从嵌入式系统视角看物联网V05

从嵌入式系统视角看物联网V0.52010年中国嵌入式教育发展高峰论坛暨高校嵌入式系统教学研讨会2010.7.24（北京）北京航空航天大学《单片机与嵌入式系统应用》杂志社何立民2从嵌入式系统视角看物联网前言◆嵌入式系统发展史就是物联与物联局域网的发展史。◆单片机、嵌入式系统与嵌入式系统局域网的普遍互联网接入，将互联网演变成物联网。◆物联网的物联基础是嵌入式系统。物联网的智慧源头是微处理器，物联网是云计算的基础。◆嵌入式系统与互联网都因对方而产生变革效应，强強联合，两大赢家。3从嵌入式系统视角看物联网1.物联网的基本概念2.寻找物联网的源头3.物联网的过程特性4.物联网的过程元素5.物联网的发展阶段6.物联网与云计算41.物联网的基本概念物联网与智慧地球不是概念炒作是互联网与嵌入式系统在高级阶段的融合◆传感网：1999年，中科院启动了传感网的研究和开发。为我国在物联网领域争得了话语权。◆物联网2005年，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念。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。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。51.物联网的基本概念◆智慧地球：2009年１月２８日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，ＩＢＭ首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念。随后，IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公布了名为“智慧的地球”的最新策略。61.物联网的基本概念◆物联网定义：物联网是一种通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，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。物联网就是“物物相连的互联网”。第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。显然，这样的定义是有缺陷的，缺陷在于它认为物联网是互联网的延伸、没有点出物联的源头、缺少嵌入式系统内涵。72.寻找物联网的源头物联网的三个源头智慧源头、网络源头、物联源头2.1物联网的智慧源头（智慧地球）◆微处理器的智力内核无所不在：物联网的智慧都源自微处理器智力内核有通用微处理器与嵌入式微处理器两种智慧方式◆微处理器的两种智慧方式：通用计算机的智慧平台（桌面智慧系统）嵌入式系统的智慧嵌入（智能化工具、设备）◆软件归一化的智慧表现微处理器指令系统上的应用软件、固化软件、操作系统82.寻找物联网的源头2.2物联网的网络源头（网络基础）◆源头：互联网与局域网两个源头，见图1两个源头都有相同的悠久历史，起源于微处理器图1物联网的源头探索92.寻找物联网的源头◆通用计算机的互联网互联网从计算网、通信网、信息网、到数字化虚拟世界◆嵌入式系统的局域网各种总线的局域网：CAN线、现场总线、无线传感器网络等◆互联网的物联融合嵌入式系统局域物联网，以及各种类型的物联单体与互联网的融合102.寻找物联网的源头2.3物联网的物联源头（物物相连）◆物联源头：单片机与嵌入式系统应用系的四个物联界面见1990年《单片机应用系统设计》中的单片机应用系统的四个通道接口的体系结构，见图2，图2物联网的物联源头112.寻找物联网的源头◆感知物联：传感器接口通道，物理参数感知◆控制物联：伺服驱动接口通道，物理对象控制◆人物互联：人机交互接口通道，人-物交互◆系统互联：系统互联的接口通道，物-物交互123.物联网的过程特性3.1物联网中的物联网事件◆物联网事件：在物联网中发生的涉物事件◆物联网事件举例：“交通事故处理”民警现场处理：非物联网事件初级阶段的物联网事件：监视系统、网络公示、网上查询、银行缴费：没有全过程网罗，非实时处理。高级阶段的物联网事件：监视系统、实时告知、车主确认、网上缴费：全过程被网罗，可实时执行。◆与物联网事件相关的过程特性有：参数性、智慧性、反应性、实时性。一个完整的物联网事物，应包含这4个过程特性。133.物联网的过程特性3.2参数性：◆参数性：物联网对物理参数感知要求◆主动感知与被动感知主动感知：对象的物理参数检测（物理参数采集）被动感知：对象的物理参数激励（意外事件激励）◆物联网事件的激励输入143.物联网的过程特性3.3智慧性：◆智慧性：物联网无限时空的信息处理要求◆宏观处理与微观处理宏观处理：通用计算机的智慧平台的信息处理微处处理：嵌入式系统智慧细胞的信息处理◆物联网事件的信息处理153.物联网的过程特性3.4响应性◆响应性：物联网对物理事件的响应要求◆公示性响应与控制性响应告示性响应：处理结果告示（一般交通违章）控制性响应：物理对象控制（被盗车辆的网络控制）◆物联网事件的响应输出163.物联网的过程特性3.5实时性◆实时性：物联网事件的响应时间要求◆实时响应与非实时响应实时响应：物联网事件的及时响应要求非实时响应：物联网事件中有非实时环节◆物联网事件激励-响应的时间要求174.物联网的过程元素物联网的过程元素：存储、传感、控制、管理、交互。这些过程元素构成了物联网的一个完整的事件过程。4.1物联网存储（物储）◆源头：数字化信息与数字化虚拟技术◆方式：电子化信息存储：网络实名制的个人信息，财、物信息，电子标签信息等。数字化虚拟存储：系统的虚拟存储，网上银行、物购系统、交管系统、认证系统等。虚实交互存储：数字化仿真存储，相关的物理认证。如集成电路、IP核、系统电路的数字化文件与FPGA的认证数学文件存储：图片、音视频资料存储，有效证件存储184.物联网的过程元素4.2物联网传感（物感）◆源头：嵌入式系统传感器通道接口的感知能力◆方式：智能传感器、智能化工具，无线传感器网络4.3物联网控制（物控）◆源头：嵌入式系统控制接口的控制能力◆方式：远程对象监测与控制、软件升级、局域物的远程控制、远程机器人操作等。194.物联网的过程元素4.4物联网管理（物管）◆源头：互联网的数据库、信息流、数据流的管理平台◆方式：物理对象的数据库建设、数据库互联、信息认证、信息流通的许可等。4.5物联网交互（物联）◆源头：嵌入式系统的四个物联界面：人机界面、传感界面、控制界面、通信界面。◆方式：计算机的人-机、人-机-人交互；嵌入式系统的人-机、人-物、物-物交互；网络的广域网-局域网、局域网-局域的交互205.物联网的发展阶段物联网的发展阶段有感知阶段、感识阶段、管控阶段5.1感知阶段（信息感知）物联网的信息互联：以物理对象的信息建设为标志。◆RFID的信息感知：标签信息◆物理信息库建设：有效证件信息◆物联交易平台建设：电子商务系统、电子认证系统◆特征：静态物联、非实时物联、非智慧物联215.物联网的发展阶段5.2感识阶段（智慧物联）物联网的智慧物联：以嵌入式系统入网为标志。◆部分RFID升级成智能传感器、智能芯片◆无线传感器网络普及◆嵌入式系统各种形式的网络接入：单机（智能化工具、设备）局域网（智能家居、）◆特征：动态物联、实时物联、智慧物联225.物联网的发展阶段5.3管控阶段（智慧交互）物联网的智慧管控：以物、联、网、智、管、控全过程整合为标志，云计算服务为起点，是物联网完善阶段。有控制行为，有实时需求。◆无限时空、无限网罗◆人、网、物的混合交互◆为云计算服务提供全方位的物质基础236.物联网与云计算◆物联网与云计算是基础与上层建筑的关系◆物联网是智慧地球，云计算是智慧服务◆物联网是硬件基础，云计算是软件服务◆云计算是物联网时代全方位、无限时空的全球化服务时代24结束语（1）物联网的物联源头可以追溯到上世纪70年代未开始的单片机时代。经历了单片机与嵌入式系统的物联时代、物联局域网时代。当物联系统、物联局域网与互联网相联时，便诞生了物联网。（2）从赶潮流的角度出发，嵌入式系统领域中的许多事物都可以不作任何修改地冠以“物联”或“物联网”字样。可以给许多官员们以“创新”感觉。（3）物联网涵盖了众多的学科，应鼓励不同学科的专家从不同的视角来深入探讨，化人相互切磋、取长补短方式实现对物联网、云计算的全面认识与深入理解。（4）嵌入式系统相关专业在培养物联网人才方面大有作为。物联网涵盖的学科太广，很难形成独立专业。应在现有的学科基础向物联网倾斜。（5）嵌入式系统是物联网的物联基础。对物联网的认识应从嵌入式系统发展史的视角，来了解物联网的发展变化。25谢谢大家