第一章 物联网概述1

物联网技术概论因特网技术应用电子技术基础物联网技术概论无线传感网络安装与调试RFID安装与调试课程的定位、作用与目标承上启下开设在第三学期课程的定位、作用与目标课程的定位、作用和目标课程教学目标能力培养目标素质培养目标知识培养目标①了解物联网技术的基本理论，典型应用系统的构成；②理解相关支撑技术的原理、软件算法和基础知识。①物联网系统安装、调试及维护②物联网技术应用和系统集成③能构建小型的物联网系统①具备事业心和责任心②培养学生的创新思维能力③培养学生的团队协作精神和自主学习的能力课程的定位、作用与目标课程的定位、作用和目标基础：物联网概述、物联网现状分析、各种典型应用（14学时）核心：体系架构、关键技术（16学时）课程的整体设计——主要内容及学时分配总结：标准化工作、机遇、前景（10学时）其它：复习、机动（5学时）第一章物联网概述1.1物联网的起源1.2物联网的概念•早上出门上班，车里的传感器会自动检查，报告车辆情况，然后选择交通最为顺畅的道路。•行至半路发觉可能忘了关门，拿出手机打开家里的全方位监察系统，发觉一切正常，老人正在陪孩子玩耍。？年后的一天到了公司，下车后，导航系统自动将车停入车位。公司门口，门禁系统扫描虹膜后提示：欢迎来到公司，新的一天愉快!在处理完一天的事务回家，晚饭后，和家人一起在4D家庭影院里看最新流行的电影还可以在家里的自助医疗系统检查下身体，数据采集完成后传输到医院，医生会根据身体的各项数据指标对您的生活饮食进行一些建议，如果有问题则会通知您到医院就诊。睡觉时，床上的自动温控系统已经将床暖热……至于你信不信，反正我信了定义•物联网的英文名称为“TheInternetofThings”,简称：IOT。由该名称可见，物联网就是“物物相连的互联网”。•通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。（图1-2）1.1物联网的起源•1995年比尔·盖茨在《未来之路》书中首次提出“物－物”相联的雏形物联网的概念最早是从射频识别（RFID）这个领域来的，在1999年由专门研究RFID技术的EPCglobal的前身——美国麻省理工学院Auto-ID中心提出。2005年11月，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，提出了“物联网”的概念1.1.1传感器网络感知现实物理世界将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：•光敏传感器——视觉•声敏传感器——听觉•气敏传感器——嗅觉•化学传感器——味觉•压敏、温敏、流体传感器——触觉被测量敏感元件转换元件信号调理与转换电路输出信号传感器网络最显著的技术特征和最重要的应用目标是感知现实物理世界。•物联网最重要的特点之一同样是感知现实物理世界，因此传感器网络被视为物联网的一个主要起源。1.1.2无线射频识别（RFID）RadioFrequencyIdentification非接触式的自动识别技术利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到目标识别目的并交换数据Auto-IDEPCglobal(ElectronicProductCode)•标签：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；•阅读器：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；•天线：在标签和读取器间传递射频信号。•由于具备物品自动识别和信息交换能力，RFID技术被形象的比喻为“物物通信技术”。因此被视为物联网的起源之一。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。•以超市为例：–条形码：逐一扫描条码+结账–RFID：一次性扫描（你可以推着购物车迅速通过RFID阅读器）+结账；–物联网：一次性扫描和结账同时完成（超市和银行联网），超市终端没有收银员，你可以推着车直接从阅读器走出去。并且消费者可以知道每件物品的历史；1.2物联网的概念1.2.1物联网相关概念1.智慧地球•2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。•2009年2月24日，IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公布了名为“智慧的地球”的最新策略。•智慧的医疗•智慧的城市•智能的电力•智慧的铁路•智慧的银行•智慧的零售2.M2M系统Machine-to-Machine/Man通过在机器内部嵌入无线通信模块，以无线通信等为接入手段，为客户提供综合的信息化解决方案，以满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求。M2M根据其应用服务对象可以分为个人、家庭、行业三大类。M2M技术的目标就是使所有机器设备都具备联网和通信能力，其核心理念就是网络一切（NetworkEverything）。●智能化机器——使机器“开口说话”，让机器具备信息感知、信息加工（计算能力）、无线通信能力。●M2M硬件——进行信息的提取，从各种机器/设备那里获取数据，并传送到通信网络。●通信网络——将信息传送到目的地。●中间件——在通信网络和IT系统间起桥接作用。●应用——对获得数据进行加工分析，为决策和控制提供依据。3.信息物理系统(cyberphysicalsystems,简称CPS)集成计算、通信与控制于一体的智能系统。信息物理系统通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。本质上说，CPS是一个具有控制属性的网络，但它又有别于现有的控制系统。主要用于一些智能系统上如机器人，智能导航等•信息物理系统是计算、通信与物理过程的综合。CPS的目标是使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程合作和自治等能力，通过互联网组成各种相应自治控制系统和信息服务系统，完成现实社会与虚拟空问的有机协调。•CPS与物联网有类似的能力，但CPS更强调循环反馈，要求系统能够在感知物理世界之后通过通信与计算再对物理世界起到反馈控制作用。早期认识：被认为是将每个物品打上电子标签，然后通过射频识别技术和通信技术形成信息网络，实现物品的智能识别、定位和监控当代认识：物联网的基本含义就是一种虚拟数字世界和现实物理世界的融合。注意：这种融合是“双向的”1.2.2物联网内涵辨析•从技术理解物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。•从应用理解物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”,然后“物联网”又与现有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。物联网三个重要特征：1、全面感知，利用RFID，传感器，二维码等随时随地获取物体的信息2、可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去3、智能处理，利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制1．物联网与传感网2．物联网与互联网3．物联网与泛在网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•泛在网络(U网络）“泛在网”即广泛存在的网络，它以无所不在、无所不包、无所不能为基本特征，以实现在任何时间（anytime)、任何地点(anywhere)、任何人(anyone)、任何物(anything)都能顺畅地通信为目标•普适计算普适计算又称普存计算、普及计算（英文中叫做pervasivecomputing或者Ubiquitouscomputing）强调和环境融为一体的计算，而计算机本身则从人们的视线里消失。使计算机融入人的生活空间，形成一个“无时不在、无处不在而又不可见”的计算环境。在这样的环境中，计算不再局限于桌面，用户可以通过手持设备、可穿戴设备或其他常规、非常规计算设备，无障碍地享用计算能力和信息资源。1.2.3物联网的系统组成第一层是感知互动层第二层是网络传输层第三层是应用服务层•感知互动层：感知和识别物体，收集环境信息。•网络传输层：由各种通信网络（互联网、电信网、移动通信网、卫星网、广电网）形成的融合网络。•应用服务层：实现智能化应用任何地点互联移动中室外室内计算机设备位置白天夜晚短时应急长时连续任何时间互联计算机到计算机人和人人和物物和物任何物互联•当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；•衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等•一家物流公司应用了物联网系统的货车，当装载超重时，汽车会自动告诉你超载了，并且超载多少，但空间还有剩余，告诉你轻重货怎样搭配；•当搬运人员卸货时，一只货物包装可能会大叫“你扔疼我了”，或者说“亲爱的，请你不要太野蛮，可以吗？”•当司机在和别人扯闲话，货车会装作老板的声音怒吼“笨蛋，该发车了！”