搜索
第一章物联网概述情景展示太阳渐渐升起，房间里的光传感器和温度传感器感受到世界的微妙变化....，7点窗帘自动打开。床头的电子提示器告诉你作文的睡眠质量和各项身体指标，并将这些信息发送给你的私人医生。衣柜前的显示屏以及根据今天的天气情况给出了三套服装搭配方案。在你穿衣服的时候，洗漱间的水已经调节到你设定的温度。你出门锻炼时，选择了离开模式，家门自动运行“主人离家状态”。带有智能传感器的手表一路跟踪显示你运动消耗的热量，跑步速度，脉搏等信息。30分钟后自动提示你运动任务完成。回到家依靠指纹识别系统开门，启动回家模式。打开冰箱，按照智能冰箱提高的健康绿色食谱做好早饭。饭后，走到车库门口，车库自动感应到主人，打开库门。在确认你的目的地后，汽车提高了一天参考行车路线，行车过程中不断与道路对话，感知拥堵病不断变化最佳行车路线；汽车同事通过与其他车辆进行对话，感知车距以免发生事故。当你到达办公室时，今天的工作日程早已经发生到了你的手机中，秘书送来温度适宜的咖啡，美好的一天就这样拉开了序幕.......1物联网概述1.1物联网相关的概念1.2物联网的发展与特点1.3物联网体系架构1.4物联网的技术体系框架1.1物联网相关的概念1.1.1物联网1.1.2无线传感器网络1.1.3泛在网络1.1.4物联网、传感网与泛在网之间的关系物联网的发展概况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。计算机和互联网技术的迅速发展，深刻的改变着人们的生活方式。1965戈登·摩尔提出摩尔定律，认为芯片发展18个月就要翻一番。——神话？根据IBM前首席执行官郭士纳的观点,计算模式每隔15年发生一次变革。——“十五年周期定律大型机计算机互联网物联网十五年周期定律19651980199520102004年，物联网就曾被美国《商业周刊》评为全球十大热门技术物联网技术通过对物理世界信息化、网络化，对传统上分离的物理世界和信息世界实现了互联和整合。物联网的发展概况1831年法拉第电磁感应学科分叉推进学科发展学科合并推进历史发展理论化、细化推进学科发展贝塔朗菲系统论理论生物学1700年牛顿爱因斯坦相对论,量子理论1800年1900年2000年玻尔原子理论普朗克量子假说量子时代贝尔电话爱迪生电灯香农信息论维纳控制论普里戈金耗散结构论哈肯协同论托姆突变论物联网信息学科专业分支物理学学科分支莫尔斯电报老三论物理世界虚拟世界物联网的发展概况互联网是指将两台计算机或者是两台以上的计算机终端、客户端、服务端通过计算机信息技术的手段互相联系起来的结果，人们可以与远在千里之外的朋友相互发送邮件、共同完成一项工作、共同娱乐。移动互联网是人依靠移动终端实现移动终端与移动终端、固定终端两两互联，实现人与人的通信;物联网是依靠固定和移动网络实现物与物之间的两两互联，不需要人的参与就可以智能运转。应该说，移动互联网和物联网都是互联网的延伸，只是一个向自由发展，一个向自然发展，一个是由静及动，一个是由人及物。物联网的发展概况智慧地球——智能地球智慧地球——智能地球。就是把感应器嵌入、装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等物体中，物体之间普遍连接，并与互联网整合起来，实现人类社会与物理世界的整合。在这个整合的网络中，存在超级计算机对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实时的管理和控制。在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人和自然间的关系。——森林防火系统在森林中布满无数只微小的电子传感器，它们构成一个网络，时刻监视整个森林的每一个角落；发现火情，自动告警。这些微小的传感器，就是加州大学伯克利分校的KristoferPister教授和他的助手们研发的“智慧尘埃”（SmartDust）。名字一目了然。这些被称为“尘埃”的装置极其微小，只相当于几颗沙粒那么大（不到5毫米见方），然而却极具智慧，能够同时测量温度、湿度、光照度等诸多环境参数。每一粒“尘埃”本身就是一个微处理器，能够独立收集、处理和收发信息；“尘埃”之间能够相互通信。Accenture实验室高级研究员ChadBurkey表示：“其实这个系统基本原理非常简单。”用飞机或其他什么方式将“尘埃”（微型传感器）喷撒到森林中，如漫天大雪，纷纷扬扬。一旦“着陆”，在树上，在花丛、灌木丛中，在地面上，每一粒“尘埃”便自动确定自己的位置坐标，同时与周围“尘埃”建立通信联络，一个巨大的、覆盖了整个森林的无线监视、通信网即刻形成。接下来，“尘埃”立即投入工作，依据各自的软件程序，测量特定环境参数。倘若环境温度和光照度急剧升高，或湿度急剧下降，便意味着“可能有什么东西着火了！”。但是，一粒“尘埃”“发现情况”或许不足为信，它还要与周围“尘埃”沟通，相互核实真伪。要知道，一个区域众多“尘埃”同时进行此项工作，多方求证，多重求证，具有很高的准确性和可靠性。火情一经确认，“尘埃”便经由监视通信网自动向森林管理者发出火警。绿野千传（GreenOrbs）——用于森林生态监测的长期大规模无线传感器网络系统森林作为陆地生态系统主体，在调节全球碳平衡、减缓大气CO2浓度上升，以及调节全球气候方面具有不可替代的作用。胡锦涛总书记在2009年9月22日联合国气候变化峰会开幕式上的要大力增加森林碳汇讲话也指出了林业生态对于控制全球气候变化起到的重要作用。通过发挥森林生态系统的独特功能是应对全球气候变化最有效途径。对森林中CO2浓度的持续的测定，有利于为森林吸收CO2提供科学依据。同时，森林其他生态指标的持续性监测对维护森林生态系统也具有极其重要的意义。为了给林业生态监测提供可靠的原型系统，绿野千传应运而生。该系统能够为实现大规模林业监控提供技术支持和实践经验。系统的主要任务包括：一方面，绿野千传用于森林生态环境的全年监测，通过传感器收集包括温度、湿度、光照和二氧化碳浓度等多种数据。采集的信息为多种重要应用提供支持，如森林监测、森林观测和研究、火灾风险评估、野外救援等。另一方面，绿野千传是无线传感器网络研究领域就建立长期大规模无线传感器网络系统而进行的前瞻研究与探索。通过绿野千传的真实经历，我们希望能够探索潜在的研究空间，提供可能的科学解决方案，特别是针对在原始森林中部署1000多个节点且需要持续工作一年以上的无线传感器网络系统所面临的研究和工程挑战，展开探索。，目前还没有一个权威的物联网定义，只存在几个具有代表性的被普遍认可的定义。定义1：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。（美国）定义2：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，除RFID技术外，传感器技术，纳米技术，智能终端等技术将得到更加广泛的应用。(ITU国际电信联盟)1.1.1物联网定义3：由具有标识、虚拟个性的物体/对象所组成的网络，这些标识和个性运行在智能空间，使用智慧的接口与用户、社会的和环境的上下文进行连接和通信。(EPoSS欧洲智能系统集成技术平台)定义4：物联网是未来Internet的一个组成部分，可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性，使用智能接口，实现与信息网络的无缝整合。（欧洲）1.1.2无线传感器网络定义5：无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)，由若干具有无线通信能力的传感器节点自组织构成的网络。（美军）定义6：泛在传感器网络(UbiquitousSensorNetwork，USN)由智能传感器节点组成的网络，可以以“任何地点、任何时间、任何人、任何物”的形式被部署。该技术具有巨大的潜力，因为它可以在广泛的领域中推动新的应用和服务，从安全保卫和环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。（ITU-T）1.1.2无线传感器网络定义7：传感器网络(SensorNetwork)以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务，以网络为信息传递载体，实现物与物、物与人、人与物之间信息交互，提供信息服务的智能网络信息系统。1.1.2无线传感器网络定义8：传感网(SensingNetwork)，是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突出特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，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。1.1.3泛在网络定义9：指无所不在的网络，又称泛在网络。最早提出U战略的日韩给出的定义是：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他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，U网络将以“无所不在”、“无所不包”、“无所不能”为基本特征，帮助人类实现“4A”化通信，即在任何时间(anytime)、任何地点(any-where)、任何人(anyone)、任何物(anything)都能顺畅地通信。1.1.4物联网、传感网与泛在网之间的关系传感网是物联网的组成部分，物联网是互联网的延伸，泛在网是物联网发展的愿景。传感器网络、物联网和泛在网之间的关系如图所示。物联/泛在传感器网络传感器网络泛在网络1.2物联网的发展与特点1.2.1物联网的特点1.2.2物联网的发展1.2.1物联网的特点1）各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。2）建立在互联网上的泛在网络。通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。3）不仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。1.2.2物联网的发展物联网的出现应该归功于物流系统的现代化需要。现代物流系统希望利用信息生成设备，如无线射频识别（RadioFrequencyIdentification,RFID）、传感器，及全球定位系统等种种装置与互联网结合起来，方便货物的查询、跟踪等。类似于条形码的自动识别技术（Auto-ID）就是物联网的最初应用。除了物流领域，物联网还可以广泛应用在道路、交通、医疗、能源、家电监控等各个领域。具体，把传感器、RFID标签等信息化设备嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、公路、油气管道、商品、货物等各种物理物体和基础设施中，甚至是人体中！将它们普遍互联，并与互联网连接起来，形成“物联”。下面简单回顾一下物联网的发展历程.......1.2.2物联网的发展1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中就已经提及物联网（InternetofThings,IOT）概念。1998年，美国麻省理工学院（MIT）创造性地提出了当时被称为EPC系统的物联网构想。1999年，建立在物品编码、RFID技术和互联网基础上，美国MIT成立的Auto-IDCenter中心首先提出物联网概念。2003年11月1日，国际物品编码组织出资正式接管EPC系统，并组成EPCGlobal进行全球推广与维护。2005年，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》。1.2.2物联网的发展2009年初，IBM提出了“智慧地球”的概念。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