物聯(lián)網(wǎng)技術及其應用-講課用37

物聯(lián)網(wǎng)技術及其應用真純尚人電科112物聯(lián)網(wǎng)技術及其應用物聯(lián)網(wǎng)概述核心技術物聯(lián)網(wǎng)應用專業(yè)聯(lián)系物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的起源1998年，美國麻省理工大學（MIT）的Sarma、Brock、Siu創(chuàng)造性地提出將信息互聯(lián)網(wǎng)絡技術與RFID技術有機地結合，即利用全球統(tǒng)一的物品編碼（EPC，ElectronicProductCode）作為物品標識，利用RFID實現(xiàn)自動化的“物品”與Internet的聯(lián)接，無需借助特定系統(tǒng)，即可在任何時間、任何地點、實現(xiàn)對任何物品的識別與管理。1999年，由美國統(tǒng)一代碼委員會（UCC）吉列和寶潔等組織和企業(yè)共同出資，在美國麻省理工大學成立Auto-IDCenter，在隨后的幾年中，英國、澳大利亞、日本、瑞士、中國、韓國等國的6所著名大學相繼加入Auto-IDCenter，對“物聯(lián)網(wǎng)”相關研究實行分工合作，開展系統(tǒng)化研究，提出最初物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構架：射頻標簽識讀器Savant軟件對象名稱解析服務（ONS）實體標記語言服務器（PML-Server）2003年11月1日，國際物品編碼組織（GS1）出資正式接管EPC系統(tǒng)，并組成EPCGlobal進行全球推廣與維護。與此同時，原6所大學的AUTO-ID實驗室轉到EPCGlobal下的技術組，作為EPC實驗室，繼續(xù)對EPC系統(tǒng)的應用提供技術支持，提出物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構：EPC編碼EPC標簽讀寫器中間件對象名稱解析服務（ONS）EPC信息服務（EPCIS）物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的定義InternetofThings（IOT）

根據(jù)百度百科的定義：物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設備，如傳感器、射頻識別（RFID）技術、全球定位系統(tǒng)（GPRS）、紅外感應器、激光掃描器、氣體感應器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結合形成的一個巨大網(wǎng)絡。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡的連接，方便識別、管理和控制。廣義的物聯(lián)網(wǎng)涵義利用條碼、射頻識別（RFID）、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物的在任何時間、任何地點的連接（anything、anytime、anywhere），從而進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的龐大網(wǎng)絡系統(tǒng)。普適計算泛在網(wǎng)絡物聯(lián)網(wǎng)RFID傳感器網(wǎng)絡2008年-美國智慧地球IBM提出的“智慧地球”概念（建議政府投資新一代的智慧型基礎設施）已上升至美國的國家戰(zhàn)略。該戰(zhàn)略認為IT產業(yè)下一階段的任務是把新一代IT技術充分運用在各行各業(yè)之中，具體地說，就是把感應器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成“物聯(lián)網(wǎng)”。2009年-歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動物聯(lián)網(wǎng)行動計劃。具體而務實，強調RFID的廣泛應用，注重信息安全。2009年6月，歐盟委員會向歐盟議會、理事會、歐洲經(jīng)濟和社會委員會及地區(qū)委員會遞交了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》（InternetofThings-AnactionplanforEurope），以確保歐洲在建構物聯(lián)網(wǎng)的過程中起主導作用。行動計劃共包括14項內容，主要有管理、隱私及數(shù)據(jù)保護、“芯片沉默”的權利、潛在危險、關鍵資源、標準化、研究、公私合作、創(chuàng)新、管理機制、國際對話、環(huán)境問題、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和進展監(jiān)督等一系列工作。2009年-日本i-Japan戰(zhàn)略i-Japan戰(zhàn)略。在u-Japan的基礎上，強調電子政務和社會信息服務應用。2004年，日本信息通信產業(yè)的主管機關總務?。∕IC）提出2006～2010年間IT發(fā)展任務——u-Japan戰(zhàn)略。該戰(zhàn)略的理念是以人為本，實現(xiàn)所有人與人、物與物、人與物之間的連接，即所謂4U=ForYou（Ubiquitous,Universal,User-oriented,Unique），希望在2010年將日本建設成一個“實現(xiàn)隨時、隨地、任何物體、任何人（anytime,anywhere,anything,anyone）均可連接的泛在網(wǎng)絡社會”。2009年-韓國u-Korea戰(zhàn)略繼日本提出u-Japan戰(zhàn)略后，韓國也在2006年確立了u-Korea戰(zhàn)略。u-Korea旨在建立無所不在的社會（ubiquitoussociety），也就是在民眾的生活環(huán)境里，布建智能型網(wǎng)絡（如IPv6、BcN、USN）、最新的技術應用（如DMB、Telematics、RFID）等先進的信息基礎建設，讓民眾可以隨時隨地享有科技智慧服務。其最終目的，除運用IT科技為民眾創(chuàng)造食衣住行育樂各方面無所不在的便利生活服務，亦希望扶植IT產業(yè)發(fā)展新興應用技術，強化產業(yè)優(yōu)勢與國家競爭力。2009年-中國感知中國感知中國。2009年8月7日家寶總理在無錫考察時提出要盡快建立中國的傳感信息中心或者叫“感知中國”中心。各國物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略或計劃物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的特征全面感知可靠傳輸智能處理感知傳輸智能利用RFID、傳感器、二維碼等能夠隨時隨地采集物體的動態(tài)信息。通過網(wǎng)絡將感知的各種信息進行實時傳送。利用計算機技術，及時地對海量的數(shù)據(jù)進行信息控制，真正達到了人與物的溝通、物與物的溝通。物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的特征全面感知可靠傳輸智能處理感知傳輸智能利用RFID、傳感器、二維碼等能夠隨時隨地采集物體的動態(tài)信息。通過網(wǎng)絡將感知的各種信息進行實時傳送。利用計算機技術，及時地對海量的數(shù)據(jù)進行信息控制，真正達到了人與物的溝通、物與物的溝通。物聯(lián)網(wǎng)（IOT）結構示意圖IOT基本理論模型智能卡條形碼二維碼

GPS傳感器技術網(wǎng)關設備近距離通信因特網(wǎng)跟蹤定位高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡智慧星球面臨五個主要技術問題（1）技術標準問題

世界各國存在不同的標準。中國信息技術標準化技術委員會于2006年成立了無線傳感器網(wǎng)絡標準項目組。2009年9月，傳感器網(wǎng)絡標準工作組正式成立了PG1(國際標準化)、PG2(標準體系與系統(tǒng)架構)、PG3(通信與信息交互)、PG4(協(xié)同信息處理)、PG5(標識)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(電力行業(yè)應用調研)等8個專項組，開展具體的國家標準的制定工作。

（2）安全問題

信息采集頻繁，其數(shù)據(jù)安全也必須重點考慮。

（3）協(xié)議問題

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，在物聯(lián)網(wǎng)核心層面是基于TCP/IP，但在接入層面，協(xié)議類別五花八門，GPRS/CDMA、短信、傳感器、有線等多種通道，物聯(lián)網(wǎng)需要一個統(tǒng)一的協(xié)議棧。（4）IP地址問題

每個物品都需要在物聯(lián)網(wǎng)中被尋址，就需要一個地址。物聯(lián)網(wǎng)需要更多的IP地址，IPv4資源即將耗盡，那就需要IPv6來支撐。IPv4向IPv6過渡是一個漫長的過程，因此物聯(lián)網(wǎng)一旦使用IPv6地址，就必然會存在與IPv4的兼容性問題。

（5）終端問題。

物聯(lián)網(wǎng)終端除具有本身功能外還擁有傳感器和網(wǎng)絡接入等功能，且不同行業(yè)需求千差萬別，如何滿足終端產品的多樣化需求，對運營商來說是一大挑戰(zhàn)。RFID定義RFID（RadioFrequencyIdentification）即射頻識別技術，俗稱電子標簽，通過射頻信號自動識別目標對象，并對其信息進行標志、登記、儲存和管理。RFID系統(tǒng)組成電子標簽：由芯片和標簽天線或線圈組成，通過電感耦合或電磁反射原理與讀寫器進行通信；讀寫器：讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標簽信息的設備；天線：可以內置在讀寫器中，也可以通過同軸電纜與讀寫器天線接口相連。物聯(lián)網(wǎng)核心技術：RFID讀寫器將要發(fā)送的信息，經(jīng)編碼后加載到高頻載波信號上再經(jīng)天線向外發(fā)送。進入讀寫器工作區(qū)域的電子標簽接收此信號，卡內芯片的有關電路對此信號進行倍壓整流、調制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權限等進行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關信息，經(jīng)加密、編碼、調制后通過片上天線再發(fā)送給閱讀器，閱讀器對接收到的信號進行解調、解碼、解密后送至信息系統(tǒng)進行處理。若為修改信息的寫命令，有關控制邏輯引起電子標簽內部電荷泵提升工作電壓，提供電壓擦寫E2PROM。若經(jīng)判斷其對應密碼和權限不符，則返回出錯信息。物聯(lián)網(wǎng)核心技術：RFID系統(tǒng)工作原理物聯(lián)網(wǎng)核心技術：RFIDRFID主要頻段標準及特性物聯(lián)網(wǎng)核心技術：RFID物流物流過程中的貨物追蹤，信息自動采集，倉儲應用，港口應用，郵政，快遞。零售商品的銷售數(shù)據(jù)實時統(tǒng)計，補貨，防盜制造業(yè)生產數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，質量追蹤，自動化生產服裝業(yè)自動化生產，倉儲管理，品牌管理，單品管理，渠道管理醫(yī)療醫(yī)療器械管理，病人身份識別，嬰兒防盜身份識別電子護照，身份證，學生證等各種電子證件。防偽貴重物品（煙，酒，藥品）的防偽，票證的防偽等資產管理各類資產（貴重的或數(shù)量大相似性高的或危險品等)交通高速不停車，出租車管理，公交車樞紐管理，鐵路機車識別等食品水果，蔬菜，生鮮，食品等保鮮度管理動物識別訓養(yǎng)動物，畜牧牲口，寵物等識別管理圖書館書店，圖書館，出版社等應用汽車制造，防盜，定位，車鑰匙航空制造，旅客機票，行李包裹追蹤軍事彈藥，槍支，物資，人員，卡車等識別與追蹤RFID應用領域傳感器能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）是由大量傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，它能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸應用。物聯(lián)網(wǎng)核心技術：WSN物聯(lián)網(wǎng)核心技術：WSN體系結構WSN體系結構：平面拓撲結構WSN體系結構：邏輯分層結構物聯(lián)網(wǎng)核心技術：WSN體系結構傳感器節(jié)點體系結構傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧物聯(lián)網(wǎng)核心技術：WSN的特征與現(xiàn)有無線網(wǎng)絡的差別WSN是集成了監(jiān)測、控制以及無線通信的網(wǎng)絡系統(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；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)點故障容易造成網(wǎng)絡拓撲結構的變化；通常情況下，大多數(shù)傳感器節(jié)點是固定不動的；傳感器節(jié)點具有的能量、處理能力、存儲能力和通信能力等十分有限；傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡的首要設計目標是提高服務質量和高效率帶寬利用，其次才考慮節(jié)約能源；而WSN的首要設計目標是能源的高效使用，這也是WSN和傳統(tǒng)網(wǎng)絡最重要的區(qū)別之一。傳感器節(jié)點的限制電源能量有限、通信能力有限、計算和存儲能力有限。WSN的特點大規(guī)模網(wǎng)絡、自組織網(wǎng)絡、動態(tài)性網(wǎng)絡、可靠的網(wǎng)絡、應用相關的網(wǎng)絡、以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)核心技術：WSN融合WSN和其它無線通信技術的融合物聯(lián)網(wǎng)核心技術RFID側重于識別，能夠實現(xiàn)對目標的標識和管理，同時RFID系統(tǒng)具有讀寫距離有限、抗干擾性差、實現(xiàn)成本較高的不足；WSN側重于組網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，具有部署簡單，實現(xiàn)成本低廉等優(yōu)點，但一般WSN并不具有節(jié)點標識功能。RFID與WSN的結合存在很大的契機。RFID與WSN可以在兩個不同的層面進行融合：物聯(lián)網(wǎng)架構下RFID與WSN的融合，傳感器網(wǎng)絡架構下RFID與WSN的融合。物聯(lián)網(wǎng)架構下RFID與WSN的融合RFID和WSN融合物聯(lián)網(wǎng)核心技術傳感器網(wǎng)絡架構下RFID與WSN的融合：智能基站RFID和WSN融合物聯(lián)網(wǎng)應用示意圖物聯(lián)網(wǎng)應用示意圖26物聯(lián)網(wǎng)應用給放養(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27機場防入侵上海浦東國際機場防入侵系統(tǒng)鋪設了3萬多個傳感節(jié)點，覆蓋了地面、柵欄和低空探測，多種傳感手段組成一個協(xié)同系統(tǒng)后，可以防止人員的翻越、偷渡、恐怖襲擊等攻擊性入侵。上海移動的車務通將在2010年世博會期間全面運用于上海公共交通系統(tǒng)，以最先進的技術保障世博園區(qū)周邊大流量交通的順暢。電力管理江西省電網(wǎng)對分布在全省范圍內的2萬臺配電變壓器安裝傳感裝置，對運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)用電檢查、電能質量監(jiān)測、負荷管理、線損管理、需求側管理等高效一體化管理，一年來降低電損1.2億千瓦時。物聯(lián)網(wǎng)應用28物聯(lián)網(wǎng)應用

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。個人保健29物聯(lián)網(wǎng)應用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。平安城市建設30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)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物聯(lián)網(wǎng)應用未來數(shù)字家庭31物聯(lián)網(wǎng)管理平臺移動POS金融供應鏈智能運輸工業(yè)自動化智能建筑消防公共安全環(huán)境保護氣象數(shù)字化醫(yī)療遙感勘測軍事農業(yè)林業(yè)水務電力煤炭石化物流、零售、自動服務設備、安全、節(jié)能生產、安全、防災、水電油氣防火、勘察、報警污染檢測、報警水質、水量、污染、安全大棚、土壤、灌溉、環(huán)境、跟