物联网工程导论-概述

物 联 网 工 程 导 论 第 1篇 物 联 网 技 术 概 述 目 录 Contents 课 程 介 绍课程性质 是物联网工程专业的专业必修课，属导学课程。课程目标 通过学习对物联网相关技术有较全面、系统的了解； 明确专业的知识体系和知识结构，具备专业基本知识、基本理论和实际应用的认知能力； 培养专业学习兴趣，初步明确学业和职业发展规划，为后续的专业学习打下坚实的基础。 什 么 是 物 联 网 ？国际电信联盟曾描绘“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；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。 物 联 网 的 定 义 Internet of Things ( IOT )，物物相联的互联网。物联网是通过使用射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）、传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息采集设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，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。 物 联 网 的 三 大 特 征 （ 目标 ） 全面感知利用RFID 、传感器、二维码、定位等随时随地获取物体的信息。可靠传递通过无线网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递给用户。智能处理利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。 物 联 网 如 何 发 展 而 来 ？物联网作为一种模糊的意识或想法而出现，可以追溯到上世纪末。1995年比尔盖茨在未来之路一书中就已经提及类似于物品互联的想法。 1999年美国麻省理工学院Auto-ID中心研究人员提出将RFID与互联网结合，实现在任何地点、任何时间、对任何物品进行标识和管理，并首次使用了“Internet of Things”这个短语。 以互联网为基础，以RFID为手段 物 联 网 如 何 发 展 而 来 ？ 2003年物联网方面第一个国际会议“EPC决策研讨会”在芝加哥召开，全球90多个公司的大力支持，物联网相关工作开始走出实验室。 2005年国际电信联盟（ITU）发布了题为ITU互联网报告2005：物联网的报告，物联网概念开始正式出现在官方文件中。从此以后，物联网获得跨越式的发展，美国、中国、日本以及欧洲一些国家纷纷将发展物联网基础设施列为国家战略发展计划的重要内容。物联网的内涵不断完善 物 联 网 发 展 历 程 示 意 图 Ubiquitous泛 在 无 处 不 在 “E社 会 ”与 “U社 会 ” E社会（Electronic Society） U社会（ Ubiquitous Network Society,UNS ），来源于泛在计算（ Ubiquitous Computing）U社会：无处不在的社会网络（Ubiquitous Network Society,UNS）任何时间、任何地点、任何人、任何事物 无线传感器网络（WSN）物物互联E社会任何时间、任何地点、任何人重要信息基础设施之一 重要特征任何事物的支撑技术 物 联 网 发 展 历 程 示 意 图 物 联 网 发 展 历 程 示 意 图 2011 美国政府将信息物理系统（Cyber-Physical System，CPS）项目列为扶持重点。 2013 欧盟通过了“地平线2020”科研计划。 2013.04 德国发布了实施“工业4.0”战略。 2013 韩国发布了“信息通信技术浪潮计划”。 2014.03 AT&T、IBM、Intel等成立了“工业互联网联盟IIC”。 2015.03 李克强总理在政府工作报告中提出了“互联网+”行动计划。 我 国 物 联 网 的 发 展 2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，提出“感知中国”的概念。 2010年9月国务院审议通过国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定，物联网作为战略性新兴产业的重要内容，被提高到国家战略层面高度予以重点关注和推进。此后，我国官方对物联网的多次提议和众多规划表示我国物联网的发展已正式提上议事日程。 物 联 网 产 业 十 二 五 发 展规 划十大物联网应用的重点领域： 智能电网、智能交通、智能物流、智能家居、环境与安全检测、工业与自动化控制、医疗健康、精细农牧业、金融与服务业、国防军事开发应用前景巨大，被正式列为国家五大新兴战略性产业之一。 我 们 要 学 什 么 ？物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。信息技术的4个组成部分及信息链相对应的物联网的4个组成部分及信息链 物 联 网 的 体 系 架 构 注意：三层架构（感知控制层、网络传输层、应用服务层）与四层架构无本质差别。 物 联 网 的 体 系 架 构感知层：实现对外界的感知，识别或定位物体，采集外界信息等。主要包括二维码标签、RFID标签、读写器、摄像头、各种终端、GPS等定位装置、各种传感器或局部传感器网络等。网络传输层：负责感知信息或控制信息的传输，物联网通过信息在物体间的传输可以虚拟成为一个更大的“物体”，或者通过网络，将感知信息传输到更远的地方。传输层包括各种有线和无线组网技术、接入互联网的网关等。 物 联 网 的 体 系 架 构管理服务层：对感知层通过传输层传输的信息进行动态汇集、存储、分解、合并、数据分析、数据挖掘等智能处理，并为应用层提供物理世界所对应的动态呈现等。其中主要包括数据库、云计算、智能信息处理、智能软件等技术。应用层：实现物联网的各种具体的应用并提供服务。物联网具有广泛的行业结合的特点，根据某一种具体的行业应用，应用层依赖感知层、传输层和管理服务层共同完成所需要的具体服务。 物 联 网 的 关 键 技 术传感和识别技术：RFID、条形码、传感器、EPC和定位等技术。网络通信技术：低速近距离无线通信、自组织通信、M2M 通信、异构网络融合接入和认知无线电等技术。海量信息智能处理：高性能计算、人工智能、数据库和模糊计算等技术。面向服务的体系架构：（Service-Oriented Architecture ,SOA），松耦合的软件组件技术，提高物联网架构的扩展性，提升应用开发效率。 物 联 网 的 支 撑 技 术微机电系统：支撑传感器节点微型化、智能化的重要技术嵌入式系统：可以按照不同应用定制裁剪的嵌入式计算机技术，是实现物体智能的重要基础。软件和算法：是实现物联网功能、决定物联网行为的主要技术。电源和储能：支撑物联网设备与系统的工作的关键技术。新材料技术：应用于传感器敏感元件的实现技术。 物 联 网 的 共 性 技 术物联网架构技术：目前处于概念发展阶段。物联网需具有统一的架构，清晰的分层，支持不同系统的互操作性，适应物联网的业务特性。标识和解析技术：物联网标识和解析技术涉及不同的标识体系、不同体系的互操作、全球解析或区域解析、标识管理等。安全和隐私技术：包括安全体系架构、网络安全技术、隐私保护技术、安全管理机制和保证措施等；网络管理技术：包括管理需求、管理模型、管理功能、管理协议等。 我 们 要 学 什 么 ？物联网是典型的交叉学科，物联网专业主要涉及的专业有：计算机科学与工程、电子与电气工程、电子信息与通讯、自动控制、遥感与遥测、精密仪器、电子商务等等。物联网涉及的核心技术包括传感技术、RFID智能识别技术、无线通信技术、IPv6技术、云计算技术、物联网安全技术等。 课 程 介 绍课程内容 5大部分 17章课程安排课堂教学 48学时 3.0学分 第 1篇 概 述 第 1章 概 述 2学 时第 2章 物 联 网 体 系 架 构第 2篇 感 知 层 第 3章 自 动 识 别 技 术 4学 时第 4章 传 感 器 智 能 设 备 及 智 能 终 端 4学 时第 3篇 网 络 传 输 层 第 5章 无 线 传 感 器 网 络 4学 时第 6章 因 特 网 6学 时第 7章 宽 带 无 线 接 入 网 2学 时第 8章 移 动 通 信 网 4学 时第 4篇 管 理 服 务 层 第 9章 物 联 网 的 数 据 融 合 和 管 理 2学 时第 10章 云 计 算 2学 时 第 11章 物 联 网 中 间 件 6学 时第 12章 物 联 网 安 全 技 术 2学 时第 13章 物 联 网 的 测 试 技 术 2学 时第 5篇 综 合 应 用 层 第 14章 物 联 网 应 用 案 例 -智 能 电 网 8学 时第 15章 物 联 网 应 用 案 例 -智 能 工 业第 16章 物 联 网 应 用 案 例 -智 能 交 通第 17章 物 联 网 应 用 案 例 -智 能 建 筑 课 程 介 绍教材： 魏旻 王平 物联网导论，人民邮电出版社，2015年8月第1版参考资料：（1）杨埙 罗勇物联网技术概论，西安电子科技大学出版社，2015年1月第1版（2）胡四泉 王新平 王志良 王宏 物联网组成原理，机械工业出版社，2015年10月第1版专业网站： 中国物联网、物联中国等 物 联 网 目 前 最 大 的 问 题 ？观察目前市面上的物联网产品可以发现，百货公司、网站甚至大卖场都可以看到跟生活面相关的产品，不过标准林立也使产品之间信息共通困难，严重阻碍市场接受度。物联网目前最大的问题是标准无法统一！如果可以整合资源，推动制订兼容性规格，甚至开放源码，那么未来数十亿的设备，包括设备、手机、计算机、工业设备以及应用等都能得以互通。 物 联 网 标 准 化 组 织 有 哪些 ？物联网包括应用、网络、感知三个层面，每一个层面都会涉及到一些标准化组织，目前已经包括了24个标准化组织。大概可分为几类，一类如ITU，根据物联网整体架构做出规划；传统的电信标准化组织围绕网络层研究如何适应物联网；感知层面，如ISO制定无线传感器网络架构等方面标准以及RFID协议。我国也相继成立了电子标签标准工作组、传感器网络标准工作组、泛在网技术工作委员会、中国物联网标准联合工作组等标准化组织。 例 ： RFID 技 术 标 准 RFID应用牵涉到众多行业，相关标准非常复杂。可分为四类：技术标准、数据内容与编码标准、性能与一致性标准以及应用标准。 物 联 网 的 应 用 360行都需要物联网 健 康 与 健 身 XBox360 Kinect 利 用 3D体 感 摄 像 技 术 捕 捉 玩 家 动 作 ； 通 过 相 应 游 戏 软 件 达 到 健 身 目 的 。Nike+智 能 运 动 鞋 通 过 嵌 入 鞋 内 的 感 知 设 备 采 集 跑 步 数 据 ； 通 过 IPod接 收 、 存 储 并 转 发 数 据 ； 通 过 Nike+网 站 备 份 、 分 析 数 据 ， 设 置 目 标 ， 并 能 够 与朋 友 分 享 成 绩 。 紧 急 救 援 智 能 景 区 智 能 防 灾 平 安 城 市 物 联 网 的 应 用 前 景未来，全球物联网应用将朝着规模化、协同化和智能化方向发展，同时以物联网应用带动物联网产业将是各国的主要发展方向。 课 程 介 绍教学方式：教师主导、学生主体课程考核方式：平时学习及作业+课程设计+笔试考核项目考核方式比例平时学习及作业平时表现考勤情况记录10%学习态度课堂情况记录10%作业完成作业情况记录10%课程设计团队协作项目小组协作、分工配合和汇报情况记录10%解决问题能力小组项目总结报告成绩10%结课考试笔试（闭卷）考试成绩50% 课 后 任 务阅读教材第一章和第二章内容。查阅与物联网相关的学科竞赛、考试项目的信息和资料，并随时关注。作业： 1、名词解释： 泛在网络、CPS、工业4.0、互联网+ 2、简述物联网、互联网、传感网、移动网和泛 在网的关系。