第1章_物联网概论56

《物联网工程概论》中国矿业大学管理学院电子商务系王贺朝贺超E-Mail:[e-mail]2013年2月19日南湖物联网工程导论疑问：物联网是什么？思考：物联网从何来？讨论：物联网起因？•第1章物联网概述（4学时）•第2章物联网应用案例（8学时）•第3章物联网技术基础（10学时）•第4章信息处理与软件服务（6学时）•第5章联网的知识体系与课程安排（2学时）•第6章物联网工程师的合格人才标准（2学时）教学计划说明•随着国家对物联网产业的重视，物联网相关人才的培养显得日益紧迫。物联网专业作为一个涉及到计算机科学与技术、软件工程、通信工程、电子工程、网络工程等多专业学科的交叉专业，毕业学生可能从事传感器制造、网络融合、集成应用开发等多领域的工作，本课程可拓宽学生知识面，提高学生素质和能力。本课程介绍物联网的核心问题、本质特色以及最高目标，包括物联网的概念定义、物联网的理论基础、基本组成结构、关键技术和主要问题以及发展应用领域；主要技术有：EPC和RFID技术、GPS与GIS技术、无线传感器网络技术、M2M技术、云计算技术、智能处理技术、物联网安全技术。•进度安排：每周4节课程，8周完成。考核方式为：提交论文或提交报告。•作业要求：学生分组提交大作业，抽查和批阅。第1章物联网概论第1章物联网概论•1.1物联网的定义•1.2物联网的起源•1.3物联网的三大推动力•1.4国家的《战略性新兴产业》解析1.1物联网的定义•概念起源•麻省理工学院Ashton教授于1999年最早提出，其理念是基于射频识别技术(RFID)、产品电子代码(EPC)等技术，在互联网的基础上，构造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网，即物联网。1.1物联网的定义传感网又称物联网传感器节点射频识别装置红外感应器全球定位系统激光扫描器互联网通信网计算机终端用户物联网的其他定义1.1物联网的定义•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，按照约定协议，使物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。业界对物联网（IOT：InternetofThings）的通用理解：1、从技术理解物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。2、从应用理解物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”,然后“物联网”又与现有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。1.1物联网的定义•主要特征全面感知利用射频识别、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智能处理利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制传感网络技术是由使用传感器的器件组成的在空间上呈分布式的无线自治网络，用来感知环境参数，如温度、震动等等。近程通讯技术是新兴的短距离连接技术，从很多无接触式的认证和互联技术演化而来，RFID和蓝牙技术是其中的重要代表。物联网现阶段最主要的表现形式：M2MM2M是机器到机器的无线数据传输，有时也包括人对机器和机器对人的数据传输。有多种技术支持M2M网络中的终端之间的传输协议，目前主要有CDMA、GPRS、IEEE802.11a/b/gWLAN等等。传感器节点的一些样品智慧灰尘(SmartDust)–缩微集成的传感器网络节点P19物联网的核心是对信息数据的采集和处理物联网(TheInternetofthings)，把新一代IT技术充分运用在各行业中，如能源、交通、建筑、家庭、市政系统等，然后与现有通信网结合，实现人类社会与物理系统的整合。人类可以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。1.2物联网的起源物联网产生的背景：1、经济危机下的推手经济长波理论：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。2、传感技术的成熟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。3、网络接入和信息处理能力大幅提高目前，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。1.2物联网的起源发展之路2005年国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念，并且指出无所不在的“物联网”通信时代即将来临。然而，报告对物联网缺乏一个清晰的定义，并且覆盖范围有了较大的拓展2009年初美国国际商业机器公司，即IBM，提出“智慧的地球”概念，认为：信息产业下一阶段的任务是把新一代信息技术充分运用在各行各业之中，具体就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网2009年6月欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》，其目的为希望欧洲通过构建新型物联网管理框架来引领世界“物联网”发展2009年8月日本提出“智慧泛在”构想，将传感网列为国家重要战略，致力于一个个性化的物联网智能服务体系1.2物联网的起源发展之路2009年8月国务院总理温家宝来到中科院无锡研发中心考察，指出关于物联网可以尽快去做三件事情：一是把传感系统和3G中的TD技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心2009年10月韩国通信委员会通过《物联网基础设施构建基本规划》，将物联网确定为新增长动力，树立了“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强国”的目标2010年3月国务院总理温家宝在《政府工作报告》中，将“加快物联网的研发应用”明确纳入重点产业振兴，表明物联网已经被提升为国家战略，中国开启物联网元年物联网的演进路径：1995年比尔.盖茨在《未来之路》书中首次提出”物－物“相联的雏形，1999年EPCglobal联合100多家企业成立IOT联盟并正式提出物联网概念。10年间，世界各国都在加紧研究。从技术演进视野来看，物联网的发展主要分为四个阶段：1、第一阶段大型机、主机的联网2、第二阶段台式机、笔记本与互联网相联3、第三阶段一些移动设备（如手机、PDA等）的互联4、第四阶段嵌入式互联网兴起阶段，更多与人们日常生活紧密相关的应用设备，包括洗衣机、冰箱、电视、微波炉等都将加入互联互通的行列，最终形成全球统一的“物联网”的互联26yearlog(peoplepercomputer)streaminginformationto/fromphysicalworldNumberCrunchingDataStorageproductivityinteractiveMainframeMinicomputerWorkstationPCLaptopPDA从Internet到IOT应用规模时间19982006用户连接Internet服务连接InternetofServices物体连接InternetofThings浏览器上网电子邮件………商务在线网络银行政务在线在线点播在线支付……物体定位目标跟踪环境感知智能家居虚拟现实智能计算……中国物联网的研究情况：1999年，中科院启动了传感网研究，组成了2000多人的团队，先后投入数亿元，在以下5个方面取得重大进展，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。（1）无线智能传感器（2）网络通信技术（3）微型传感器（4）传感器端机（5）移动基站目前，我国的物联网相关研发水平与发达国家相比毫不逊色，是世界上少数能实现物联网产业化的国家之一。IOT基本理论模型智能卡条形码二维码GPS传感器技术网关设备近距离通信因特网跟踪定位高速数据网络特征•视频摄像机、传感器、RFID等通过本地进行数据采集和视频录制•主要应用于本地范围•网络视频摄像机、传感器等设备通过有线、无线（3G）网络进行广域组网•可实现全网寻址，数据远程传输处理和控制•实现跨地域应用•智能感知、可管理的传输、智能处理、智能图像分析和识别等技术有机结合•实现广域智能应用平台•本地应用平台•广域应用平台•云计算平台•集中分析处理平台网络•局域网•宽带、专线、WiFi、2/3G等•宽带互联网、专线、WiFi、3G、4G等终端•传感器•RFID等近距离无线通信模块（低速、低功耗）•传感器网•RFID等近距离无线通信模块•内置通信模块的各种终端•传感器网•RFID等近距离无线通信模块•内置通信模块和智能分析处理功能的各种终端广域应用阶段智能应用阶段局域应用阶段传感器网络RFID二维码物联网网关物联网网关应用集成云计算解析服务网络管理WebService物联网应用传输网中间件通信模块手机/电话上网卡等随着传感器、RFID、通信网络、云计算等新技术的成熟和日益普及，为物联网应用的推广奠定了基础国家大力推进信息化与工业化的融合，以信息技术改造传统产业，政府和企业对物联网的应用需求日益显现紧紧围绕行业应用需求，通过应用驱动和技术研发创新引领的互动式发展，有利于带动物联网应用有效深入地发展以应用为核心，积极务实发展物联网物联网是一个非常大的复杂系统应用，它涉及了从器件、设备、系统、到网络、服务、商业模式等等诸多方面，物联网的实现需要解决许多关键技术问题物联网发展过程中面临的五个主要技术问题：（1）技术标准问题世界各国存在不同的标准。中国信息技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。2009年9月，传感器网络标准工作组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。（2）安全问题信息采集频繁，其数据安全也必须重点考虑。（3）协议问题物联网是互联网的延伸，在物联网核心层面是基于TCP/IP，但在接入层面，协议类别五花八门，GPRS/CDMA、短信、传感器、有线等多种通道，物联网需要一个统一的协议栈。物联网发展过程中面临的主要问题（续）：（4）IP地址问题每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6来支撑。IPv4向IPv6过渡是一个漫长的过程，因此物联网一旦使用IPv6地址，就必然会存在与IPv4的兼容性问题。（5）终端问题。物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求千差万别，如何满足终端产品的多样化需求，对运营商来说是一大挑战。1.3物联网的三大推动力•1.3.1第一大推动力：政府•1.3.2第二大推动力：企业•1.3.3第三大推动力：教育界与科技界1.3.1第一大推动力：政府戈尔--数字地球1.3.1第一大推动力：政府奥巴马--智慧地球1.3.1第一大推动力：政府•“两会”关注•2010年3月6日上午,全国人大委员长吴邦国参加了十一届全国人大三次会议和全国政协十一届三次湖北代表团审议强调，要找准国际产业发展新方向，扬长避短，把培育物联网、智能电网、低碳技术、生物技术、新材料等新兴产业作为国家发展战略。•2010年3月5日上午，工信部部长李毅中信心十足地指出“（我们国家的）物联网有一定的基础，在国际水平的线上，我们并不落后。”•2010年3月8日全国人大代表、浙江省电信有限公司总经理张新建