物联网应用技术导论-第1章-物联网概述

物联网应用技术导论第1章物联网概述《物联网应用技术导论》课件第1章物联网概述东软电子出版社罗汉江主编《物联网应用技术导论》教材配套课件1物联网应用技术导论第1章物联网概述第1章物联网概述1.1物联网起源与发展1.1.1物联网的发展历程1.1.2物联网的基本概念1.1.3互联网、物联网与泛在网1.2物联网体系构架1.3物联网的关键技术1.3.1感知与识别技术1.3.2通信与网络技术1.4物联网应用及前景1.5本章小结物联网应用技术导论第1章物联网概述1.1物联网起源与发展1.1.1物联网的发展历程1999年美国麻省理工学院Auto-ID中心研究人员提出将RFID与互联网结合，实现在任何地点、任何时间、对任何物品进行标识和管理。2005年国际电信联盟远程通信标准化组(ITU-T)在《ITUInternetReports2005:TheInternetofThings》正式提出物联网的概念，全面透彻地分析了物联网的可用技术、市场机会、潜在挑战和美好前景等内容。2008年国际电信联盟对泛在传感器网络阐述为通过传感器、执行器、RFID等对物理世界进行感知和标识，感知的信息依靠网络进行传输和互联，将信息存储和信息处理后，实现各种具体的应用，其目标是使我们的环境变为不需要人类干预、并能为人类服务的智能化世界。物联网应用技术导论第1章物联网概述1.1物联网起源与发展1.1.1物联网的发展历程2009年1月，IBM首席执行官彭明盛与美国奥巴马总统参加美国工商界领袖“圆桌会议”，提出“智慧地球”的概念。“智慧地球”就是把感应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，形成所谓“物联网”。2009年6月，欧盟制定了《欧洲物联网行动计划》，该计划涵盖了物联网架构、硬件、软件与算法、标识技术、通信技术、网络技术、网络发现、数据与信号处理技术、知识发现与搜索引擎技术、关系网络管理技术、电能存储技术、安全与隐私保护技术、标准化等关键技术，对物联网未来发展以及重点研究领域给出了明确的路线图。物联网应用技术导论第1章物联网概述1.1物联网起源与发展1.1.1物联网的发展历程2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，提出“感知中国”的概念。2010年9月国务院审议通过《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，物联网作为战略性新兴产业的重要内容，被提高到国家战略层面高度予以重点关注和推进。2012年2月，《物联网产业十二五发展规划》发布，重点确定了物联网在“智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗、智能家居”等9个重点示范应用领域。2012年8月，国务院发布我国首个国家级物联网规划《无锡国家传感网创新示范区发展规划纲要（2012-2020年）》，提出打造具有全球影响力的传感网创新示范区。物联网应用技术导论第1章物联网概述1.1物联网起源与发展1.1.2物联网的基本概念物联网基本概念：通过条码与二维码、射频标签（RFID）、全球定位系统（GPS）、红外感应器、激光扫描器、传感器网络等自动标识与信息传感设备及系统，按照约定的通信协议，通过各种局域网、接入网、互联网将物与物、人与物、人与人连接起来，进行信息交换与通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。物联网互联网Internet接入网射频识别（RFID)传感网(WSN)感应器扫描器全球定位系统条码二维码物联网应用技术导论第1章物联网概述1.1物联网起源与发展1.1.3互联网、物联网与泛在网互联网：又称因特网（Internet）,将计算机以一组通用的协议相连，形成逻辑上单一巨大的国际网络。这种将计算机网络互相连接在一起的方法可称作“网络互联”，在这基础上发展出覆盖全世界的全球性互联网络称“互联网”，即是“互相连接一起的网络”。IOT（Internetofthings）：最早的IOT网络，实际上是RFID网络，该概念最早来自于美国麻省理工学院的Auto-ID中心研究人员。他们最早提出将RFID与互联网相结合，实现在任何地点、任何时间，对任何物品进行标识和管理。传感网：传感器网络（SensorNetworksorWirelessSensorNetworks）的简称，将传感器组成网络，形成网络的方式可以通过有线连接，更多是通过无线的方式组成网络。而传感器则是一种能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置的器件。物联网应用技术导论第1章物联网概述1.1物联网起源与发展1.1.3互联网、物联网与泛在网M2M：最早来自于诺基亚，其含义有Machine-to-Machine、Man-to-Machine，或者Machine-to-Man等，其侧重点在于无线数据通信和信息技术的无缝连接，从而实现在其基础上的无线业务流程的自动化、集成化，并最终为用户创造增值服务。CPS：美国基金委员会近几年提出CPS(CyberPhysicalSystems)研究计划，该计划通过3C技术即计算(Computation)、通信(Communication)和控制(Control)的有机融合与深度协作，实现各种应用系统的实时感知、动态控制和信息服务。泛在传感网（USN）：2005年国际电信联盟远程通信标准化组(ITU-T)在《ITUInternetReports2005:TheInternetofThings》中正式提出IOT的概念。2008年该组织在《UbiquitousSensorNetworks》中进一步提出泛在传感器网络概念（广义传感网），并阐述为通过传感器、执行器、RFID等对物理世界进行感知和标识，然后依靠网络将信息进行传输和互联，再进行信息处理和信息存储，最后实现具体应用。物联网应用技术导论第1章物联网概述1.1物联网起源与发展1.1.3互联网、物联网与泛在网泛在网（UbiquitousNetworking）：又称为U网络，指实现人与人、人与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务，网络超强的环境感知、内容感知及其智能性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。传感网、物联网与泛在网的关系：传感网可以看作是物联网的一部分，属于一种末端网络，具有低速率、短距离、低功耗、自组网的特性。而物联网与泛在网概念最为接近，可以看作是泛在网在目前的一种实现形式。泛在网物联网传感网物联网应用技术导论第1章物联网概述1.2物联网体系架构物流管理建筑物监测农业管理灾害监测战场监测健康监测接入网接入网接入网接入网接入网目录服务管理泛在Web服务感知环境建模与管理内容服务空间信息管理感知层传输层服务管理层应用层RFID传感器物联网应用技术导论第1章物联网概述分为三层：即感知层、网络层和应用层。分为四层：即感知层、传输层、服务管理层（也称智能层）和应用层。本质上讲这两种分法都是一样的。感知层：实现对外界的感知，识别或定位物体，采集外界信息等。主要包括二维码标签、RFID标签、读写器、摄像头、各种终端、GPS等定位装置、各种传感器或局部传感器网络等。传输层：负责感知信息或控制信息的传输，物联网通过信息在物体间的传输可以虚拟成为一个更大的“物体”，或者通过网络，将感知信息传输到更远的地方。传输层包括各种有线和无线组网技术、接入互联网的网关等。服务管理层：对感知层通过传输层传输的信息进行动态汇集、存储、分解、合并、数据分析、数据挖掘等智能处理，并为应用层提供物理世界所对应的动态呈现等。其中主要包括数据库技术、云计算技术、智能信息处理技术、智能软件技术、语义网技术等。应用层：应用层实现物联网的各种具体的应用并提供服务，物联网具有广泛的行业结合的特点，根据某一种具体的行业应用，应用层实际上依赖感知层、传输层和服务管理层共同完成应用层所需要的具体服务。1.2物联网体系架构物联网应用技术导论第1章物联网概述1.3物联网的关键技术物联网实现目标：全面感知、可靠传输、智能处理、自动控制。主要技术：有二维码技术、传感器技术、RFID技术、红外感知技术、定位技术、无线通信与组网技术、互联网接入技术（如IPV6技术）、物联网中间件技术、云计算技术、语义网技术、数据挖掘、智能决策、信息安全与隐私保护、应用系统开发技术等（如嵌入式开发技术、系统开发集成技术等）。物联网关键技术短距无线通信云服务传感器二维条码Ipv6RFID云计算云存储物联网应用技术导论第1章物联网概述1.3物联网的关键技术1.3.1感知与识别技术物联网的感知与识别技术主要实现对物体的感知与识别。感知与识别都属于自动识别技术，即应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。识别技术主要实现识别物体本身的存在，定位物体位置、移动情况等等。常采用的技术包括射频识别技术如RFID技术、GPS定位技术、红外感应技术、声音及视觉识别技术、生物特征识别技术等。感知技术主要通过在物体上或物体周围嵌入各类传感器，感知物体或环境的各种物理或化学变化等。物联网应用技术导论第1章物联网概述1.3物联网的关键技术1.3.1感知与识别技术射频识别RFID技术：射频识别（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）是一种非接触的自动识别技术，利用射频信号及其空间耦合传输特性，实现对静态或移动物体的自动识别。RFID技术可实现无接触的自动识别，具有全天候、识别穿透能力强、无接触磨损、可同时实现对多个物品的自动识别等特点。产品电子代码(EPC)采用RFID电子标签技术作为载体，大大推动了物联网的发展和应用。RFID技术市场应用成熟，标签成本低廉，但RFID一般不具备数据采集功能，多用来进行物品的甄别和属性的存储。目前在国内RFID已经在身份证、电子收费系统和物流管理等领域有了广泛应用。物联网应用技术导论第1章物联网概述1.3物联网的关键技术1.3.1感知与识别技术传感器技术：是一门涉及物理学、化学、生物学、材料科学、电子学以及通信与网络技术等多学科交叉的高新技术。其中的传感器是一种物理装置，能够探测、感受外界的各种物理量（如光、热、湿度）、化学量（如烟雾、气体等）、生物量，以及未定义的自然参量等。传感器技术与无线网络技术相结合，综合传感器技术、纳米技术、分布式信息处理技术、无线通讯技术等，使嵌入到任何物体的微型传感器相互协作，实现对监测区域的实时监测和信息采集，形成一种集感知、传输、处理于一体的终端末梢网络。物联网应用技术导论第1章物联网概述1.3物联网的关键技术1.3.1感知与识别技术一种典型终端末梢网络：主要由多个带有传感器或RFID射频的节点、读写器、控制器等组成，在该网络内部，不仅仅实现数据的采集和处理，还可以实现数据的融合和路由等。这些局部的节点经过汇聚节点（比如网关）将信息汇聚后，再利用核心承载网络如3G、4G移动网络、Wi-Fi、WiMAX、企业专网、互联网等连接到信息服务系统，从而形成一个更大的虚拟网络，或者将数据处理后用于应用服务。3G、4G网络WiFiWiMax企业专网互联网等RFID射频读写器控制器传感器感知节点汇聚节点末梢网络核心承载网络信息服务系统物联网应用技术导论第1章物联网概述1.3物联网的关键技术1.3.2通信与网络技术物联网涉及的网络种类：有线网络、无线网络；短距离网络和长距离网络；企业专用网络、公用网络；局域网、互联网等等。物联网四大网络长距离无线通信（主要包括基于蜂窝技术的通信技术）短距离有线通信（主要包括10多种现场总线）短距离无线通信（主要包括10多种频段及标准）长距离无线通信（广电、电信和互联网等三网融合）物联网应用技术导论第1章物联网概述1.3物联网的关键技术1.3.2通信与网络技术物联网可以通过有线网络连接，比如飞机上的传感器网络；无线联网，比如手机就是一种无线的联网方式。无线传感器网络也使用无线组网方式。物联网的网络可以是专用网