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物联网工程概论作者：王志良王粉花出版社：机械工业出版社出版时间：2015年第1版ISBN：978-7-111-33805-5开本：16开定价：39.80元信息技术学院2015级物联网专业1.1定义1.2发展情况1.3框架结构1.4标准体系1.5关键技术和难点1.6应用领域第1章绪论什么是物联网？本质特征体现三个方面：1.互联网特征2.识别与通信特征3.智能化特征物联网IoT（InternetofThings)是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等传感设备，按协议把任何物体与互联网连接，进行信息交换和通信，实现对物体的智能化识别、定位、跟踪和管理的一种网络。三个特征1.全面感知2.可靠传输3.智能处理实例：车辆出入智能管理系统RFID1.2发展概况2010物联网时代1995互联网时代19801965大型机计算机-微机计算机摩尔定律：由英特尔戈登摩尔提出，集成电路晶体管数目，每18个月增加一倍，性能提升一倍。计算模式15年周期定律物联网技术基础1.3框架结构物联网分为软件、硬件两大部分软件：应用服务层硬件：感知控制层、网络传输层相关课程感知控制层：无线传感网、通信技术、蓝牙技术、总线网络传输层：微机原理、操作系统、计算机网络、数据库技术、信息安全应用服务层：编码理论、通信原理、数据库、电子电路感知控制层（识别层）学习要求•无线节点硬件和协议软件•RFID标签设计•低功耗无线•无线网络技术•安全加密原理感知控制层核心技术应用服务层网络传输层感知控制层•通过感知识别技术，让物品“开口说话、发布信息”是融合物理世界和信息世界的重要环节，是物联网区别于其他网络的特征。•物联网的“触手”是位于感知识别层的大量信息生成设备，包括采用自动生成方式的RFID、传感器、定位系统等，及采用人工生成方式的各种智能设备，例如智能手机、PDA、多媒体播放器、上网本、笔记本电脑等等。•感知控制层位于物联网模型的最底端，是所有上层结构的基础。技术举例：RFID基本组成：工业界经常将RFID系统分为标签，阅读器和天线三大组件。工作原理：阅读器通过天线发送电子信号，标签接收到信号后发射内部存储的标识信息，阅读器再通过天线接收并识别标签发回的信息，最后阅读器再将识别结果发送给主机。核心技术应用服务层网络传输层感知控制层第2章技术举例：智能传感器传统智能设备：个人计算机（PC）/个人数字助理（PDA）/…物联网时代新智能设备：数字标牌（实时信息互动）/智能电视（具有全功能的互联网，个性化体验）/智能手机/…物联网环境下智能设备发展新趋势：•更深入的智能化：纵向（包括传统的智能设备）+纵向（融入没有计算能力的简单物理对象）•更透彻的感知：主动感知(部署传感器)+被动感知(发出查询请求)•更全面的互联互通：互联互通+信息共享核心技术应用服务层网络传输层感知控制层第3章技术举例：传感器网络发展历程：传感器→无线传感器→无线传感器网络（大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络）应用举例：•VigilNet:美国弗吉尼亚大学研制的用于军事监测的系统。传感节点具有自主成网，多跳传输等特点。•Mercury:美国哈佛大学研制的可穿戴的医疗监控传感器。传感器具有设计人性化，高精度感知，连续长期采集数据等特点。•GreenOrbs（绿野千传）：森林监测传感网系统，适用于长期、大规模、自动化的环境监测任务核心技术应用服务层网络传输层感知控制层第4章网络传输层核心技术应用服务层网络传输层感知控制层第4-5章网络传输层•网络是物联网最重要的基础设施之一。•物联网的网络和现有网络有何异同？物联网是下一代互联网吗？无线网络在物联网中究竟扮演了什么角色？•网络传输层在物联网三层模型中连接感知控制层和应用服务层，具有强大的纽带作用，高效、稳定、及时、安全地传输上下层的数据。•M2M技术（Machine/MantoMachineMAN):实现人、设备、系统间连接。核心技术应用服务层网络传输层感知控制层第4-5章各种网络形式如何应用于物联网？互联网：IPv6扫清了可接入网络的终端设备在数量上的限制。互联网/电信网是物联网的核心网络、平台和技术支持。无线宽带网：WiFi/WiMAX等无线宽带技术覆盖范围较广，传输速度较快，为物联网提供高速可靠廉价且不受接入设备位置限制的互联手段。无线低速网：ZigBee/蓝牙/红外等低速网络协议能够适应物联网中能力较低的节点的低速率、低通信半径、低计算能力和低能量来源等特征。移动通信网：移动通信网络将成为“全面、随时、随地”传输信息的有效平台。高速、实时、高覆盖率、多元化处理多媒体数据，为“物品触网”创造条件。应用服务层•应用服务层位于物联网模型中的最上层是物联网智慧的源泉。人们通常把物联网应用冠以“智能”的名称，如智能电网、智能交通、智能物流等，其中的智慧就来自这一层。•当感知控制层生成的大量信息经过网络层传输汇聚到应用服务层，该层解决数据如何存储（数据库与海量存储技术）、如何检索（搜索引擎）、如何使用（数据挖掘与机器学习）、如何不被滥用（数据安全与隐私保护）等问题。核心技术应用服务层网络传输层感知控制层第7-8章数据库与物联网物联网数据特点：海量性，多态性，关联性及语义性关系数据库系统作为一项有着近半个世纪历史的数据处理技术，仍可在物联网中大展拳脚，为物联网的运行提供支撑。与此同时，结合物联网应用提出的新需求，数据库技术也在进行不断的更新，发展出新的方向。新兴数据库系统（NoSQL数据库）针对非关系型、分布式的数据存储，并不要求数据库具有确定的表模式，通过避免连接操作提升数据库性能。核心技术应用服务层网络传输层感知控制层第7章海量信息存储与物联网网络存储体系结构：•直接附加存储（DAS）•网络附加存储（NAS）•存储区域网络（SAN）困难：只能满足中等规模商业需求数据中心不仅包括计算机系统和配套设备（如通信/存储设备），还包括冗余的数据通信连接/环境控制设备/监控设备及安全装置，是一大型的系统工程。通过高度的安全性和可靠性提供及时持续的数据服务，为物联网应用提供良好的支持。典型的数据中心：Google/Hadoop核心技术应用服务层网络传输层感知控制层第7章物联网的智慧决策需求分析：•更透彻的感知要求对海量数据多维度整合与分析•更深入的智能化需要普适性的数据搜索和服务数据挖掘技术从大量数据中获取潜在有用的且可被人理解的模式，基本类型有关联分析，聚类分析，演化分析等。应用举例：•精准农业：实时监测环境数据，挖掘影响产量的重要因素，获得产量最大化配置方式•市场营销：通过数据库行销和货篮分析等方式获取顾客购物取向和兴趣核心技术应用服务层网络传输层感知控制层第7章信息安全与隐私保护RFID安全主要安全和隐私隐患：窃听、跟踪、中间人攻击、欺骗/重放/克隆、物理破解、篡改信息、拒绝服务攻击、RFID病毒…保护手段：物理安全机制/密码学安全机制/PUF…位置隐私定义：用户对自己位置信息的掌控能力：用户能自由决定是否发布位置信息，将信息发布给谁，通过何种方式来发布，以及发布的信息有多详细。保护手段：制度制约、隐私方针、身份匿名、数据混淆核心技术应用服务层网络传输层感知控制层第8章1.4物联网标准体系1.4物联网标准体系1.5关键技术和难点关键技术：RFID和EPC技术无线网络技术组网技术人工智能技术难点：技术标准IP地址问题物联网终端1.6应用领域智能电网：以先进的通信技术、传感器技术、信息技术为基础，以电网设备间的信息交互为手段，以实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全为目的的先进的现代化电力系统。智能交通：通过在基础设施和交通工具当中广泛应用信息、通讯技术来提高交通运输系统的安全性、可管理性、运输效能同时降低能源消耗和对地球环境的负面影响。智能物流：现代物流系统希望利用信息生成设备，如RFID设备、感应器或全球定位系统等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，并能够在这个物联化的物流网络中实现智能化的物流管理。1.6应用领域（续1）智能家居：利用计算机嵌入式系统和网络通信，将家庭中的各种设备连接到一起，方便用户管理，实现各种设备间通信，自组织的为用户服务。金融与服务业：移动支付、移动购物、手机银行、手机钱包、电子机票等。精细农牧业：农业综合生态信息自动监控、对环境进度自动控制和智能化管理。如：实时采集温室内温度、湿度信号以及光照、土壤等参数。1.6应用领域（续2）医疗健康：采用医疗传感设备将个体或乡村卫生医院无缝连接到中心医院，获取专家建议和诊断。工业与自动化：如冶金流程工业、石化企业和汽车工业环境监测：通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量、以及各种环境状态参数的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息、方法指引和质量保证。国防军事：物联网技术扩大了未来作战的时域、空域、频域。本章小结本章讨论了物联网的框架和体系结构，物联网的发展，核心技术，以及应用领域。重点掌握：•物联网的基本概念，互联网是物联网的核心网络和信息载体。•物联网的三层体系结构模型：感知控制层网络传输层应用服务层习题讨论p141-1简述物联网的定义，分析物联网的“物”的条件。1-2简述物联网应具备的三个特征。1-3简述15年周期定律和摩尔定律。1-4名词解释：RFID、EPC、ZigBee。1-5简要概述物联网的框架结构。1-6分析物联网的关键技术和应用难点。1-7举例说明物联网的应用领域及前景。