物联网技术及应用74

1物联网技术与应用TheInternetofthings2物联网概述物联网架构EPC物联网核心技术物联网应用粮食仓储物联网建设思路物联网技术与应用3物联网概述•从有语言开始，人类一直没有停止对自由交流的追求。从书信到电话，再到互联网。现如今，人们又把目光投向身边的各种物体，开始设想如何与它们交流，这就是广受关注的物联网。4•继计算机、互联网和移动通信之后，目前普遍认为物联网引领信息产业革命的又一次新的浪潮，成为未来社会经济发展和进步、科技创新的新动力，也关系到未来国家基础设施的安全利用。它融合了半导体、传感器、计算机和通信网络等多种技术，成为电子信息产业发展的新的制高点。5物联网（IOT）的起源电子交易：电子商务电视传媒：VOD、Tivo（数字录像）电子钱包：手机支付、不停车收费物品定位：自动查找遗失物品智能建筑：钢筋混凝土+硅片+软件三维地图：……他认为互联网只是实现了计算机的联网，未实现与万事万物的联网。限于当时条件的限制，当时无法真正实现。——《未来之路》·19956物联网概念提出：将所有物品通过RFID、传感器、智能嵌入技术等与互联网连接，实现物理世界与信息世界的整合；通过功能强大的计算机集群，对人、机、物实时动态管理；国际电信联盟突尼斯峰会发布报告，描绘了物联网时代的远景：正式提出了物联网，世界上的物体，能通过互联网主动进行数据交换。司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么物品；衣服会告诉洗衣机对颜色和水温的要求等。机器联网人与人联网物品联网《ITU互联网报告2005：物联网》KevinAshton·19987物联网（IOT）的起源1998年，美国麻省理工大学（MIT）的Sarma、Brock、Siu创造性地提出将信息互联网络技术与RFID技术有机地结合，即利用全球统一的物品编码（EPC，ElectronicProductCode）作为物品标识，利用RFID实现自动化的“物品”与Internet的联接，无需借助特定系统，即可在任何时间、任何地点、实现对任何物品的识别与管理。1999年，由美国统一代码委员会（UCC）吉列和宝洁等组织和企业共同出资，在美国麻省理工大学成立Auto-IDCenter，在随后的几年中，英国、澳大利亚、日本、瑞士、中国、韩国等国的6所著名大学相继加入Auto-IDCenter，对“物联网”相关研究实行分工合作，开展系统化研究，提出最初物联网系统构架：•射频标签•识读器•Savant软件•对象名称解析服务（ONS）•实体标记语言服务器（PML-Server）2003年11月1日，国际物品编码组织（GS1）出资正式接管EPC系统，并组成EPCGlobal进行全球推广与维护。与此同时，原6所大学的AUTO-ID实验室转到EPCGlobal下的技术组，作为EPC实验室，继续对EPC系统的应用提供技术支持，提出物联网系统架构：•EPC编码•EPC标签•读写器•中间件•对象名称解析服务（ONS）•EPC信息服务（EPCIS）产品电子代码（EPC编码）是国际条码组织推出的新一代产品编码体系，原来的产品条码仅是对产品分类的编码，EPC码是对每个单品都赋予一个全球唯一编码，EPC编码96位（二进制）方式的编码体系。数据平滑，数据校验以及数据暂存,然后传输给互联网8物联网（IOT）的定义早在1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中就已经提及物联网概念。但是，“物联网”概念的真正提出是在1999年，由EPCglobal的Auto-ID中心提出，被定义为：把所有物品通过射频识别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。2005年，国际电信联盟（ITU）正式称“物联网”为“TheInternetofthings”，并发表了年终报告《ITU互联网报告2005：物联网》。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换；并描绘出“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。现在较为普遍的理解是，物联网是将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。通过装置在各类物体上的电子标签（RFID）、传感器、二维码等经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予智能，可以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体互相间的沟通和对话。9广义的物联网涵义利用条码、射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现人与人、人与物、物与物的在任何时间、任何地点的连接（anything、anytime、anywhere），从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。普适计算泛在网络物联网RFID传感器网络ubiquitous10•经济长波理论：每一次的经济低谷必定会催生出某些新的技术，而这种技术一定是可以为绝大多数工业产业提供一种全新的使用价值，从而带动新一轮的消费增长和高额的产业投资，以触动新经济周期的形成。•过去的10年间，互联网技术取得巨大成功。目前的经济危机让人们又不得不面临紧迫的选择，物联网技术成为推动下一个经济增长的特别重要推手。经济危机下的推手•随着微电子技术的发展，涉及人类生活、生产、管理等方方面面的各种传感器已经比较成熟。例如常见的无线传感器（WSN）、RFID、电子标签等。传感技术的成熟•目前，随着网络接入多样化、IP宽带化和计算机软件技术的飞跃发展，基于海量信息收集合分类处理的能力大大提高。网络接入和信息处理能力大幅提高物联网（IOT）提出的背景11十五年周期定律1965年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前后以个人计算机的普及为标志，1995年前后则发生了互联网革命。2010年前后？物联网？IBM前CEO郭士纳提出一个重要的观点：计算模式每隔15年发生一次变革。每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革命一定程度上是由美国“信息高速公路”战略所催熟。12欧盟网络企业和RFID司物联网总监Peter.Friess预测：2015年到2020年间显现对经济发展刺激作用；美国权威咨询机构forrester预测到2020年：(物物互联业务：人与人通信业务)比将达到30:1；物联网将拥有30万亿元通信大市场；物联网前景预测IBM前CEO郭士纳预测：计算模式每隔15年发生一次变革；2010年以物联网为标志；易观国际分析：物联网最主要的推动力只有两个：政府与电信运营商；未来物联网产业的最关键环节是应用层面的行业用户；13各国政府行动战略未来信息产业发展：信息网络--全面感知和智能应用14美国：智慧的地球智慧的银行智慧的交通智慧的医疗智慧的城市智慧的电力智慧的供应链智慧的地球通过超级计算机、云计算整合物联网与互联网构建智慧的地球2008,IBM:建议新政府投资新一代的智慧型基础设施15日本：“U-Japan”战略u-Japan由日本信息通信产业的主管机关总务省提出，即物联网（泛在网）战略。目标是把日本建成一个充满朝气的国家，使所有的日本人，包括儿童和残疾人，都能积极地参与日本社会的活动。通过无所不在的物联网，创建一个新的信息社会。物联网在日本已渗透到人们衣食住中：松下公司推出的家电网络系统可供主人通过手机下载菜谱，通过冰箱的内设镜头查看存储的食品，以确定需要买什么菜，甚至可以通过网络让电饭煲自动下米做饭；日本还提倡数字化住宅，通过有线通信网、卫星电视台的数字电视网和移动通信网，人们不管在屋里、屋外或是在车里，都可以自由自在地接受信息服务。u-Japan战略的理念是以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接。为了实现u-Japan战略，日本进一步加强官、产、学、研的有机联合，在具体政策实施上，将以民、产、学为主，政府的主要职责就是统筹和整合。通过实施u-Japan战略，日本希望开创前所未有的网络社会，并成为未来全世界信息社会发展的楷模和标准，确保在国际竞争中的领先地位。16韩国：“U-Korea”计划FriendlyGovernment友好的政府IntelligentLand智能的建筑RegenerativeEconomy可再生经济Secure&SafeSocialEnviroment安全的社会环境Tailoredu-lifeService定制化生活服务FIRST五大重点应用领域四项关键建设BalancedGlobalLeadership均衡的全球领导地位BEcologicalIndustrialInfrastructure生态型产业基础设施EStreamliningSocialInfrastrcture现代化的社会基础设施STransparentTechnolo-gicalInfrastructure透明化的技术基础设施T先进的韩国在全球最优的泛在基础设施上建成第一个泛在社会17欧盟：物联网行动计划通过构建新型物联网管理框架来引领世界物联网发展；提出物联网的三方面特征：作为新的独立系统，建立在特有基础设施上；物联网将伴随新的业务共同发展；物联网包括多种通信形式；欧盟物联网行动计划物联网管理安全性保证标准化研究开发开放和创新达成共识国际对话污染管理未来发展管理体制制定立法保证政策框架制定芯片沉默权利关键资源发展强制标准化制定研究资助研究项目整合创新项目试点定期汇报加强国际对话RFID循环统计数据进行监督18都是交互信息网19物联网技术发展路线信息汇集协同感知泛在聚合主要目标•将多种感知技术所采集的分布式、异构信息进行汇聚；•通过网络将感知信息汇聚到业务应用系统，集中进行信息的处理与共享，并提供信息应用服务。•以事件、任务和目标为驱动，实现感知、网络和应用各个层面的协同工作；•具备分布式、跨层次、自学习的协同处理能力，提供智能、精确的多元化信息服务。•将海量信息进行聚合，产生出新的有应用价值的信息；•实现任何人、任何物体、任何时间、任何地点互联互通；•引发应用和服务模式创新。关键技术•传感器设计与实现•短距离无线传输技术•低功耗技术•电磁兼容技术等•上下文感知技术•海量信息处理技术•任务驱动的大规模自治组网技术•多种通信网络融合技术等•信息聚合理论•模糊控制技术•泛在异构网络•人工智能•仿生学传感器•纳米材料、生物芯片等发展趋势：智能化、协同化、泛在化、服务个性化20计算与处理、关键技术分布图智能嵌入式系统技术智能图像识别及处理图像压缩及合成物理世界感知自适应信号提取及调理启发式跨层能量优化自适应优化通信协议高维海量信息整合自组网并行计算自配置拓扑及覆盖控制网络服务质量控制泛在接入实时动态信号分析后台支撑应用行业应用移动网络(如TD)Internet无线网络(如WLAN)卫星网络Post-IP网络云计算技术海量存储技术数据管理系统专家系统数据挖掘自组织泛在设备互联分布式智能处理多传感器多源信息融合异构异质系统协同效能评估与反馈信息建模与描述分布式数据存储与查询协同泛在计算泛在接入高性能信息处理分布式信息处理智能人机交互情景感知KBMBGBTBPB数据量处理能力MIPS10MIPS102MIPS103MIPS109MIPSMillionInstructionsexecutedPerSecond,CPU性能指标21•标示和地址等基础资源管理与服务平台•物理实体的实时定位跟踪服务平台•基于物理位置的服务发现和推介平台•可运营可管理的物联网云计算服务平台•超级计算物理平台•海量感知数据存储物理平台•超大规模网络分布式管理平台•基于形式化语义的信息分类、关联与识别共性平台•后台海量数据并行计算与并行挖掘技术•基于Web的海量数据的检索和知识挖掘共性平台•上下文感知的普适环境•具有传感信息实时交互能力的分布式数据仓库•并行化处理的操作系统平台•面向物联网的共性服务中间件平台•面向物联网的一体化开发平台