物联网技术基础架构体系和概论

序言1、行业背景物联网作为新一代的信息通信技术，是继计算机、互联网之后的第三次信息产业浪潮。2、人才需求2012年国家发布了《物联网“十二五”发展规划》，物联网将大力应用于智能交通、智能物流、智能电网、智能医疗、智能环保、智能农业等重点行业领域。2015年3月5日李克强总理在人大代表大会上提出互联网+这些行业所带来的人员缺口在1000多万以上！物联网趋势下未来可能会井喷的七个产业一、智能家居随着科技的发展，尤其是云计算、物联网的出现，智能家居的概念频频出现在各大媒介上，进入公众的视线。在我国，智能家居的概念是十年前引进，并推入市场。随着社会、经济水平的发展，人们对家居品质的追求也越来越高，要求家居舒适化、安全化，家居生活舒适化、智能化，对智能家居系统的需求也越来越强烈。前期市场不稳定的情况下也涌现出一批像物联传感这样优秀的企业，在行业中站稳脚跟，开拓疆土。二、智能家居生态系统三、车联网车联网系统，是指是利用先进传感技术、网络技术、计算技术、控制技术、智能技术，对道路和交通进行全面感知，实现多个系统间大范围、大容量数据的交互，对每一辆汽车进行交通全程控制，对每一条道路进行交通全时空控制，以提供交通效率和交通安全为主的网络与应用。四、可穿戴设备随着创新技术的不断发展，可穿戴设备已不仅仅是佩戴在消费者手腕上的一个日常活动追踪器，可穿戴设备是目前发展最快的技术领域之一，其不仅可以记录我们的锻炼状况，还可以追踪我们的情绪、睡眠习惯，甚至我们宠物的一举一动，”美国消费技术协会消费电子展及企业运营战略高级副总裁凯伦·查布卡女士说。“这一类产品的发展前景不可估量，而可穿戴设备也正在让消费者的生活方式发生翻天覆地的变化。”五、无人机六、虚拟现实作为当前最具有想象力的产业之一，虚拟现实产业正在引发政府、企业和资本层面的追逐，在本次两会中自然也成为话题之一。种种迹象显示，这一潜力巨大的产业正在兴起。虚拟现实技术的应用领域分别为视频游戏、事件直播、视频娱乐、医疗保健、房地产、零售、教育、工程和军事。基于标准预期，到2025年，该市场营收将达到800亿美元；基于乐观预计，该市场规模将达到1820亿美元。华泰证券研究所董事总经理、首席分析师王禹媚则预计，伴随面向消费市场的硬件和内容的批量上市，2016年VR将迎来小爆发。全球头戴VR设备到2020年能实现年销量4000万台左右，市场规模将达到400亿元人民币，加上内容服务和企业级应用，市场容量超过千亿元，长期来看VR市场规模“万亿可期”。七、智能机器人前言本学期要学习的内容第一章物联网概述第二章物联网的现状及战略意义第三章物联网体系架构第四章物联网技术基础第五章物联网安全第六章物联网的技术标准第七章物联网的应用案例第八章物联网的知识体系和课程安排第一章物联网的概述教学目标了解物联网的起源和发展掌握物联网的定义及特征理解物联网的关键技术了解人类进入物联网时代的特征熟悉物联网的应用领域1.1物联网的起源和发展物联网的起源1、比尔·盖茨最早在1995年《未来之路》书中提出物联网，他自己的豪宅耗资6300万美金打造全智能家居。2、1998年，美国麻省理工学院提出物联网构想。3、1999年，美国麻省理工Auto-ID实验室首先提出物联网概念。4、2005年11月17日，ITU国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出物联网概念。5、2009年2月24日，IBM大中华区首席执行官公布了名为智慧地球的最新策略2.物联网的发展美国：IBM提出的“智慧地球”概念已上升至美国的国家战略欧盟：2009年6.18，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《欧盟物联网行动计划》日本：2004年推出u-Japan计划09年升级为i-japan将物联网列为国家重点战略之一。韩国：计划2013年之前创造50万亿韩元的物联网产业规模国内政策：物联网是国内发展的一项战略性新兴产业温家宝在十一届人大会议三次《政府工作报告》明确提出：加快物联网的研发应用2010年物理网产业市场规模超过2000亿元2015年物联网整体市场规模达到7500亿元到2020年之前全球接入互联网的终端将达到500亿个物联网已成为国家重点发展的一项战略性新兴产业1.2物联网概念1、物联网的定义定义：通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简单说就是：物物相连的互联网。2、物联网的特征全面感知（传感器）可靠传递（信息传递）智能处理（自动控制）3、物联网的关键技术①.RFID和EPC技术②.传感控制技术③.无线网络技术④.组网技术⑤.人工智能4、物理网和互联网的关系表1.1互联网和物联网的比较互联网物联网起源①计算机技术的出现②技术的传播速度加快①传感技术的创新②云计算面向的对象人人和物发展的过程技术的研究到人类的技术共享使用芯片多技术的平台应用过程使用者所有的人人和物，人即信息体，物即信息体核心的技术主流的操作系统和语言开发芯片技术开发和标准制定创新的空间主要内容的创新和体验的创新技术就是生活，想象就是科技，让所有物品都有智能技术手段网络协议，web2.0数据采集，传输介质，后台计算网络比较项1.3应用案例1、济南世博园Zigbee路灯控制系统（路灯远程控制，实时监控、数据搜集、适时调光、灯具保护、动态节电）2、北京智能交通系统（实时路况，躲避拥堵，事故反馈）3、国家智能电网系统（远程抄表，智能缴费）4、智能家居（灯光、电器、安防、环境、健康远程控制）本章小结通过本章的学习，能够理解物联网的核心问题、本质特色以及最高目标，应对物理网的概念定义、关键技术、发展和应用领域有一个基本了解，建立物联网整体概念，为后续各章节的学习打下良好的基础。第二章物联网的现状及战略意义1、了解物联网的现状2、理解物联网的战略意义3、熟悉中国物联网的发展情况2.1物联网产业现状分析1.RFID2.传感器3.云计算4.物流管理5.智能电网6.智能交通欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）在《InternetofThingsin2020》报告中分析预测，未来物联网的发展将经历4个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010~2015年物体互联，2015~2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。2.2物联网的战略意义2.2.1经济价值2.2.2社会价值2.2.3国家安全2.2.4科技发展需求随着物联网的发展，物联网技术得到更加广泛的应用，将使人类社会步入智能化和统一化的时代，物联网产业发展有利于世界各国经济发展。更为重要的是物联网作为一种新的产业模式，其核心的价值除了经济增长之外，还能提升了整个社会的运行效率，改变人们的生活方式2.2.1经济价值1、低碳经济与绿色经济2、信息经济与知识经济2.2.2社会价值1、老龄化问题基于物联网的医疗保健，远程看护2、城市交通问题交通阻塞、停车问题（智能交通、车联网）3、环境污染问题大气污染、水污染、噪声污染、放射性污染物联网环境监测、报警2.2.3国家安全1、国界安防2、防范恐怖主义3、机场入侵防范4、轨道交通安全5、经济信息安全2.2.4科技发展需求1、传感器技术2、信息处理与服务技术3、网络通讯技术4、能源技术2.3中国物联网的发展2.3.1基本介绍1、我国传感网技术研发水平处于世界前列。2、在世界传感网领域，我国是标准主导国之一，专利拥有量高。3、我国是目前能够实现物联网完整产业链的国家之一。4、我国无线通信网络和宽带覆盖率最高，为物联网的发展提供了坚实的基础设施支持5、我国已成为世界第二大经济体，有较为雄厚的经济实力支持物联网的发展2.3.2高校研究物联网在高校的研究，当前的焦点在北京邮电大学和南京邮电大学2009年9月10日，全国高校首家物联网研究院在南京邮电大学正式成立。2010年6月10日，江南大学信息工程学院和江南大学通信与控制工程学院合并组建成立物联网工程学院，这是全国第一个物联网工程学院。2.3.3政府措施1、四大措施支持创新与应用①努力突破物联网关键核心技术，实现科技创新。②制定我国物联网发展规划，全面布局。③推动典型物联网应用示范，带动发展。④加强物联网国际国内标准，保障发展。2、财政部提供物联网发展专项资金支持物联网专项基金总计50亿元，预计5年内发放完毕。2.3.4机构介绍1、机构建设中国电子商会物联网技术产品应用专业委员会2、主要任务企业政府桥梁作用协调企业与企业之间的关系推进物联网技术和产品的应用，推动物联网产业规模化、协同化发展。2.3.5遇到的问题1、知识产权2、技术标准3、产业链条4、行业协作5、盈利模式6、使用成本7、安全问题2.3.6中国物联网“十二五”发展规划简述1、产业发展基础2、产业发展目标3、主要任务①提升感知技术水平②推进传输技术突破③加强处理技术研究④巩固共性技术基础4、师范工程建设《物联网“十二五”发展规划》圈定9大领域重点示范工程，分别是：智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗、智能家居。第三章物联网体系架构教学目标熟悉物联网的三层结构划分熟悉掌握物联网感知层的定义、功能及关键技术理解物联网网络层的功能及关键技术了解物联网应用层的功能及关键技术3.1物联网体系概述在物联网体系架构中，三层及其关系可以作如下理解。感知层：相当于人体的皮肤和五官，它的主要任务是识别物体和采集信息。网络层：类似于人体结构中的神经中枢和大脑，它的主要任务是将感知层获取的信息进行传递和处理。应用层：类似于人的社会分工，它的主要任务是对获取的信息进行分析和处理，做出正确决策，实现智能化的管理、应用和服务。相应的，其技术体系包括感知层技术、网络层技术、应用层技术以及公共技术，如图所示：图3.2物联网技术体系架构3.2感知互动层1、感知层的功能物联网感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。感知层一般包括数据采集，和数据短距离传输，即首先通过传感器、摄像头、等设备采集外部物理世界的数据，通过蓝牙、红外、ZigBee、工业现场总线等短距离有线或无线传输技术进行协同工作或者传递数据到网关设备3.2.2感知层关键技术感知层所需要的关键技术包括：传感器技术物品标书技术（RFID和二维码）嵌入式计算技术智能组网技术无线通信技术（ZigBee和蓝牙等）分布式信息处理技术等能够通过各类集成化的微型传感器的协作实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。3.2.3感知层的典型应用对于目前关注和应用较多的RFID网络来说，张贴安装在设备上的RFID标签和用来识别RFID信息的扫描仪、感应器属于物联网的感知层高速公路不停车收费系统超市仓储管理系统3.3网络传输层物联网的网络层将建立在现有的移动通信和互联网基础上。网络层也包括信息存储查询、网络管理等功能。云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平台，将是物联网络重要组成部分，也是应用层众多应用的基础。网络层的功能物联网网络层是在现有网络的基础上建立起来的，它与目前主流的移动通信网，国际互联网，企业内部网、各类专网等网络一样，主要承担着数据传输的功能，特别是当三网融合后，有线电视网也能承担数据传输的功能。在物联网中，要求网络层能够把感知层感知到的数据无障碍、高可靠性、安全性地进行传送，它解决的是感知层所获取的数据在一定范围，尤其是远距离传输问题。网络层的关键技术由于物联网网络层是建立在Internet和移动通信网等现有网络基础上，除具有目前已经比较成熟的如远