物联网概论(燕庆明)第1章

第1章导论第1章导论1.1物联网发展的背景1.2我国物联网现状与发展趋势1.3物联网的应用领域第1章导论1.1物联网发展的背景1．国际国内有关信息技术的几件大事近十多年来，从决策层来看，出现了几件大事：(1)数字地球。1998年1月31日，美国前副总统戈尔做了题为《数字地球：展望21世纪我们这颗行星》的报告，首次提出了“数字地球”的新概念，促进了信息高速公路的发展。(2)物联网。2005年11月，国际电信联盟(ITU)在突尼斯举行的信息社会世纪峰会上，发布了《ITU互联网报告：物联网》，正式提出了物联网概念。第1章导论(3)智慧地球。2008年，IBM公司首次提出了“智慧地球”发展战略。公司建议奥巴马政府投资这一智慧型基础设施。2009年，奥巴马政府积极回应这一提议，并主张把这一概念上升为美国国家战略。(4)感知中国。2009年8月7日，我国总理温家宝在视察无锡微纳传感网工程技术中心时，提出在无锡建立“感知中国”示范中心，要求“早日谋划未来，早一点攻破核心技术”。2009年10月，无锡市成立了无锡物联网产业研究院。第1章导论(5)欧洲行动计划。2009年6月18日，欧盟在比利时首都布鲁塞尔提交了《物联网—欧洲行动计划》的公告。指出物联网是主要的经济与社会资源，并提出14项行动计划，决心以实际行动引领物联网时代。(6)智能日本。2004年，日本提出“U-Japan”战略，也就是建设“4U网络”，即Uniquitous(无所不在)、Universal(无所不包)、User-oriented(用户指南)、Unique(独特)之网络，实现所有人与人、物与物、人与物之间连接。2009年8月，日本又把“U-Japan”升级为“I-Japan”战略，即“智能日本”(IntelligentJapan)计划。日本把传感器列为国家重点发展项目之一，期望通过物联网技术的产业化，实现自主创新，改革经济社会，并减轻因人口老龄化带来的医疗、养老等社会负担。第1章导论2．促进物联网发展的技术和社会背景(1)信息技术背景。物联网(TheInternetofThings，IOT)概念最早于1999年由美国麻省理工学院的科研专家首先提出。最初是将传感器、电子标签用于商业方面。这项技术一旦和互联网结合，即显示出强大的生命力。所以物联网是在计算机、互联网之后的技术延伸。物联网之所以如此快地出现在人们的眼前，传感器、射频识别器件(RadioFrequencyIdentificationDevice，RFID)、计算机和互联网的快速发展起到了决定性作用。第1章导论计算机信息技术的发展，其历程大致如下：20世纪50年代为第一代电子管计算机；到1965年，出现了第二代大型电子计算机(晶体管，哈佛大学)；1980年，出现了第三代PC计算机(集成电路)；1995年，互联网进入社会；2010年，我国研制的超级计算机“天河一号”，速度达到4700万亿次/秒，居当年世界第一位。在通信方面，从固定电话到移动电话，从模拟手机到数字3G手机，从互联网通信到卫星通信、激光通信、微波通信等，发展速度难以想象。这些都成为物联网诞生的必要条件。第1章导论(2)金融危机背景。可以说金融危机催生了物联网革命。从历史上看，每次经济危机都推动了新的技术革命。1857年的世界经济危机，引发了电气技术革命；1929年的世界经济危机，又催生了以电子、航空和核能为代表的新技术革命。新技术的出现和产业重组，成为摆脱危机、推动经济增长的动力。从2007年底起由美国次贷危机引发的国际金融危机，影响之大，时间之长，对全世界经济造成了严重打击。为了应对金融危机，从2008年起，世界各国，特别是美国、欧洲、中国等国家和地区，相继出台对策，以挽救面临困境的企业和经济。各国提出采用新技术、新的产业结构来应对危机。物联网就是在这种政治背景下的必然产物。图1-1为物联网形成示意图。第1章导论图1-1物联网形成示意图金融危机背景下物联网信息科学技术产业化决策：智慧地球、感知中国、欧洲行动计划、智能日本第1章导论1.2我国物联网现状与发展趋势自从2009年8月我国创建“感知中国”中心起，从国家到地方，从科研院所到企业，都加快了物联网技术和产业的研发。2009年11年，由中国移动、大唐移动、同方股份、中科院软件所、清华大学、北京邮电大学的科研院所和企业共同组建了中关村物联网产业联盟。2010年1月，江苏昆山传感器产业基地成立。广东成立了射频识别技术标准化技术委员会。2010年3月，中国政府工作报告第一次写入“加快物联网的研究应用”。2010年7月，上海启动建设“上海物联网中心”。第1章导论无锡从2009年起确立为国家物联网产业示范基地。这一重大决策，像春雷一样响彻江南大地。无锡率先成立了以刘海涛教授为领军人物的无锡物联网产业研究院，成立了无锡国家传感信息中心管理委员会。2010年6月，江南大学组建了全国第一家物联网工程学院，成立了传感网大学科技园。先后有十几所全国重点大学在无锡设立研发中心或研发项目，如上海交通大学的“三网合一”、南京大学的“感知生命”、南京信息工程大学的感知气象、电子科技大学的光纤传感器等。世界知名高校，如剑桥大学、麻省理工等大学的科研人员也进驻园区。中国电信、中国移动在无锡成立了物联网研究院。到2010年底为止，全市已成立了物联网企业259家，拥有物联网研发高级人才近1000名，签约物联网项目214项；第1章导论确立了80多个重大示范项目，如感知太湖、智能交通、防入侵工程、平安家居、生态农业、现代物流等；已有12个项目进入应用阶段，如无锡机场防入侵自动监控系统、太湖水智能监测系统以及在无锡运营的中国首座220千伏智能变电站，均采用了物联网技术，将各个关键部位用传感器与互联网相连，可进行自我诊断、判别和修复。太湖云计算信息技术公司在物联网工程中已发挥重大作用，在私有云解决方案、共有云服务、虚拟桌面云解决方案以及智慧商务电子等方面不断取得成果，仅2010年就实现了2000万元的销售收入。无锡物联网产业在物联网设备制造、软件产品开发、系统集成、网络及运营服务四大领域已取得显著成效。从2010年2月到2011年2月的一年间，实现销售收入365亿元。到2015年，预计可达到5000亿元/年。第1章导论为了快速推进我国物联网建设和创新，工业和信息化部提出了四项指导原则：(1)突破物联网关键核心技术，实现科技创新。结合物联网特点，研发和推广应用技术，加强行业和领域物联网技术解决方案的研发和公共服务平台建设。(2)制定我国物联网发展规划，全面布局。重点发展高端传感器、微机电系统、智能传感器和传感网节点、传感器网关、超高频射频识别、有源射频识别器件等，重点发展相关终端和设备以及软件、信息服务。第1章导论(3)推动典型物联网应用示范，带动发展。通过示范应用项目的引导，带动物联网产业发展。深度开发物联网采集的信息资源，提升物联网应用过程产业链的整体价值。(4)加强制定物联网国际国内标准，保障发展。做好顶层设计，形成技术创新、标准和知识产权协调互动机制。建设标准验证、测试和仿真等标准服务平台。加快关键标准的制定、实施和应用，将国内自主创新研究成果推向国际。第1章导论1.3物联网的应用领域按照国际电信联盟的描述，物联网所要实现的目标是以下三者的统一：(1)物体与物体(ThingtoThing,T2T)的信息互联；(2)人与物体(HumantoThing,H2T)的信息互联；(3)人与人(HumantoHuman,H2H)之间的信息互联。可见，物联网可以做到对任何时间、任何物品、环境、人、企业、商业等实现互联互通。从技术上来说，物联网是在互联网基础上实现传感信息技术、通信技术和计算机技术三者为一体的智能网络。图1-2为物联网一体化网络的示意图。第1章导论图1-2物联网网络传感网络互联网网络应用网络智能信息系统第1章导论由于物联网的上述基本特征，所以它的应用领域非常广泛，如工业、农业、军事、环境、交通、物流、医疗、电网、学校等。下面略举几例。监测太湖，智慧水利。太湖水的治理是国家的重点项目，但多年来一直找不到好的治理方法。物联网技术的出现，使该项目出现了转机。从2009年起，作为无锡的示范工程，运用物联网方法，在太湖建造了20多个蓝藻监测点。目前实时监测效果很好。能源监控。为了实现节电、节水的目的，江南大学从2005年起就率先启用物联网技术。在全校3000多亩的校园内，设置了许多传感节点，通过互联网实时控制，达到节能减排的目的。目前江南大学的经验已在江苏，乃至全国的高校逐步推广。第1章导论智能交通。在交通方面，运用物联网技术可以实现不停车收费。北京朝阳区试行在某园区内无人驾驶公交，广东东莞实现汽车车位预约系统等。智能物流。实现对货物配送、监控、信息处理、自动识别、采购、存储、包装、运输、加工、销售等环节的智能管理。农业生产。运用物联网技术，可以监测并采集风、光、水、电、热、农药等数据，随时对各项因素实施监控和调节，保证农作物免受灾害。总之，物联网的应用非常广泛。图1-3给出了一个示意图。第1章导论医疗、医药智能电网工业控制智能农业城市管理智能交通智能军事金融管理智能物流智能通信智能家居环境监测图1-3物联网应用示意图第1章导论云服务平台应用层网络层感知层RFIDM2MSENSOR核心网络接入网络工业企业公共机构大型公建高等院校能效管理平台系统应用层现场感知层网络层IPDDC物联网架构图FrontView架构图工业节能机关节能建筑节能绿色大学传感器网络、执行器网络TCP/IP、OBIX、C-bus、BACnet、Lonworks、Modbus、RS-485等图1-4物联网节能应用总体架构图