物联网1

物联网工程概论•疑问：物联网是什么？疑问：物联网是什么？思考：物联网从何来？讨论：物联网起因？定义发展概况框架结构标准体系4123关键技术和难点5应用领域6目录定义1.11.1物联网定义概念起源麻省理工学院Ashton教授于1999年最早提出，其理念是基于射频识别技术(RFID)、电子代码(EPC)等技术，在互联网的基础上，构造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网，即物联网。本质体现一、互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络二、识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别、物物通信的功能三、智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点物联网是一种通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定协议，使物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。全面感知利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取可靠传送通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享智能处理利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制主要特征发展概况1.21.2发展概况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发展之路发展之路（续）2009年8月国务院总理温家宝来到中科院无锡研发中心考察，指出关于物联网可以尽快去做三件事情：一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心2009年10月韩国通信委员会通过《物联网基础设施构建基本规划》，将物联网确定为新增长动力，树立了“通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流信息强国”的目标2010年3月国务院总理温家宝在《政府工作报告》中，将“加快物联网的研发应用”明确纳入重点产业振兴，表明物联网已经被提升为国家战略，中国开启物联网元年框架结构1.3物联网硬件软件感知控制层网络传输层应用服务层1.3框架结构框架结构感知控制层网络传输层应用服务层主要技术EPC编码和RFID射频识别技术无线传感器网络，PLC，蓝牙，Wi-Fi，现场总线云计算技术、数据融合与智能技术、中间件技术知识点EPC编码的标准和RFID的工作原理数据传输方式，算法，原理云连接、云安全、云存储、知识表达与获取、智能Agent知识单元产品编码标准、RFID标签、阅读器、天线、中间件组网技术，定位技术，时间同步技术，路由协议，MAC协议，数据融合数据库技术、智能技术、信息安全技术知识体系通过对产品按照合适的标准来进行编码实现对产品的辨别。和通过射频识别技术，完成对产品的信息读取，处理和管理技术框架，通信协议，技术标准云计算系统、人工智能系统、分布智能系统软件（平台）RFID中间件（产品信息转换软件、数据库等）NS2，IAR,KEIL,Wave数据库系统、中间件平台、云计算平台硬件（平台）RFID应答器、阅读器，天线组成的RFID系统。CC2430,EM250,JENNICLTD,FREESCALEBEEPC机和各种嵌入式终端相关课程编码理论、通信原理、数据库、电子电路无线传感器网络简明教程，电力线通信技术，蓝牙技术基础，现场总线技术微机原理与操作系统、计算机网络、数据库技术、信息安全软件应用服务层掌握应用系统设计技术关键，物联网应用软件开发；应用数据结构，数据流设计；能够独立设计不同需要的物联网应用系统硬件网络传输层多种网络网关设计，HF,UHF－RFID读卡器设计；掌握主流无线和无线网络标准，主要路由算法掌握，网络监视和数据库设计感知控制层无线节点硬件和核心协议栈软件设计，RFID无源有源标签设计技术掌握，低功耗无线设计，基础无线网络技术掌握，安全和加密原理和设计标准体系1.4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1.4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应用服务层标准分类应用服务层标准行业应用类标准智能交通、智能电力、智能环境等相关系列标准公众应用类标准智能家居总体技术标准、智能家居联网技术标准、智能家居设备控制协议技术标准等应用中间件平台标准物联网信息开放控制平台基本能力标准、物联网信息开放控制平台总体功能架构标准、信息服务发现平台标准、信息处理和策略平台标准等网络传输层标准分类网络传输层标准物物通信无线接入标准面向物物通信增强系统设备和接口的技术和测试标准等电信网增强标准面向物物通信针对移动核心网络增强的技术标准等网络资源虚拟化标准网络资源虚拟化调用技术标准、网络资源虚拟化的管理技术标准、网络虚拟化核心设备技术和测试标准等环境感知标准认知无线电系统的技术标准，包括关键技术、未来应用、频谱管理的标准等异构网融合标准不同无线接入网层面融合标准、不同无线接入技术在核心网层面融合标准等感知控制层标准分类感知控制层标准短距离无线通信相关标准基于NFC技术的接口和协议标准、低速物理层和MAC层增强技术标准，基于ZigBee的网络层和应用层标准等RFID相关标准空中接口技术标准、数据结构技术标准、一致性测试标准等无线传感网相关标准传感器到通信模块接口技术标准，节点设备技术标准等物联网标准研究组织及进展ITU-T（国际电信联盟）2005年开始进行泛在网的研究，研究内容主要集中在泛在网总体框架、标识及应用三个方面。对于泛在网的研究已经从需求阶段逐渐进入到框架研究阶段，但研究的框架模型还处在高层层面。在标识研究方面和ISO（国际标准化组织）合作，主推基于对象标识的解析体系；在泛在网应用方面已经逐步展开了对健康和车载方面的研究ETSI（欧洲电信标准化协会）采用M的概念进行总体架构方面的研究，相关工作的进展非常迅速，是在物联网总体架构方面研究得比较深入和系统的标准组织，也是目前在总体架构方面最有影响力的标准组织。主要研究目标是从端到端的全景角度研究机器对机器通信，并与ETSI内NGN的研究及3GPP已有的研究展开协同工作3GPP和3GPP2（第三代合作伙伴计划）采用M的概念进行研究。作为移动网络技术的主要标准组织，3GPP和3GPP2关注的重点在于物联网网络能力增强方面，是在网络层方面开展研究的主要标准组织。研究主要从移动网络出发，研究M应用对网络的影响，包括网络优化技术等。3GPP对M的研究在2009年开始加速，目前基本完成了需求分析，转入网络架构和技术框架的研究IEEE（美国电气及电子工程师学会）主要研究在物联网的感知层领域。目前无线传感网领域用得比较多的Zigbee技术就基于IEEE802.15.4标准。在IEEE802.15工作组内有5个任务组，分别制订适合不同应用的标准。这些标准在传输速率、功耗和支持的服务等方面存在差异。其中中国参与了IEEE802.15.4系列标准的制订工作，并且IEEE802.和IEEE802.15.4e主要由中国起草标准研究组织及进展（续）WGSN（传感器网络标准工作组）2009年9月成立，主要研究偏重传感器网络层面。其宗旨是促进中国传感器网络的技术研究和产业化的迅速发展，加快开展标准化工作，认真研究国际标准和国际上的先进标准，积极参与国际标准化工作，建立和不断完善传感网标准化体系，进一步提高中国传感网技术水平CCSA（中国通信标准化协会）2002年12月成立，研究偏重通信网络和应用层面。主要任务是为了更好地开展通信标准研究工作，把通信运营企业、制造企业、研究单位、大学等关心标准的企事业单位组织起来，进行标准的协调、把关。2009年11月，CCSA新成立了泛在网技术工作委员会（即TC10），专门从事物联网相关的研究工作关键技术和难点1.51.5关键技术和难点RFID和EPC技术物联网中让物品“开口说话”的关键技术，物联网中，通过EPC编码，RFID标签上存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品（商品）的识别传感控制技术在物联网中，传感控制技术主要负责接收物品“讲话”的内容。传感控制技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理、变换和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制造、测试、应用及评价改进等活动无线网络技术物联网中，物品与人的无障碍交流，必然离不开高速、可进行大批量数据传输的无线网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离的蓝牙技术和红外技术组网技术组网技术就是网络组建技术，分为以太网组网技术和ATM局域网组网技术，也可分为有线、无线组网，在物联网中，组网技术起到“桥梁”的作用，其中应用最多的是无线自组网技术，它能将分散的节点在一定范围之内自动组成一个网络，来增加各采集节点获取信息的渠道。除了采集到的信息外，该节点还能获取一定范围之内的其他节点采集到的信息，因此在该范围内节点采集到的信息可以统一处理，统一传送，或者经过节点之间的相互“联系”后，它们协商传送各自的部分信息人工智能技术人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的技术。在物联网中，人工智能技术主要负责将物品“说话”的内容进行分析，从而实现计算机自动处理应用难点技术标准问题世界各国存在不同的标准，中国信息技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。2009年9月，传感器网络标准组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作数据安全问题信息采集频繁，其数据安全必须重点考虑IP地址问题每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6来支撑。IPv6协议已经从实验室走向了应用阶段物联网终端问题物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求千差万别，如何满足终端产品的多样化需求，对运营商来说是一大挑战应用领域1.6物联网管理平台移动POS金融供应链智能运输工业自动化智能建筑消防公共安全环境保护气象数字化医疗遥感勘测军事农业林