物联网技术与标准—北京理工大学智能信息网络实验室曹元大

物联网技术与标准北京理工大学智能信息网络实验室曹元大主要内容物联网概念的提出及发展物联网在世界范围内的发展状况物联网技术体系框架物联网标准体系物联网的应用范例总结主要内容物联网概念的提出及发展物联网在世界范围内的发展状况物联网技术体系框架物联网标准体系物联网的应用范例总结物联网概念的提出1995年，比尔盖茨《未来之路》中提及到物联网概念。当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。1999年，ElectronicProductCode(EPC)global的前身麻省理工Auto-ID中心提出“InternetofThings”的构想：物品上装置的电子标签存储唯一的EPC码，利用射频识别技术(RFID)完成标签数据的自动采集，通过与互联网相连的EPCIS服务器提供对应该EPC的物品信息——物品信息互联网络。2005年，国际电信联盟（ITU）发布名为《InternetofThings》的技术报告：“物联网”是信息和通信技术（ICTs）中的新维度fromanytime，anyplaceconnectivityforanyone，wewillnowhaveconnectivityforanythingRFID技术、传感器技术和嵌入式智能技术是物联网的基础性技术物联网概念英文名称：TheInternetofthings，简称IOT。“物联网”是指通过装置在物体上的各种信息传感设备，如RFID装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等等，赋予物体智能，并通过接口与互联网相连而形成一个物品与物品相连的巨大的分布式协同网络。物联网实质“物物相连的互联网”：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。主要特征：全面感知；可靠传送；智能处理。主要内容物联网概念的提出及发展物联网在世界范围内的发展状况物联网体系结构物联网标准体系物联网的应用范例总结美国：IBM“智慧的地球”战略IBM智能地球战略的主要构成部分：传感器、RFID标签和实时信息处理软件如（WebSphereRFIDInformationCenter）。典型案例作为一家主营制药和特殊包装的中型企业，GSMS通过与IBM及业务合作伙伴DSS合作，利用二维码和射频识别设备（RFID）标签设计了一个精密的跟踪系统。每个药品包装上都有独一无二的序列号，这样GSMS就能杜绝假冒药品混入供应链。SpolemPSSPolnoc一家波兰的中型连锁超市，引入了波兰首个IBM自助服务解决方案。在加快结账速度、节省支出的同时，该智能系统还可以帮助超市更深入地理解顾客的购买偏好，从而更好地满足所需。美国：作为振兴经济的“新武器”2009年初，美国总统奥巴马就职后，对“智慧地球”构想作出了积极回应，并将其提升为国家层级的发展战略；奥巴马将“新能源”和“物联网”作为振兴经济的两大武器，投入巨资深入研究物联网相关技术。美国7870亿美元《经济复苏和再投资法》中，鼓励物联网技术发展政策主要体现在推动能源、宽带与医疗三大领域开展物联网技术的应用。欧盟：引领世界物联网“加速跑”2009年6月，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》（InternetofThings-AnactionplanforEurope），意在引领世界物联网发展。2009年10月，欧盟委员会以政策文件的形式对外发布了物联网战略，将于2011年～2013年间每年新增2亿欧元进一步加强研发力度，同时拿出3亿欧元专款，支持物联网相关公私合作短期项目建设。2009年12月，欧盟委员会以政策文件的形式，对外发布了欧盟“数字红利”利用和未来物联网发展战略。为了加强政府对物联网的管理，消除物联网发展的障碍，欧盟制定了12项行动保障物联网的发展。日本u-Japan目标：建设无所不在的网络社会，2010年实现“anytime、anywhere、anything、anyone”都能上网的环境。i-Japan目标：2011年实现日本产业社会、地区与InformationandCommunicationsTechnology(ICT)融合。韩国2009年韩国通信委员会出台了《物联网基础设施构建基本规划》，将物联网市场确定为新增长动力。《物联网基础设施构建基本规划》提出到2012年实现通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融合领域超一流信息通信技术强国的目标，并确定了构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境等4大领域、12项详细课题。u-Korea战略&IT839计划韩国：“IT839”计划2004年，韩国信息通信部制定的IT839计划，是u-Korea的核心：八项信息产业服务、三大基础网络设施建设、九项新增长技术。新加坡：打造物联网未来智慧国2015（iN2015）2005年由资讯通信发展管理局（IDC）负责实施的10年计划改造政府、金融、教育、医疗保健、媒体娱乐、制造与物流、旅游、零售7大行业“利用无所不在的信息通信技术将新加坡打造成一个智慧的国家、全球化的城市”4项政策、7个行业、6大目标中国:2009年—中国物联网的元年2009年8月7日，温家宝考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心。强调“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，把传感系统和3G中的TD技术结合起来”。2009年9月21日，工信部在相关会议上，首次明确提出要进一步研究建设物联网、传感网，加快传感中心建设，推进信息技术在工业领域的广泛应用，提高资源利用率、经济运行效益和投入产出效率等。2009年11月1日，中关村物联网产业联盟正式成立，成员包括了北京移动、清华同方股份有限公司、北京邮电大学、中科院软件所、北京交通委信息中心等十二家单位，囊括了政府、院校和企业。2009年底，“中国电信物联网应用和推广中心”、“中国电信物联网技术重点实验室”在江苏无锡成立，标志着中国第一个“物联网城市”在无锡正式启程。中国：物联网的近期发展2010年1月，传感(物联)网技术产业联盟在无锡成立；2010年4月30日，在中国物联网产业发展论坛暨第三届国际无线传感网产业发展峰会上，“美国硅谷——杭州物联网产业创新中心”正式签约落户杭州东部软件园；2010年5月18日，我国首个针对物联网、传感产业融资的中国首个“物联网产业基金”签约设立，由无锡新区创投集团、大唐电信、中科院与无锡国联集团共同发起，计划总规模将达50亿元…中国：重点研究领域物联网的建设在我国成为大家普遍关注的热点，得到国家科技部、质检总局、国家标准委员会等政府部门和自动识别技术等相关行业及企业的高度重视；物联网已被明确列入《国家中长期科学技术发展规划(2006-2020年)》和2050年国家产业路线图；国内研究院所早在1999年就启动了传感网研究，并且已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的较完整的产业链。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，传感网标准化工作已经取得积极进展。中国：研究现状无线传感器网络硬件节点：南京邮电大学无线传感器网络系列节点UbiCell南京邮电大学无线多媒体传感器网络节点UbiCell-MUbiCell-M中国科学院计算技术研究所GAINS系列节点香港科技大学无线传感器网络节点无线传感器网络软件产品：南京邮电大学的无线传感器网络中间件软件DisWare南京邮电大学的无线传感器网络集成开发平台MeshIDE中国科学院宁波计算所的无线传感器网络分析与管理平台主要内容物联网概念的提出及发展物联网在世界范围内的发展状况物联网技术体系框架物联网标准体系物联网的应用范例总结物联网技术体系框架物联网技术体系主要包括感知延伸层技术、网络层技术、应用层技术和共性支撑技术体系框架。物联网技术体系框架感知延伸层技术感知延伸层技术是保证物联网络感知和获取物理世界信息的首要环节，并将现有网络接入能力向物进行延伸。主要可以分为数据采集和感知、无线传输、延伸网三大部分。数据采集和感知数据采集和感知用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，主要包括:传感器、RFID、二维码、多媒体信息采集数据采集和感知（续）传感器:是能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是感知延伸层获取数据的一种设备。RFID:是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。二维码:是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。多媒体信息的采集:多媒体信息采集是对音频、视频信息进行同步采集，并将其存储的技术。无线传输无线传输用于补充和延伸接入网络，使得网络能够把各种物体接入到网络，主要包括各种短距离无线通信技术。无线传输（续）IEEE802.15.4:IEEE802.15.4是一种经济、高效、低数据速率（250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网络。UWB:UWB（UltraWideband）是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit／s至数Gbit／s的数据传输速率。NFC:NFC技术在单一芯片上集成了非接触式读卡器、非接触式智能卡和点对点的功能，运行在13.56MHz的频率范围内，能在大约10cm范围内建立设备之间的连接，传输速率可为106kbit/s、212kbit/s、424kbit/s，未来可提高到848kbit/s以上。蓝牙:蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。延伸网延伸网指附属于传统电信网的用户接入点的网络，主要包括：传感器网、家庭网、个域网、车域网等。延伸网（续）传感器网：由各种传感器和传感器节点组成的网络。家庭网：用户在基于家庭环境的背景下使用的网络。个域网：用户在基于个人环境的背景下使用的网络。车域网：用户在基于汽车环境的背景下使用的网络。网络层技术网络层技术主要用于实现物联网信息的双向传递和控制，重点在于适应物物通信需求的无线接入网和核心网的网络改造和优化，以及满足低功耗、低速率等物物通信特点的感知层通信和组网技术。网络层技术（续1）电信网增强：目前电信网主要用于支持人与人之间的通信。物与物通信和人与人通信在需求和特点上存在差异，为使网络能够更加适应物与物的通信，需要对现有网络能力进行增强或优化。下一代承载网：可以承载并满足包括物与物通信在内的各种泛在业务需求的新型承载网。网络资源虚拟化：利用虚拟化技术屏蔽异构网络在资源形态、资源使用方式等方面上的差异性，将网络的各类资源，如设备、存储、计算、承载传送等各种资源，进行感知、收集、抽象等处理。网络层技术（续2）物物通信无线接入：实现物与物通信业务流量模式下的无线网络技术。环境感知：用户感知延伸层的个域网、家庭网、车域网网络环境下，网络将根据用户的定制提供无处不在的网络服务。异构网融合：不同接入技术的网络环境下，网络提供的不同接入技术的无缝切换服务或游牧式服务的网络。应用层技术应用层主要包含应用支撑子层和应用服务子层，在技术方面主要用于支撑信息的智能处理和开放的业务环境，以及各种行业和公众的具体应用。应用支撑子层应用支撑平台层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能，主要包括：信息开放平台，环境支撑平台，服务支撑平台，其他中间件平台。应用支撑子层（续）信息开放平台：将各种信息和数据进行