物联网工程技术绪论

第一章绪论1.1物联网的基本概念1.2物联网的结构与特征1.3物联网关键技术分析1.4物联网的应用前景1.5物联网的国内外发展状况1.1物联网的基本概念近年来，全球主要发达国家和地区纷纷提出了与物联网相关的信息化战略，期望借助物联网寻求金融危机解决之道，从而刺激经济增长。2008年底IBM向美国政府提出的“智慧地球”战略，2009年6月欧盟的“物联网行动 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ”，以及2009年8月日本的“i-Japan”计划等，都是利用各种信息技术来突破互联网的物理限制，以实现无处不在的物联网络。中国紧随美欧日之后，对物联网有关的技术研究与设施建设提出了一系列可操作的构想，并为物联网技术的研发提供了宽松的环境和人力、物力的支持。2009年8月7日，国务院总理温家宝在视察无锡无线传感网工程研发中心时明确指出，要集中力量突破核心技术，着力提升自主创新能力，推动传感网更好地为产业可持续发展服务。从此，“感知中国”的战略浮出水面。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。国际电联曾预测，未来世界是无所不在的物联网世界，到2017年将有7万亿传感器为地球上的70亿人口提供服务。一方面物联网可以用于提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。目前，美国、欧盟等都在投入巨资，深入研究探索物联网。中国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。1.1.1物联网与互联网物联网的概念分为广义和狭义两方面：广义来讲，物联网是一个未来发展的愿景，等同于“未来的互联网”或者“泛在网络”，能够实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物的信息交换以及物与物之间的信息交换；狭义来讲，物联网是物品之间通过传感器连接起来的局域网，不论接入互联网与否，都属于物联网的范畴。物联网的一种定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等信息传感设备，按约定的 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，把任何物品与互联网连接起来，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。物联网的另一种定义是：物联网是由具有自我标识、感知和智能的物理实体基于通信技术相互连接形成的网络，这些物理设备可以在无需人工干预的条件下实现协同和互动，为人们提供智慧和集约的服务，具有全面感知、可靠传递、智能处理的特点。这个定义有两层意思：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；其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。根据物联网与互联网的关系分类，不同的专家学者对物联网给出了各自的定义，归纳起来有如下四种类型。物联网是传感网而不接入互联网物联网是互联网的一部分物联网是互联网的补充网络物联网是未来的互联网总之，不论是哪一种类型的概念，物联网都需要对物体具有全面感知能力，对信息具有可靠传送和智能处理能力，从而形成一个连接物体与物体的信息网络。物联网的基本特征是全面感知、可靠传送、智能处理。“全面感知”是指利用RFID、二维码、GPS、摄像头、传感器、传感器网络等感知、捕获、测量的技术手段，随时随地对物体进行信息采集和获取。“可靠传送”是指通过各种通信网络与互联网的融合，将物体接入信息网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享。“智能处理”是指利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的洞察力，实现智能化的决策和控制。1.1.2物联网的相关概念1．物联网定义1：把所有物品通过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。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的计算。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。定义4：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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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。物联网主要由RFID标签、标签阅读器、信息处理系统、编码解析与寻址系统、信息服务系统和互联网组成。通过对拥有全球唯一编码的物品的自动识别和信息共享，实现开环环境下对物品的跟踪、溯源、防伪、定位、监控以及自动化管理等功能。2．无线传感器网络定义1：无线传感器网络是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。定义2：泛在传感器网络（UbiquitousSensorNetwork）是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。定义3：传感器网络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、物与人之间的信息交互，提供信息服务的智能网络信息系统。显然，由传感器、通信网络和信息处理系统为主构成的传感网，具有实时数据采集、监督控制和信息共享与存储管理等功能，它使目前的网络技术的功能得到极大拓展，使通过网络实时监控各种环境、设施及内部运行机理等成为可能。3．泛在网络泛在网络指无所不在的网络。最早提出U（Ubiquitousnetwork）战略的日本和和韩国给出的定义是：无所不在的网络社会将是由智能网络、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。4．各概念之间的关系从ITU、ISO等国际标准组织对传感器网络、物联网定义和标准化范围来看，传感器网络和物联网其实是一个概念的两种不同表述，其实质都是依托于各种信息设备实现物理世界和信息世界的无缝融合。泛在网是面向泛在应用的各种异构网络的集合，也被称为“网络的网络”，更强调跨网之间的互联互通和信息聚合与应用。1.2.1物联网的体系结构图1-1物联网的体系结构1．感知层：主要包括二维码（含IC卡、磁卡、一维码等）和识读器、RFID标签和读写器、摄像头（多媒体信息设备）、GPS（实时定位设备）、传感器、传感器网络和传感器网关以及执行器等，实现对物体的感知与识别，采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。感知层主要负责对其工作范围内的环境变化进行监视，采集数据的方式主要分为两种：主动式采集：主要用于人们所设定的日常工作中被动式采集：主要用于获取一些特定的数据来满足特殊的需要2．网络层：实现更加广泛的互连功能，能够把感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送。网络层包括各种通信网络与互联网形成的融合网络，是相对成熟的部分。网络层是物联网成为普遍服务的基础设施，有待突破的方向是向下与感知层的结合，向上与应用层的结合。3．应用层：将物联网技术与行业专业领域技术相结合，实现广泛智能化应用的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，利用现有的手机、PC、PDA等终端实现应用，即主要功能是物联网的数据处理与应用。应用层的关键问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 在于信息的社会化共享，以及信息安全的保障。另外，物联网管理中心、信息中心、云计算平台、专家系统等对海量信息进行智能处理亟待突破。物联网体系结构中的三层分别对应着物联网的三个基本特征：全面感知，即利用传感器、RFID等随时随地获取物体的信息；实时传递，通过各种网络传输手段将物体的信息实时准确地传递出去；全面应用，包括资源的共享和交换、对海量数据和信息进行分析和处理、对各种方案实施智能化的决策等。物联网系统的应用流程如下：对物体静态和动态的属性进行标识，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时探测；识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；将物体的信息通过网络传输到信息处理中心（处理中心可能是分布式的，如家里的计算机或者手机，也可能是集中式的，如IDC——InternetDataCenter），由处理中心完成相关的计算或应用处理。1.2.2物联网技术体系结构图1-2物联网技术体系结构示意图1.2.3物联网的特征信息量：物联信息将达到真正意义上的海量级；设备接入：亿万异构设备的泛在接入，异构种类、接入方式应有尽有；网络架构：信息和存储的物理边缘化，个人的、企业的、团体的、地区的、国家的组织的、研究机构的、全球的所辖或在其间交换的数据信息各自存储和管理，分散在机器或设备或物体之中。网络管理：网络管理的高度自治化；物物互联：物物互动的协同和智能化；物理安全：隐私的易泄露，面临更多安全；设备制造：设备的小型微型化；能量获取：能量自取、大容量，设备所取能源多样化；1.3物联网关键技术分析1．物联网架构技术要解决存储和计算能力边缘化的技术问题，实现物体具有存储、处理能力，局部物体间协同工作等。要解决物体间断性通信连接的技术问题，实现物体移动、无线链路动态变化以及分布式的缓存和信息融合等。要解决支持物体的移动和环境变化的技术问题，实现物体移动带来信息的移动、物体上下文不断变化等。要解决网中网的技术问题，实现物体之间自治的、动态的组网，以及已有多种网络的操作平台、信息结构、文档格式等异构的互联互通和信息转换。2．统一标识技术该技术实现对物体进行统一标识，可方便地进行物体的区分与查找，需要解决如何对单个物体进行唯一标识、一类物品和复合物体的标识问题（标识应该独立于自身位置和上下文环境等信息）。3．通信技术要解决海量物体通信问题的技术。要应对以下挑战：提供一个完整的端到端系统；网络连接的范围将成指数增长，可测量性，互操作性；如何确保网络运营商的投资回报；新的射频技术和需要满足新设备的连接需求等以及多通信协议标准的融合和互操作。4．网络技术集合了有线和无线方式的网络技术，实现物体无缝和透明接入。新的网络技术应该能支持现有网络结构；组网系统间可扩展、跨平台兼容；支持芯片级的组网；减小开销并为物体提供有效连接的解决方案；芯片通信结构中参数可动态配置；通信基础设施随网络负荷而变化；通过功率感知来进行自适应；可能以IP为基础组成满足新需求的网络。5．软件服务与算法该类技术实现不同软件的统一与互操作。满足以下需求：如何在大量无关软件模块中建立一个固有应用软件；将不同环境下的软件整合成一个系统；互联网之上，定义一个新的协议来描述和解决服务实例；解决可扩展性的关键——分布式智能等。6．硬件低功耗多处理系统中的自适应硬件和并行处理等。新的硬件要满足以下挑战：对配置进行动态修改和设置；处理自适应和自配置设计时的不可预测问题；根据具体应用和上下文的通信需求按需调整基础设施之间的互联情况等。7．物联网能量技术让传感设备从环境中获取能量，这些物体的电池可以自动地进行充电。目前面临的问题有：能量收集技术仍然不够；微功率技术的应用；大能量存储设备的小型化问题；能源高效利用等。8．安全和隐私技术目的是保护个人隐私、商业机密和国际安全。应对的挑战：阻止非授权实体的识别和跟踪；阻止未授权信息的访问；需要考虑物体位置、数据所有性等保密问题。9．标准物联网应用系统会数不胜数，要确保不同系统间的信息能畅通地交互，就必须订立标准，使异构设备可通过标准接口和数据模型来交互信息。目前面临的挑战：物联网的异构设备互联的接口标准与数据模型；目前已有多种标准（硬件、组网、通信等技术都已存在各种各样的标准），而物联网设备如何支持多协议，融合这些标准，向多频段发展；信息产生和收集的完整性和可信性如何保证等。1.4.1物联网应用领域简介1．交通领域2．医疗领域3．农业应用4．零售行业5．电力管理6．数字家庭通过使用不同的传感器和RFID可以对交通工具进行感知和定位，及时了解车辆的运行状态和路线；方便地实现车辆通行费的支付；显著提高交通管理效率，减少道路拥堵。通过在病人身上放置不同的传感器，对人的健康参数进行监控，及时获知病人的生理特征，提前进行疾病的诊断和预防，并且实时传送到相关的医疗保健中心通过使用不同的传感器对农业情况进行探测，帮助人们进行精确管理或精细农业生产。比如沃尔玛等大型零售企业要求他们采购的所有商品上都贴上RFID标签，以替代传统的条形码，促进了物流的信息化。电力公司对分布在全国范围内配电变压器安装传感装置，对运行状态进行实时监测。数字家庭是以计算机技术和网络技术为基础，通过不同的互联方式进行通信及数据交换，实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”。1.4.2物联网下的新的工作和生活方式更精细:物联网中大量传感器的使用，提高了数据采集的实时性、精确性。更智能:从复杂程度上来讲，物联网使人类可管理的范围更加扩大，管理更加智能。物联网专项的应用所涉及的产业众多，对各类服务商、设备商的协同要求也更高，就个人使用者而言直接的体会是我们得到的服务更加智能和人性化。更简单:物联网技术将对各类设备的管理和控制更加简单和高效。在物流、环保、工业控制、电力、产品制造等各方面的应用将使工作流程变得更加简化，工作效率大大提高。1.5.1物联网国外发展状况1．美国物联网发展现状--美国很多大学在无线传感器网络方面已开展了大量工作，如加州大学洛杉矶分校的嵌入式网络感知中心实验室、无线集成网络传感器实验室、网络嵌入系统实验室等。--国外的各大知名企业也都先后开展了无线传感器网络的研究。--IBM提出的“智慧地球”概念已上升至美国的国家战略。2．欧盟物联网发展现状2009年，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》，以确保欧洲在建构物联网的过程中起主导作用。3．日本物联网发展现状自上世纪90年代中期以来，日本政府相继制定了e-Japan、u-Japan、i-Japan等多项国家信息技术发展战略，从大规模开展信息基础设施建设入手，稳步推进，不断拓展和深化信息技术的应用，以此带动本国社会、经济发展。其中，日本的u-Japan、i-Japan战略与当前提出的物联网概念有许多共同之处。4．韩国物联网发展现状韩国是目前全球宽带普及率最高的国家，同时它的移动通信、信息家电、数字内容等也居世界前列。面对全球信息产业新一轮“u”化战略的政策动向，韩国制定了u-Korea战略。在具体实施过程中，韩国信通部推出IT839战略以具体呼应u-Korea。1.5.2物联网国内发展状况1．中国物联网发展现状总体而言，在物联网这个全新产业中，我国的技术研发和产业化水平已经处于世界前列，政府主导、产学研相结合共同推动发展的良好态势正在中国形成。2．中国物联网的相关机构工业和信息化部传感器网络标准化工作小组物联网产业联盟传感(物联)网联盟中国物联网标准联合工作组无锡物联网产业研究院3．中国物联网标准状况在世界物联网领域，中国与德国、美国、韩国一起成为国际标准制定的主导国之一。目前，我国传感网标准体系已形成初步框架，向国际标准化组织提交的多项标准提案被采纳，物联网标准化工作已经取得积极进展。IEEE802.15.4c（中国国家标准）IEEE802.15.4e15.MAC测试、运行平台按照传感网标准化工作组的规划，我国将在2011年正式向国标委提交传感网络标准制定方案。演讲完毕，谢谢观看！