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物联网技术及对人才的要求王志良教授13910727340北京科技大学wzl@ustb.edu,cn演讲者介绍北京科技大学计算机与通讯学院物联网与电子工程系主任，国家二级教授,国务院特殊津贴专家北京市物联网产业规划首席科学家国家重大专项物联网课题总体组专家教育部视频精品公开课《物联网与科技强国》主讲教师中国电子商务物联网技术产品应用专业委员会常务理事、专家组成员全国物联网产学研发展联盟（筹备）召集人。王志良，王粉花，《物联网工程概论》（高校教材），机械工业出版社，2011年4月王志良，闫纪铮，《普通高等学校物联网工程专业知识体系和课程规划》，西安电子科技大学出版社，2011年8月演讲大纲一、物联网的起源二、物联网的定义三、物联网的基本技术四、物联网发展趋势与新动态五、社会对物联网人才的要求一、物联网的起源在过去的近500年里，世界上先后大约发生了四次科技革命，分别是：机械化电气化自动化信息化换言之，今天是信息社会，信息技术是当今社会进步的“发动机”。四次科技革命中国再不能与科技革命失之交臂作为曾经的“东方巨龙”,我国全部与四次革命失之交臂，这直接导致了我国的国际地位和竞争力一路下滑。目前世界正处于第五次科技革命的前夜，这将是我国复兴的一次关键历史性机遇，值得教育界、科技界和全社会重视思考，并共同为之努力奋斗。科学发展正在出现交叉融合趋势在过去的几个世纪，学科从诞生到不断细分，在很多方向上都取得了不错的成果。综合学科在各个方向的研究成果，再推陈出新，进而推动历史的发展，如图2所示。学科交叉技术融合人-机-物和谐发展的趋势物联网将人类生存的物理世界网络化、信息化，将分离的物理世界和信息空间有效互连，是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，为新一代信息技术的发展提供了新的机遇和平台。信息技术是社会进步的发动机信息技术代表着当今先进生产力的发展方向。信息网络技术是世界经济复苏的重要推动力，物联网是其主要内容，是推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。信息技术浪潮的15年规律从IT巨头看信息技术发展趋势20120-9-14市值（亿美元）10-15年发展规划OS信息终端软件云计算IBM2364智慧地球云计算智慧城市Cloud大数据Microsoft2616混合触摸屏、体势识别、语音指令、增强现及3D全息投影Windows8WindowsphoneWindowsAzureGoogle2320100项前沿计划AndroidAndroidphone/padApple6480OSXLion、IOS5IphoneIpadiTunesSiRiiCloud信息技术发展趋势云计算物联网“云”+“端”端----ARM—M0+，M3系列，A8系列（嵌入式，软件，网络）我们目前处于移动互联网/物联网时代物联网-----嵌入式与互联网融合的成果(约瑟夫.斯法科思---图灵奖得主,2011)二、物联网的定义英文名：InternetofThings（IOT），也称为WebofThings。物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网示意图传感网又称物联网传感器节点射频识别装置红外感应器全球定位系统激光扫描器互联网通信网计算机终端用户物联网概述——框架物联网概述——支撑技术RFID技术ZigBee技术常见的组网技术微机电系统技术智能服务技术2.2物联网的发展历程2005年国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念，并且指出无所不在的“物联网”通信时代即将来临。然而，报告对物联网缺乏一个清晰的定义，并且覆盖范围有了较大的拓展2009年初美国国际商业机器公司，即IBM，提出“智慧的地球”概念，认为：信息产业下一阶段的任务是把新一代信息技术充分运用在各行各业之中，具体就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网2009年6月欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》，其目的为希望欧洲通过构建新型物联网管理框架来引领世界“物联网”发展2009年8月日本提出“智慧泛在”构想，将传感网列为国家重要战略，致力于一个个性化的物联网智能服务体系标准体系物联网标准体系应用服务层标准共性支撑标准网络传输层标准感知控制层标准物联网标准体系总体标准共性支撑标准应用服务层标准服务支撑标准网络传输层标准感知控制层标准数据采集共性技术行业应用业务中间件协同信息处理和服务支持短距离传输和自组织组网传感器数据采集接口二维条码射频识别网关接入自组织组网和路由中速短距离传输低速短距离传输支持服务接口服务支持节点中间件协同信息处理智能计算数据挖掘海量存储承载网术语和需求分析体系结构和参考模型终端管理计费管理认证授权用户管理环境监测网络管理服务管理QoS管理安全技术标识管理智能家居工业监控智能交通智能电力通用系统体系结构通用数据资源规划数据体系结构设计技术参考模型业务模式分析元数据注册标准需求分析物联网术语M2M无线接入异构网融合移动通信网互联网基础标准质量测评建设和工程实施支撑技术存储服务质量网络存储磁盘阵列运营服务标准聚类分析和分类数据关联分析仓库中的数据提取存储容灾预测与偏差分析三、物联网的基本技术3.1物联网的三个层次3.2物联网的八个结构3.3物联网中的四大支撑技术3.4物联网中的两个技术范畴3.5物联网的标准体系物联网三个层次八层构建四大支撑技术两个技术范畴物联网技术基础3.1物联网的三个层次3应用层2网络层1感知层3.2物联网的八层架构1）传感器/执行器层2）传感网层3）传感网关层4）广域网络层5）应用网关层6）服务平台层7）应用层8）分析与优化层射频识别（RFID）传感器技术无线传感网络（WSN/ZigBee）M2M技术RFID是一种非接触式自动识别技术，可以快速读写、长期跟踪管理，有着非常好的发展前景WSN/ZigBee的特点是短距离、低功耗，这为搭建无处不在的物联网提供了可能以MEMS为代表的传感技术，拉近了人与自然世界的距离利用手机进行对物体的数据采集、远程控制技术3.3物联网的四大支撑技术3.3.1RFID技术（1）RFID介绍RFID是射频识别技术的英文(RadioFrequencyIdentification)的缩写，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。3.3.1RFID技术RFID系统如图所示，由三部分组成:电子标签（Tag）天线(Antenna)阅读器(Reader)RFID产品EPC与RFIDEPC(ElectronicProductCode)并不等于RFID，EPC是一种电子标签，他是电子标签超高频率的射频标签.广义的EPC系统是指在全球统一的编码系统基础之上，利用互联网和RFID技术形成广义的技术体系。EPC系统有三个因素：1、有全球统一的标识代码；2、电子标签的超高频段的射频标签；3、在互联网基础之上，EPC给全球每一个单体有全球唯一的一个身份标识。条形码与EPC条码基本上是低成本的技术，EPC的成本高。这两项技术可能长期并存。一维条码是由一组宽度不同、反射率不同的平行相邻的线条和空白，按照一定的编码规则和技术标准组合而成，用来表示某种数据信息的符号。它可通过条码专用扫描设备采集并译成计算机可识别和处理的二进制编码，下图分别是条形码和火车票的二维条形码。3.3.1RFID技术（3）RFID应用系统的工作原理RFID卡进入读写器的射频场后,由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检测得到数字信号，并将数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理；所需回复的信息则从存储器中获取，经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。3.3.2WSN/ZigBee技术（1）什么是ZigBeeWSN是wirelesssensornetwork的简称，即无线传感网络传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素无线传感网络内的各个要素通过一个统一的协议进行信息的传输，这个协议就是Zigbee。3.3.2WSN/ZigBee技术（1）什么是ZigBeeZigBee是IEEE802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，也就是说蜜蜂依靠这样的方式传递信息，并构成了群体中的通信网络。3.3.2WSN/ZigBee技术ZigBeeZigBee数传模块ZigBeeZigBee是一种高可靠的无线数传网络类似CDMA和GSM网络ZigBee数传模块类似于移动网络基站通讯距离从标准的75m到几百米几公里并且支持无限扩展ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台在整个网络范围内每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信（2）WSN/ZigBee无线数据传输网络描述3.3.2WSN/ZigBee技术（2）WSN/ZigBee无线数据传输网络描述下面就是Zigbee模块3.3.3M2M技术M2M是机器对机器（Machine-To-Machine）通信的简称。目前，M2M重点在于机器对机器的无线通信，但是已经开始延伸到（machine-to-man）的概念。有三种方式：机器对机器机器对移动电话（如用户远程监视）移动电话对机器（如用户远程控制）M2M技术----移动电话对机器如：用户远程控制3.3.3微机电系统技术MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）是微机电系统的缩写。MEMS是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统。MEMS是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。3.3.3（6）微机电系统技术目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。经过几十年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。目前，全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作。3.3.3（6）微机电系统技术1一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域,它们的尺寸更小.2采用以硅为主的材料，电气性能优良3采用与集成电路（IC）类似的生成技术（1）MEMS技术简述MEMS是：3.3.3（6）微机电系统技术（3）微传感器研究的现状与发展方向从MEMS的起源和MEMS的市场来看，ME-MS未来的发展趋势可以归纳为以下4个方面：微细化集成化多元化产业化MEMS微机电产品MEMS是物联网的高端基础产品的技术基础，必须大力发展。3.4两个技术范畴智能网络空间技术1物联网终端技术2物联网的两个技术范畴：3.4.1智能网络空间技术智能空间(intelligentspace/iSpace/smartspace)的研究为智能服务技术提供了理论依据，为如何利用空间信息提供服务提供了解决方法。到目前为止,尚未形成明确定义。按照美国国家标准和技术学会（NIST）给出的定义，智能空间是“一个嵌入了计算、信息设备和多模态的传感器的工作空间，其目的是使用户能非常方便地在其中访问信息和获得计算机的服务来高效地进行单独工作和与他人的协同工作”。3.4.1智能网络空间技术智能空间示意图：3.4.1智能网络空间技术物联网智能空间技术分类：通信介质的选取研究（WIFI,WSN,PLC,232）服务中心/网关/控制器的研