協(xié)議 n 多網(wǎng)關(guān)的優(yōu)化配置問題多網(wǎng)關(guān)的優(yōu)化配置問題 n 自適應(yīng)的

8、狀態(tài)切換與節(jié)點調(diào)度自適應(yīng)的狀態(tài)切換與節(jié)點調(diào)度 n 高效協(xié)同的事件監(jiān)測手段高效協(xié)同的事件監(jiān)測手段 n 感知數(shù)據(jù)的查詢、分析及挖掘感知數(shù)據(jù)的查詢、分析及挖掘 n 移動傳感器引發(fā)的問題移動傳感器引發(fā)的問題 n 18 物聯(lián)網(wǎng)的概念物聯(lián)網(wǎng)的概念 2009年月日，溫總理在無錫調(diào)研時，對微納傳感器研發(fā)中心予以年月日，溫總理在無錫調(diào)研時，對微納傳感器研發(fā)中心予以 高度關(guān)注，提出了把高度關(guān)注，提出了把“感知中國感知中國”中心設(shè)在無錫、輻射全國的想法。中心設(shè)在無錫、輻射全國的想法。 2009年年9月月14日。日。國家中長期科學與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（國家中長期科學與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（2006-2020年）年） 和和“新一代寬

9、帶移動無線通信網(wǎng)新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)”重大專項重大專項中均將傳感網(wǎng)列入重點研究中均將傳感網(wǎng)列入重點研究 領(lǐng)域。領(lǐng)域。 定義：定義：把所有物品通過射頻識別（把所有物品通過射頻識別（RFID）、紅外）、紅外 感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感 設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊， 實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理 19 1995 2004 2005 2008 2009-6 2009-8 2009-9 未來 IBM向美國政 府提出的“智 慧的地球”戰(zhàn) 略

10、“下一代I- Hub”計劃 U-Korea 戰(zhàn)略 U-Japan 戰(zhàn)略 物聯(lián)網(wǎng)概 念提出 通信展中近三分 之一展品與物聯(lián) 網(wǎng)概念有關(guān) 通信展中首家以 物聯(lián)網(wǎng)為宣傳語 09年6月 物聯(lián) 網(wǎng)行動計劃 09年8 月 感 知中國 1995年，年，比爾比爾 蓋茨蓋茨在其在其未來之路未來之路一書中已提及物聯(lián)網(wǎng)概念。一書中已提及物聯(lián)網(wǎng)概念。 2005年年11月月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，）上，國際電信國際電信 聯(lián)盟聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了）發(fā)布了ITU互聯(lián)網(wǎng)報告互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)，報告指出，無所不，報告指出，無所不 在的在的“物聯(lián)網(wǎng)

11、物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從 房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進行交換。射頻識別技術(shù)（房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進行交換。射頻識別技術(shù)（RFID）、傳）、傳 感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將到更加廣泛的應(yīng)用。感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)將到更加廣泛的應(yīng)用。 2009年年1月，月，IBM首席執(zhí)行官彭明盛提出首席執(zhí)行官彭明盛提出“智慧地球智慧地球”構(gòu)想，其中物聯(lián)網(wǎng)為構(gòu)想，其中物聯(lián)網(wǎng)為 “智慧地球智慧地球”不可或缺的一部分，而不可或缺的一部分，而奧巴馬奧巴馬在就職演講后已對在就職演講后已對“智慧地球智慧地球” 構(gòu)

12、想提出積極回應(yīng)，并提升到構(gòu)想提出積極回應(yīng)，并提升到國家級發(fā)展戰(zhàn)略國家級發(fā)展戰(zhàn)略。 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 20 互聯(lián)網(wǎng) 計算機的網(wǎng)絡(luò) 物聯(lián)網(wǎng) 物品的網(wǎng)絡(luò) M2M 物聯(lián)網(wǎng)的演進路徑物聯(lián)網(wǎng)的演進路徑 演進 技術(shù)進步 社會發(fā)展 應(yīng)用范圍服務(wù)擴展 n定義：將通信模塊植入機器，將機器聯(lián)入網(wǎng)絡(luò) n感知能力：條形碼+RFID+傳感器+攝像頭，信息 的有限感知 n通信能力：移動通信技術(shù)為主，信息的有限傳 送 n應(yīng)用場景：受網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、終端體積大小、 終端供電能力強弱等因素，導(dǎo)致應(yīng)用受限 n定義：將傳感設(shè)備植入物體，將物體聯(lián)入網(wǎng)絡(luò) n感知能力：傳感器網(wǎng)絡(luò)+智能芯片+條形碼 +RFID+傳感器+攝像頭，信息的

13、全面和透徹感 知 n通信能力：寬帶移動通信技術(shù)+傳感器網(wǎng)絡(luò)， 信息的更自由傳送 n應(yīng)用場景：受限范圍縮小，應(yīng)用極大豐富 物聯(lián)網(wǎng)M2M 演進 演進 演進 演進 21 物聯(lián)網(wǎng)的典型技術(shù)體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)的典型技術(shù)體系架構(gòu) 22 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)水下傳感器網(wǎng)絡(luò) 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點: l信道帶寬窄,受具體水環(huán)境影響較大,多跳長距離傳輸時誤碼率,沖突率較高 l節(jié)點位置易產(chǎn)生漂移,節(jié)點設(shè)備易損毀 水下傳感器網(wǎng)絡(luò)在開發(fā)海洋水下傳感器網(wǎng)絡(luò)在開發(fā)海洋, ,保護海洋環(huán)境保護海洋環(huán)境, ,監(jiān)測港口海底狀況以及海洋國防方面都突監(jiān)測港口海底狀況以及海洋國防方面都突 顯出重要的作用顯出重要的作用 23 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例物

14、聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例 港口物流監(jiān)控系統(tǒng)港口物流監(jiān)控系統(tǒng) BOSS系統(tǒng)涵蓋了計費、結(jié)算、營業(yè)、帳務(wù)和客戶服務(wù)等系統(tǒng)的功能，是一體化的、信息 資源充分共享的支撐系統(tǒng); H2000系統(tǒng)是實現(xiàn)全國海關(guān)信息共享和報關(guān)數(shù)據(jù)處理的通關(guān)作 業(yè)信息化管理平臺 。 公路運輸 進關(guān) 水路運輸 出關(guān) 公路運輸 堆場 應(yīng)用系統(tǒng) 海關(guān)內(nèi)部 移動物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用 GPS GIS LBS RFID 傳感器網(wǎng)絡(luò) RFID 傳感器網(wǎng)絡(luò) 視頻監(jiān)控 船舶監(jiān)控 RFID 傳感器網(wǎng)絡(luò) GPS GIS LBS RFID 傳感器網(wǎng)絡(luò) 視頻監(jiān)控 電子關(guān)鎖 海關(guān)行業(yè)平臺 海關(guān)H2000系統(tǒng) 電子關(guān)鎖海事管理平臺 堆場管理平臺 海關(guān)行業(yè)平臺 海關(guān)H2000系統(tǒng)

15、 BOSS支撐系統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)（行業(yè)網(wǎng)關(guān)） 位置平臺二維碼平臺M2M平臺RFID視頻監(jiān)控平臺 24 堆場無線應(yīng)用堆場無線應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化, ,信息化是堆場管理的發(fā)信息化是堆場管理的發(fā) 展方向：快速的網(wǎng)絡(luò)和信息通展方向：快速的網(wǎng)絡(luò)和信息通 信技術(shù)是提高物流業(yè)工作和管信技術(shù)是提高物流業(yè)工作和管 理效率的有效途徑。理效率的有效途徑。 貨柜場貨柜場, ,又稱堆場。如集裝箱堆場又稱堆場。如集裝箱堆場(CONTAINER YARD:CY)(CONTAINER YARD:CY)： 指辦理集裝箱重箱或空箱裝卸，轉(zhuǎn)運，保管，交接的場所指辦理集裝箱重箱或空箱裝卸，轉(zhuǎn)運，保管，交接的場所. . 25 堆場無線應(yīng)用堆場

16、無線應(yīng)用 堆場網(wǎng)絡(luò)信息化面臨的問題堆場網(wǎng)絡(luò)信息化面臨的問題: l在傳統(tǒng)的堆場管理中，管理員通過有線網(wǎng)絡(luò)的方式或者傳 統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的方式來實施調(diào)度指令，某些惡劣環(huán)境下鋪設(shè) 有線網(wǎng)絡(luò)困難或者成本太高； l施工不能影響現(xiàn)有物流調(diào)度作業(yè) 否則代價太大； l視頻監(jiān)控以及一些高速移動下的業(yè)務(wù)無法展開。 在這樣的背景下希望能有一套在惡劣環(huán)境下能提供方 便寬帶介入和應(yīng)用的無線系統(tǒng)。 26 堆場無線應(yīng)用需求堆場無線應(yīng)用需求 無線視頻監(jiān)控： l堆場大范圍視頻監(jiān)控,進行實時視頻監(jiān)控并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控調(diào) 度中心。進行貨物有效監(jiān)管、降低災(zāi)害的發(fā)生。 l可以提供覆蓋區(qū)域內(nèi)的移動視頻實時監(jiān)控,觀察貨物運輸情況。 貨車調(diào)度、

17、ERP、貨物條形碼、RFID、貨運、裝卸無線融合： l操作人員隨時接受監(jiān)控中心的調(diào)度指令,提高工作效率； l操作人員無需要花時間尋找貨物或手工輸入大量數(shù)據(jù)，降低勞動成本 l出入庫的貨物能及時出現(xiàn)在管理清單上，同一管理，消除過量庫存， 保證安全庫存 l實時掌握訂單狀況、消除訂單延遲，提高客戶服務(wù)質(zhì)量 l高效的及時統(tǒng)一管理消除了錯誤的發(fā)生機率 27 堆場無線應(yīng)用需求堆場無線應(yīng)用需求 無線寬帶接入： l在需要辦公的區(qū)域可以方便地寬帶上網(wǎng)、遠程辦公、信息傳輸。 l可以將多個堆場通過無線連接到一起，進行數(shù)據(jù)和多媒體傳輸。 無線車載系統(tǒng)： l在叉車、貨車等常見的移動裝置上安裝通信終端，方便操作員在行 程過

18、程中更新貨物各項記錄，工作時間表、或及時的語音通信等。 無線VoIP語音通信： l在堆場各個區(qū)域、監(jiān)控調(diào)度中心，通過普通支持Wi-Fi的終端，進行 無線語音溝通（可多方通話），以滿足實時信息溝通需要，提高工 作效率。 28 堆場無線應(yīng)用組網(wǎng)示意圖堆場無線應(yīng)用組網(wǎng)示意圖 監(jiān)控中心 29 無線寬帶接入無線寬帶接入 l支持WIFI的終端（PC，手機）接入到無線MESH網(wǎng)絡(luò)，跳 接至MESH網(wǎng)關(guān)，隨時隨地訪問Internet ； l室內(nèi)、室外全區(qū)覆蓋：堆場的各個重要場所。 A200e/A200iA200e/A200i A200e/A200i A200e/A200i A200e/A200i A200e/A200i A200e/A200i 30 貨車定位調(diào)度貨車定位調(diào)度 可以通過在貨車上裝上帶GPS接收的WIFI設(shè)備.接入MESH網(wǎng) 絡(luò),監(jiān)控中心通過貨車的位置和堆場的需求,通過MESH網(wǎng)絡(luò), 來發(fā)布語音或者文字調(diào)度信息.貨車司機通過接入MESH網(wǎng)絡(luò) 的車載終端來接收并執(zhí)行調(diào)度指令,大大提高了生產(chǎn)效率 發(fā)送調(diào)度指令 接收指令并返回信息 31 無線視頻監(jiān)控無線視頻監(jiān)控 l在堆場的各重要場所布置無線 攝像頭，采用有線或無線方式 就近連接至MESH節(jié)點，由監(jiān) 控中心實時集中監(jiān)控； l被壓縮成流媒體格式的圖像信 號從攝像機傳送到無線路由器 （通過有線或無線方式），再 由