彭力-物聯(lián)網(wǎng)概論-第1課 緒論課件

1、1本書內容框架一、緒論（1、10）二、射頻識別技術（2）三、無線傳感器網(wǎng)絡技術（6）四、無線單片機技術和傳感器技術（4、5）五、無線通信系統(tǒng)和遠程通信技術（3、8）六、短距離無線通信技術（7）七、智能信息處理技術（9）八、本課程考試2第一課、緒論江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院吳治海Email: Phoneddress:C4232011-9-6本節(jié)課主要內容提綱定 義：什么是物聯(lián)網(wǎng)體系結構：物聯(lián)網(wǎng)的內涵歷史與發(fā)展：物聯(lián)網(wǎng)的來龍去脈典型應用：物聯(lián)網(wǎng)的價值所在知識體系：如何學好物聯(lián)網(wǎng)51.物聯(lián)網(wǎng)定義 在這個網(wǎng)絡中，物品能夠彼此進行“交流”，人們能夠彼此進行“交流”，人與物能夠彼此進

2、行“交流”，而無需人的干預。 其實質是利用感知/無線技術，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。 61.物聯(lián)網(wǎng)定義客觀事物會說話71.物聯(lián)網(wǎng)定義 物聯(lián)網(wǎng)的本質是網(wǎng)絡通訊，網(wǎng)狀網(wǎng)絡是關鍵。 物聯(lián)網(wǎng)核心技術是無線技術，包括無線SOC、無線網(wǎng)絡標準、無線通訊的協(xié)議棧和其它相關嵌入式軟件，數(shù)據(jù)庫，中間件等。 無線網(wǎng)絡通訊中的主流技術的工作頻率及范圍：81.物聯(lián)網(wǎng)定義無線技術及其工作頻率范圍2.物聯(lián)網(wǎng)體系結構物聯(lián)網(wǎng)外在架構形式123.物聯(lián)網(wǎng)歷史 2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)，報告指出，無

3、所不在的“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（RFID）、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術將到更加廣泛的應用。3.物聯(lián)網(wǎng)歷史 IBM認為建設智慧地球需要三個步驟：首先各種創(chuàng)新的感應科技開始被嵌入各種物體和設施中，從而令物質世界被極大程度的數(shù)據(jù)化。第二隨著網(wǎng)絡的高度發(fā)達，人、數(shù)據(jù)和各種事物都將以不同方式聯(lián)入網(wǎng)絡。第三，先進的技術和超級計算機則可以對這些堆積如山的數(shù)據(jù)進行整理、加工和分析，將生硬的數(shù)據(jù)轉化成實實在在的洞察，并幫助人們做出正確的行動決策。14Smart Planet3.物聯(lián)網(wǎng)歷史15將“u-Japan”升級

4、至“i-Japan”戰(zhàn)略，確保日本在信息時代的國際競爭地位。日本政府早在2004年就推出了“u-Japan”計劃，著力于發(fā)展泛在網(wǎng)及相關產業(yè)，并希望由此催生新一代信息科技革命，在2010年實現(xiàn)“無所不在的日本”。在2009年8月，日本又將“u-Japan”升級為“i-Japan”戰(zhàn)略，提出“智慧泛在”構想，將傳感網(wǎng)列為其國家重點戰(zhàn)略之一，致力于構建一個個性化的物聯(lián)網(wǎng)智能服務體系，充分調動日本電子信息企業(yè)積極性，確保日本在信息時代的國家競爭力始終位于全球第一陣營。同時，日本政府希望通過物聯(lián)網(wǎng)技術的產業(yè)化應用，減輕由于人口老齡化所帶來的醫(yī)療、養(yǎng)老等社會負擔 。3.物聯(lián)網(wǎng)歷史16在2004年幾乎與日

5、本同步提出了u-Korea戰(zhàn)略，并制定了詳盡的IT839戰(zhàn)略，重點支持泛在網(wǎng)建設。在2009年10月韓國頒布了物聯(lián)網(wǎng)基礎設施構建基本規(guī)劃，將物聯(lián)網(wǎng)市場確定為新增長動力，確定了構建物聯(lián)網(wǎng)基礎設施、發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)服務、研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術、營造物聯(lián)網(wǎng)擴散環(huán)境等4大領域、12項詳細課題，并提出到2012年實現(xiàn)通過構建世界最先進的物聯(lián)網(wǎng)基礎設施，打造未來廣播通信融合領域超一流ICT（信息通信技術）強國的目標。 3.物聯(lián)網(wǎng)歷史17 溫家寶總理2009.8.7和2010.8.3兩次到無錫考察，建立無錫中國物聯(lián)網(wǎng)感知中心。感知太湖感知中國越來越小的無線網(wǎng)絡節(jié)點和功耗18物聯(lián)網(wǎng)技術趨勢研究之一ZIGBEE傳感器網(wǎng)絡節(jié)點

6、 AA電池X25X3CM 20-30微安電流WIFI GS1010傳感器網(wǎng)絡節(jié)點 AA電池X14X3CM 電池工作5年無線監(jiān)控手表 微型電池3X3CM 平均電流10微安有源433MHZ電子標簽 CR2032鈕扣電池直徑2.2X3CM 電池工作6年123456電子藥丸 特殊微型電池小于直徑2.0X2CM 無源EPC電子標簽 無需電池直徑1.6X1.6X0.001 CM總量0.002克 物聯(lián)網(wǎng)傳感層無線SOC結構越來越復雜20無線單片機（無線SOC）處理器內核從8位到16位，到32位，再到多處理器，結構越來越復雜；不僅實現(xiàn)了系統(tǒng)在芯片，而且實現(xiàn)了無線網(wǎng)絡在芯片；我們從分析GS1010 WIFI 無

7、線單片機來看這個技術趨勢；GS1010 WI-FI無線單片機結構物聯(lián)網(wǎng)技術趨勢研究之三無線網(wǎng)絡協(xié)議棧設計越來越難21物聯(lián)網(wǎng)技術趨勢研究之四低功耗藍牙協(xié)議棧4.物聯(lián)網(wǎng)的應用23244.物聯(lián)網(wǎng)的應用26平安城市建設 利用部署在大街小巷的全球眼監(jiān)控探頭，實現(xiàn)圖像敏感性智能分析并與110、119、112等交互，實現(xiàn)探頭與探頭之間、探頭與人、探頭與報警系統(tǒng)之間的聯(lián)動，從而構建和諧安全的城市生活環(huán)境。27家庭自動化28數(shù)字家庭是以計算機技術和網(wǎng)絡技術為基礎，包括各類消費電子產品、通信產品、信息家電及智能家居等，通過不同的互連方式進行通信及數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡中各類電子產品之間的“互聯(lián)互通”的一種服務。數(shù)

8、字家庭的四大功能：信息、通信、娛樂和生活。 數(shù)字家庭信息通信娛樂生活未來數(shù)字家庭 30無線葡萄園2002 年，英特爾公司率先在俄勒岡建立了世界上第一個無線葡萄園。傳感器節(jié)點被分布在葡萄園的每個角落，每隔一分鐘檢測一次土壤溫度、濕度或該區(qū)域有害物的數(shù)量，以確保葡萄可以健康生長。研究人員發(fā)現(xiàn)，葡萄園氣候的細微變化可極大地影響葡萄酒的質量。通過長年的數(shù)據(jù)記錄以及相關分析，便能精確的掌握葡萄酒的質地與葡萄生長過程中的日照、溫度、濕度的確切關系。這是一個典型的精準農業(yè)、智能耕種的實例。葡萄園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)示意圖無線葡萄園31環(huán)境監(jiān)測32 2002年，由英特爾的研究小組和加州大學伯克利分校以及巴港大西洋大學

9、的科學家把無線傳感器網(wǎng)絡技術應用于監(jiān)視大鴨島海鳥的棲息情況。位于緬因州海岸大鴨島上的海燕由于環(huán)境惡劣，海燕又十分機警，研究人員無法采用通常方法進行跟蹤觀察。為此他們使用了包括光、濕度、氣壓計、紅外傳感器、攝像頭在內的近10種傳感器類型數(shù)百個節(jié)點，系統(tǒng)通過自組織無線網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?00英尺外的基站計算機內，再由此經衛(wèi)星傳輸至加州的服務器。在那之后，全球的研究人員都可以通過互聯(lián)網(wǎng)察看該地區(qū)各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，掌握第一手的環(huán)境資料，為生態(tài)環(huán)境研究者提供了一個極為有效便利的平臺。 大鴨島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 大鴨島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)33個人保健 人身上可以安裝不同的傳感器，對人的健康參數(shù)進行監(jiān)控，并且實時傳

10、送到相關的醫(yī)療保健中心，如果有異常，保健中心通過手機，提醒您去醫(yī)院檢查身體。醫(yī)院實時定位系統(tǒng) 隨著醫(yī)院信息化，智能化的發(fā)展，醫(yī)院信息化正在經歷從數(shù)字化醫(yī)院到信息化醫(yī)院的轉變。當前的醫(yī)院信息化系統(tǒng)是基于PC的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，也即是數(shù)字化醫(yī)院時代的產物。 數(shù)字化醫(yī)院，是要實現(xiàn)醫(yī)院數(shù)據(jù)的管理，包括門診，電子病例，財務管理和醫(yī)院企業(yè)管理數(shù)字化和電腦化。34醫(yī)院實時定位系統(tǒng)35醫(yī)院實時定位系統(tǒng) 目前的數(shù)字化醫(yī)院，對醫(yī)院各個群體的管理，目前都還是靜態(tài)管理，包括醫(yī)生，病人，護士，管理人員，重要儀器設備位置等。新一代ZigBee和微功耗Wi-Fi技術，已經具備了可以對人員實時定位（搜索），人員實時呼叫，重癥病人身

11、體狀況在移動中實時監(jiān)測和報警，貴重（危險）物品（包括移動物體）實時監(jiān)測和報警等全新功能。這些功能和現(xiàn)行的醫(yī)院HIS、LIS、PACS、 EMR相結合，就可以構成新一代物聯(lián)網(wǎng)智慧醫(yī)院系統(tǒng)。36醫(yī)院實時定位系統(tǒng)3738畜牧溯源 給放養(yǎng)的牲畜中的每一只羊都貼上一個二維碼，這個二維碼會一直保持到超市出售的肉品上，消費者可通過手機閱讀二維碼，知道牲畜的成長歷史，確保食品安全。我國已有10億存欄動物貼上了這種二維碼。畜牧溯源39水下無線傳感器網(wǎng)絡技術 根據(jù)目前歐美各國在研項目的文獻資料，可以大致將水下傳感器網(wǎng)絡的組成結構可分為以下幾類： (1) 基于水面浮標的(射頻+水聲通信)可任意升降的三維立體水下傳感

12、器網(wǎng)絡系統(tǒng)。優(yōu)點：布放比較容易，可利用太陽能、GPS以及水面上的無線通信，回避、降低了水下通信的困難。缺點：阻礙航道，易被發(fā)現(xiàn)破壞，容易隨波逐流，位置不能固定。 (2) 由固定在海底基站的節(jié)點構成的，可任意升降的三維立體網(wǎng)絡系統(tǒng)。通過光纜或聲通信與水面網(wǎng)關、節(jié)點聯(lián)結，將數(shù)據(jù)傳輸至基站。優(yōu)點：不會影響航行。缺點：維護不容易。 (3) 基于水面浮標節(jié)點 (射頻+水聲通信)、水中自主航行器（水聲通信）和水底固定節(jié)點（水聲通信）的三維立體系統(tǒng)。優(yōu)點：覆蓋全面，配置靈活，功能強大。缺點：系統(tǒng)復雜，成本高。 與地面無線傳感器網(wǎng)絡相比，水下傳感器網(wǎng)絡仍然存在著諸多困難：如有效帶寬非常有限、水下信道非常惡劣等

13、等，在這個領域還有許多的困難需要解決。 40 探索外部星球一直是人類夢寐以求的理想，借助于航天器布撒的傳感器節(jié)點實現(xiàn)對星球表面大范圍、長時期、近距離的監(jiān)測和探索，是一種經濟可行的方案。NASA 的 JPL 實驗室研制的 Sensor Webs 就是為將來的火星探測、選定著陸場地等需求進行技術準備的?，F(xiàn)在該項目已在佛羅里達宇航中心的環(huán)境監(jiān)測項目中進行測試和完善。美國宇航局的空間探索計劃中無線傳感器網(wǎng)絡的應用模式示意圖空間探索 41 對珍貴的古老建筑進行保護，是文物保護單位長期以來的一個工作重點。將具有溫度、濕度、壓力、加速度、光照等傳感器的節(jié)點布放在重點保護對象當中，無需拉線鉆孔，便可有效地對建

14、筑物進行長期的監(jiān)測。此外，對于珍貴文物而言，在保存地點的墻角、天花板等位置，監(jiān)測環(huán)境的溫度、濕度是否超過安全值，可以更妥善地保護展覽品的品質。文物保護 425.物聯(lián)網(wǎng)技術教學 知識體系知識點152 高頻技術基礎信號和噪聲傳輸和損耗頻率和頻道，ISM波段典型的無線收發(fā)系統(tǒng)3 、微控制器4、短距離無線通訊5、無線SOC多路訪問，F(xiàn)DMATDMA，CSMAFHSS單片機和SOC內核單片機C語言編譯和調試工具1、物聯(lián)網(wǎng)起源和今天5.物聯(lián)網(wǎng)技術教學 知識體系知識點6106無線傳感器傳感器技術單片機傳感器接口無線傳感器系統(tǒng)7 無線網(wǎng)絡微功耗8 簡單無線網(wǎng)絡9 有源RFID技術10 無線網(wǎng)絡拓撲微功耗無線網(wǎng)絡拓撲和路由典型無線網(wǎng)絡協(xié)議棧解剖麻雀445.物聯(lián)網(wǎng)技術教學 知識體系知識點111511 ZigBeeZigBee的