1 物联网工程概论

《物联网工程导论》柳平增[e-mail][e-mail]《计算机导论》之信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院2教学计划第1讲物联网概述（2学时）第2讲物联网应用案例（4学时）第3讲物联网技术基础（4学时）第4讲物联网工程师的合格人才标准（2学时）信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院3疑问：物联网是什么？信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院4思考：物联网从何来？信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院5讨论：物联网起因？信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院6物联网的定义物联网的起源1.二物联网三大推力三第1讲物联网概论《战略性新兴产业》解析四国内物联网产业发展1.一五信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院7一、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)、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。物联网的核心和基础是互联网，不过用户端不仅局限于个人电脑，而是延伸到任何需要实时管理的物品和物品之间。信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院8一、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信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院9一、物联网的定义信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院10一、物联网的定义物联网定义：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。信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院11一、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信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院12物联网的定义物联网的起源1.二物联网三大推力三第1讲物联网概论《战略性新兴产业》解析四国内物联网产业发展1.一五信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院13二、物联网的起源信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院14二、物联网的起源/计算机自从1946年世界上第一台电子数字计算机诞生以来，计算机经得到了迅速发展和应用，著名的摩尔定律很好地说明了着一点：平均每18个月计算机的性能要提高一倍，而价格要下降一半。信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院151946年，举世公认的第一台电子数字计算机ENIAC，诞生在战火纷飞的二次世界大战，它的“出生地”是美国马里兰州阿贝丁陆军试炮场。二、物联网的起源/计算机信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院16在ENIAC内部，总共安装了17468只电子管，7200个二极管，70000多电阻器，10000多只电容器和6000只继电器，电路的焊接点多达50万个；机器被安装在一排2.75米高的金属柜里，占地面积为170平方米左右，总重量达到30吨。它的耗电量超过174千瓦；电子管平均每隔7分钟就要被烧坏一只。二、物联网的起源/计算机信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院171954年美国电报电话公司（AT&T）贝尔实验室研制成功了第一台半导体计算机（TRADIC）1960年IBM全面推出晶体管化的7000系列电脑。以晶体管为主要器件的IBM7090型电脑，换下了诞生不过一年的IBM709电子管计算机，从1960年到1964年一直统治着科学计算的领域，并作为第二代电子计算机的典型代表，被永远载入电脑的史册里。二、物联网的起源/计算机信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院181964年4月7日，IBM公司宣布了一项最新成就：IBM公司投资50亿美圆研制出的通用计算机---IBM360系统。IBM360系统是首次使用集成电路作为元件构造的通用计算机。系统用360为名，表示一圈360度，既代表着360系统从工商业到科学界的全方位应用，也表示IBM的宗旨：为用户全方位服务。二、物联网的起源/计算机信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院191971年，英特尔公司宣称，他们首创了一种“开启集成电路新纪元”的半导体芯片，英特尔公司命名它为4004，第一个4表示它可以一次处理4位数据，第二个4代表它是这类芯片的第4种型号。这种数字代号沿用至今，就是现代所谓“386”、“486”等计算机俗称的最早源头。1972年4月，霍夫小组研制出另一型号的微处理器8008。在做了少许改进后，1975年又推出有史以来最成功的8位微处理器8080。8080集成了约4800个晶体管，每秒执行29万条指令。8080型微处理器正式投放市场是在1974年，这种芯片及其仿制品后来共卖掉数以百万计，引发了汹涌澎湃的微电脑热潮。二、物联网的起源/CPU信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院20二、物联网的起源/CPU信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院21时间型号公司19714004Intel19728008Intel1974Z-80Zilog19768086Intel197868000Motorola198180286Intel198680386Intel198768030Motorola198880486Intel1993pentiumIntel二、物联网的起源/CPU信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院22计算机网络就是通过电缆、电话线、或无线通讯互连的算机的集合。按计算机连网的区域大小，可以把网络分为局域网和广域网。如在一个房间、一座大楼，或是在一个小范围内的网络就称为局域网，而跨省市、跨国家的网络则是广域网，Internet就是最大最典型的广域网。二、物联网的起源/网络信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院23二、物联网的起源/网络国际互联网真在民间普及应用，开始于上世纪90年代初。互联网在中国的发展历程可以大略地划分为三个阶段:第一阶段为1986～1993年是研究试验阶段。在此期间中国一些科研部门和高等院校开始研究Internet联网技术，并开展了科研课题和科技合作工作。第二阶段为1994～1996年，是起步阶段。在中国陆续启动了中国公用计算机互联网（CHINANET）、中国科技网（CSTNET）、中国教育和科研计算机网（CERNET）、中国金桥信息网（CHINAGBN）等多个互联网络，互联网开始步入公众生活，并在中国得到了迅速的发展。第三阶段从1997年至今，是快速增长阶段，网络应用无处不在，渗透到社会的每个角落。信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院24美国是物联网技术的主导和先行国之一，较早开展了物联网及相关技术的研究与应用。1991年由美国提出普适计算的概念，它具有两个关键特性：一是随时随地访问信息的能力，二是不可见性，通过在物理环境中提供多个传感器、嵌入式设备，在用户不察觉的情况下进行计算和通信。二、物联网的起源/物联网信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院251995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中曾经提及物联网的概念。“物联网”概念的真正出现是在1999年。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)、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。二、物联网的起源/物联网信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院262009年1月28日，奥巴马就任美国总统后在与美国工商业领袖举行的一次“圆桌会议”上，作为仅有的两名代表之一的IBM首席执行官彭明盛首次提出了“智慧的地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施，阐明其短期和长期效益。奥巴马对此给予了积极的回应：“经济刺激资金将会投入到宽带网络等新兴技术中去，毫无疑问，这就是美国在21世纪保持和夺回竞争优势的方式。”此后，物联网产业引发全美工商界的高度关注，并认为“智慧地球”有望成为又一个“信息高速公路”计划，从而在世界范围内引起轰动。二、物联网的起源/物联网信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院27美国的“智慧地球”战略认为：IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中。具体地说，就是把感应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，形成所谓“物联网”。然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以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。二、物联网的起源/物联网信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院28该战略预言：“智慧的地球”战略能够带来长短兼顾的良好效益，尤其是在当前的局势下，对于美国经济甚至世界经济走出困境具有重大意义。在短期经济刺激方面，该战略要求政府投资于诸如智能铁路、智能高速公路、智能电网等基础设施，能够刺激短期经济增长，创造大量的就业岗位；其次，新一代的智能基础设施将为未来的科技创新开拓巨大的空间，有利于增强国家的长期竞争力；第三，能够提高对于有限的资源与环境的利用率，有助于资源和环境保护；第四，计划的实施将能建立必要的信息基础设施。二、物联网的起源/物联网信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院29在欧盟方面，按欧盟专家的说法，欧盟发展物联网先于美国，事实上欧盟围绕物联网技术和应用作了不少创新性工作。2009年布置的《欧盟物联网行动计划》（Internetofthings——AnactionplanforEurope）其目的也是企图在“物联网”的发展上引领世界。在欧盟较为活跃的是各大运营商和设备制造商，他们推动了M2M（机器与机器）的技术和服务的发展，同年又推出了《欧盟物联网战略研究线路图》。二、物联网的起源/物联网信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院30从2003年开始，日本开始了真正的泛在网试验。2004年，日本推出了下一步国家信息化战略——泛在网战略，尽管当时还没有现代意义上的物联网概念，但泛在网战略，在方向上无疑是与物联网不谋而合的。日本的物联网规划-为了突破持续低迷的经济环境，重整旗鼓，抢占数字领域制高点，日本于2009年3月提出“数字日本创新计划”(ICTHatoyamaPlan，亦称ICT鸠山计划)，同年7年，日本更进一步提出“i-Japan战略2015”。其中，交通、医疗、智能家居、环境监测、物联网是建设重点。二、物联网的起源/物联网信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院31日本基于物联网的地震感知预警系统可说是这方面成就的代表。多年来，地震预警一直是一项难以攻克的世界性科学难题，为了与地震作斗争，2007年10月，日本的传感形地震预警系统正式投入使用，日本各相关机构可无偿使用这项服务。日本现阶段有数十家企业和团体签署协议加入预警系统，预警系统向参加的企业等单位承诺，它们将在地震波到达前10秒～30秒，收到地震警报。2008年6月14日，日本东北部的岩手、宫城等地发生里氏7.2级地震。日本气象厅在主震到达宫城石卷市前12秒，发布了地震预报，在地震来临前10秒左右发出预警，给人们在避灾方面提供了宝贵的反应时间。二、物联网的起源/物联网信息科学与工程学院山东农业大学信息科学与工程学院322009年10月13日，韩国通信委