物联网技术发展及其应用

目录天成信宇1.物联网概念–什么是物联网–为什么需要物联网2.物联网技术–物联网传感技术–物体标识–传感网络–物联网传输层–物联网应用层–业界巨头的物联网动作3.物联网在各行业应用一、物联网概念世界为什么要联网？加强人与人之间的沟通更好的感知世界不断提高生产效率为了更好的用户体验早期的世界哪些被连入网络？通信系统计算机系统工业自动化设备专业数据采集系统物联网—物物相连的互联网IOT物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、新型传感器、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。在这个网络中，物品之间、人与物之间能够彼此进行“交流”，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。另一个常用缩写：M2MMachinetoMachineMantoMachineMantoMan为什么需要物联网物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网被视为互联网的应用拓展，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。“物联网”概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。物联网起源与发展历程•1991年，美国麻省理工学院(MIT)的KevinAsh-ton教授首次提出物联网的概念。•1995年，比尔·盖茨在《未来之路》中，提及物互联这一概念。•1999年，MIT建立了自动识别中心(Auto-ID)，提出万物皆可通过网络互联，阐明了物联网的基本含义。•2003年，美国《技术评论》提出传感网技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。•2004年，日本提出u-Japan计划，希望将日本建设成一个泛在网络社会。•2005年，国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2005:物联网》。•2006年，韩国制订u-Korea计划，该计划旨在建立泛在社会(ubiquitoussociety)，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。•2009年•欧盟委员会颁布：《物联网:欧洲行动计划》•温家宝总理视察无锡，提出感知中国计划，拉开中国物联网发展的帷幕•IBM提出“智慧地球”概念；美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。•2011年，工业和信息化部印发《物联网“十二五”发展规划》，明确了我国物联网发展原则、发展目标，主要任务，重点工程，保障措施等。•2014年1月，谷歌32亿美金收购Nest，正式吹响物联网进军家庭号角。国内互联网巨头纷纷跟风投入智能家居大潮。二、物联网技术详解物联网应用三个层次应用层传输层感知层RFID条码/二维码传感器智能终端数据卡无线传感网络泛在网络接入网核心网业务网大数据自动化智能化GPS/北斗iBeacon信息化物联网感知层感知层是由大量的具有感知、通信、识别（或执行）能力的智能物体与感知网络组成，如同人类的五官和皮肤。标识特定的物体感应物体各种状态无线通信技术执行特定的操作互联网2.1物联网传感器传感器（Sensor）定义：是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。按感知状态分类：热、光、气、力、味、磁、湿、声、放射线、速度、位移、距离、位置……按感知技术分类：光电传感器、生物传感、混合传感器、MEMS（MicroelectroMechanicalSystems）传感器……•常见的温度传感器包括热敏电阻，半导体温度传感器，以及温差电偶。•热敏电阻主要是利用各种材料电阻率的温度敏感性，根据材料的不同，热敏电阻可以用于设备的过热保护，以及温控报警等等。•半导体温度传感器利用半导体器件的温度敏感性来测量温度，具有成本低廉，线性度好等优点。•温差电偶则是利用温差电现象，把被测端的温度转化为电压和电流的变化；由不同金属材料构成的温差电偶，能够在比较大的范围内测量温度，例如-200℃~2000℃。温差电偶热敏电阻半导体温度传感器温度传感器半导体温度传感器常见的压力传感器在受到外部压力时会产生一定的内部结构的变形或位移，进而转化为电特性的改变，产生相应的电信号。一种电容式压力传感器压力传感器湿度传感器主要包括电阻式和电容式两类：电阻式湿度传感器也称之为湿敏电阻，利用氯化锂，碳，陶瓷等材料的电阻率的湿度敏感性来探测湿度。电容式湿度传感器又叫湿敏电容，利用材料的介电系数的湿度敏感性来探测湿度。电容式湿敏传感器结构图电阻式陶瓷湿敏传感器结构图几种湿度传感器湿度传感器光传感器可以分为光敏电阻以及光电传感器两个大类：1.光敏电阻主要利用各种材料的电阻率的光敏感性来进行光探测。2.光电传感器是利用半导体器件对光照的敏感性。光敏二极管的反向饱和电流在光照的作用下会显著变大，而光敏三极管在光照时其集电极、发射极导通，类似于受光照控制的开关。光敏电阻结构图与实物光敏三极管集成光传感器光传感器霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁性传感器。霍尔效应是指：把一个金属或者半导体材料薄片置于磁场中，当有电流流过时，由于形成电流的电子在磁场中运动而收到磁场的作用力，会使得材料中产生与电流方向垂直的电压差。可以通过测量霍尔传感器所产生的电压的大小来计算磁场的强度。霍尔传感器结合不同的结构，能够间接测量电流，振动，位移，速度，加速度，转速等等，具有广泛的应用价值。霍尔精密电流传感器霍尔转速传感器霍尔液位传感器霍尔流速传感器霍尔传感器微机电系统的英文名称是Micro-Electro-MechanicalSystems，简称MEMS，是一种由微电子、微机械部件构成的微型器件，多采用半导体工艺加工。目前已经出现的微机电器件包括压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等等。微机电系统的出现体现了当前的器件微型化发展趋势。MEMS压力传感器微机电（MEMS）传感器MEMS加速度传感器MEMS气体流速传感器2.2物体标识条形码或者条码（barcode）是将宽度不等的多个黑条和空白，按一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。常见的条形码是由黑条（简称条）和白条（简称空）排成平行线图案。条码字符集最大所能表示的字符个数为128个ASCII字符。它可以标识某一类或某一个物体，通过条码扫描器识别读出字符串后交由后台联网处理。条形码二维条形码是在二维空间水平和竖直方向存储信息的条形码。它的优点是信息容量大，译码可靠性高，纠错能力强，制作成本低，保密与防伪性能好。以常用的二维条形码PDF417码为例，可以表示字母、数字、ASCII字符与二进制数；该编码可以表示1850个字符/数字，1108个字节的二进制数，2710个压缩的数字；PDF417码还具有纠错能力。二维码磁卡也叫做智能卡（smartcard），它是通过在集成电路芯片上写的数据来进行识别的。IC卡与IC卡读写器，以及后台计算机管理系统组成了IC卡应用系统。接触式IC卡（integratedcircuitcard）RFID的全称为RadioFrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，主要用来为各种物品建立唯一的身份标识，是物联网的重要支持技术。电子标签中包含RFID芯片和天线，如下图所示。RFID每个RFID芯片中都有一个全球唯一的编码；在为物品贴上RFID标签后，需要在系统服务器中建立该物品的相关描述信息，与RFID编码相对应。当用户使用RFID阅读器对物品上的标签进行操作时，阅读器天线向标签发出电磁信号，与标签进行通信对话，标签中的RFID编码被传输回阅读器，阅读器再与系统服务器进行对话，根据编码查询该物品的描述信息。RFID系统原理RFID标准目前，世界一些知名公司各自推出了自己的很多标准，这些标准互不兼容，表现在频段和数据格式上的差异。目前全球有两大RFID标准阵营：欧美的Auto-IDCenter与日本的UbiquitousIDCenter（UID）。欧美的EPC标准采用UHF频段，为860MHz～930MHz，日本RFID标准采用的频段为2.45GHz和13.56MHz；日本标准电子标签的信息位数为128位，EPC标准的位数则为96位。位置感知2.3传感网络传统互联网的通信模式和协议，与各类传感器和物体标识器件是无法直连的。需要专门的传感网络通信技术进行处理后接入互联网。广义传感网络NFCRF315RF433BLUEZigBeeZ-Wave声波Wifi声波支付声波支付是利用声波的传输，完成两个设备的近场识别。其具体过程是，在第三方支付产品的手机客户端里，内置有“声波支付”功能，用户打开此功能后，用手机麦克风对准收款方的麦克风，手机会播放一段人无法听清楚的高频声波，实际上是一串交易号，用来实现手机与购物设备之间的握手。近场通信NFC(NearFieldCommunication)该技术由RFID演变而来，其基础是RFID及互连技术。NFC是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。目前近场通信已通过成为ISO/IECIS18092国际标准、ECMA-340标准与ETSITS102190标准。NFC手机是指带有NFC模块的手机。NFC采用读写器模式（主动式）和卡模式（被动式）以及点对点三种模式通信。电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。RF315,433（RF即RadioFrequency--射频）蓝牙通信是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波），该协议在物联网领域获得了广泛的应用，至今已发展到V4.2版本。蓝牙由蓝牙技术联盟（BluetoothSpecialInterestGroup，简称SIG）管理。蓝牙技术联盟在全球拥有超过25,000家成员公司，它们分布在电信、计算机、网络、和消费电子等多重领域。IEEE将蓝牙技术列为IEEE802.15.1，但如今已不再维持该标准。蓝牙技术联盟负责监督蓝牙规范的开发，管理认证项目，并维护商标权益。制造商的设备必须符合蓝牙技术联盟的标准才能以“蓝牙设备”的名义进入市场。蓝牙技术拥有一套专利网络，可发放给符合标准的设备。Blue4.0BLE前身是NOKIA开发的Wibree技术，主要用于实现移动智能终端与周边配件之间的持续连接，是功耗极低的短距离无线通信技术，并且有效传输距离被提升到了100米以上，同时只需要一颗纽扣电池就可以工作数年之久，以上诸多技术优势使得BLE的发展前景相当可观。蓝牙通信BluetoothiBeacon是苹果公司2013年9月发布的移动设备用OS(iOS7)上配备的新功能。其工作方式是，配备有低功耗蓝牙(BLE)通信功能的设备使用BLE技术向周围发送自己特有的ID，接收到该ID的应用软件会根据该ID采取一些行动。比如，在店铺里设置iBeacon通信模块的话，便可让iPhone和iPad上运行一资讯告知服务器，或者由服务器向顾客发送折扣券及进店积分。此外，还可以在家电发生故障或停止工作时使用iBeacon向应用软件发送资讯。iBeaconSENSORO推出的云子单品，一颗纽扣电池可工作1年多WIFI-WIreless-FIdelity无线连接无线网络是一种能够将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(W