物联网技术及其在车辆中的应用23

吉林大学物联网技术及其在车辆中的应用智能控制与嵌入式系统第1页物联网技术及其在车辆中的应用黄胜龙2011年5月18日吉林大学物联网技术及其在车辆中的应用智能控制与嵌入式系统第2页目录1.物联网技术发展..............................................................................................................................31.1感知层技术....................................................................................................................................31.2网络层技术....................................................................................................................................51.3应用层技术..................................................................................................................................122.物联网的应用................................................................................................................................132.1物联网在生活中的应用范围......................................................................................................132.2物联网在国内外的应用..............................................................................................................162.3物联网在车辆中的应用..............................................................................................................18吉林大学物联网技术及其在车辆中的应用智能控制与嵌入式系统第3页1.物联网技术发展物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层是物联网的皮肤和五官识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。网络层是物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。1.1感知层技术1、传感器技术传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，那么传感器就是“感觉器官”。传感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（又称换能器）、信息处理和识别的规划设计、开发、制／建造、测试、应用及评价改进等活动。获取信息靠各类传感器，它们有各种物理量、化学量或生物量的传感器。按照信息论的凸性定理，传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量，是高品质传感技术系统的构造第一个关键。信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。识别的主要任务是对经过处理信息进行辨识与分类。它利用被识别（或诊断）对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。因此，传感技术是遵循信息论和系统论的。它包含了众多的高新技术、被众多的产业广泛采用。它也是现代科学技术发展的基础条件，应该受到足够地重视。微型无线传感技术以及以此组件的传感网是物联网感知层的重要技术手段。2、射频识别（RFID）技术射频识别（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）是通过无线电信号识别特定目标并读写相吉林大学物联网技术及其在车辆中的应用智能控制与嵌入式系统第4页关数据的无线通讯技术。在国内，RFID已经在身份证件、电子收费系统和物流管理等领域有了广泛的应用。RFID技术市场应用成熟，标签成本低廉，但RFID一般不具备数据采集功能，多用来进行物品的身份甄别和属性的存储，且在金属和液体环境下应用受限，RFID技术属于物联网的信息采集层技术。物联网主要涉及电子标签、传感器、芯片及智能卡等三大领域，而在对传感网技术的开发和市场的拓展中，其中非常关键的技术之一是RFID技术。实质是利用RFID技术结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器Reader和无数移动的标签Tag组成比互联网更为庞大的物联网，因此RFID技术成为物联网发展的排头兵。RFID技术是RadioFrequencyIdentification的缩写，即射频识别技术，是一项利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到物体识别的技术。RFID系统主要由三部分组成：电子标签（Tag）、读写器（Reader）和天线（Antenna）。其中，电子标签芯片具有数据存储区，用于存储待识别物品的标识信息；读写器是将约定格式的待识别物品的标识信息写入电子标签的存储区中（写入功能），或在读写器的阅读范围内以无接触的方式将电子标签内保存的信息读取出来（读出功能）；天线用于发射和接收射频信号，往往内置在电子标签或读写器中。RFID技术的工作原理是：电子标签进入读写器产生的磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。RFID按应用频率的不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波（MW），相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M-960MHz、微波2.4G-5.8G。目前，实际RFID应用以低频和高频产品为主，但超高频标签因其具有可识别距离远和成本低的优势，未来将有望逐渐成为主流。据统计，2008年全球RFID市场规模将从去年的49.3亿美元上升到52.9亿美元，这个数字覆盖了RFID市场的方方面面，包括标签、阅读器、其他基础设施、软件和服务等。RFID卡和卡相关基础设备将占今年市场的57.3%，达30.3亿美元。来自金融、安防行业的应用，如非接触支付、门禁控制将推动RFID卡类市场的增长。全球标签使用数将达到21.6亿个，2007年为17.4亿个，而2006年仅为10.2亿个。在所有21.6亿个标签使用量中，强制性的货盘和货箱贴标应用的标签将为3.25亿个，即占总量的15%。除零售商强制要求应用外，零售业标签的总体应用量都呈上升趋势。动物贴标应用快速增长，特别是中国和澳大利亚、新西兰等国家。2009年动物贴标应用将消费900万个标签。智能纸质标签是最主要的标签应用形式，据预测，到2018年，RFID纸质标签将占标签总数的吉林大学物联网技术及其在车辆中的应用智能控制与嵌入式系统第5页99.1%。2009年中国RFID市场规模将达到50亿元，年复合增长率为33%，其中电子标签超过38亿元、读写器接近7亿元、软件和服务达到5亿元的市场格局。3、微机电系统（MEMS）微机电系统（MicroElectroMechanicalSystems，简称MEMS）是指利用大规模集成电路制造工艺，经过微米级加工，得到的集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。MEMS技术近几年的飞速发展，为传感器节点的智能化、小型化、功率的不断降低制造了成熟的条件，目前已经在全球形成百亿美元规模的庞大市场。近年更是出现了集成度更高的纳米机电系统（Nano-ElectromechanicalSystem，简称NEMS）。具有微型化、智能化、多功能、高集成度和适合大批量生产等特点。MEMS技术属于物联网的信息采集层技术。4、GPS技术GPS又称为全球定位系统（GlobalPositioningSystemGPS），是具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS是由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成的。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活(人员跟踪、休闲娱乐)等不同领域。GPS作为移动感知技术，是物联网延伸到移动物体采集移动物体信息的重要技术，更是物流智能化、可视化重要技术，是智能交通重要技术。1.2网络层技术网络层是物联网的神经中枢和大脑-用于传递信息和处理信息。网络层包括通信网与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。网络层解决的是传输和预处理感知层所获得数据的问题。这些数据可以通过移动通信网、互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等进行传输。特别是在三网融合后，有线电视网也能承担物联网网络层的功能，有利于物联网的加快推进。网络层所需要的关键技术包括长距离有线和无线通信技术、网络技术等。物联网的网络层将建立在现有的移动通信网和互联网基础上。物联网通过各种接入设备与移动通信网和互联网相连，例如手机付费系统中由刷卡设备将内置手机的RFID信息采集上传到互联网，网络层完成后吉林大学物联网技术及其在车辆中的应用智能控制与嵌入式系统第6页台鉴权认证，并从银行网络划账。网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术，包括传感网数据的存储、查询、分析、挖掘和理解，以及基于感知数据决策的理论与技术。云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平台，将是物联网网络层的重要组成部分，也是应用层众多应用的基础。在产业链中，通信网络运营商和云计算平台提供商将在物联网网络层占据重要的地位。物联网的核心技术之组网（OSI网络层）组网要解决的问题在不同网络拓扑下信息元（如数据包）的发送路径，尤其是大范围MESH拓扑、自身或其他节点移动时，路由能力需要高度智能化；数据流的分布与管理：数据源节点、目标节点的分布，接入点位置；利用跨层信息优化路径和系统各个指标（移动性、稳定性、寿命等）2、通用组网技术条件组网（基于各种预设的索引信息）：支持较大网络容量，算法简单，但移动性差，鲁棒性差，安装维护严重依赖人工。如IP-v4、IP-v6、Zigbee、HierarchicalStateRoutig、GeographicalRoutig、TORA等；无条件组网（完全自组模式）：支持移动节点，鲁棒性较强，但算法复杂，通讯需求较高，对节点功耗和运算能力也较高。如DSDV、AODV、DSR等。3、研究前沿高效