物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用-第1章 概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用第1章概述2023/9/41.1物聯(lián)網(wǎng)起源與定義半個(gè)多世紀(jì)以來，從計(jì)算機(jī)誕生到互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用，信息技術(shù)給人們的工作和生活帶來了巨大變化，通信、控制和感知等技術(shù)的快速發(fā)展，信息技術(shù)突破傳統(tǒng)的人-機(jī)交互領(lǐng)域，向物理世界擴(kuò)展和延伸，在人與物、物與物之間構(gòu)成信息傳輸和控制的平臺—物聯(lián)網(wǎng)，成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次信息化浪潮。公文包會提醒你不要忘記帶上重要的文件；洗衣機(jī)會以自動根據(jù)放入衣物的質(zhì)地和顏色選擇洗滌劑的投放量和洗滌時(shí)間；窗戶會在大于雨來臨之際自動閉合；房間內(nèi)燈光會根據(jù)天氣情況自動調(diào)節(jié)亮度；……1.1.1物聯(lián)網(wǎng)起源200920051998MIT的KevinAshton第一次提出：把RFID技術(shù)與傳感器技術(shù)應(yīng)用于日常物品中形成一個(gè)“物聯(lián)網(wǎng)”ITU報(bào)告：物聯(lián)網(wǎng)是通過RFID和智能計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)全世界設(shè)備互連的網(wǎng)絡(luò)IBM提出：把傳感器設(shè)備安裝到各種物體中，并且普遍連接形成網(wǎng)絡(luò)，即“物聯(lián)網(wǎng)”，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上形成“智慧地球

歐洲物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目工作組制訂《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》，介紹傳感網(wǎng)/RFID等前端技術(shù)和20年發(fā)展趨勢國家戰(zhàn)略：以物聯(lián)網(wǎng)為契機(jī)，培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)

2006年1月9日，胡錦濤主席在全國科技大會提出:抓住信息科技更新?lián)Q代和新材料科技迅猛發(fā)展的難得機(jī)遇，把掌握裝備制造業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)作為提高我國產(chǎn)業(yè)競爭力的突破口。2009年12月中央經(jīng)濟(jì)工作會議:發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。要抓緊研究提出培育我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的總體思路強(qiáng)化政策支持，加大財(cái)政投入，培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。對“物聯(lián)網(wǎng)”發(fā)展連續(xù)4次明確指示:2009年6月，就“智慧地球”做出批示。2009年7月，視察中科院長春光機(jī)所，強(qiáng)調(diào)抓住物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇。2009年8月，視察無錫“中科院傳感網(wǎng)工程中心”，指示建設(shè)“感知中國”中心。2009年11月，發(fā)表《讓科技引領(lǐng)可持續(xù)發(fā)展》的講話：“著力突破傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)，及早部署后IP時(shí)代相關(guān)技術(shù)的研究，使信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)成為推動產(chǎn)業(yè)升級、邁向信息社會的‘發(fā)動機(jī)’1.1.2物聯(lián)網(wǎng)定義物-物相聯(lián)的互聯(lián)網(wǎng)狹義：從物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)出發(fā)，認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是通過傳感器技術(shù)和識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物信息交流的網(wǎng)絡(luò)，無論是否接入互聯(lián)網(wǎng)都屬于物聯(lián)網(wǎng)的范疇。廣義：物聯(lián)網(wǎng)是能夠?qū)崿F(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人與任何物之間進(jìn)行信息交互的網(wǎng)絡(luò)，這是對互聯(lián)網(wǎng)未來技術(shù)的延伸，也稱為未來的互聯(lián)網(wǎng)或泛在網(wǎng)絡(luò)。1.1.3物聯(lián)網(wǎng)概念解析物聯(lián)網(wǎng)仍以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)和核心，其用戶端由互聯(lián)網(wǎng)中的人擴(kuò)展為一般物品；物聯(lián)網(wǎng)在互聯(lián)網(wǎng)的接入方式和端系統(tǒng)上進(jìn)行了延伸，利用射頻識別技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)等使物品具有自我表達(dá)能力，從而實(shí)現(xiàn)人與物、物與物間的信息交流和資源共享；物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是將世界上的人、物、網(wǎng)與社會融合為一個(gè)整體，將人類社會的所有活動，包括經(jīng)濟(jì)活動、社會活動、生產(chǎn)活動和個(gè)人活動等融合到統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上運(yùn)行，構(gòu)成一個(gè)動態(tài)全球信息基礎(chǔ)設(shè)施。中科院感知中國對概念的解讀物聯(lián)網(wǎng)是全球信息化發(fā)展的新階段，從信息化向智能化提升。在已經(jīng)發(fā)展起來的傳感、識別、接入網(wǎng)、無線通訊網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、應(yīng)用軟件、智能控制等技術(shù)基礎(chǔ)上的集成、發(fā)展和提升。物聯(lián)網(wǎng)本身是針對特定管理對象的“有限網(wǎng)絡(luò)”，是以實(shí)現(xiàn)控制和管理為目的，通過傳感/識別器和網(wǎng)絡(luò)將管理對象連接起來，實(shí)現(xiàn)信息感知、識別、情報(bào)處理、態(tài)勢判斷和決策執(zhí)行等智能化的管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用帶來的海量數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)模式，將使通訊網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和信息處理技術(shù)帶來數(shù)量級的需求增長和模式變化。這里的“物”要滿足以下條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍：1、要有相應(yīng)信息的接收器；2、要有數(shù)據(jù)傳輸通路；3、要有一定的存儲功能；4、要有CPU；5、要有操作系統(tǒng)；6、要有專門的應(yīng)用程序；7、要有數(shù)據(jù)發(fā)送器；8、遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；9、在世界網(wǎng)絡(luò)中有可被識別的唯一編號。物聯(lián)網(wǎng)中“物”的涵義具有感知能力。物聯(lián)網(wǎng)中的“物”能夠?qū)⑺車那闆r和自身的感受明確地表達(dá)出來；具有通信能力。具有感知能力的“物”能夠把它的感覺告訴其他人或物品，即能夠把信息通過通信手段傳達(dá)出去；能夠被識別。物聯(lián)網(wǎng)中的“物”必須在網(wǎng)絡(luò)中具有唯一標(biāo)識，以便通信過程中被發(fā)送方和接收方互相正確識別；可以被控制?！拔铩蹦軌蜃鳛橥ㄐ诺慕邮辗浇邮沼煽刂圃O(shè)備發(fā)送給它們的控制信息，并按照控制指令完成相應(yīng)的操作。1.1.3物聯(lián)網(wǎng)基本特征

把傳感網(wǎng)或RFID網(wǎng)等同于物聯(lián)網(wǎng)。事實(shí)上傳感技術(shù)也好、RFID技術(shù)也好，都僅僅是信息采集技術(shù)之一。除傳感技術(shù)和RFID技術(shù)外，GPS、視頻識別、紅外、激光、掃描等所有能夠?qū)崿F(xiàn)自動識別與物物通信的技術(shù)都可以成為物聯(lián)網(wǎng)的信息采集技術(shù)。傳感網(wǎng)或者RFID網(wǎng)只是物聯(lián)網(wǎng)的一種應(yīng)用，但絕不是物聯(lián)網(wǎng)的全部。

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。實(shí)際上物聯(lián)網(wǎng)絕不是簡單的全球共享互聯(lián)網(wǎng)的無限延伸。1.1.4物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)識的誤區(qū)--1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)。事實(shí)上物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)實(shí)在在的，很多初級的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用早就在為我們服務(wù)著。物聯(lián)網(wǎng)理念就是在很多現(xiàn)實(shí)應(yīng)用基礎(chǔ)上推出的聚合型集成的創(chuàng)新，是對早就存在的具有物物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動化系統(tǒng)的概括與提升，它從更高的角度升級了我們的認(rèn)識。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，把僅僅能夠互動、通信的產(chǎn)品都當(dāng)成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。如，僅僅嵌入了一些傳感器，就成為了所謂的物聯(lián)網(wǎng)家電；把產(chǎn)品貼上了RFID標(biāo)簽，就成了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等等。1.1.4物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)識的誤區(qū)--21.2物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)從互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的前30年中，其主要功能是把通信和信息網(wǎng)絡(luò)化，使人們可以通過關(guān)鍵字的檢索獲取遍布全球的資源。在信息網(wǎng)絡(luò)化后，無論是信息的來源還是信息的獲取者，其挑戰(zhàn)都是如何能將網(wǎng)絡(luò)中的信息最大化。如果可以通過網(wǎng)絡(luò)將物理世界中的一切事物都連接入網(wǎng)，把溫度、濕度、位置等物理世界中的因素進(jìn)行存儲并通過網(wǎng)絡(luò)傳遞，最終完成信息的融合和計(jì)算，以對物理世界中的相關(guān)事物進(jìn)行了解和控制，這樣的網(wǎng)絡(luò)就是物聯(lián)網(wǎng)。1.2.1互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了研究網(wǎng)、運(yùn)行網(wǎng)、商業(yè)網(wǎng)三個(gè)階段，目前所使用的通信技術(shù)都可以支持物聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸，因此不需要為物聯(lián)網(wǎng)專門建行基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò)，但物聯(lián)網(wǎng)所需要的底層感知技術(shù)和上層的智能信息處理技術(shù)是傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)所不具備的，所以，在物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)過程中互聯(lián)網(wǎng)為其通信服務(wù)提供了基礎(chǔ)，而物聯(lián)網(wǎng)的真正實(shí)現(xiàn)還需要融合更多的信息技術(shù)。1.2.2物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展和延伸--1用戶端的延伸。人是互聯(lián)網(wǎng)中真正的用戶端，而在物聯(lián)網(wǎng)中，接入網(wǎng)絡(luò)的主體由人延伸到了人之外的一切物品；構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的擴(kuò)展。物聯(lián)網(wǎng)主要分為感知層、傳輸層、處理層，中間層的通信網(wǎng)絡(luò)可以借助互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施和架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，但感知層和處理層技術(shù)大多是互聯(lián)網(wǎng)所不包含的；服務(wù)的擴(kuò)展?；ヂ?lián)網(wǎng)的服務(wù)主要信息在信息及其應(yīng)用方面，如文件傳輸、信息檢索、在線聊天、視頻點(diǎn)播等，物聯(lián)網(wǎng)具備全面感知、可靠傳送和智能處理，通過對感知信息的智能處理，可實(shí)現(xiàn)物品的在線控制，在物-物聯(lián)接的場景下，無需人類的干預(yù)就可以實(shí)現(xiàn)對物品的管理和控制，如：高速公路ETC、電表自動交費(fèi)；1.2.2物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展和延伸--2應(yīng)用范圍的延伸。與互聯(lián)網(wǎng)相比，從社會管理、經(jīng)濟(jì)管理到生產(chǎn)運(yùn)行、人個(gè)生活，物聯(lián)網(wǎng)都可以發(fā)揮強(qiáng)大作用，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，大到鋼筋混凝土，小到集成電路芯片，都將被整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施。SmarttrafficsystemsSmartwatermanagementSmartenergygridsSmarthealthcareSmartfoodsystemsIntelligentoilfieldtechnologiesSmartregionsSmart

weatherSmartcountriesSmartsupplychainsSmartcitiesSmartretail交通油田農(nóng)作物保健電網(wǎng)零售水資源供應(yīng)鏈鄉(xiāng)村天氣區(qū)域城市終端更多樣；感知更智能；應(yīng)用更專業(yè)化；網(wǎng)絡(luò)更可靠1.2.3物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)特性的差別1.3物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)–傳感器網(wǎng)絡(luò):non-IP或IP–各種IP方案:6LoWPAN,普通的IPv4,修改的IPv4,等.–各種非-IP方案:ZigBee,TinyOS,等.–接入網(wǎng)絡(luò):IPv4或IPv6–不同的v4/v6轉(zhuǎn)換–選路協(xié)議–移動性體系結(jié)構(gòu)框架要求能反應(yīng)異構(gòu)聯(lián)網(wǎng)下總體結(jié)構(gòu)和接口關(guān)系1.4物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中面臨的問題--11.認(rèn)識問題物聯(lián)網(wǎng)是擴(kuò)展和升級的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)包含通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量和類型更多，對