《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章 -物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1

第1章物聯(lián)網(wǎng)概述《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.1考勤10%1.2平時作業(yè)10%1.3課堂小測驗70%1.4分組討論10%

課程評分計劃《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術1.3主要特點1.4應用前景什么是物聯(lián)網(wǎng)？物聯(lián)網(wǎng)的概念是如何產(chǎn)生的？《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.1

歷史進程2009

“感知中國”2009IBM“智慧地球”2005

國際電信聯(lián)盟《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，指出無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨

1995BillGates《未來之路》物物互聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)的基本思想出現(xiàn)于20世紀90年代《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.1物聯(lián)網(wǎng)的起源發(fā)展之路2005年國際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，引用了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，并且指出無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨。然而，報告對物聯(lián)網(wǎng)缺乏一個清晰的定義，并且覆蓋范圍有了較大的拓展2009年初美國國際商業(yè)機器公司，即IBM，提出“智慧的地球”概念，認為：信息產(chǎn)業(yè)下一階段的任務是把新一代信息技術充分運用在各行各業(yè)之中，具體就是把傳感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年歐盟委員會發(fā)表《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》，日本提出“智慧泛在”構想，將傳感網(wǎng)列為國家重要戰(zhàn)略，韓國通信委員會通過《物聯(lián)網(wǎng)基礎設施構建基本規(guī)劃》，將物聯(lián)網(wǎng)確定為新增長動力《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.1物聯(lián)網(wǎng)的起源發(fā)展之路2009年8月國務院總理溫家寶來到中科院無錫研發(fā)中心考察，指出關于物聯(lián)網(wǎng)可以盡快去做三件事情：一是把傳感系統(tǒng)和3G中的TD技術結(jié)合起來；二是在國家重大科技專項中，加快推進傳感網(wǎng)發(fā)展；三是盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫“感知中國”中心2010年3月國務院總理溫家寶在《政府工作報告》中，將“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應用”明確納入重點產(chǎn)業(yè)振興，表明物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)被提升為國家戰(zhàn)略，中國開啟物聯(lián)網(wǎng)元年《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1什么是物聯(lián)網(wǎng)？概念的提出Incomputing,theInternetofThingsreferstoanetworkofobjects,suchashouseholdappliances.Itisoftenaself-configuringwirelessnetwork.TheconceptoftheinternetofthingsisattributedtotheoriginalAuto-IDCenter,foundedin1999andbasedatthetimeinMIT.物聯(lián)網(wǎng)整合了美國CPS(Cyber-PhysicalSystems)、歐盟IoT（InternetofThings)和日本U-Japan等概念。是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息載體，讓所有能被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡。普通對象設備化，自治終端互聯(lián)化和普適服務智能化是其三個重要特征?！段锫?lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1物聯(lián)網(wǎng)的其他定義《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術1.3主要特點1.4應用前景根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應用將物聯(lián)網(wǎng)分為感知識別層、網(wǎng)絡構建層、管理服務層和綜合應用層?！段锫?lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.2核心技術：感知識別層核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層RFID射頻識別技術（RadioFrequencyIdentification）《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.2核心技術：感知識別層核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層通過感知識別技術，讓物品“開口說話、發(fā)布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一環(huán)，是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡的最獨特的部分。物聯(lián)網(wǎng)的“觸手”是位于感知識別層的大量信息生成設備，既包括采用自動生成方式的RFID、傳感器、定位系統(tǒng)等，也包括采用人工生成方式的各種智能設備，例如智能手機、PDA、多媒體播放器、上網(wǎng)本、筆記本電腦等等。信息生成方式多樣化是物聯(lián)網(wǎng)的重要特征之一。感知識別層位于物聯(lián)網(wǎng)四層模型的最底端，是所有上層結(jié)構的基礎?！段锫?lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第2章技術舉例：RFID基本組成：工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為標簽，閱讀器和天線三大組件。工作原理：閱讀器通過天線發(fā)送電子信號，標簽接收到信號后發(fā)射內(nèi)部存儲的標識信息，閱讀器再通過天線接收并識別標簽發(fā)回的信息，最后閱讀器再將識別結(jié)果發(fā)送給主機?！段锫?lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1技術舉例：傳感器網(wǎng)絡發(fā)展歷程：傳感器→無線傳感器→無線傳感器網(wǎng)絡（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）應用舉例：VigilNet:美國弗吉尼亞大學研制的用于軍事監(jiān)測的系統(tǒng)。傳感節(jié)點具有自主成網(wǎng)，多跳傳輸?shù)忍攸c。Mercury:美國哈佛大學研制的可穿戴的醫(yī)療監(jiān)控傳感器。傳感器具有設計人性化，高精度感知，連續(xù)長期采集數(shù)據(jù)等特點。GreenOrbs（綠野千傳）：森林監(jiān)測傳感網(wǎng)系統(tǒng)，適用于長期、大規(guī)模、自動化的環(huán)境監(jiān)測任務核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第3章《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1技術舉例：定位系統(tǒng)位置信息拓展：所在地理位置+處在該地理位置的時間+處在該地理位置的對象（人或設備）定位系統(tǒng)與技術：GPS，蜂窩基站定位，無線室內(nèi)環(huán)境定位（紅外線/.超聲波/藍牙），新興定位系統(tǒng)（A-GPS/無線AP/網(wǎng)絡定位）；距離/距離差/無線信號特征物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對定位技術的挑戰(zhàn)：異構網(wǎng)絡、多變環(huán)境下的精準定位大規(guī)模應用基于位置的服務（LocationbasedServices）位置信息帶來的信息安全和隱私保護問題核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第4章《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1技術舉例：智能信息設備傳統(tǒng)智能設備：個人計算機（PC）/個人數(shù)字助理（PDA）/…物聯(lián)網(wǎng)時代新智能設備：數(shù)字標牌（實時信息互動）/智能電視（具有全功能的互聯(lián)網(wǎng)，個性化體驗）/智能手機/…物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能設備發(fā)展新趨勢：更深入的智能化：縱向（包括傳統(tǒng)的智能設備）+縱向（融入沒有計算能力的簡單物理對象）更透徹的感知：主動感知(部署傳感器)+被動感知(發(fā)出查詢請求)更全面的互聯(lián)互通：互聯(lián)互通+信息共享核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第5章《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.2核心技術：網(wǎng)絡構建層核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第6-9章《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.2核心技術：網(wǎng)絡構建層核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第6-9章這層的主要作用是把下層（感知識別層）數(shù)據(jù)接入互聯(lián)網(wǎng)，供上層服務使用。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡和現(xiàn)有網(wǎng)絡有何異同？物聯(lián)網(wǎng)是下一代互聯(lián)網(wǎng)嗎？無線網(wǎng)絡在物聯(lián)網(wǎng)中究竟扮演了什么角色？網(wǎng)絡構建層在物聯(lián)網(wǎng)四層模型中連接感知識別層和管理服務層，具有強大的紐帶作用，高效、穩(wěn)定、及時、安全地傳輸上下層的數(shù)據(jù)?！段锫?lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1各種網(wǎng)絡形式如何應用于物聯(lián)網(wǎng)？互聯(lián)網(wǎng)：IPv6掃清了可接入網(wǎng)絡的終端設備在數(shù)量上的限制。互聯(lián)網(wǎng)/電信網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡、平臺和技術支持。無線寬帶網(wǎng)：WiFi/WiMAX等無線寬帶技術覆蓋范圍較廣，傳輸速度較快，為物聯(lián)網(wǎng)提供高速可靠廉價且不受接入設備位置限制的互聯(lián)手段。無線低速網(wǎng)：ZigBee/藍牙/紅外等低速網(wǎng)絡協(xié)議能夠適應物聯(lián)網(wǎng)中能力較低的節(jié)點的低速率、低通信半徑、低計算能力和低能量來源等特征。移動通信網(wǎng)：移動通信網(wǎng)絡將成為“全面、隨時、隨地”傳輸信息的有效平臺。高速、實時、高覆蓋率、多元化處理多媒體數(shù)據(jù)，為“物品觸網(wǎng)”創(chuàng)造條件。《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.2核心技術：管理服務層核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層管理服務層位于感知識別和網(wǎng)絡構建層之上，綜合應用層之下，是物聯(lián)網(wǎng)智慧的源泉。人們通常把物聯(lián)網(wǎng)應用冠以“智能”的名稱，如智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流等，其中的智慧就來自這一層。當感知識別層生成的大量信息經(jīng)過網(wǎng)絡層傳輸匯聚到管理服務層，如果不能有效地整合與利用，那無異于入寶山而空返，望“數(shù)據(jù)的海洋”而興嘆。管理服務層解決數(shù)據(jù)如何存儲（數(shù)據(jù)庫與海量存儲技術）、如何檢索（搜索引擎）、如何使用（數(shù)據(jù)挖掘與機器學習）、如何不被濫用（數(shù)據(jù)安全與隱私保護）等問題?！段锫?lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1數(shù)據(jù)庫與物聯(lián)網(wǎng)核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第10章物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)特點：海量性，多態(tài)性，關聯(lián)性及語義性關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為一項有著近半個世紀歷史的數(shù)據(jù)處理技術，仍可在物聯(lián)網(wǎng)中大展拳腳，為物聯(lián)網(wǎng)的運行提供支撐。與此同時，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應用提出的新需求，數(shù)據(jù)庫技術也在進行不斷的更新，發(fā)展出新的方向。新興數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（NoSQL數(shù)據(jù)庫）針對非關系型、分布式的數(shù)據(jù)存儲，并不要求數(shù)據(jù)庫具有確定的表模式，通過避免連接操作提升數(shù)據(jù)庫性能?！段锫?lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1海量信息存儲與物聯(lián)網(wǎng)核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第11章網(wǎng)絡存儲體系結(jié)構：直接附加存儲（DAS）網(wǎng)絡附加存儲（NAS）存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）困難：只能滿足中等規(guī)模商業(yè)需求數(shù)據(jù)中心不僅包括計算機系統(tǒng)和配套設備（如通信/存儲設備），還包括冗余的數(shù)據(jù)通信連接/環(huán)境控制設備/監(jiān)控設備及安全裝置，是一大型的系統(tǒng)工程。通過高度的安全性和可靠性提供及時持續(xù)的數(shù)據(jù)服務，為物聯(lián)網(wǎng)應用提供良好的支持。典型的數(shù)據(jù)中心：Google/Hadoop《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1搜索引擎與物聯(lián)網(wǎng)核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第12章Web搜索引擎：一個能夠在合理響應時間內(nèi)，根據(jù)用戶的查詢關鍵詞，返回一個包含相關信息的結(jié)果列表（hitslist）服務的綜合體。傳統(tǒng)的Web搜索引擎是基于查詢關鍵詞的，對于相同的關鍵詞，會得到相同的查詢結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)時代搜索引擎的新思考從智能物體角度思考搜索引擎與物體之間的關系，主動識別物體并提取有用信息。從用戶角度上的多模態(tài)信息利用，使查詢結(jié)果更精確，更智能，更定制化?！段锫?lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1物聯(lián)網(wǎng)的智慧決策核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第13章需求分析：更透徹的感知要求對海量數(shù)據(jù)多維度整合與分析更深入的智能化需要普適性的數(shù)據(jù)搜索和服務數(shù)據(jù)挖掘技術從大量數(shù)據(jù)中獲取潛在有用的且可被人理解的模式，基本類型有關聯(lián)分析，聚類分析，演化分析等。應用舉例：精準農(nóng)業(yè)：實時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)，挖掘影響產(chǎn)量的重要因素，獲得產(chǎn)量最大化配置方式市場營銷：通過數(shù)據(jù)庫行銷和貨籃分析等方式獲取顧客購物取向和興趣《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1信息安全與隱私保護核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第14章RFID安全主要安全和隱私隱患：竊聽、跟蹤、中間人攻擊、欺騙/重放/克隆、物理破解、篡改信息、拒絕服務攻擊、RFID病毒…保護手段：物理安全機制/密碼學安全機制/PUF…位置隱私定義：用戶對自己位置信息的掌控能力：用戶能自由決定是否發(fā)布位置信息，將信息發(fā)布給誰，通過何種方式來發(fā)布，以及發(fā)布的信息有多詳細。保護手段：制度制約、隱私方針、身份匿名、數(shù)據(jù)混淆《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.2核心技術：綜合應用層“實踐出真知”，無論任何技術，應用是決定成敗的關鍵。物聯(lián)網(wǎng)豐富的內(nèi)涵催生出更加豐富的外延應用。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了以數(shù)據(jù)為中心到以人為中心的轉(zhuǎn)化，典型應用包括文件傳輸、電子郵件、萬維網(wǎng)、電子商務、視頻點播、在線游戲和社交網(wǎng)絡等；而物聯(lián)網(wǎng)應用以“物”或者物理世界為中心，涵蓋物品追蹤、環(huán)境感知、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)等等。物聯(lián)網(wǎng)應用目前正處于快速增長期，具有多樣化、規(guī)模化、行業(yè)化等特點。核心技術綜合應用層管理服務層網(wǎng)絡構建層感知識別層詳見第15-19章《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術1.3主要特點1.4應用前景物聯(lián)網(wǎng)相對于已有的各種通信和服務網(wǎng)絡在技術和應用層面具有哪些特點呢？《物聯(lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.3物聯(lián)網(wǎng)的主要特點感知識別普適化無所不在的感知和識別將傳統(tǒng)上分離的物理世界和信息世界高度融合。異構設備互聯(lián)化各種異構設備利用無線通信模塊和協(xié)議自組成網(wǎng)，異構網(wǎng)絡通過“網(wǎng)關”互通互聯(lián)。聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)?；锫?lián)網(wǎng)時代每一件物品均具通信功能成為網(wǎng)絡終端，5-10年內(nèi)聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模有望突破百億?！段锫?lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.3物聯(lián)網(wǎng)的主要特點（續(xù)）管理調(diào)控智能化物聯(lián)網(wǎng)高效可靠組織大規(guī)模數(shù)據(jù)，與此同時，運籌學，機器學習，數(shù)據(jù)挖掘，專家系統(tǒng)等決策手段將廣泛應用于各行各業(yè)。應用服務鏈條化以工業(yè)生產(chǎn)為例，物聯(lián)網(wǎng)技術覆蓋從原材料引進，生產(chǎn)調(diào)度，節(jié)能減排，倉儲物流到產(chǎn)品銷售，售后服務等各個環(huán)節(jié)。經(jīng)濟發(fā)展跨越化物聯(lián)網(wǎng)技術有望成為從勞動密集型向知識密集型，從資源浪費型向環(huán)境友好型國民經(jīng)濟發(fā)展過程中的重要動力?！段锫?lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.1本章內(nèi)容1.1起源與發(fā)展1.2核心技術1.3主要特點1.4應用前景物聯(lián)網(wǎng)豐富的內(nèi)涵催生出更加豐富的外延應用?！段锫?lián)網(wǎng)導論》第1章-物聯(lián)網(wǎng)概述v1.11.4物聯(lián)網(wǎng)的應用前景智能物流：現(xiàn)代物流系統(tǒng)希望利用信息生成設備，如RFID設備、感應器或全球定位系統(tǒng)等種