第1章 物联网基础绪论

F&AoftheInternetofThings1物联网基础与应用FundamentalsandApplicationsoftheInternetofThings李蔚田博士F&AoftheInternetofThings2课程简介物联网是一门新兴学科，成熟且完善的教本很少。本课程本着科学性、理论性和实用性相结合、现实性和前瞻性相结合的原则，共设计了12章，介绍了物联网技术的关键技术，对物联网的应用以案例和典型范示例做了详细的解读，尽可能将国外的先进理论、方法和实践经验与实际需要紧密联系起来；针对信息和经管类人才的培养目标，系统介绍了物联网的理论构架，包括它的涵义、性质、特点、职能、基本内容、形成发展、环境因素、基本原理、基础理论、应用和实践等问题。内容以专业的实践性、应用性和普及性为主，集实践与理论于一体，使其理论叙述少，应用示例多，力避空洞枯燥；同时做到形象资料多、生动案例多，使学生能系统地学习物联网技术与方法，掌握基本理论和实践，培养学生作为未来实践者所具备的技能，学会用理论分析和解决实际问题的方法。F&AoftheInternetofThings3主要参考书目[1]刘化君·物联网技术[M]北京：电子工业出版社2010年9月[2]杨震等·物联网技术与应用导论[M]北京：人民邮电出版社2011年10月[3]无线龙·现代无线传感网概论[M]北京：冶金工业出版社2011年4月[4]沈玉龙等·无线传感器网络安全技术概论[M]北京：人民邮电出版社2010年8月[5]A.Verwer（英）·现场总线技术及应用教程[M]北京：机械工业出版社2010年7月[6]单承赣等·射频识别(RFID)原理与应用[M]北京：电子工业出版社2008年7月[7]王志良等·物联网工程概论[M]北京：机械工业出版社2011年4月[8]张云勇等·中间件技术原理与应用[M]北京：清华大学出版社2010年5月引用网络资源注释与参考[1]技联网[2]物联网微博[3]物联天下[4]计算机世界[5]深联科技[6]物联中国[7]国脉物联网[8]百度教学内容CH1.绪论CH2.射频识别技术CH3.云计算与云服务平台CH4.无线传感器网络与无线通信技术CH5.物联网的规划与设计CH6.组网技术与应用CH7.智能卡技术与应用CH8.物联网在农业领域的应用CH9.物联网在工业生产中的应用CH10.物联网在公共服务管理中的应用CH11.物联网在商业领域的应用CH12.物联网经济F&AoftheInternetofThings5第一章绪论复习思考题1.1物联网及其体系结构1.2物联网的支撑技术与演进1.3物联网与CPS和WSN1.4物联网发展综述1.5物联网的体系框架1.6物联网应用与发展优势物联网基础与应用F&AoftheInternetofThings6第一章绪论物联网应用案例：无人驾公交北京朝阳区将修建一座占地4平方公里的物联网应用服务产业园。无人驾驶节能公交车、手机刷卡付费等生活方式将在园区内实现。朝阳区信息办相关负责人表示，作为国内首个物联网示范园区，一期工程将在未来3年内建成。据市场调查资料显示，朝阳区一座占地4平方公里的物联网产业示范园已经进入规划阶段。这座物联网产业园区位于东五环外，朝阳区已初步为其选定建设用地，将采取“政企共建”的模式，将能够嵌入物联网的所有高科技产品在园内投入使用，初步划分为商业区域、企业区域、生活区域以及公共区域。朝阳区的物联网应用案例使我们对物联网的含义有了一个基本的认识，“所谓物联网，通俗地说是将生活中的每个物件安装芯片，再通过无线系统综合联系起来，通过一个终端就能控制包括家中和户外所有设备。”该负责人表示，目前物联网技术中包括芯片嵌入、远程指令等很多内容已能够应用，关键是将这些内容在一个有限的空间内进行整合，实现综合应用，朝阳区物联网示范园的兴建，正是为这种综合应用提供实验场所。据介绍，朝阳区物联网示范园最大的看点应该是无人驾驶的公交系统，市民在园区乘坐无人驾驶的节能环保公交车，经过十字路口的时候，红绿灯也能够自动感应到公交车驶近，从而迅速变灯。F&AoftheInternetofThings7第一章绪论教学要求知识要点能力要求相关知识物联网的概念射频识别技术传感器网络物联网构成体系(1)理解物联网基本概念、特点和创新性(2)掌握物联网与互联网区别与联系(3)了解射频识别技术的特点、工作流程(1)传感器网及泛在网相关概念(2)功能数据支撑技术泛在网CPS/WSN(1)了解相关技术的主要内容(2)掌握基本知识点(1)物联网的建立模式(2)物联网运行系统结构体系框架物联网应用(1)掌握物联网服务类型(2)熟悉物联网发展优势通用设计基本内容和原则F&AoftheInternetofThings8第一章绪论【章前导读】物质、能量、信息是物质世界的三大支柱，是当今人类社会赖以生存和发展的重要条件。新经济时代的21世纪是人类进入信息化的世纪，信息已是今天一种不可或缺的开发资源，社会信息化、信息时代化成为新经济时代的基本标志。目前在通信、互联网、射频识别等新技术的推动下，一种能够实现人与人、人与机器、人与物乃至物与物之间直接沟通的全新网络构架——“物联网”（InternetofThings）正日渐清晰。互联网时代，人与人之间的距离变小了；而继互联网之后的物联网时代，则是物与物之间的距离变小了。互联网改变了人们的世界观，而“物联网”的出现将再次强烈改变人们对世界的认识。F&AoftheInternetofThings9第一章绪论1.1物联网及其体系结构物联网（IOT，InternetofThings）被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。国际电联曾预测，未来世界是无所不在的物联网世界，到2017年将有7万亿传感器为地球上的70亿人口提供服务。一方面物联网可以用于提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。有专家预测，未来10年内物联网在全球有可能大规模普及。目前，美国、欧盟等都在投入巨资，深入研究探索物联网。F&AoftheInternetofThings10第一章绪论任何时刻任意物品任何人任何网络任何服务任何地点物联网图1.1ITU物联网示意图F&AoftheInternetofThings11第一章绪论1.1.1认识物联网1.物联网概念最早出现于比尔•盖茨1995年出版的《未来之路》一书中。2.1998年，美国麻省理工学院创造性地提出了当时被称为EPC（ElectronicProductCode产品电子代码）系统的“物联网”构想。3.1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念，主要是建立在物品编码、射频识别（RFID，RadioFrequencyIdentification）技术和互联网的基础上。4.2005年，国际电信联盟（ITU）在《ITU互联网报告2005：物联网》中，正式提出了“物联网”的概念。按照ITU给出的这个定义，物联网主要解决物品到物品（T2T，ThingtoThing）、人到物品（H2T，HumantoThing）、人到人（H2H，HumantoHuman）之间的互联。F&AoftheInternetofThings12第一章绪论1.1.2物联网含义虽然物联网技术已经引起国内外学术界、工业界和媒体的高度重视，但当前对物联网的定义、内在原理、体系结构、关键技术、应用前景等都还在进行着热烈讨论。虽然大家都在谈论物联网，但是谈的内容却似乎并不一样。（1）物联网定义：目前，物联网的精确定义并未统一。关于物联网的比较准确的定义应该是：物联网是通过各种信息传感设备及系统（传感网、射频识别系统、红外感应器、激光扫描器等）、条码与二维码、全球定位系统，按约定的通信协议，将物与物、人与物、人与人连接起来，通过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。这个定义的核心是，物联网的主要特征是每一个物件都可以寻址，每一个物件都可以控制，每一个物件都可以通信。F&AoftheInternetofThings13第一章绪论1.1.2物联网含义（2）物联网三个重要含义•物联网是指对具有全面感知能力的物体及人的互联集合。•物联必须遵循约定的通信协议，并通过相应的软、硬件实现。•物联网可以实现对各种物品（包括人）进行智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能。这也是组建物联网的目的。（3）从应用的角度理解从应用的角度来看，物联网主要是在提升数据传送效率、提高生产率、降低企业管理成本、改善民生等方面发挥重要作用。例如，就电信运营的产业链而言，物联网的内涵主要是基于特定的终端，以有线或无线（IP/CDMA）等为接入手段，为集团和家庭客户提供机器到机器、机器到人的解决方案，满足客户对生产过程/家居生活监控、指挥调度、远程数据采集和测量、远程诊断等方面的信息化需求。F&AoftheInternetofThings14第一章绪论1.1.3物联网的基本属性物联网的属性分为广义和狭义两方面：广义来讲，物联网是一个未来发展的愿景，等同于“未来的互联网”或者“泛在网络”，能够实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物的信息交换以及物与物之间的信息交换；狭义来讲，物联网是物品之间通过传感器连接起来的局域网，不论接入互联网与否，都属于物联网的范畴。F&AoftheInternetofThings15第一章绪论1.1.3物联网的基本属性计算任何时间任何内容物联网内容任何事物任何人收集任何服务任何商务连接任何地方任何地点集中任何物体任何设备通信任何路径任何网络图1.2物联网基本属性F&AoftheInternetofThings16第一章绪论1.1.3物联网的基本属性物联网的一种定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，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。显然，物联网的这一概念来自于同互联网的类比。根据物联网与互联网的关系分类，不同的专家学者对物联网给出了各自的定义，归纳起来有如下4种类型。1．物联网是传感网而不接入互联网2．物联网是互联网的一部分3．物联网是互联网的补充网络4．物联网是未来的互联网F&AoftheInternetofThings17第一章绪论1.1.4物联网、传感器网及泛在网相关概念和联系泛在网络物联网/泛在传感网络网络传感网络最初定义图1.3物联网、传感网、泛在网之间的关系从RFID技术出发，在RFID网络的基础上，构建基于RFID的物联网；从传感器技术出发，在传感网络的基础上，构建基于传感器的物联网；将RFID技术和传感器技术融合，构建更广义的物联网，即泛在网。F&AoftheInternetofThings18第一章绪论1.1.4物联网、传感器网及泛在网相关概念和联系泛在网物联网传感网互联网电信网广电网…感知技术、FFID、智能芯片、纳米技术等传感器、ZigBee、蓝牙、UWB等机器通信（M2M）智能处理、自动控制、模式识别、云计算移动通信网WiFi、WiMAX、3G/B3G等互联网物联网泛在网图1.4泛在网络图1.5物联网与其他网络之间的关系F&AoftheInternetofThings19第一章绪论1.2物联网的支撑技术与演进互联网可以把世界上不同角落的人紧密地联系在一起一样，采用RFID技术的Internet也可以把世界上所有物品联系在一起，而且彼此之间可以互相“交流”，从而组成一个全球性实物相互联系的物联网。如果说RFI