第一章物联网感知识别技术及应用概论

08:22物联网感知识别技术及其应用左加阔南京邮电大学物联网学院E-mail:[e-mail]08:22提要第一章概述(3学时)第二章条形码技术(次重点，3学时)第三章射频识别技术(重点，9+4学时)第四章传感器技术与传感网络(重点，9+4学时)第五章无线定位技术(重点，9学时)第六章智能信息设备(4学时)第七章感知识别技术综合应用(3学时)08:22参考书目1.教材丁明跃.物联网识别技术[M].中国铁道出版社,2012.2.主要参考书庞明.物联网条码技术与射频识别技术[M].中国物资出版社,2011.吴亚林,王劲松.物联网用传感器[M].电子工业出版社,2012.梁久祯.无线定位系统[M].电子工业出版社,2013.高建良,贺建飚.物联网RFID原理与技术[M].电子工业出版社,2013.08:22考核方式1、平时成绩(作业、上课出勤率等)占总评的30%。2、期末考试成绩占总评的70%08:22第一章概述1.1物联网1.2自动识别技术1.4无线定位技术1.3传感器及传感网络1.5智能信息设备08:221物联网定义关于物联网(InternetofThings,IoT)比较准确的定义应该是：物联网是通过各种信息传感设备及系统(传感网、射频识别系统、红外感应器、激光扫描器、条码与二维码、全球定位系统等)，按约定的通信协议，将物与物、人与物、人与人连接起来，通过各种接入网、互联网进行信息交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。1.1.1物联网概述08:222物联网发展历程1999200420052009-8MIT提出物联网概念U-Korea战略感知中国2012《ITU互联网报告2005：物联网》U-Japan战略7IBM提出“智慧地球”2008“十二五”物联网发展规划08:22物联网的概念最早是1999年由美国麻省理工学院Auto-ID等学者提出的，他们认为物联网是指将所有物品通过射频识别技术(特别是RFID)等传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理的网络。2005年国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念。2008年IBM总裁兼首席执行官彭明盛(SamuelJ．Palmisano)首次提出了“智慧的地球”的概念。2009年8月，温家宝总理视察无锡发表重要讲话，鼓励大力发展传感网(“物联网”)技术，并建立中国的“感知中心”，使“物联网”在中国的研究被推向高潮。2012年2月14日，《“十二五”物联网发展规划》揭开神秘面纱，该规划指出:“十二五”期间(2011年一2015年)，我国要初步完成产业体系构建，形成较为完善的物联网产业链，培育和发展10个产业聚集区，100家以上骨干企业。08:221.1.2物联网体系结构目前国外已提出很多标准，如EPCGlobal的ONS/PML标准体系，还有Telematics行业推出的NGTP标准协议及其软件体系架构，以及EDDL,M2MXML,oBIX等。这里我们提供三层体系框架以供参考。08:221感知层感知层主要用于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。物联网数据采集涉及到的技术有多种，主要包括传感器、RFID、多媒体信息采集、实时定位等等。传感器网络组网并协同信息处理技术来实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网以及多个传感器对数据进行处理。射频识别RFID条码二维码传感网WSN短距离无线网络实时定位系统感知层08:222网络层网络层不单单是互联网功能，它能够实现更加广泛的互联功能。理想中的物联网中，网络层可以把感知层感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地传输。为了实现这一宏伟目标，需要传感器网络与移动通信技术、互联网等技术相融合。08:223应用层应用层主要包含支撑平台和应用服务。应用支撑平台子层用于支撑跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能。应用服务子层包括智能家居、智能电网、智能交通、智能物流等行业应用。物联网应用层移动POS金融供应链智能运输工业自动化智能建筑消防公共安全环境保护气象数字化医疗遥感勘测军事农业林业水务电力煤炭石化08:221.1.3物联网应用场景1智能家居智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、并实现环保节能的居住环境。08:222智能交通实时获取路况信息，监视和控制交通流量实现车辆与网络相连，优化行车路线无缝地检测、标识车辆并收取行驶费用1408:223智能物流自动化仓库自动检测物品的出入，向供货商自动发送订单自动化运输物品上的电子标签根据后台系统信息，自动选择合适路径供应链商业模式变化用户直接通过物联网向商品本身发订单。用户不在是向一个生产商定购大宗的商品，而是按照用户的订单顺序从不同的生产商购买商品08:224智能医疗体内智能诊断设备，有助于疾病的早期诊断，增强康复效果新型个人医疗设备，使得病人在家即可接受医疗，远程医疗可避免昂贵路费，减少病人的压力家庭中的智能设备，在老人出现意外时发出求助信号健康数据存储及分析云心电监测血糖监测血压监测运动量监测基本代谢监测IEEE802.15.6无线体域网3G/4GMobileWIFI热点体域网网关平板电脑BlueTooth802.11802.15.6Wire/Wireless终端采集盒Internet08:221.1.4物联网感知识别关键技术•通过感知识别技术，让物品“开口说话、发布信息”是融合物理世界和信息世界的重要一环，是物联网区别于其他网络的最独特的部分。•物联网的“触手”是位于感知识别层的大量信息生成设备，既包括采用自动生成方式的RFID、传感器、定位系统等，也包括采用人工生成方式的各种智能设备，例如智能手机、PDA、多媒体播放器、上网本、笔记本电脑等等。08:2208:221.2自动识别技术1.2.1条形码技术一维条形码二维条形码1.2.2RFID技术08:221.2.1条形码技术条形码技术是在计算机应用和实践中产生并发展起来的一种广泛应用于商业、邮政、图书管理、仓储、工业生产过程控制、交通等领域的自动识别技术，具有输入速度快、准确度高、成本低、可靠性强等优点，在当今的自动识别技术中占有重要的地位。08:221条形码概念条形码是一种可供电子仪器自动识别的标准符号，是由一组黑白相间、粗细不同的条、空符号按一定编码规则排列组成的标记，用以表示一定的信息，确认某个物体，能正确快速地为产、供、销各环节在采集、处理和交换信息时提供标识。在条形码下方的一组数据是代码，它所表达的内容和条形码是一样的。08:22按码制分类UPC码EAN码一维条码25码和交插25码ITF-14码和ITF-6码二维条码多维条形码•行排式二维条码•矩阵式二维条码库德巴码(Codebar)128码39码(Code3of9)•商品条码(EAN码和UPC码)•物流条码(128码、39码、库德巴码(Codabar))按维数分类2条形码分类08:223一维条形码条码符号的构成起始符左侧数据符中间分隔符右侧数据符校验符终止符数据所表达的内容和条形码一样左侧空白区右侧空白区供人识别字符标志一个条码符号的开始,阅读器确认此字符存在后开始处理扫描脉冲。标志一个条码符号的结束，阅读器确认此字符后停止处理代表一种算术运算的结果08:22信息容量低你知道吗？应用受限依赖于数据库纠错能力差常用一维条码UPC码(通用商品代码，UniversalProductCode,UPC)EAN码(欧洲物品编码,EuropeanArticleNumbering)128码一维条形码局限性08:22EAN-13商品条形码EAN-13码的结构UCC/EAN-13码由13位数字组成，分三种结构，每种结构由三部分组成。(1)前置码由2~3位数字（X13X12或X13X12X11）组成，是EAN分配给国家（或地区）编码组织的代码。前置由EAN统一分配和管理，只代表分配和管理有关厂商识别代码的国家（或地区）编码组织。08:22EAN分配给中国使用的商品条形码前置码有690、691、692、693、694、695，当使用690、691时采用结构一、当使用692、693时采用结构二、结构三暂未使用。图书和期刊作为特殊商品也采用了EAN-13表示ISBN和ISSN，前置码977用于期刊号ISSN，前置码978用于图书号ISBN。我国被分配使用7开头的ISBN号，因此我国出版社出版的图书上的条形码全部以9787开头。(2)厂商识别代码由7~9位数字组成，由中国物品编码中心负责分配和管理(3)商品项目代码由3~5位数字组成，由厂商负责制定08:22(4)校验码由一位数字组成，用来校验X13一X12的编码正确性。校验码的计算步骤如下：08:22EAN-13条形码的结构(1)左侧空白区位于条形码符合最左侧的与空的反射率相同的区域，其最小宽度为11个模块宽(2)起始符位于条形码符号左侧空白区的右侧，表示信息开始的特殊符号，由101这3个模块组成08:22(3)左侧数据符位于起始符右侧，表示6位数字信息的一组条形码字符，每个数字由7个模块组成(4)中间分隔符是平分条形码字符的特殊符号，由01010这5个模块组成(5)右侧数据符位于中间分隔符的右侧，表示5位数字信息的一组条形码字符，每个数字由7个模块组成(6)校验符位于右侧数据符的右侧，表示校验码的条形码字符，由7个模块组成(7)终止符位于条形码校验符的右侧，表示信息结束的特殊符号，由101这3个模块组成08:22(8)右侧空白区右侧空白区最小宽度为7个模块宽，为保护右侧空白区的宽度，可以在条形码符号终止符之后且与条形码文字齐平之处添加“”符号，“”的位置和尺寸如下图所示：08:22EAN-13由113个模块组成，其中每个模块代表条形码中的一个细条或细空（对应于字符集中的1或0）。EAN-13条形码的模块组成如下图所示：08:22字符集在EAN-13商品条形码中，由13位数字组成，每个数字由7个模块组成。商品条形码使用的字符集如下图所示：08:22在标准版商品条形码的软件设计过程中，需要根据第一位（最左侧的一位数字）来确定其后6位数字中每个数字的编码规则，即选择上图中的A子集还是B子集；而右侧的5位数据符以及1位校验码则根据每位的数字直；接选择上图的C子集。EAN-13商品条形码左侧数据符使用的字符集如下图所示：08:22设计实例已知一商品条形码文字字符为693234010516X，请设计该条形码(1)计算条形码的校验字符根据校验码计算过程可知该条形码的校验字符为6(2)计算条形码各字符的二进制序列由于条形码的第一个字符是6，可知EAN-13左侧数据符使用的字符集规则为ABBBAA，因此可得出左侧数据符的二进制序列如下表所示：左侧数据符的二进制序列字符932340字符集ABBBAA二进制序列0001011010000100110110100001010011000110108:22右侧数据符均采用字符编码的C子集，直接查表得出右侧6个数据字符的二进制序列，如下表所示：右侧数据符字符105166字符集CCCCCC二进制序列11001101110010100111011001101010000101000008:22(3)构造整个条形码的二进制序列按照“左侧空白区起始符932340中间分隔符105166终止符右侧空白区”的构造方式，构成的二进制字符串序列，共113个字符长度：00000000000101000101101000100110110100001010001100011010101011001101110010100111011001101010000101000000008:22常用二维条码•PDF417码•QRCode码4二维条