物联网概述36

1物联网概述物联网概述物联网概述物联网概述（（IOT:IOT:InternetInternetofofThings)Things)孙其博孙其博博士博士//副教授副教授Page1北京邮电大学北京邮电大学20102010年年77月月目录一、物联网的概念与内涵二、体系架构与关键技术三、物联网与泛在网络2五、物联网与移动服务四、物联网典型应用模式2•物联网概念的起源–物联网是现代信息技术所引起的一场关于“物”的利用和管理的革命它既是当代信息化向高端发展的一个重要内容也是新型物联网概念的起源物联网概念的起源革命，它既是当代信息化向高端发展的个重要内容，也是新型工业化的一个重要方面。–1999年MITAuto-IDCenter提出网络RFID系统，即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。–早期的物联网是以物流系统为背景提出的，随着技术和应用的发展，物联网的内涵已发生了较大变化3•物联网概念的发展–2005年国际电信联盟（ITU）在突尼斯举行的信息社会世界峰会（物联网概念的发展WSIS）上正式确定了“物联网”的概念，随后发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，介绍了物联网的特征、相关的技术、面临的挑战和未来的市场机遇。新维度的引入4新维度的引入3定义1：由具有标识、虚拟个性的物体/对象所组成的网络，这些标识和个性运行在智能空间，使用智慧的接口与用户、社会和环境的上下文进行连接和通信物联网的典型定义行连接和通信。2008年5月，欧洲智能系统集成技术平台(EPoSS)《InternetofThingsin2020》定义2：物联网是未来互联网的整合部分，它是以标准、互通的通讯协议为基础，具有自我配置能力的全球性动态网络设施。在这个网络中，所有实质和虚拟的物品都有特定的编码和物理特性，通过智能界面无缝链接，实现信息共享。2009年9月欧盟第七框架RFID和互联网项目组报告52009年9月，欧盟第七框架RFID和互联网项目组报告定义3：指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。2010年3月，我国政府工作报告所附的注释中物联网定义•狭义：连接物品到物品的网络，实现物品的智能化识别和管理；物联网概念的解析•广义：一种无处不在的、实现物与物之间、人与物之间的信息互联的网络，从而孕育出各种新颖的应用与服务。•外延：实现物理世界与信息世界的融合将一切事物数字化网络化物联网应用6融合，将切事物数字化、网络化，在物品之间、物品与人之间、人与现实环境之间实现高效信息交互,是信息化在人类社会综合应用达到的更高境界。4“智能处理”：利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信信息处理与加工物联网的功能特征息进行分析处理，实现智能化的决策和控制；“可靠传送”：通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享；信息传递与加工信息传递物联网信息知识策略7共享；“全面感知”：利用射频识别（RFID）、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取。信息施效信息获取物理世界数据行为•物联网的底层借助RFID和传感器等实现对物件的信息采集与控制，通过传感网将一组传感器的信息汇集，并连到核心网络；基础网络是物联网的重要组成部分用于承载物物联网与互联网的关系心网络；基础网络是物联网的重要组成部分，用于承载物物互联或物与人互联的信息传递；物联网的上层实现信息的处理和决策支持。•物联网可用的基础网络可以有很多种，根据应用的需要，可以采用公众通信网络，或者采用行业专网，甚至新建专用于物联网的通信网。•互联网既可以连接人也可以连接物既可以连接虚拟世界8•互联网既可以连接人也可以连接物，既可以连接虚拟世界也可以连接实际世界。通常互联网最适合作为物联网的基础网络，特别是当物物互联的范围超出局域网时，以及当需要利用公众网传送需处理和利用的信息时。5•发达国家加快物联网相关技术和产业的前瞻布局–2009年6月18日，欧盟执委会发表了《物联网：欧洲行动计划》国内外物联网发展战略部署年月日，欧盟执委会发表了物联网欧洲行动计划，描述了物联网的发展前景，在世界范围内首次系统地提出了物联网发展和管理设想，提出了12项行动保障物联网加速发展。管理体制的制定、安全性保障和标准化制定是该行动计划的重点。–2009年10月13日，韩国通信委员会通过了《物联网基础设施构建基本规划》提出了“通过构建世界最先进的物联网基础实施9基本规划》，提出了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。•我国将物联网作为战略性新兴产业予以重点关注和推进–2009年8月7日，温家宝总理视察无锡时提出“感知中国”理念，国内外物联网发展战略部署年月，温家视察锡时提出知中国，由此推动了物联网概念在国内的重视–2010年3月5日，温家宝总理在《政府工作报告》将“加快物联网的研发应用”明确纳入重点产业振兴–2010年，国务院、发改委、工信部、科技部等都有可能出台促进物联网产业发展的扶持政策–整体而言，中国的物联网发展尚未走出“概念”阶段，缺乏顶层10蓝图规划。6中国发展物联网的战略意义11保障国家信息安全国土安全促进工业化与信息化融合抢占信息产业第三次浪潮的制高点目录一、物联网的概念与内涵三、物联网与泛在网络二、体系架构与关键技术12五、物联网与移动服务四、物联网典型应用模式7物联网的网络架构普适化的信息计算与服务融合化的网络基础设施13Source:ITUY.2221泛在化的末端感知网络•四大技术体系物联网的技术体系四大技术体系148信息传输技术物联网关键技术标识与感知技术15信息处理技术物品的自动识别技术•自动识别技术是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，它是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术。•物品的识别是物联网的基础，它的核心就是自动识别技术，包括条码技术和射频识别技术。•自动识别技术的形成过程是与条码的发明、使用和发展分不开的。条码技术的核心内容是利用光电扫描设备识读条码符号从而实现机器的自动识别并快速准确地将信息16码符号，从而实现机器的自动识别，并快速准确地将信息录入到计算机进行数据处理，以达到自动化管理之目的。9条码技术——名词解释•什么是条码和条码系统？–条码（barcode）：由一组规则排列的条、空及对应字符组成的标记，用以表示一定的信息。–条码系统（barcodesystem）：由条码符号设计、制作及扫描阅读组成的自动识别系统。•条码种类很多，常见的大概有两类二十多种码制：–一维条码：二维条码：17二维条码的起源与发展•二维条码技术是在一维条码无法满足实际应用需求的前提下产生的。由于受信息容量的限制，一提生。受息，维条码通常是对物品的标识，而二维条码是对物品的描述。–所谓对物品的标识，就是给某物品分配一个代码，代码以条码的形式标识在物品上，用来标识该物品以便自动扫描设备的识读，代码或一维条码本身不表示该产品的描述性信息18产品的描述性信息。•二维条码与一维条码的比较–信息量容量大、安全性高、读取率高、错误纠正能力强等特性是二维条码的主要特点。10RFID简介•无线射频识别（RFID，RadioFrequencyIdentification）是一种利用频通信实现的非接触式自动识别技术。•RFID与互联网、通讯、定位等技术相结合，可实现全球范围内的物资跟踪与信息共享。19RFID系统组成•最简单的RFID系统：由标签（Tag）、阅读器（Reader）及天线（Antenna）组成，实际应用时需与计算机及应用系统相结合。系统相结合。2011RFID工作原理21工作原理：读取器透过天线发送一定频率的射频讯号，当标签（Tag）进入发射天线工作区域时产生感应电流，Tag凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至应用系统进行有关数据处理135kHz、13.56MHz、433.92MHz、860~930MHz、2.45GHz、5.8GHzRFID操作频段操作频段读写距离应用领域低频：125、135kHz高频：13.56MHz‾10cm‾1m进出管制、动物追踪、POS应用智能卡、物品追踪、图书馆应用相对成熟发展最快感应耦合反向散射感应耦合感应方式22超高频：915MHz极高频：2.45、5.8GHz2‾3m2‾15m物流管理、电子收费物流管理、电子收费、行李管理发展最快探索阶段反向散射耦合反向散射耦合12RFID应用应用领域具体应用RFID技术已经在众多社会经济领域应用，对改善人们生活质量、提高企业经济效益、加强公共安全以及提高社会信息化水平产生了重要影响。应用领域具体应用物流物流过程中的货物追踪、信息自动采集零售商品的销售数据实时统计、补货、防盗制造业生产数据的实时监控、质量追踪、自动化生产医疗医疗器械管理、病人身份识别、婴儿防盗身份识别电子护照、身份证、学生证等各种电子证件防伪贵重物品（烟、酒、药品）的防伪、票证的防伪23资产管理各类资产（贵重/数量大相似性高/危险品等）管理交通ETC、出租车管理、公交车枢纽管理、铁路机车识别等食品水果、蔬菜、生鲜、食品等保险度管理动物识别训养动物、牲口及宠物等识别管理航空旅客机票、行李包裹追踪•传感器是感知物理条件或化学成分并且传递与被观察的特性成比例的电信号的电子设备。传感器的定义传感器d物理量物理量化学量化学量生物量生物量获取的信息转换电信号24传感器——sensor, transducer总之，传感器的功用就是“感与传”，即感知并传递信息。传感器有时又被称为：检测器、转换器、敏感元件等。13现代微型传感器•目前，传感器正从传统的分立式，朝着单片集成化、智能化、网络化、系统化的方向发展。智能传感器是一种带微处理器的传感器是微型计算机和传感器–智能传感器是一种带微处理器的传感器，是微型计算机和传感器相结合的成果，它兼有检测、判断和信息处理功能。–网络传感器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新一代智能传感器。•现代微型传感器–感知能力＋计算能力＋通信能力–体积小,能耗小25体积小,能耗小SensingAreaSensingAreaInternetInternet或或通信卫星通信卫星什么是无线传感器网络？ObjectObjectUU端端通信卫星通信卫星汇聚节点传感器节点网关节点SinkSink••微纳技术、自治组网、协同处理是传感网的突出特点。微纳技术、自治组网、协同处理是传感网的突出特点。26UserUser端端•传感器网络覆盖传感器网络覆盖感知对象区域感知对象区域••每个传感器完成其临近感知对象的观测每个传感器完成其临近感知对象的观测••多传感器协同完成感知区域的大观测任务多传感器协同完成感知区域的大观测任务••使用多跳路由算法向用户报告观测结果使用多跳路由算法向用户报告观测结果传感器节点141.无人机部署传感器节点传感网的节点部署与功能自组织网邻居发现选择哨兵Zzz...选举领导领导迁移小组管理协调网格数据编组数据汇聚参数化定位哨兵272.传感器节点以功率管理方式建立传感网3.传感器网检测到运动物体进入并叫醒传感器节点定位调度重配置链路接入功率管理网络监视时间同步状态同步哨兵27传感器网络的应用传感器网络的应用•军事应用:–作战环境侦查与监控作战环境侦查作战环境侦查战场监测与指挥战场监测与指挥–军事侦查、情报获取–战场监测与指挥•民事应用:–环境监测–交通管理灾难预防(如森林火灾监测)大地监测大地监测28–灾难预防(如森林火灾监测)–危险区域监测–有灭绝危险或珍贵动物的跟踪监护–民用和工程基础设施的安全性监测–等等，等等环境监测15其他信息获取技术•视频分析技术•卫星定位技