第十五章 物联网基础

第十五章第十五章 物联网基础物联网基础主要内容：主要内容：15.1 物联网概述物联网概述15.2 物联网的应用与发展物联网的应用与发展 15.1 物联网概述物联网概述 物联网（物联网（The Internet of Things）的标准定义是：通）的标准定义是：通过射频识别过射频识别RFID（Radio Frequency Identification，俗称电子标签）、红外感应器、全球定位系统、激光扫俗称电子标签）、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，把任何物体与互描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。由物联网名称可见，物联网就是由物联网名称可见，物联网就是“物物相连的互联网物物相连的互联网”。这里有两层意思，第一，物联网的核心和基础仍然是互这里有两层意思，第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，其联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。交换和通讯。“物物”要满足以下条件才能够被纳入要满足以下条件才能够被纳入“物联网物联网”的范围：的范围：1、要有相应信息的接收器；、要有相应信息的接收器；2、要有数据传输通路；、要有数据传输通路；3、要有、要有一定的存储功能；一定的存储功能；4、要有、要有CPU；5、要有操作系统；、要有操作系统；6、要、要有专门的应用程序；有专门的应用程序；7、要有数据发送器；、要有数据发送器；8、遵循物联网的、遵循物联网的通信协议；通信协议；9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。、在世界网络中有可被识别的唯一编号。2009年年9月，在北京举办的物联网与企业环境中欧研讨会上，月，在北京举办的物联网与企业环境中欧研讨会上，欧盟委员会信息和社会媒体司欧盟委员会信息和社会媒体司RFID部门负责人部门负责人Lorent Ferderix博士给出了欧盟对物联网的定义：物联网是一个动博士给出了欧盟对物联网的定义：物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物物”具有身份标识、具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道，合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道，构成未来互联网。构成未来互联网。在中国，物联网的概念是在在中国，物联网的概念是在1999年提出的，物联网被称年提出的，物联网被称之为传感网。之为传感网。中科院中科院早在早在1999年就启动了传感网的研究，年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了，年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了，传感网传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇。是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇。2003年，美国年，美国技术评论技术评论提出传感网络技术将是未来提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。改变人们生活的十大技术之首。2005年年11月月17日，在突日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会尼斯举行的信息社会世界峰会WSIS（World Summit on the Information Society）上，）上，国际电信联盟国际电信联盟ITU（International Telecommunication Union）发布了）发布了ITU互联网报告互联网报告2005：物联网：物联网，正，正式提出了式提出了“物联网物联网”的概念。的概念。物联网概念的兴起，很大程度上得益于国际电信联物联网概念的兴起，很大程度上得益于国际电信联盟盟(ITU)2005 年以物联网为标题的年度互联网报告。年以物联网为标题的年度互联网报告。2009年月日，奥巴马就任美国总统后，与美年月日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次国工商业领袖举行了一次“圆桌会议，圆桌会议，”作为仅有作为仅有的两名代表之一，的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施建设。智慧型基础设施建设。15.1.2 物联网的产业链物联网的产业链物联网的产业链大致可以分三个层面：首先是传感网络，物联网的产业链大致可以分三个层面：首先是传感网络，以二维码、以二维码、RFID（射频识别技术）、传感器、芯片及智（射频识别技术）、传感器、芯片及智能卡为主，实现能卡为主，实现“物物”的识别，这将为传感器、二维码、的识别，这将为传感器、二维码、红外设备、射频生产商带来机会。红外设备、射频生产商带来机会。其次是传输网络，通过现有的互联网、其次是传输网络，通过现有的互联网、广电网络广电网络、通信、通信网络等实现数据的传输与计算，这将促使各种电信网络网络等实现数据的传输与计算，这将促使各种电信网络与互联网进一步融合，通过综合信息平台接收、处理、与互联网进一步融合，通过综合信息平台接收、处理、反馈并应用信息，大量软件企业将从中受益。反馈并应用信息，大量软件企业将从中受益。三是应用网络，即输入输出控制终端，可基于现有的手三是应用网络，即输入输出控制终端，可基于现有的手机、机、PC等终端进行，将给相关设备制造商带来机会。等终端进行，将给相关设备制造商带来机会。15.1.3 物联网的研究现况物联网的研究现况2009年年2月月24日，日，IBM大中华区首席执行官钱大群在大中华区首席执行官钱大群在2009 IBM论坛上公布了名为论坛上公布了名为“智慧的地球智慧的地球”的最新策的最新策略。略。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。国家战略，并在世界范围内引起轰动。IBM认为，认为，IT产产业下一阶段的任务是把新一代业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各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、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、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，形成物联油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网。网。针对中国经济的状况，钱大群表示，中国的基础设施建设空针对中国经济的状况，钱大群表示，中国的基础设施建设空间广阔，而且中国政府正在以巨大的控制能力、实施决心、间广阔，而且中国政府正在以巨大的控制能力、实施决心、和配套资金对必要的基础设施进行大规模建设，和配套资金对必要的基础设施进行大规模建设，“智慧的地智慧的地球球”这一战略将会产生更大的价值。这一战略将会产生更大的价值。在策略发布会上，在策略发布会上，IBM还提出，如果在基础建设的执行中，植还提出，如果在基础建设的执行中，植入入“智慧智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。基础设施平台。钱大群表示，当今世界许多重大的问题如金融危机、能源危钱大群表示，当今世界许多重大的问题如金融危机、能源危机和环境恶化等，实际上都能够以更加机和环境恶化等，实际上都能够以更加“智慧智慧”的方式解决。的方式解决。在全球经济形势低迷的同时，也孕育着未来的发展机遇，中在全球经济形势低迷的同时，也孕育着未来的发展机遇，中国不仅能够籍此机遇开创新产业和新的市场，加速发展，摆国不仅能够籍此机遇开创新产业和新的市场，加速发展，摆脱经济危机的影响。脱经济危机的影响。IBM希望希望“智慧的地球智慧的地球”策略能掀起策略能掀起“互联网互联网”浪潮之后的浪潮之后的又一次科技革命。又一次科技革命。IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔的观点，认为计算模式每隔15年发生一次变革。这一判断年发生一次变革。这一判断像像摩尔定律摩尔定律一样准确，人们把它称为一样准确，人们把它称为“十五年周期定十五年周期定律。律。”1965年前后发生的变革以大型机为标志，年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前年前后以个人计算机的普及为标志，而后以个人计算机的普及为标志，而1995年前后则发生了互年前后则发生了互联网革命。每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间联网革命。每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革命一甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革命一定程度上是由美国定程度上是由美国“信息高速公路信息高速公路”战略所催熟。战略所催熟。20世纪世纪90年代，美国克林顿政府计划用年代，美国克林顿政府计划用20年时间，耗资年时间，耗资2000亿亿4000亿美元亿美元,建设美国国家信息基础结构，创造了巨大的经建设美国国家信息基础结构，创造了巨大的经济和社会效益。济和社会效益。有研究机构预计，有研究机构预计，10年内物联网就可能大规模普及，这一年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产技术将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，其产业要比互联网大业要比互联网大30倍。倍。15.1.4 物联网的研究内容物联网的研究内容物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。EPOSS在在Internet of Things in 2020报告中分报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，2010年之前年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，被广泛应用于物流、零售和制药领域，20102015年物体互联，年物体互联，20152020年物体进入半年物体进入半智能化，智能化，2020年之后物体进入全智能化。年之后物体进入全智能化。作为物联网发展的排头兵，作为物联网发展的排头兵，RFID成为了市场最为关成为了市场最为关注的技术。注的技术。要真正建立一个有效的物联网，有两个重要因素。一是规模要真正建立一个有效的物联网，有两个重要因素。一是规模性，只有具备了规模，才能使物品的智能发挥作用。例如，性，只有具备了规模，才能使物品的智能发挥作用。例如，一个城市有一个城市有100万辆汽车，如果我们只在万辆汽车上装上万辆汽车，如果我们只在万辆汽车上装上智能系统，就不可能形成一个智能交通系统；二是流动性，智能系统，就不可能形成一个智能交通系统；二是流动性，物品通常都不是静止的，而是处于运动的状态，必须保持物物品通常都不是静止的，而是处于运动的状态，必须保持物品在运动状态，甚至高速运动状态下都能随时实现对话。品在运动状态，甚至高速运动状态下都能随时实现对话。美国权威咨询机构弗雷斯特（美国权威咨询机构弗雷斯特（Forrester）研究公司预测，到）研究公司预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到将达到30比，因此，比，因此，“物联网物联网”被称为是下一个万亿级的被称为是下一个万亿级的通信业务。通信业务。15.2 物联网的应用与发展物联网的应用与发展 物联网为什么在中国会迅速壮大呢？物联网在中国迅物联网为什么在中国会迅速壮大呢？物联网在中国迅速崛起得益于我国在物联网方面的几大优势。速崛起得益于我国在物联网方面的几大优势。1我国早在我国早在1999年就启动了物联网核心传感网技术年就启动了物联网核心传感网技术研究，研发水平处于世界前列；第研究，研发水平处于世界前列；第2在世界传感网领在世界传感网领域，我国是标准主导国之一，专利拥有量高；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；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高，为物联网的发我国无线通信网络和宽带覆盖率高，为物联网的发展提供了坚实的基础设施支持；展提供了坚实的基础设施支持；5我国已经成为世界第三大经济体，有较为雄厚的经我国已经成为世界第三大经济体，有较为雄厚的经济实力支持物联网发展。济实力支持物联网发展。物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域。敌情侦查和情报搜集等多个领域。国际电信联盟于国际电信联盟于2005年的一份报告曾描绘年的一份报告曾描绘“物联网物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；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；衣服会公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。洗衣机对颜色和水温的要求等等。例如一家物流公司应用了物联网系统的货车，当装载例如一家物流公司应用了物联网系统的货车，当装载超重时，汽车会自动告诉你超载了，并且超载多少，超重时，汽车会自动告诉你超载了，并且超载多少，告诉你轻重货怎样搭配。告诉你轻重货怎样搭配。物联网把新一代物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，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、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、油气桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将管道等各种物体中，然后将“物联网物联网”与现有的互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，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，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，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到达到“智慧智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，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。改善人与自然间的关系。第十五章习题：第十五章习题：1什么是物联网，它与互联网的区别和关系是什么？什么是物联网，它与互联网的区别和关系是什么？2“物物”要满足什么条件才能够被纳入要满足什么条件才能够被纳入“物联网物联网”的的范围？范围？3在中国，物联网的概念是在哪一年提出的，物联网在中国，物联网的概念是在哪一年提出的，物联网又被称之为什么网？又被称之为什么网？4物联网产业链可以细分为几个环节？物联网产业链可以细分为几个环节？5IT产业下一阶段的任务是什么？产业下一阶段的任务是什么？6要真正建立一个有效的物联网，有几个重要因素？要真正建立一个有效的物联网，有几个重要因素？都是什么？都是什么？7物联网为什么在中国会迅速壮大呢？物联网为什么在中国会迅速壮大呢？8举例说明物联网用途有哪些。举例说明物联网用途有哪些。