搜索
物联网技术第1章概论《物联网技术》课件第1章绪论2019年8月1日电子工业出版社刘化君刘传清编著《物联网技术》教材配套课件1物联网技术第1章概论2019年8月1日第1章绪论1.1何谓物联网1.2物联网的体系结构1.2.1物联网的自主体系结构1.2.2物联网的EPC体系结构1.2.3物联网的UID技术体系架构1.2.4架构物联网体系结构的建议1.3物联网系统的基本组成1.3.1物联网硬件平台组成1.3.2物联网软件平台组成1.4物联网的关键技术1.4.1节点感知技术1.4.2节点组网及通信网络技术1.4.3数据融合与智能技术1.4.4云计算1.5物联网应用及发展1.5.1物联网的主要应用领域1.5.2物联网技术发展物联网技术第1章概论2019年8月1日1.1何谓物联网1.物联网概念的提出从“智慧地球”的理念到“感知中国”的提出，随着全球一体化、工业自动化和信息化进程的不断深入，物联网(InternetofThings,IOT)悄然来临。什么是物联网？在不同的阶段从不同的角度出发对物联网就有了不同的理解、解释。目前，有关物联网定义的争议还在进行之中，尚不存在一个世界范围内认可的权威定义。物联网技术第1章概论2019年8月1日2.物联网的不同定义（1）物联网的定义物联网是通过各种信息传感设备及系统（传感网、射频识别、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。物联网技术第1章概论2019年8月1日2.物联网的不同定义物联网的这个定义包含了以下3个主要含义：1）物联网是指对具有全面感知能力的物体及人的互联集合。两个或两个以上物体如果能交换信息即可称为物联。使物体具有感知能力需要在物品上装置不同类型的识别装置，譬如电子标签、条码与二维码等，或通过传感器、红外感应器等感知其存在。同时，这一概念也排除了网络系统中的主从关系，能够自组织。2）物联必须遵循约定的通信协议，并通过相应地软、硬件实现。互联的物品要互相交换信息就需要实现不同系统中的实体的通信。为了成功地通信，它们必须遵守相关的通信协议，同时需要相应的软件、硬件来实现这些规则，并可以通过现有的各种接入网与互联网进行信息交换。3）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。物联网技术第1章概论2019年8月1日（2）有关物联网的其它定义1）麻省理工学院（MIT）最早提出的物联网概念。早在1999年，MIT的Auto-ID研究中心首先提出：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。这种表述的核心是RFID技术和互联网的综合应用。RFID标签可谓是早期物联网最为关键的技术与产品，当时认为物联网最大规模、最有前景的应用就是在零售和物流领域。利用RFID技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别、互联与信息资源共享。物联网技术第1章概论2019年8月1日2）国际电信联盟(ITU)对物联网的定义。2005年，国际电信联盟(ITU)在《TheInternetofThings》报告中对物联网概念进行了扩展，提出了任何时刻、任何地点、任意物体之间的互联，无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景，如图1-1所示。该图显示：IOT是在任何时间、环境、任何物品、人、企业、商业、采用任何通信方式（包括汇聚、连接、收集、计算等），以满足提供的任何服务。按照ITU给出的这个定义,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。这里与传统互联网最大的区别是,H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接,H2H是指人之间不依赖于个人计算机而进行的互联。需要利用物联网才能解决的是传统意义上的互联网没有考虑的、对于任何物品连接的问题。物联网技术第1章概论2019年8月1日物联网任何人任何时刻任意物品任何服务任何网络任何地点图1-1ITU物联网示意图物联网技术第1章概论2019年8月1日3）欧洲智能系统集成技术平台(EPoSS)报告对物联网的阐释。2008年5月27日，欧洲智能系统集成技术平台(EPoSS)在发布的《InternetofThingsin2020》报告中，分析预测了物联网的发展趋势。该报告认为：由具有标识、虚拟个性的物体/对象所组成的网络，这些标识和个性等信息在智能空间使用智慧的接口与用户、社会和环境进行通信。显然，对物联网的这个阐释说明RFID和相关的识别技术是未来物联网的基石，侧重了RFID的应用及物体的智能化。物联网技术第1章概论2019年8月1日4）欧盟第7框架下RFID和物联网研究项目组对物联网给出的解释。欧盟第7框架下RFID和物联网研究项目组对RFID和物联网进行了比较系统的研究后，在2009年9月15日发布的研究报告中指出：物联网是未来互联网的一个组成部分，可以被定义为基于标准的和交互通信协议的且具有自配置能力的动态全球网络基础设施，在物联网内物理和虚拟的“物件”具有身份、物理属性、拟人化等特征，它们能够被一个综合的信息网络所连接。物联网技术第1章概论2019年8月1日（2）无线传感网的概念无线传感网（WirelessSensorNetwork，WSN）简称为传感网。传感网是由若干具有无线通信与计算能力的感知节点，以网络为信息传递载体，实现对物理世界的全面感知而构成的自组织分布式网络。传感网的突出特征是采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。物联网技术第1章概论2019年8月1日传感网的这个定义包含了以下3个主要含义：1）传感网的感知节点包含有传感器节点（SensorNode）、汇聚节点（SinkNode）和管理节点，且必须具备无线通信与计算能力。2）大量传感器节点随机部署在感知区域（SensorField）内部或附近，这些节点能通过自组织方式构成分布式网络。3）传感器节点感知的数据沿其它传感器节点逐跳进行传输，在经过多跳路由后到达汇聚节点，最后可通过互联网或其他通信网络传输到管理节点。传感网拥有者通过管理节点对传感网进行配置和管理，收集监测数据及发布监测控制任务，实现智能化的决策和控制。协作地感知、采集、处理、发布感知信息是传感网的基本功能。物联网技术第1章概论2019年8月1日（3）泛在网络泛在网络(UbiquitousNetwork)的概念来自于日韩提出的U战略，所给出的定义是：无所不在的网络社会将是由智能网络、最先进的计算技术以及其它领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态。根据这样的构想，泛在网络将以“无所不在”、“无所不包”、“无所不能”为基本特征，帮助人类在任何时间、任何地点，实现任何人、任何物品之间的顺畅通信。泛在网也被称为“网络的网络”，是面向泛在应用的各种异构网络的集合。物联网技术第1章概论2019年8月1日3.对物联网内涵的进一步理解（1）物联网产生的主要原因1）经济危机催生新产业革命。2）传感网技术已成熟应用。3）网络接入和数据处理能力已基本适应多媒体信息传输处理需求。物联网技术第1章概论2019年8月1日从技术层面上看，物联网是指物体通过智能感知装置，经过传输网络，到达指定数据处理中心，实现人与人、物与物、人与物之间信息交互与处理的智能化网络。如果将传感器的概念进一步扩展，把射频识别、二维条码等信息的读取设备、音视频录入设备等数据采集设备都认为是一种传感器，并提升到智能感知水平，则范围扩展后的传感网络也可以认识是物联网。（2）技术层面的认识物联网技术第1章概论2019年8月1日从ITU-T、ISO/IECJTC1SC6等国际标准组织对传感网络、物联网定义和标准化范围来看，传感网与物联网是一个概念的两种不同表述，都是依托各种信息设备实现物理世界和信息世界的无缝融合。此外，也有观点认为物联网是从产业和应用角度，传感网是从技术角度对同一事物的不同表述，其实质没有什么区别。可见无论从哪个角度，都可以认为目前为人所熟知的“物联网”和“传感网”均是以智能传感器、RFID等客观世界标识和感知技术，借助于无线通信技术、互联网、移动通信网络等实现人与物理世界的信息交互。物联网技术第1章概论2019年8月1日（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、改善民生、提高生产率、降低企业管理成本等方面发挥重要作用。譬如，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。物联网技术第1章概论2019年8月1日（4）物联网与其它网络之间的关系物联网是一种关于人与物、物与物广泛互联，实现人与客观世界进行信息交互的信息网络；传感网是利用传感器作为节点，以专门的无线通信协议实现物品之间连接的自组织网络；泛在网是面向泛在应用的各种异构网络的集合，强调是跨网之间的互联互通和数据融合/聚类与应用；互联网是指通过TCP/IP协议将异种计算机网络连接起来实现资源共享的网络技术，实现的是人与人之间的通信。物联网技术第1章概论2019年8月1日物联网与现存的其它网络，如传感网、互联网、泛在网络以及其它网络通信技术之间的关系图。物联网泛在网感知技术、RFID、智能芯片、纳米技术等传感网、ZigBee、蓝牙、UWB等机器通信（M2M）互联网智能处理、自动控制模式识别、云计算移动通信网WiFi、WiMAX、3G/B3G等图1-2物联网与其它网络之间的关系物联网技术第1章概论2019年8月1日4.物联网的基本属性①全面感知：利用RFID、传感器、二维码等智能感知设施，可随时随地感知、获取物体的信息；②可靠传输：通过各种信息网络与计算机网络的融合，将物体的信息实时准确地传送到目的地；③智能处理：利用数据融合及处理、云计算等各种计算技术，对海量的分布式数据信息进行分析、融合和处理，向用户提供信息服务；④自动控制：利用模糊识别等智能控制技术对物体实施智能化控制和利用。物联网技术第1章概论2019年8月1日4.物联网的基本属性数据集成物物集成语义集成物理世界虚拟网络世界数字化世界物联网社会认知集成图1-3物理、数字、虚拟世界和社会互动共生物联网技术第1章概论2019年8月1日5.物联网的主要类型按照物联网的用户范围不同，可将其分为公用物联网和专用物联网。公用物联网是指为满足大众生活和信息需求提供物联网服务的网络；专用物联网是指满足企业、团体或个人特色应用，有针对性地提供专业性业务应用的物联网。专用物联网可以利用公用网络（如计算机互联网）、专网（局域网、企业网络或公用网中的专享资源）等进行数据传输。也可以按照网络的隶属关系及管理权限等因素划分。物联网技术第1章概论2019年8月1日按照接入网络的复杂程度，物联网可分为简单接入和多跳接入网络。简单接入是指在感知设施获取信息后直接通过有线或无线方式将数据直接发送至承载网络。目前RFID读写设备主要采用简单接入方式；简单接入方式可用于终端设备分散、数据量较小的应用场合。多跳接入是指利用传感网（WSN）技术，将具有无线通信与计算能力的微小传感器节点通过自组织方式，根据环境的变化，自主地完成网络自适应组织和数据的传送。由于节点间距离较短，一般多采用多跳方式进行通信。而后传感网络将数据通过接入网关传送到承载网络。多跳接入方式适用于终端设备相对集中、终端与网络间数据传输量较小的场合。采用多跳接入方式可以降低末端感知节点、接入网和承载网络的建设投资和应用成本，提升接入网络的健壮性。物联网技术第1章概论2019年8月1日若按照应用类型进行