32第一章物联网概述

发展概况定义系统组成1.41.11.2关键技术和难点1.5应用领域1.6目录太阳渐渐升起，房间里的光传感器和温度传感器感受到世界的微妙变化....，7点窗帘自动打开。床头的电子提示器告诉你作文的睡眠质量和各项身体指标，并将这些信息发送给你的私人医生。衣柜前的显示屏以及根据今天的天气情况给出了三套服装搭配方案。在你穿衣服的时候，洗漱间的水已经调节到你设定的温度。你出门锻炼时，选择了离开模式，家门自动运行“主人离家状态”。带有智能传感器的手表一路跟踪显示你运动消耗的热量，跑步速度，脉搏等信息。30分钟后自动提示你运动任务完成。回到家依靠指纹识别系统开门，启动回家模式。打开冰箱，按照智能冰箱提高的健康绿色食谱做好早饭。饭后，走到车库门口，车库自动感应到主人，打开库门。在确认你的目的地后，汽车提高了一天参考行车路线，行车过程中不断与道路对话，感知拥堵病不断变化最佳行车路线；汽车同事通过与其他车辆进行对话，感知车距以免发生事故。当你到达办公室时，今天的工作日程早已经发生到了你的手机中，秘书送来温度适宜的咖啡，美好的一天就这样拉开了序幕.......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。1.1物联网的发展概况计算机和互联网技术的迅速发展，深刻的改变着人们的生活方式。1965戈登·摩尔提出摩尔定律，认为芯片发展18个月就要翻一番。——神话？根据IBM前首席执行官郭士纳的观点,计算模式每隔15年发生一次变革。——“十五年周期定律大型机计算机互联网物联网十五年周期定律19651980199520101831年法拉第电磁感应学科分叉推进学科发展学科合并推进历史发展理论化、细化推进学科发展贝塔朗菲系统论理论生物学1700年牛顿爱因斯坦相对论,量子理论1800年1900年2000年玻尔原子理论普朗克量子假说量子时代贝尔电话爱迪生电灯香农信息论维纳控制论普里戈金耗散结构论哈肯协同论托姆突变论物联网信息学科专业分支物理学学科分支莫尔斯电报老三论物理世界虚拟世界物联网技术通过对物理世界信息化、网络化，对传统上分离的物理世界和信息世界实现了互联和整合。2004年，物联网就曾被美国《商业周刊》评为全球十大热门技术互联网是指将两台计算机或者是两台以上的计算机终端、客户端、服务端通过计算机信息技术的手段互相联系起来的结果，人们可以与远在千里之外的朋友相互发送邮件、共同完成一项工作、共同娱乐。移动互联网是人依靠移动终端实现移动终端与移动终端、固定终端两两互联，实现人与人的通信;物联网是依靠固定和移动网络实现物与物之间的两两互联，不需要人的参与就可以智能运转。应该说，移动互联网和物联网都是互联网的延伸，只是一个向自由发展，一个向自然发展，一个是由静及动，一个是由人及物。物联网的出现应该归功于物流系统的现代化需要。现代物流系统希望利用信息生成设备，如无线射频识别（RadioFrequencyIdentification,RFID）、传感器，及全球定位系统等种种装置与互联网结合起来，方便货物的查询、跟踪等。类似于条形码的自动识别技术（Auto-ID）就是物联网的最初应用。除了物流领域，物联网还可以广泛应用在道路、交通、医疗、能源、家电监控等各个领域。具体，把传感器、RFID标签等信息化设备嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、公路、油气管道、商品、货物等各种物理物体和基础设施中，甚至是人体中！将它们普遍互联，并与互联网连接起来，形成“物联”。下面简单回顾一下物联网的发展历程.......1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中就已经提及物联网（InternetofThings,IOT）概念。1998年，美国麻省理工学院（MIT）创造性地提出了当时被称为EPC系统的物联网构想。1999年，建立在物品编码、RFID技术和互联网基础上，美国MIT成立的Auto-IDCenter中心首先提出物联网概念。2003年11月1日，国际物品编码组织出资正式接管EPC系统，并组成EPCGlobal进行全球推广与维护。2005年，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》。2009年初，IBM提出了“智慧地球”的概念。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》。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。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2010年2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。智慧地球——智能地球。就是把感应器嵌入、装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等物体中，物体之间普遍连接，并与互联网整合起来，实现人类社会与物理世界的整合。在这个整合的网络中，存在超级计算机对整合网络内的人员、机器、设备和基础设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，改善人和自然间的关系。智慧尘埃——森林防火系统在森林中布满无数只微小的电子传感器，它们构成一个网络，时刻监视整个森林的每一个角落；发现火情，自动告警。这些微小的传感器，就是加州大学伯克利分校的KristoferPister教授和他的助手们研发的“智慧尘埃”（SmartDust）。名字一目了然。这些被称为“尘埃”的装置极其微小，只相当于几颗沙粒那么大（不到5毫米见方），然而却极具智慧，能够同时测量温度、湿度、光照度等诸多环境参数。每一粒“尘埃”本身就是一个微处理器，能够独立收集、处理和收发信息；“尘埃”之间能够相互通信。Accenture实验室高级研究员ChadBurkey表示：“其实这个系统基本原理非常简单。”用飞机或其他什么方式将“尘埃”（微型传感器）喷撒到森林中，如漫天大雪，纷纷扬扬。一旦“着陆”，在树上，在花丛、灌木丛中，在地面上，每一粒“尘埃”便自动确定自己的位置坐标，同时与周围“尘埃”建立通信联络，一个巨大的、覆盖了整个森林的无线监视、通信网即刻形成。接下来，“尘埃”立即投入工作，依据各自的软件程序，测量特定环境参数。倘若环境温度和光照度急剧升高，或湿度急剧下降，便意味着“可能有什么东西着火了！”。但是，一粒“尘埃”“发现情况”或许不足为信，它还要与周围“尘埃”沟通，相互核实真伪。要知道，一个区域众多“尘埃”同时进行此项工作，多方求证，多重求证，具有很高的准确性和可靠性。火情一经确认，“尘埃”便经由监视通信网自动向森林管理者发出火警。绿野千传（GreenOrbs）——用于森林生态监测的长期大规模无线传感器网络系统森林作为陆地生态系统主体，在调节全球碳平衡、减缓大气CO2浓度上升，以及调节全球气候方面具有不可替代的作用。胡锦涛总书记在2009年9月22日联合国气候变化峰会开幕式上的要大力增加森林碳汇讲话也指出了林业生态对于控制全球气候变化起到的重要作用。通过发挥森林生态系统的独特功能是应对全球气候变化最有效途径。对森林中CO2浓度的持续的测定，有利于为森林吸收CO2提供科学依据。同时，森林其他生态指标的持续性监测对维护森林生态系统也具有极其重要的意义。为了给林业生态监测提供可靠的原型系统，绿野千传应运而生。该系统能够为实现大规模林业监控提供技术支持和实践经验。系统的主要任务包括：一方面，绿野千传用于森林生态环境的全年监测，通过传感器收集包括温度、湿度、光照和二氧化碳浓度等多种数据。采集的信息为多种重要应用提供支持，如森林监测、森林观测和研究、火灾风险评估、野外救援等。另一方面，绿野千传是无线传感器网络研究领域就建立长期大规模无线传感器网络系统而进行的前瞻研究与探索。通过绿野千传的真实经历，我们希望能够探索潜在的研究空间，提供可能的科学解决方案，特别是针对在原始森林中部署1000多个节点且需要持续工作一年以上的无线传感器网络系统所面临的研究和工程挑战，展开探索。物联网的定义物联网没有一个精确且公认的定义。原因：第一，物联网的理论体系没有完全建立，对其认识还不够深入，还不能透过现象看出本质；第二，由于物联网与互联网、移动通信网，传感网等都有密切关系，不同领域的研究者对物联网思考所给予的出发点各异，短期内还没达成共识。物联网是指通过传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统等技术，实时采集任何需要的信息，通过各种可能的网络接入，以实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。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。举例两种定义：物联网IOT（InternetofThings）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本质体现一、识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别、物物通信的功能二、互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络三、智能化特征，即网络系统应具有自动化、自我反馈与智能控制的特点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主要特征系统结构1.3物联网硬件软件感知层网络层应用层1.3系统结构1.从整体上讲，物联网可以分为属于硬件系统中的感知层和网络层，以及属于软件系统中的应用层三大部分。软件应用层完成信息的分析处理和决策，以及实现或完成待定的智能化应用和服务任务，以实现物与物、人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。硬件网络层承担信息的传输（无线传感器、移动网、固网、互联网、广电网等）。感知层承担信息的采集（通过智能卡、RFID电子标签、各种物理量传感器等）。感知控制层层网络传输层应用服务层主要技术EPC编码和RFID射频识别技术无线传感器网络，PLC，蓝牙，Wi-Fi，现场总线云计算技术、数据融合与智能技术、中间件技术知识点EPC编码的标准和RFID的工作原理数据传输方式，算法，原理云连接、云安全、云存储、知识表达与获取、智能Agent知识单元产品编码标准、RFID标签、阅读器、天线、中间件组网技术，定位技术，时间同步技术，路由协议，MAC协议，数据融合数据库技术、智能技术、信息安全技术知识体系通过对产品按照合适的标准来进行编码实现对产品的辨别。和通过射频识别技术，完成对产品的信息读取，处理和管理技术框架，通信协议，技术标准云计算系统、人工智能系统、分布智能系统软件（平台）RFID中间件（产品信息转换软件、数据库等）NS2，IAR,KEIL,Wave数据库系统、中间件平台、云计算平台硬件（平台）RFID应答器、阅读器，天线组成的RFID系统。CC2430,EM250,JENNICLTD,FREESCALEBEEPC机和各种嵌入式终端相关课程编码理论、通信原理、数据库、电子电路无线