物聯(lián)網(wǎng)概論第一章 物聯(lián)網(wǎng)概論

物聯(lián)網(wǎng)概論南京師范大學(xué)泰州學(xué)院2021年8月第一章物聯(lián)網(wǎng)概論目錄

1.1物聯(lián)網(wǎng)概念的形成

1.2物聯(lián)網(wǎng)的定義與內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)概論1.4物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展、效益和問(wèn)題1.1物聯(lián)網(wǎng)概念的形成MarkWeiser〔1952-1999〕計(jì)算機(jī)將最終“消失〞，演變?yōu)樵谖覀儧](méi)有意識(shí)到其存在時(shí)，就已融入人們的生活中的境地。Weiser觀點(diǎn)的革命性

1.1物聯(lián)網(wǎng)概念的形成一是計(jì)算機(jī)將開(kāi)展到與普通事物無(wú)法分辨為止二是網(wǎng)絡(luò)將無(wú)所不在地融入人們生活中

按計(jì)算機(jī)的使用情況

1.1物聯(lián)網(wǎng)概念的形成計(jì)算機(jī)歷史的三次浪潮1.1物聯(lián)網(wǎng)概念的形成大型機(jī)時(shí)代：許多人共享一臺(tái)笨重的機(jī)器。PC時(shí)代：一人一PC。后PC時(shí)代：一人多PC，以及大量非PC形態(tài)的智能設(shè)置，出現(xiàn)了泛PC化趨勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)按其設(shè)備的主導(dǎo)形態(tài)分為四個(gè)階段1.1物聯(lián)網(wǎng)概念的形成主機(jī)、大型機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，其體積龐大，運(yùn)行條件苛刻，專(zhuān)業(yè)人員操作且人機(jī)界面友好性差臺(tái)式機(jī)、筆記本的聯(lián)網(wǎng)，普通人經(jīng)過(guò)培訓(xùn)即可操作嵌入式智能物件等與日常生活密切相關(guān)設(shè)備的互感、互聯(lián)、互通。以為代表的各類(lèi)移動(dòng)設(shè)備的互聯(lián)，無(wú)需培訓(xùn)即可操作，界面簡(jiǎn)單友好。1.1物聯(lián)網(wǎng)概念的形成物聯(lián)網(wǎng)概念的核心內(nèi)容物聯(lián)網(wǎng)概念的提出物聯(lián)網(wǎng)的定義物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)與M2M物聯(lián)網(wǎng)與微機(jī)電系統(tǒng)1.2物聯(lián)網(wǎng)的定義與內(nèi)涵?ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)〔TheInternetofThings〕?1.2.1物聯(lián)網(wǎng)概念的提出物聯(lián)網(wǎng)概念比較正式的提出物聯(lián)網(wǎng)〔TheInternetofthings，IOT〕的根本定義1.2.2物聯(lián)網(wǎng)的定義通過(guò)射頻識(shí)別〔RFID〕、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，將任何物品通過(guò)有線與無(wú)線方式與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行通信和信息交換，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)。物物相連的互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)包含的兩層含義1.2.2物聯(lián)網(wǎng)的定義一，物聯(lián)網(wǎng)的根底和支撐是強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為核心進(jìn)行延伸和擴(kuò)展而形成的網(wǎng)絡(luò)。二，物聯(lián)網(wǎng)的終端用戶(hù)已經(jīng)延伸和擴(kuò)展到眾多物品之間，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通訊。物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)說(shuō)明

1.2.2物聯(lián)網(wǎng)的定義英文百科Wikipedia對(duì)其的定義較簡(jiǎn)單:TheInternetofThingsreferstoanetworkofobjects，suchashouseholdappliances，物聯(lián)網(wǎng)即“像家用電器一樣的物體的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)〞。物聯(lián)網(wǎng)的其他表述：M2M〔MachinetoMachine〕、傳感網(wǎng)〔SensorNetworks〕、普適計(jì)算〔PervasiveComputing〕、泛在計(jì)算〔Ubiquitouscomputing〕、環(huán)境感知智能〔AmbientIntelligence〕等等。什么是傳感網(wǎng)？

傳感器網(wǎng)就是由部署在一定范圍內(nèi)的大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線與有線通信方式形成的一個(gè)自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，彼此協(xié)同地進(jìn)行感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并將結(jié)果發(fā)給觀察者或控制器。1.2.3物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)傳感網(wǎng)的三要素

1.2.3物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)傳感器控制器感知對(duì)象傳感網(wǎng)傳感網(wǎng)的研發(fā)與應(yīng)用1.2.3物聯(lián)網(wǎng)與傳感網(wǎng)1999年中科院就啟動(dòng)了傳感網(wǎng)的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些適用的傳感網(wǎng)；2005年，國(guó)際電信聯(lián)盟〔ITU〕發(fā)布了?ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)?，正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)〞的概念。1999年，在美國(guó)召開(kāi)的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國(guó)際會(huì)議提出：“傳感網(wǎng)是下一個(gè)世紀(jì)人類(lèi)面臨的又一個(gè)開(kāi)展機(jī)遇〞；泛在網(wǎng)的概念

1.2.4物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備最終將在任何地點(diǎn)均可連網(wǎng)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)任何地方都可聯(lián)結(jié)的信息社會(huì)?！盁o(wú)所不在的計(jì)算〞〔〔UbiquitousComputing〕〕1.2.4物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)“泛在計(jì)算〞：UbiquitousComputing、UbiquitousNetwork“泛在科技〞或“U化科技〞：UbiquitousTechnology泛在網(wǎng)開(kāi)展的三個(gè)歷程1.2.4物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)的關(guān)聯(lián)1.2.4物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)從聯(lián)網(wǎng)對(duì)象角度進(jìn)行描述，兩者實(shí)為一體兩面。“泛在〞強(qiáng)調(diào)的是物聯(lián)網(wǎng)存在的普遍性、功能的廣泛性和計(jì)算的深入性。泛在網(wǎng)的全球開(kāi)展1.2.4物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)世界各國(guó)對(duì)信息化的開(kāi)展戰(zhàn)略均有不同的背景與側(cè)重點(diǎn)，故對(duì)泛在網(wǎng)、泛在計(jì)算等的稱(chēng)呼與表述各有不同，主要分為歐洲、亞洲與美洲三大類(lèi)。歐洲

1.2.4物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)稱(chēng)為環(huán)境感知智能〔AmbientIntelligence〕，由于歐洲國(guó)家眾多，信息化水平不一，故開(kāi)展重點(diǎn)在強(qiáng)調(diào)聯(lián)網(wǎng)對(duì)象的整合與資源網(wǎng)的會(huì)聚上。重點(diǎn)包括微計(jì)算、聯(lián)網(wǎng)物件的用戶(hù)界面及泛在通信三個(gè)主導(dǎo)領(lǐng)域的創(chuàng)新；如：進(jìn)行交通優(yōu)化……亞洲

1.2.4物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)如：日本U-Japan方案、韓國(guó)U-Korea戰(zhàn)略、新加坡的“智慧匯交I-Hub〞和臺(tái)灣地區(qū)的“移動(dòng)臺(tái)灣M-臺(tái)灣〞方案……1.2.3物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)日本TOTO最新款智能馬桶安裝尿液收集器和臂帶，能分析使用者的尿液成分，測(cè)量血壓、體溫并利用嵌在地板內(nèi)的秤測(cè)量體重。數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送到個(gè)人電腦，然后可發(fā)送給醫(yī)生作進(jìn)一步分析。北美

1.2.4物聯(lián)網(wǎng)與泛在網(wǎng)IBM提出普適計(jì)算〔PervasiveComputing〕概念：“建立一個(gè)充滿(mǎn)計(jì)算和通信能力的環(huán)境，使這個(gè)環(huán)境與人們逐漸地融合在一起，人們可以‘隨時(shí)隨地’和‘透明’地通過(guò)日常生活中的物體和環(huán)境中的設(shè)備動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)，而不僅僅是和計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行隨時(shí)隨地的交流和協(xié)作〞。M2M〔MachinetoMachine〕的定義1.2.5物聯(lián)網(wǎng)與M2M狹義：指機(jī)器設(shè)備之間通過(guò)相互通信與控制到達(dá)彼此間最正確適配與協(xié)同運(yùn)行，或者當(dāng)某一設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，其它相關(guān)設(shè)備將自動(dòng)采取防護(hù)措施，以使損失降至最低。廣義：指任何物件與物件之間的彼此互聯(lián)與互操作。M2M是物聯(lián)網(wǎng)的特有性能之一！M2M〔MachinetoMachine〕的定義1.2.5物聯(lián)網(wǎng)與M2MM2M的構(gòu)成1.2.5物聯(lián)網(wǎng)與M2M前端的傳感器及設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)后端系統(tǒng)前端的傳感器及設(shè)備

1.2.5物聯(lián)網(wǎng)與M2M前端傳感器及設(shè)備具備感知能力。通過(guò)內(nèi)置傳感器獲得各類(lèi)數(shù)據(jù),并通過(guò)M2M使設(shè)備或模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，M2M使設(shè)備或模塊可具有數(shù)據(jù)會(huì)聚能力，能對(duì)多個(gè)傳感器提供聯(lián)網(wǎng)效勞。如：智能傳感器〔SmartSensor〕通信網(wǎng)絡(luò)

1.2.5物聯(lián)網(wǎng)與M2M后端系統(tǒng)1.2.6物聯(lián)網(wǎng)與M2M--提供智能化支持。實(shí)時(shí)、平安地收集、分析傳感器數(shù)據(jù)，按各種模型對(duì)機(jī)器設(shè)備的作業(yè)、狀態(tài)和環(huán)境等進(jìn)行動(dòng)態(tài)比對(duì)與研判，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)報(bào)警，利用網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行前端設(shè)備管理和故障排障，或?qū)ζ渌嚓P(guān)設(shè)備發(fā)出異常指令，要求其作出相應(yīng)等。M2M是從功能與狀態(tài)角度對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的描述！什么是微機(jī)電系統(tǒng)？1.2.6物聯(lián)網(wǎng)與微機(jī)電系統(tǒng)〔MEMS〕微機(jī)電系統(tǒng)〔MicroElectro-MechanicalSystems，MEMS〕是一種智能微型化系統(tǒng)，其系統(tǒng)或元件為毫米至微米量級(jí)大小，將光學(xué)、機(jī)械、電子、生物、通信等功能整合為一體，可用于感測(cè)環(huán)境、處理信息、探測(cè)對(duì)象等。MEMS可以視為M2M的特殊應(yīng)用范疇微機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用1.2.6物聯(lián)網(wǎng)與微機(jī)電系統(tǒng)〔MEMS〕1.2.6物聯(lián)網(wǎng)與微機(jī)電系統(tǒng)〔MEMS〕微機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)1.3.1物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)感知層接入層處理層應(yīng)用層按邏輯結(jié)構(gòu)劃分1.3.1物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)感知層1.3.1物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)主要功能是實(shí)現(xiàn)物體的感知、識(shí)別、監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)變化采集，以及反響與控制等。主要由遍布各種建筑、樓宇、街道、公路橋梁、車(chē)輛、地表和管網(wǎng)中的各類(lèi)傳感器、二維條形碼、RFID標(biāo)簽和RFID識(shí)讀器、攝像頭、GPS、M2M〔MachinetoMachine〕設(shè)備及各種嵌入式終端等組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)。它是物聯(lián)網(wǎng)的根底。接入層1.3.1物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)由各類(lèi)有線與無(wú)線節(jié)點(diǎn)、固定與移動(dòng)網(wǎng)關(guān)組成各種通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合體?？捎镁W(wǎng)絡(luò)包括互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)等。但由感知層采集的大量數(shù)據(jù)接入，并實(shí)現(xiàn)M2M應(yīng)用的大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，仍需解決新業(yè)務(wù)模式對(duì)系統(tǒng)容量、效勞質(zhì)量的特別要求。處理層1.3.1物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)對(duì)應(yīng)圖中中間件層，由目錄效勞、管理U-Web效勞、建模與管理層、內(nèi)容管理、空間信息管理等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用層的支持。該層的開(kāi)展是物聯(lián)網(wǎng)管理中心、資源中心、云計(jì)算平臺(tái)、專(zhuān)家系統(tǒng)等對(duì)海量信息的智能處理。應(yīng)用層1.3.2物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)最顯著的特點(diǎn)1.3.2物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)在物聯(lián)網(wǎng)中除了人與人之間可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系、人通過(guò)網(wǎng)絡(luò)取得對(duì)象的信息之外，對(duì)象與對(duì)象之間也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)彼此交換信息，協(xié)同運(yùn)作，相互操控，從而創(chuàng)造出一批批自動(dòng)化程度更高、反響更靈敏、功能更強(qiáng)大、更適應(yīng)各種環(huán)境、耐候性更強(qiáng)、對(duì)各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域拉動(dòng)力更大的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)。1.3.2物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)國(guó)際電信聯(lián)盟：物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行可分為“時(shí)間〔Time〕、地點(diǎn)〔Place〕與物件〔Thing〕〞三個(gè)維度，它將創(chuàng)造出所有對(duì)象皆可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)相互溝通的環(huán)境。1.3.2物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在射頻標(biāo)簽中，其能量供給及與識(shí)讀器之間的數(shù)據(jù)交換不是通過(guò)電流而是通過(guò)磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)進(jìn)行的。射頻識(shí)別系統(tǒng)包括射頻標(biāo)簽和識(shí)讀器兩局部。射頻標(biāo)簽懸掛或安裝在產(chǎn)品或物體上，由射頻識(shí)讀器讀取存儲(chǔ)于標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。具有識(shí)讀距離遠(yuǎn)〔相對(duì)于條形碼〕、識(shí)讀速度快、不受環(huán)境限制、可讀寫(xiě)性好、可同時(shí)識(shí)讀多個(gè)物品等優(yōu)點(diǎn)。公交月票卡、電子交通無(wú)人收費(fèi)〔ETC〕系統(tǒng)、各類(lèi)銀行卡、物流與供給鏈管理、農(nóng)牧漁產(chǎn)品履歷、工業(yè)生產(chǎn)控制等。無(wú)線傳感網(wǎng)〔WirelessSensorNetwork,WSN)廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、水資源管理，生產(chǎn)平安監(jiān)控、橋梁平安監(jiān)控，家中或企業(yè)內(nèi)的平安性監(jiān)控及員工管理等。無(wú)線傳感網(wǎng)〔WirelessSensorNetwork,WSN)

隨著傳感器價(jià)格下降，以及制造商欲提升產(chǎn)品附加價(jià)值企圖，各種新興應(yīng)用不斷被創(chuàng)造出來(lái)，其中又以消費(fèi)性產(chǎn)品市場(chǎng)最被看好，包含CMOS影像傳感器、加速度傳感器、陀螺儀、動(dòng)作傳感器、指紋傳感器等。分布式管理系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題組織上分散而數(shù)據(jù)需要相互聯(lián)系系統(tǒng)單元的自動(dòng)擴(kuò)充均衡負(fù)載的需求系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)結(jié)合系統(tǒng)高可靠性與可用性的保證從分布式信息管理系統(tǒng)的開(kāi)展上看，總體需求應(yīng)滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)的：智能空間的有效運(yùn)用〔effectiveuseofsmartspaces〕、不可見(jiàn)性〔invisibility〕、本地化可伸縮性〔localizedscalability〕和屏蔽非均衡條件〔maskingunevenconditioning〕。通過(guò)將計(jì)算根底結(jié)構(gòu)嵌入到各種固定與移動(dòng)物體對(duì)象中，一個(gè)智能空間〔SmartSpace〕將兩個(gè)世界〔指移動(dòng)和固定空間〕中的信息聯(lián)系在一起。各國(guó)和地區(qū)都有相關(guān)的方案。如美國(guó)有智慧地球的概念框架，日本與韓國(guó)等有U-Japan、U-Korea等，歐洲有?2021年的物聯(lián)網(wǎng)?，是目前涵蓋周期最長(zhǎng)的開(kāi)展規(guī)劃。物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)的效益物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展面臨的問(wèn)題1.4物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展、效益與面臨的問(wèn)題物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展的劃時(shí)代意義1.4.1物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展，將推動(dòng)人類(lèi)進(jìn)入智能化時(shí)代，人與人、人與物、物與物之間在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)智能互動(dòng)，將對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)、生活、健康、平安、教育與娛樂(lè)等帶來(lái)不可估量的實(shí)現(xiàn)意義。1.4.1物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展2021年１月，奧巴馬就職后對(duì)IBM提出的“智慧地球〞作出積極響應(yīng)，使物聯(lián)網(wǎng)再次引起全球的廣泛關(guān)注。1.4.1物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展1.4.1物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展1.4.1物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)展1.4.1物