网络新技术之物联网

网络新技术之物联网2.物联网技术•2.1物联网的概念•2.2物联网的体系结构•2.3物联网的关键技术•2.4物联网的典型应用物联网（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）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。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传感器网络物联网技术路线以规模化应用为目标，分阶段实现3G与传感网的融合，实现物联网的可运营、可管理及产业化主要特征（1）基于多种组网技术融合的无处不在的协同感知能力（2）信息资源使用模式突破以单一应用服务为目标，通过聚合海量信息聚合不断衍生新的应用信息汇聚协同感知泛在聚合主要特征（1）将分散的、利用多种感知技术手段所采集的信息通过网关设备汇聚到3G网络（2）通过3G网络将感知信息汇聚到应用系统（3）由应用系统集中进行信息的处理，并提供信息应用服务。主要特征（1）具备以事件、任务为驱动的感知层、网络层和应用层协同工作的更强大的信息感知和信息处理能力（2）3G网络为物联网业务特性进行优化和定制，满足物联网通信及业务的特性需求（3）传感器网络的自组织、协同感知功能是在物联网的整体管理体系下实现的3G与传感器网络结合3G与传感器网络融合泛在网络、信息聚合物联网市场和网络发展规划物联网信息汇聚阶段关键技术第一阶段3G与传感器网络结合相关关键技术•传感器网络高能效通信技术•传感器网络组网关键技术•传感器网络协同体系架构•传感器网络专用操作系统•传感器网络测试验证平台•传感器网络低功耗技术•传感器网络电磁兼容技术•传感器网络网关设备物联网协同感知阶段--第二阶段3G与传感网络的融合3G与传感器网络融合物联网体系架构设计及研究物联网的编码体系、码号体系、地址体系研究物联网的安全体系研究物联网QoS体系研究增强无线接口物联网移动性管理技术研究物联网协同体系架构研究物联网信息库管理策略及关键技术研究物联网与信息智能处理关键技术研究物联网的计费策略及关键技术研究物联网应用示范系统建设智慧星球2.物联网技术•2.1物联网的概念•2.2物联网的体系结构•2.3物联网的关键技术•2.4物联网的典型应用物联网(传感网)典型体系架构物联网典型体系架构分层描述感知层是实现物联网全面的感知的核心能力是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的部分关键在于具备更精确、更全面的感知能力，并解决低功耗、小型化和低成本的问题广泛覆盖的移动通信网络是实现物联网的基础设施是物联网三层中标准化程度最高、产业化能力最强、最成熟的部分关键在于为物联网应用特征进行优化和改进，形成协同感知的网络提供丰富的基于物联网的应用，是物联网发展的根本目标将物联网技术与行业信息化需求相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集关键在于行业融合、信息资源的开发利用、低成本高质量的解决方案、信息安全的保障以及有效的商业模式的开发物联网应用层物联网网络层物联网感知层物联网扩展系统架构2.物联网体系结构•硬件基础Sensor执行器智能终端互联网移动通信网卫星通信网络高性能并行计算平台服务中心路由节点Sink节点接入网关（M2M终端，传感器网关）用户界面显示设备管理设备企业内部网有线电视网摄像头信息管理中心应用层支撑层传输层感知层2.物联网体系结构•硬件基础•感知层包括Sensor、摄像头、读取设备、执行器、路由节点和Sink节点等。•传输层包括接入网关、互联网、移动通信网和卫星通信网络等。•支撑层包括高性能计算平台、服务中心和信息管理中心等。•应用层包括用户界面显示设备和管理设备等。•智能终端可以根据实际应用需要出现在各个层次上、作为多层次的系统设备与网络系统实行信息交互。2.物联网体系结构•软件模型RFID条码与二维码GPS嵌入式感知传输支撑应用GSMTCPIPWiMAXCORBA云计算自组织网络网络接入协议SQL数据挖掘监控EPCONS物件命名服务红外感应查询控制扫描WiFiSOA标准2.物联网技术•2.1物联网的概念•2.2物联网的体系结构•2.3物联网的关键技术•2.4物联网的典型应用•RFID（RadioFrequencyIdentification）即射频识别技术，俗称电子标签，通过射频信号自动识别目标对象，并对其信息进行标志、登记、储存和管理。RFID定义•电子标签：由芯片和标签天线或线圈组成，通过电感耦合或电磁反射原理与读写器进行通信；•读写器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备；•天线：可以内置在读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器天线接口相连。RFID系统组成物联网核心技术：RFID物联网核心技术：RFID技术沿革1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。1980-1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。读写器将要发送的信息，经编码后加载到高频载波信号上再经天线向外发送。进入读写器工作区域的电子标签接收此信号，卡内芯片的有关电路对此信号进行倍压整流、调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过片上天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至信息系统进行处理。若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起电子标签内部电荷泵提升工作电压，提供电压擦写E2PROM。若经判断其对应密码和权限不符，则返回出错信息。物联网核心技术：RFID系统工作原理物联网核心技术：RFIDRFID主要频段标准及特性物联网核心技术：RFID•物流过程中的货物追踪，信息自动采集，仓储应用，港口应用，邮政，快递。物流•商品的销售数据实时统计，补货，防盗零售•生产数据的实时监控，质量追踪，自动化生产制造业•自动化生产，仓储管理，品牌管理，单品管理，渠道管理服装业•医疗器械管理，病人身份识别，婴儿防盗医疗•电子护照，身份证，学生证等各种电子证件。身份识别•贵重物品（烟，酒，药品）的防伪，票证的防伪等防伪•各类资产（贵重的或数量大相似性高的或危险品等)资产管理•高速不停车，出租车管理，公交车枢纽管理，铁路机车识别等交通•水果，蔬菜，生鲜，食品等保鲜度管理食品•训养动物，畜牧牲口，宠物等识别管理动物识别•书店，图书馆，出版社等应用图书馆•制造，防盗，定位，车钥匙汽车•制造，旅客机票，行李包裹追踪航空•弹药，枪支，物资，人员，卡车等识别与追踪军事•能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器•无线传感器网络（WSN）是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用。无线传感器网络（WSN）物联网核心技术：WSN物联网核心技术：WSN体系结构WSN体系结构：平面拓扑结构WSN体系结构：逻辑分层结构物联网核心技术：WSN体系结构传感器节点体系结构传感器网络协议栈物联网核心技术：WSN的特征与现有无线网络的差别•WSN是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大（上千甚至上万），节点分布更为密集；•由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障；•环境干扰和节点故障容易造成网络拓扑结构的变化；•通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的；•传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等十分有限；•传统无线网络的首要设计目标是提高服务质量和高效率带宽利用，其次才考虑节约能源；而WSN的首要设计目标是能源的高效使用，这也是WSN和传统网络最重要的区别之一。传感器节点的限制•电源能量有限、通信能力有限、计算和存储能力有限。WSN的特点•大规模网络、自组织网络、动态性网络、可靠的网络、应用相关的网络、以数据为中心的网络。物联网核心技术：WSN通信WSN在无线通信框架中的位置物联网核心技术：WSN融合WSN和其它无线通信技术的融合物联网核心技术：应用前景2.物联网技术•2.1物联网的概念•2.2物联网的体系结构•2.3物联网的关键技术•2.4物联网的典型应用2.4物联网典型应用•智能物流•智能视频监控•智能家居•智能交通