搜索
物联网技术导论第1章引言•物联网是在计算机互联网的基础上，利用射频识别、传感器、无线数据通信、计算机等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的实物互联网。物联网内每一个物品（包含人、动物、植物、物体等）都有一个唯一的产品电子码，叫做EPC（ElectronicProductCode），通常EPC码被存入硅芯片做成的电子标签内，附在被标志产品上，被高层的信息处理软件识别、传递、查询，进而与网络（如互联网、3G、4G网络）连接起来，实现智能化应用和管理，形成专为供应链企业服务的各种信息服务，就是物联网（IOT，InternetofThings）。•物联网就是“物物相连的互联网”。具有两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。1.1物联网的起源与发展一、咖啡壶事件咖啡壶事件发生在1991年，剑桥大学特洛伊计算机实验室的科学家们在工作时，要下两层楼梯到楼下看咖啡煮好了没有，大多常常空手而归，这让工作人员觉得很烦恼。为了解决这个麻烦，他们编写了一套程序，并在咖啡壶旁边安装了一个便携式摄像机，镜头对准咖啡壶，利用计算机图像捕捉技术，以3帧/s的速度传递到实验室的计算机上，以方便工作人员随时查看咖啡是否煮好，省去了上上下下的麻烦。这样，他们就可以随时了解咖啡煮沸情况，如图1-1所示，咖啡煮好之后再下去拿。1993年，这套简单的本地“咖啡观测”系统又经过其他同事的更新，以1帧/s的速率通过实验室网站连接到了互联网上。没想到的是，仅仅为了窥探“咖啡煮好了没有”这一情况，全世界互联网用户蜂拥而至，近240万人点击过这个“咖啡壶”网站。一个不经意的发明，在全世界引起了如此大的轰动。二、聪明的饮料售货机1995年夏季，在卡耐基·梅隆大学校园里有一个自动售货机，出售的各色可乐，价钱比市场上的便宜一半。所以，很多学生都去那个机器买可乐。但是大老远的跑过去，经常发现可乐已经售完，学生为了不想去自动售货机买饮料时白跑一趟，于是几个聪明的学生想到一个办法，他们在自动售货机里装了一串光电管，用来计数，然后装上芯片，把自动售货机与互联网对接，这样，学生在宿舍里先在网上查看一下就知道哪个售货机还有多少饮料，以免白跑一趟。这是对于物联网的初次接触。三、比尔·盖茨与《未来之路》书中也提到了“物联网”的构想，书中写道：•您将会自行选择收看自己喜欢的节目，而不是等着电视台为您强制性选择。•如果您计划购买一台冰箱，您将不再听那些喋喋不休的推销员唠叨，电子论坛将会为您提供最丰富的信息。•您可以亲自进入地图中，这样可以方便地找到每一条街道、每一座建筑。•您丢失或失窃的摄像机将自动向您发送信息，告诉您它现在所处的具体位置，甚至当它已经不再您所在的城市也可以被轻松找到。•等等……四、Ashton与MIT自动识别中心•英国工程师KevinAshton，于1998年春季在宝洁公司的一次演讲中首次提出“物联网”的概念。他作为“条码退休运动”的核心人物，花了两年的时间找到了将RFID（RadioFrequencyIDentification，射频识别）取代现在的商品条码，是电子标签变成零售商品的最佳信息发射器，并由此变化出千百种应用与管理方式，来实现供应链管理的透明化和自动化。•1999年10月1日，他与美国麻省理工学院的两位同仁创立了一个RFID研究机构——MIT自动识别中心，该机构于2003年11月1日更名为自动识别实验室，主要为电子标签即EPCglobal提供技术支持。•Ashton对物联网的定义很简单：把所有物品通过射频识别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。MIT自动识别中心提出，要在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线传感网（WirelessSensorNetwork，WSN）、数据通信等技术，构成一个覆盖世界上万事万物的“物联网”。在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。Ashton说：“这是比互联网更大，为公司创造一种使用传感器识别世界各地商品的方法。五、物联网闪亮登场•无论是物联网还是传感网，都不是最近才出现的新兴概念。作为物联网的子网络传感网的构想最早由美国军方提出，起源于1978年美国国防部高级研究计划局资助卡耐基·梅隆大学进行分布式传感网研究项目。•随着技术不断进步，国际电信联盟于2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）正式提出了物联网的概念，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行数据交换。在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间、任何地点的人与人之间的沟通连接，扩展到人与物、物与物之间的沟通连接。六、物联网演进和发展代表性时间1.2物联网的战略意义一、经济价值20世纪，克林顿政府提出“信息高速公路”国家振兴战略，大力发展互联网，推动了全球信息产业的革命，美国经济也受惠于这一战略，并在90年代中后期享受了历史上罕见的长时间繁荣。奥巴马的振兴战略方向又在哪里？种种迹象表明：智慧地球和新能源发展战略将成为主导。2008年11月IBM提出“智慧地球”的概念。2009年2月17日奥巴马就职演讲后，对IBM提出的“智慧地球”签署了总额为7870亿美元的经济刺激计划，经济刺激计划几乎涵盖了美国所有的经济领域。奥巴马表示，该计划将为美国保住和创造约350万个工作岗位。1.绿色经济与低碳经济从1904~2004年的100年间，中国二氧化碳排放量只占全球的8%。当下，中国人均排放量也不高，2004年我国人均排放二氧化碳3.6t，只有世界人均值的87%左右，为发达国家人均量的1/3，仅及美国的1/5。2.信息经济与知识经济有效利用资源与保护自然环境是经济可持续发展的基础，是能不断创造价值赋予经济发展不竭的动力。信息经济与知识经济可以超越物质实体的限制，提供更多的创新机会和更大的创造空间。二、社会价值物联网与其他高新技术一样，具有创新性强、先导性突出、成长性好等突出优势，成为未来经济发展的助推器与显示国家经济力量的一个重要指标和参数。物联网的出现，是在互联网、宽带高速通信技术特别是终端技术成熟发展之后在生产力上的新的变革和里程碑。1.老龄化问题基于物联网技术的“智能医疗”2.城市交通问题基于物联网技术的智能交通系统3.环境污染问题•大气污染•水污染•噪声污染•放射性污染•总之，物联网技术的出现体现了人类理性能力的强大，彰显了人类应对社会发展问题的智慧，必将进一步拓展人类生存和发展的时空界限,催生新的文化、道德、价值模式。同时也要特别指出，物联网的发展既要兼顾各方利益从而发展和实现代内公正，要与低碳、绿色理念有机结合从而发展和实现当代人与后代人的代际公正，也要与国际经济、政治新秩序的推进和构建有机结合从而发展和实现不同国家之间的国际公正。三、国家安全在经济全球化背景下，经济信息安全事关国家安全，它以资本市场信息安全为核心，包括内容安全和技术安全两个层面。当前，大规模资本市场交易和资金流动都通过交易平台以网络化的形式实现。片面、虚假、歪曲的信息，会误导、扰乱市场；核心技术失控、网络漏洞以及黑客、病毒等都可能使大量财富瞬间化为乌有。没有经济信息安全，就没有交易安全，就没有金融安全和经济安全，也就没有完全意义上的国家安全。国家话语权和经济信息安全密不可分。没有话语权，就不可能实现真正意义上的、可持续的经济信息安全；没有经济信息安全，也不可能拥有强大的、有效的话语权。因此，物联网作为一个国家战略级的新兴产业，关联着许多国民经济生产的重要行业，被赋予带动其他相关产业发展的重要使命，其在经济信息安全方面的问题不容回避和忽视。只有在经济信息安全得到保障的前提下，物联网才能走上快速发展的道路。主要表现为以下几个方面：第一，物联网的标准统一的话语权第二，产业链的整合，寡头垄断趋势威胁物联网健康发展第三，物联网的应用领域由局部向全社会渗透的趋势所带来的安全隐患第四，随着物联网的逐渐普及的趋势，信息安全问题呈现更加复杂的局面四、科技发展需求1.传感器技术随着物联网应用范围的扩大，基于RFID的传感器将在现有应用基础上得到更广泛的拓展。随着微电技术的发展，涉及人类生活、生产、管理等方方面面的各种传感器已经比较成熟。很多新技术传感器产品诞生：能辨识任何物质的“超敏”传感器，可检测人体动作的CNT（CarbonNanotube，碳纳米管）传感器，掌纹识别传感器，自发电纳米无线传感器，环形激光传感器检测纳米粒子，透明生物传感器等。作为物联网金字塔的基础，传感器产品将得到更广泛的应用，传感器产业将快速发展。2.信息处理与服务技术一个重要研究内容就是海量信息处理。物联网信息处理的另外一个重要内容是智能信息处理，即利用信息提供各种有意义、有价值的服务，使信息处理进入一个更高级的阶段，如数据挖掘、知识发现等。3.网络通信技术网络通信是物联网信息传递和服务支撑的基础技术。面向物联网的网络通信技术主要解决异构网络、异构设备的通信问题，以及保障相关的通信服务质量和通信安全，如近场通信、认知无线电技术等。4.能源技术进入现代社会，工业化、城市化进程不断加快，传统能原因大量消耗、不可再生而急剧减少，寻找新的、可再生能源、成为世界各国政府、能源专家面临的、急需解决的重大课题。当今世界，水能、太阳能、核能、风能、生物质能、地热能、海洋能等新能源产业及其技术快速发展，已成为缓解能源危机、改善现有能源结构的重要途径，高度关注新能源产业的发展成为当前各国政府的首选。1.3物联网现状分析一、物联网战略规划现状二、物联网产业现状1.物联网产业链价值分布情况2.物联网产业链受益主体3.中国物联网战略规划4.中国物联网产业现状、地域分布、应用分布5.物联网产业总体现状•总体上看，物联网作为新兴产业，目前正处于产业化前期，其大规模产业化与商业化时代即将到来。欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）在《InternetofThingsin2020》报告中分析预测，未来物联网的发展将经历4个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010～2015年物体互联，2015～2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。第2章物联网初识2.1物联网相关概念自从2009年响亮的鸣笛，物联网像一辆疾驰的列车，无论是地方政府、科研院所、企业、还是行业用户，都争先恐后地登上这辆列车。图2-1所示物联网的广泛应用。物联网的发展，对于中国在未来世界经济中所扮演的角色，有着非常重要的作用和意义，规划、标准、扶持政策纷至沓来。“忽如一夜春风来”，“物联网”之风在较短的时间内迅速吹遍神州大地。一、物联网与互联网的关系与区别如今给放养的羊群中的每一只羊都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的每一块羊肉上，消费者可以通过手机阅读二维码，知道羊的成长历史，确保食品安全。这就是“动物溯源系统”，今天，我国已经有10亿存栏动物贴上了这种二维码，如图2-2所示。•物联网的真正内涵是什么？它是如何工作的？它与传感网、RFID和泛在网有着怎样的关系？为什么会“一夜成名”呢？1.从互联网到物联网物联网概念不是凭空杜撰出来的，也不是某单项新技术突破引申出来的。物联网的发展有坚实基础，是现代信息技术发展到一定阶段的必然产物，是多项现代信息技术的殊途同归与聚合应用，是信息技术系统性的创新与革命。图2-3给出从互联网到物联网的演进。物联网可以帮助实现人类社会与物理世界的有机结合，使人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，从而提高整个社会的信息化能力。我们正处在一个全新的、泛在计算和通信时代，这个时代将从更根本上改变我们的企业、社区和个人的存在方式。信息与通信技术（InformationandCommunicationTechnology，ICT）领域呈现出新模式，除了针对人的随时、随地连接