感知万物的物联网离不开各种传感器技术!

走近物联网郭文书主要内容：什么是物联网物联网的由来物联网的应用领域物联网的关键技术物联网的发展现状一、什么是物联网物联网（InternetofThing---IOT），“物物相连的互联网”，即把所有物品通过射频识别（RFID）、红外感应、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等各类信息传感设备或敏感器件，按照约定的协议与互联网连接起来，进行信息交换和通信，实现物与物、物与人之间的信息交互，最终实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理服务。思考与交流：1、物联网联接的对象是什么？2、物联网与因特网的区别与联系？二、物联网的由来2.1物联网概念的提出：1991年，由美国提出普适计算的概念，它具有两个关键特性：一是随时随地访问信息的能力；二是不可见性，通过在物理环境中提供多个传感器、嵌入式设备，在用户不察觉的情况下进行计算和通信---物联网的雏形。1995年，比尔.盖茨《未来之路》1998年，凯文.阿什顿在宝洁公司的一次演讲中提出。（1999年，凯文.阿什顿在美国召开的移动计算和网络国际会议中提出。）2003年，MIT的自动识别实验室对物联网概念作了完善。2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2005年，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》。2009年，IBMCEO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。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。2009年，温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，提出“感知中国”。物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”。思考与交流：物联网真的这么重要吗？2.2物联网的必要性：第一次工业革命：18世纪60年代--19世纪中期（蒸汽时代）第二次工业革命：19世纪70年代--20世纪初（电气、电讯时代）科技革命：20世纪40年代至今（电子与信息时代）能力与效率！三次革命是对人类改造世界的能力和效率的不同层面的提升。物联网正是在人类这种欲望之下的必然与必要的产物！听懂物语、与物沟通！思考与交流：1、三次革命是如何提升人类的能力与效率的？2、物联网是如何提升人类的能力与效率的？2.3物联网的技术可行性：感知技术：物体自身信号感知、嵌入信号感知技术组网技术：局域、广域、有线、无线组网技术定位技术：局域、区域、全球定位技术云计算技术：上述物联网技术有的已经在得到广泛的应用，有的技术（如云计算）也已初步得到应用。三、物联网的应用领域思考与交流：1、在你的工作和生活中体验过物联网的应用吗？2、想象一下物联网还有哪些应用领域？四、物联网的关键技术物联网的支撑技术主要有：感知技术、组网技术、定位技术、云计算技术、智能控制技术等。4.1感知技术：条码技术射频识别（RFID）技术传感器技术机器视觉技术。思考与交流：1、感知技术在物联网的作用？2、在你的生活和工作中都有哪些感知技术？4.1.1条形码/二维码技术条形码(barcode)是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。二维码（2-dimensionalbarcode）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。手机二维码通过手机拍照功能对二维码进行扫描，快速获取到二维条码中存储的信息，进行上网、发送短信、拨号、资料交换、自动文字输入等，手机二维码目前已经被各大手机厂商使用开发。思考与交流：1、什么是手机物联网？2、什么是“闪购”？射频识别（RFID）技术以无线方式追踪和管理物品的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得相关数据。电子标签读写器传输网络数据处理频段工作方式特点应用低频（125、133khz）被动式1、价格低廉；2、绕射能力强；3、近距离、低速率、少量数据。工作距离小于10cm。动物识别、容器识别、工具识别。高频（3-30Mhz,13.56Mhz)被动式1、价格低廉；2、近距离、中速率、少量数据。工作距离小于1m。电子车票、电子身份证、电子闭锁等。超高频（433.92、915Mhz）被动式、主动式1、中远距离、高速、批量数据；2、抗干扰强；3、天线简单，易于外形设计。工作距离小于10m铁路车辆识别、集装箱识别等。微波（2.45、5.8Ghz）主动式1、远距离、高速、大容量数据；2、抗干扰极强；工作距离可达500米以上。高速ETC收费、内核船舶监控、城市车辆管理、实时定位等。射频识别（RFID）技术应用实例4.1.3传感器技术传感器是能感受外界信息（物理量或化学量）并能按一定规律将这些信息转换成可用电/磁/光信号的装置或器件。敏感元件转换元件转换模块被测量电/磁/光信号传感器技术是实现自动检测和自动控制的核心技术。感知万物的物联网离不开各种传感器技术！思考与交流：1、在你身边有哪些传感技术2、传感器与上述条形码、RFID电子标签的作用有什么不同？位移传感器红外传感器天线压力、温湿度传感器负荷传感器电流传感器4.1.4机器视觉机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。主要应用领域流水线检测、半导体制造业、PCB焊装、电子生产加工设备等。也用在指纹比对、人脸识别等特殊领域。4.2组网技术：物联网组网及技术的特殊要求：网络节点数量大、移动性、异构性。网络层次路由智能要求高、数据流的分布管理难度大。跨层信息传输的移动性、稳定性、可靠性及寿命等要求高。物联网主要传输网络类型：无线远程网：1、全球移动通信系统(GlobalSystemforMobilecommunications)---GSM网（2代手机电路交换网）2、通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService)---GPRS网（2.5代手机分组交换网）3、CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)又称码分多址。（3G移动通信系统---美国CDMA2000，欧洲WCDMA，中国TD-SCDMA；中国电信的CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA。）有线远程网：1、综合业务数字网络（ISDN）（线路交换）2、帧中继（FrameRelay）（分组交换）互联网技术3、异步传输模式（ATM）（信元交换）物联网主要局域网络技术：1、蓝牙（BlueTooth）2、无线保真（WirelessFidelity---WiFi）3、紫蜂（ZigBee）4、6LoWPAN（基于IPv6的无线个人局域网）思考与交流：上述物联网的局域联网技术都是无线方式工作的，为什么？4.2.1蓝牙（BlueTooth）网络技术：一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。工作在全球通用的2.4GHzISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。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。不足之处：蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化，对无线数据通信的要求必须是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。4.2.2无线保真（WirelessFidelity---WiFi）：1990年IEEE802标准化委员会成立IEEE802.11无线局域网标准工作组，1997年提出IEEE802.11（别名WiFi）无线保真标准。工作于2.4Ghz开放频段，数据速率在11Mbps-54Mbps之间，传输距离在100米内。4.2.3紫蜂（ZigBee）：Zigbee是ZigBee联盟（一个高速成长的非盈利业界组织，成员包括国际著名半导体生产商、技术提供者、技术集成商以及最终使用者）2003年5月基于IEEE802.15.4标准提出的无线局域网技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本和高可靠。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。Zigbee在2.4GHZ的频段只有250Kb/S的速率，传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1～3km。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。位移传感器红外传感器天线压力、温湿度传感器负荷传感器电流传感器4.2.4基于IPv6的低速无线个域网（6LoWPAN）：Internet工程任务组（InternetEngineeringTaskForce）于2004年11月成立6LoWPAN工作组，研究将IP网络层协议引入无线通信网络的6LoWPAN技术。目的是实现充分利用成熟的互联网IP协议技术，实现短距离、低速率、低功耗的无线IP网络技术。可以说是IP技术与IEEE802.15.4标准的有机结合。可广泛用于智能家居和工业控制等领域。目前已经完成了《在低功率网络中运行IPv6协议的假设、问题和目标》和《在IEEE802.15.4标准上传输IPv6报文）两项研究报告。思考与交流：已经有了基于IEEE802.15.4标准的Zigbee技术，为什么还要研究同样基于IEEE802.15.4标准的IPv6版本？4.3定位技术：解决实时获取物品位置信息的技术。广域范围内，主要以下卫星定位系统：全球定位系统（GlobalPositioningSystem）；中国北斗系统；俄罗斯GLONASS系统；欧盟“伽利略”系统。区域范围内，主要有：3G蜂窝定位技术；中国TD-SCDMA、欧洲WCDMA、美国CDMA2000无线局域网定位技术（WiFi、Zigbee、蓝牙、RFID等等）；红外、超声波定位技术；4.4云计算技术：狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。云计算服务模式云计算服务通常提供通用的通过浏览器访问的在线商业应用，软件和数据可存储在数据中心。云计算可以认为包括以下几个层次的服务：IaaS(Infrastructure-as-a-Service)：基础设施即服务。消费者通过Internet可以从完善的计算机基础设施获得服务。PaaS(Platform-as-a-Service)：平台即服务。PaaS实际上是指将软件研发的平台作为一种服务，以SaaS的模式提交给用户。SaaS(Software-as-a-Service)：软件即服务。它是一种通过Internet提供软件的模式，用户无需购买软件，而是向提供商租用基于Web的软件，来管理企业经营活动。五、物联网的发展现状美国（智慧地球）…是长期发展和繁荣的基础，也是美国在21世纪重新获得竞争力的关键所在-奥巴马行动部署:—经济刺激计划中数百亿美元支持物联网相关应用。—支持IBM的“智慧地球”---3个“I”：物联化(Instrumented)，互联化(Interconnected)，智能化(Intelligent)。—已有优势：RFIDEPCglobal的主导地位、国防部“智能微尘”。欧盟…物联网将成为经济和社会发展的关键资源…未来5-15年中将极大改变社会发展方式…欧盟战略部署要在利用其实现经济增长和人的发展中扮演全球领导角色。—2009《欧盟物联网行动计划》。—2009《欧盟物联网战略研究路线图》。—政策框架与法律准备。日韩…—均在2004年启动泛在国家战略，物联网被纳入其国家整体发展重点。—金融危机后再次强化、更新行动部署。—物联网应用、基础设施和技术产业发展列入其优先行动议程。中国物联网的发展历程中科院早在1999年就启动了传感网研究，先后投入数亿元，在无线传感网络、智能微型传感器、现代通信技术等方面取得了重要进展。2004年，国家金卡