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物联网工程导论—清华大学出版社第一章物联网概述物联网把新一代IT技术充分应用到各行各业中，也就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、隧道、公路、油气管道、建筑等各种物体中，然后将”物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。在这个整合中，存在能力超强大的中心计算群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制。简单地讲，物联网是以计算机科学为基础，包括网络、电子、射频、感应、无线、人工智能、条码、云计算、自动化、嵌入式等技术为一体的综合性技术及应用，它要让孤立的物品(冰箱、汽车、设备、家具、货品等等）接入网络世界，让它们之间能相互交流，让人与这些物品也能相互交流。这会使人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。科技创新改变生活，物联网以及延伸的人工智能必将为未来带来自便利的美好生活。人类总是在追求自便利的美好生活，物联网很有前瞻性。下一波的IT浪潮就是云计算、物联网、人工智能、生物技术。特别关注：1、智能家居2、智能交通3、智能医疗4、智能电网5、智能物流6、智能农业7、智能电力8、智能工业9、质量追溯1.1物联网的基本概念物联网，此概念在1999年已被正式诞生，不同的组织机构、不同的专家学者及不同的企业都曾赋予它不同的定义。1.1.1物联网1999年，麻省理工学院Auto-ID研究中心最早提出物联网的定义：物联网是把所有物品通过射频识别(RFID)和条码等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。实质：将RFID技术与互联网相结合并加以应用。1.1物联网的基本概念国际电信联盟（ITU）：物联网主要解决物品到物品（ThingtoThing,T2T）,人到物品（HumantoThing,H2T）,人到人（HumantoHuman，H2H）之间的互联。其中，H2T：指人利用通用装置与物品之间的连接；H2H：指人与人之间不依赖个人计算机而进行的互联。1.1物联网的基本概念2010年，我国政府工作报告对物联网的定义：物联网是通过传感设备按照约定的协议，把各种网络连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。1.1物联网的基本概念日本东京大学坂村健教授认为：让任何物品都嵌入一种标记有自己身份特征的操作系统，然后通过无线网络将所有物品都连接起来，该网是全球信息化发展的新阶段，从信息化向智能化提升，在已经发展起来的传感、识别、接入网、无线通信网、互联网、云计算、应用软件、智能控制等技术基础上的集成、发展与提升。1.1物联网的基本概念综上所述，物联网是利用二维码、射频识别、各类传感器等技术和设备，使物体与互联网等各类网络相连，获取无处不在的现实世界的信息，实现物与物、物与人之间的信息交互，支持智能的信息化应用，实现信息基础设施与物理基础设施的全面融合，最终形成统一的智能基础设施。见图P2.1.1物联网的基本概念1.1.2M2MM2M:MachinetoMachine，指机器到机器的通信，也指机器对人和人对机器的通信，是一种信息交流的方式。目前，广泛应用于车辆管理、安全监测、自动计量、健康医疗、工业控制、数字城市等众多领域。1.1物联网的基本概念1.1.3传感网传感网，指随机分布的集成由传感器、数据处理单元和通信单元的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络。通常指，无线传感器网络。1.1物联网的基本概念1.1.4泛在网泛在网，称作无处不在的网络，其概念的提出比物联网更早。四个特征：可以实现在任何时间、任何地点、任何人和任何物都能方便地通信。1.1物联网的基本概念1.1.5几个概念之间的关系传感网可以看成是“传感模块”加上“组网模块”而构成的一个网络，仅仅感知到信号，并不强调对物体的标识。物联网的概念相对比传感网大一些，主要是感知物、标志物的手段。泛在网，首先关注的是人与周边的和谐交互，由于涵盖了人与物的关系，因此泛在网概念的范围更大一些。M2M，特指人造的机器设备。1.1物联网的基本概念1.1.6智慧的地球“智慧地球”是IBM公司首席执行官彭明、盛2008年首次提出的概念。他认为，智能技术正应用于生活的各个方面，如，智慧的医疗、智慧的交通、智慧的电力、智慧的食品、智慧的零售业及智慧的基础设施甚至智慧的城市，这使地球变的越来越智能化。1.1物联网的基本概念1.1.7物联网与互联网物联网可用的基础网络有很多种，其中互联网最适合作为物联网的基础网络，特别是当物物互联的范围超出局域网时。而物联网是互联网的极大拓展，用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，是对现实物理世界的感知和互联。见P5.1.1物联网的基本概念1.1.8物联网生活畅想北京畅想公司将比尔盖茨豪宅的部分功能实现：智能照明、家电控制、窗帘控制、可视对讲、安防报警、远程控制及网络可视监控等系列智能家居系统。1.2物联网兴起的背景1.2.1物联网的发展历程1.1995-1999，物联网悄然萌芽。盖茨在他的《未来之路》中写到对未来的描述。2.1999-2005，物联网正式诞生。1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念。主要建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上。1.2物联网兴起的背景3.2005-2009，物联网逐渐发展。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：互联网》，提出了“物联网”的新概念。4.2009年：物联网蓬勃兴起1.2物联网兴起的背景1.2.2物联网的发展的基础随着我国经济的高速发展，社会对互联网应用的需求日益增长，互联网的广泛应用对我国信息产业发展产生了重大的影响。1.我国互联网网民数量增长情况2.我国互联网普及率的增长3.我国宽带上网与手机上网网民规模的增长1.2物联网兴起的背景4.我国IP地址的增长5.我国域名、网站与网页数量的增长6.我国互联网行业发展情况1.2物联网兴起的背景1.2.3物联网发展的推动力社会需求是新技术和新概念产生的真正推动力。在经济全球化的形势下，商品货物在世界范围内的快速流通已经成为一种普遍现象。传统的技术手段对货物的跟踪识别效率低、成本高，容易出现差错，已经无法满足现代物流业的发展要求。1.3国内外物联网发展状况1.3.1国际物联网发展现状1.欧盟2009年，发表了行动方案，并消除物联网发展的障碍。2.美国3.韩国4.日本1.3国内外物联网发展状况1.3.2中国物联网发展现状1999年，我国的科研机构就提出了“感应网络”的概念，现状我国在某些感应技术方面也处于世界领先水平。1.我国物联网的发展阶段1）2003-2008年2）2009年以后1.3国内外物联网发展状况2.相关研究机构及研究中心的成立3.物联网在中国的应用1）上海2）无锡3）中国移动4）海尔集团5）五粮液集团1.4物联网关键技术1.4.1物联网的系统架构物联网系统有三个层次：一、感知层，利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二、网络层，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三、应用层，把感知层得到的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。如图1-12，见P20。1.4物联网关键技术如果把物联网系统和人体做比较，感知层好比人体的四肢，传输层好比人的身体和内脏，应用层就好比人的大脑，软件和中间件是物联网系统的灵魂和中枢神经。1.4物联网关键技术1.4.2物联网的关键技术1.感知层技术1）传感器2）自动识别技术3）无线传输技术4）自组织组网技术5）协同信息采集技术6）信息采集中间件技术1.4物联网关键技术2.网络层技术网络层的作用就是当感知层中的感应设备将物品信息传输到网络节点后，再通过网络层中的移动通信网、互联网和其他专用网络连接各个服务器，以此来使客户可以根据自己的需要获取物品信息。1.4物联网关键技术3.应用层技术应用层主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。（1）公共中间件（2）云计算1.5物联网产业1.5.1物联网产业客户群物联网不仅要实现人对人、人对物、物对人，还要是实现物对物之间的信息自动化。具体分为以下：（1）政府部门（2）社会服务（3）商业服务（4）企业集团（5）贸易运输（6）大型活动（7）个人用户1.5物联网产业1.5.2物联网应用的领域物联网已从实验室阶段走向实际应用。1.智能家居5.金融服务领域2.交通物流领域6.安防领域3.能源领域7.环保领域4.城市基础公共设施8.农业领域1.5物联网产业1.5.3物联网应用的特征从物联网的构成分层来看，从以下3个方面表现其特点：1.从传感信息本身来看（1）信息多源性；（2）信息格式多样化；（3）信息内容实时变化性；1.5物联网产业2.从传感信息的组织管理角度看（1）信息量大；（2）信息完整性；（3）信息易用性；3.从传感信息的使用角度看（1）多视角过滤和分析；（2）领域性、多样化；（3）规模性和流动性；1.5物联网产业1.5.4物联网产业链1.芯片与技术提供商2.应用设备提供商3.系统集成商4.软件与应用开发商5.网络提供商6.运营及服务提供商1.5物联网产业1.5.5物联网产业的效益1.6我国物联网发展的机遇和挑战1.6.1国家信息化发展战略1.6我国物联网发展的机遇和挑战1.6.2我国物联网发展中的问题我国物联网发展取得了一定的进展，但还不得不承认目前中国物联网发展还存在诸多问题。1.标准体系健全难2.核心技术有待突破3.缺乏规模效应导致成本过高4.产业链之间存在壁垒1.6我国物联网发展的机遇和挑战5.盈利模式无经验可借鉴6.信息安全问题7.统筹规划和顶层设计缺乏1.7习题与实验