物联网的功能与影响

物联网的功能与影响 1目录 1.1.物联网概念物联网概念物联网概念物联网概念 2.2.物联网的功能物联网的功能物联网的功能物联网的功能 3.3.物联网典型应用物联网典型应用物联网典型应用物联网典型应用 4.4.物联网的影响物联网的影响物联网的影响物联网的影响 5.5.物联网产业链物联网产业链物联网产业链物联网产业链6.6.物联网发展趋势物联网发展趋势物联网发展趋势物联网发展趋势 7.7.物联网的关键技术物联网的关键技术物联网的关键技术物联网的关键技术 2 “十五年周期定律十五年周期定律”：计算：计算模式每隔模式每隔 15年发生一次变革。年发生一次变革。自自 1965年起，从大型机到年起，从大型机到个人电脑的普及，再到互联网个人电脑的普及，再到互联网革命，每一次这样的技术变革革命，每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变家间竞争格局的重大动荡和变化。以互联网革命为例，美国化。以互联网革命为例，美国“信息高速公路信息高速公路”战略建设美战略建设美国国家信息基础结构，创造了国国家信息基础结构，创造了巨大的经济和社会效益。巨大的经济和社会效益。物联网被认为是下一次产物联网被认为是下一次产业革命，各个国家都在关注物业革命，各个国家都在关注物联网能否掀起如当年互联网革联网能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮。命一样的科技和经济浪潮。物联网的物联网的发展背景发展背景技术的成熟促进物联网的发展技术的成熟促进物联网的发展物联网的发展能带来物联网的发展能带来“百万级产业百万级产业“无线射频识别技术无线射频识别技术 传感器技术传感器技术 小型机技术和纳米技术小型机技术和纳米技术 319901990施乐公司的网络可乐贩售机Networked Coke Machine19951995比尔盖茨在未来之路一书中，提及物联网概念2003200320052005美国技术评论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国际电信联盟（ITU）发布ITU互联网报告2005：物联网，引用“物联网”的概念。20092009美国“圆桌会议”上，IBM首席执行官彭明提出“智慧地球智慧地球”这一概念1.物联网概念1.2物联网的起源4重庆邮电大学关于智慧地球？“智慧的地球（smart globe）”就是IBM 对于如何运用先进的信息技术构建这个新的世界运行模型的一个愿景。其核心是以一种更智慧的方法通过利用新一代信息技术来改变政府、公司和人们相互交互的方式，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。如今信息基础架构与高度整合的基础设施的完美结合，使得政府、企业和市民可以做出更明智的决策。智慧方法具体来说是以下三个方面为特征：更透彻的感知，更广泛的互联互通，更深入的智能化。智慧地球更透彻的感知更全面的互联互通更深入的智能化利用先进技术获取更智能的洞察并付诸实践，进而创造新的价值先进的系统可按新的方式协同工作利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程51.物联网概念各国物联网战略6“感知中国”的提出 2009年8月，国务院总理温家宝考察无锡时提出加快传感网产业发展，要在无锡尽快建立“感知中国”中心，把新一代信息技术充分运用在各行各业，把各种传感器装备于电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、油气管道等，形成所谓“物联网”。然后，通过超级计算机和云计算机，将“物联网”整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020年)和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网列入重点研究领域中国的第一颗物联网的中国芯-“唐芯一号”芯片研制成功我国的无线通信网络已经覆盖了城乡拥有从材料、技术、器件、系统到网络的物联网完整产业链1.物联网概念71.物联网概念 物联网（INTERNET OF THING):利用射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现物与物的在任何时间、任何地点的连接，从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。1.3物联网概念8物联网的“物”：l有相应信息的接收器；l有数据传输通路；l有一定的存储功能；l有CPU；l有操作系统；l有专门的应用程序；l有数据发送器；l遵循物联网通信协议；l在世界网络中有可被识别的唯一编号1.3物联网概念1.物联网概念9关键技术：RFID 卫星定位 传感器 传输技术其他技术-嵌入式智能技术信息的获取互联网物联网单元物联网示意图物联网单元物联网单元信息传输信息处理重庆邮电大学-纳米技术传输网络传感器RFID卫星定位系统101.物联网概述全面感知全面感知可靠传输可靠传输智能处理智能处理感知感知传输传输智能智能利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息。通过网络将感知的各种信息进行实时传送。利用计算机技术，及时地对海量的数据进行信息控制，真正达到了人与物的沟通、物与物的沟通。1.4物联网的特征11网络层网络层应用层应用层1.物联网概念1.5物联网的体系架构12重庆邮电大学241物品识别能源消耗感测环境安全感知定位动作辨识即时通讯传输海量信息传输多网融合传输智慧处理海量数据运算数据整合分析知识库建立功能层信息获取信息获取信息传输信息传输即时分析即时分析信息处理信息处理技术层传感技术嵌入式系统自动仪表RFID无线感测网络宽频网络2G/3G/4G网络高速电脑超级计算海量存储云端运算工控技术人工智慧信息聚合模糊控制在线监测在线监测安全隐私安全隐私远程维保远程维保在线升级在线升级领导桌面领导桌面统计决策统计决策定位追溯定位追溯报警联动报警联动指挥调度指挥调度预案管理预案管理十大十大功能功能2.物联网的功能2.1物联网的功能Ubiquitous Connectivity 132.物联网的功能2.2物联网的主要应用领域1415利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实现图像敏感性智能分析并与110、119、112等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境。2.3十大功能之在线监测2.物联网的功能16实时定位系统实时定位系统（RTLS），是指通过无线通信技术、有源射频识别技术，在一个指定的空间（办公楼、场地、城区、全球）内，实时对目标进行定位跟踪。2.3 十大功能之实时定位2.物联网的功能17视频报警联动系统对重要区域实施24小时防范管理。配以报警图像复核，在系统报警的第一时间内抓拍到现场图像，将事件处理在萌芽状态。通过保安人员的熟练应用，可有效的对厂区实行全面的监控，保证厂区安全和工人正常工作，构成了厂区的高级安全防范网络。2.3 十大功能之报警联动2.物联网的功能18l流域指挥调度系统通过移动监测车实现对研究区域的实时监测和信息传输等，根据闸门自身的调度指令或沿程水力过程的变化判断是否影响工程运行安全，由监测传感器自动向调度指挥中心发布预警信息，指挥中心根据监测传感器的信息，调整调度指令。2.3 十大功能之指挥调度2.物联网的功能19平台是一个面向应急流程的预案管理平台，一旦发生突发公共事件，由应急指挥人员，加载相应的应急电子预案，应用事件分析与模拟预测结果，结合空间环境信息、应急资源信息、现场情况信息等，形成应对突发公共事件的应急流程与行动方案，包括应急组织体系、应急工作流程、应急资源调配、应急处置方法等。应急预案智能平台主要包括应急预案管理、应急方案管理和外部系统智能接入等功能。2.3 十大功能之应急预案2.物联网的功能20安全隐私安全隐私：由于物联网所有权属性和隐私保护的重要性，物联网系统必须提供相应的安全保障机制。物联网的安全和隐私问题被认为是物联网的二大硬伤。目前物联网的发展还是初级阶段，更多的时候只是一种概念，其具体的实现结构等内容更无从谈起。所以，关于物联网的安全机制在业界也是空白，关于物联网的安全研究任重而道远。2.3 十大功能之安全隐私2.物联网的功能21电梯远程维保系统：通过安装电梯传感器、电梯运行数据采集终端、采集电梯运行、故障和维保数据，经无线CDMA传输到电梯远程监管平台，实现物业、维保和政府管理部门对电梯故障的实时监管和电梯的维保监督管理。2.3 十大功能之远程维保2.物联网的功能22销售商希望得到某类商品在某段时间内的销售路径和变化趋势，物流管理人员希望掌握货物在运送过程中的路径，从而保证货物的及时送达。RFID为数据挖掘提供了准确、实时、全面的数据，有效地减少数据收集时的测量误差和数据遗漏，提高数据质量，为数据挖掘提供更准确的原始数据。2.3 十大功能之统计决策2.物联网的功能23领导桌面领导桌面：主要指Dashboard或BI个性化门户，经过多层过滤提炼的实时资讯，可供主管负责人实现对全局的“一目了然”。2.3 十大功能之领导桌面2.物联网的功能24在线升级在线升级：这是保证物联网系统本身能够正常运行的手段，也是企业产品售后自动服务的手段之一。2.3 十大功能之在线升级2.物联网的功能25重庆邮电大学物联网的应用举例物联网作为一种应用概念，把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，从而产生了惊人的应用可能，这些新的应用深入到人们生活的方方面面。个人健康工业检测智能交通智能消防政府工作公共安全老人护理现代物流环境保护26物联网传感器产品已率先在上海浦东国际机场防入侵系统中得到应用。机场防入侵系统铺设了3万多个传感节点,覆盖了地面、栅栏和低空探测,可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。3.物联网的典型应用3.1防侵系统273.2畜牧溯源给放养的牲畜中的每一只羊都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。3.物联网的典型应用283.3无线葡萄园2002 年，英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园。传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔一分钟检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确保葡萄可以健康生长。研究人员发现，葡萄园气候的细微变化可极大地影响葡萄酒的质量。通过长年的数据记录以及相关分析，便能精确的掌握葡萄酒的质地与葡萄生长过程中的日照、温度、湿度的确切关系。这是一个典型的精准农业、智能耕种的实例。葡萄园环境监测系统示意图3.物联网的典型应用293.4大鸭岛生态环境监测系统 2002年，由英特尔的研究小组和加州大学伯克利分校以及巴港大西洋大学的科学家把无线传感器网络技术应用于监视大鸭岛海鸟的栖息情况。位于缅因州海岸大鸭岛上的海燕由于环境恶劣，海燕又十分机警，研究人员无法采用通常方法进行跟踪观察。为此他们使用了包括光、湿度、气压计、红外传感器、摄像头在内的近10种传感器类型数百个节点，系统通过自组织无线网络，将数据传输到300英尺外的基站计算机内，再由此经卫星传输至加州的服务器。在那之后，全球的研究人员都可以通过互联网察看该地区各个节点的数据，掌握第一手的环境资料，为生态环境研究者提供了一个极为有效便利的平台。大鸭岛生态环境监测系统 3.物联网的典型应用303.5水下无线传感器网络技术水下传感器网络的组成结构可分为以下几类：(1)基于水面浮标的(射频+水声通信)可任意升降的三维立体水下传感器网络系统。优点：布放比较容易，可利用太阳能、GPS以及水面上的无线通信，回避、降低了水下通信的困难。缺点：阻碍航道，易被发现破坏，容易随波逐流，位置不能固定。(2)由固定在海底基站的节点构成的，可任意升降的三维立体网络系统。通过光缆或声通信与水面网关、节点联结，将数据传输至基站。优点：不会影响航行。缺点：维护不容易。(3)基于水面浮标节点(射频+水声通信)、水中自主航行器（水声通信）和水底固定节点（水声通信）的三维立体系统。优点：覆盖全面，配置灵活，功能强大。缺点：系统复杂，成本高。与地面无线传感器网络相比，水下传感器网络仍然存在着诸多困难：如有效带宽非常有限、水下信道非常恶劣等等，在这个领域还有许多的困难需要解决。3.物联网的典型应用313.6个人保健 人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。3.物联网的典型应用323.7未来数字家庭数字家庭是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的互连方式进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”的一种服务。数字家庭的四大功能：信息、通信、娱乐和生活。数字家庭数字家庭是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的互连方式进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”的一种服务。数字家庭的四大功能：信息、通信、娱乐和生活。数字家庭信息信息通信娱乐娱乐生活生活3.物联网的典型应用333.8文物保护对珍贵的古老建筑进行保护，是文物保护单位长期以来的一个工作重点。将具有温度、湿度、压力、加速度、光照等传感器的节点布放在重点保护对象当中，无需拉线钻孔，便可有效地对建筑物进行长期的监测。此外，对于珍贵文物而言，在保存地点的墙角、天花板等位置，监测环境的温度、湿度是否超过安全值，可以更妥善地保护展览品的品质。3.物联网的典型应用343.9空间、海洋探索探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想，借助于航天器布撒的传感器节点实现对星球表面大范围、长时期、近距离的监测和探索，是一种经济可行的方案。NASA的JPL实验室研制的SensorWebs就是为将来的火星探测、选定着陆场地等需求进行技术准备的。现在该项目已在佛罗里达宇航中心的环境监测项目中进行测试和完善。3.物联网的典型应用35重庆邮电大学物联网的应用愿景ITU互联网报告2005：物联网中描绘“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企业内部网internet数据库/网络管理平台电子标签RIFD/感应器电网、铁路、桥梁、建筑、公路、书包、水杯。感知处理thingsSCPSCEGPRS通信网将“物联网”与现有的互联网、通信网整合起来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信息传送SMSTELLIN移动智能网以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态把感应器嵌入和装备到各种物体中标识364.物联网的影响4.1智慧地球37重庆北京邮电大学物联网能为我们带来什么？促进经济复苏 优化经济结构 节约能源 物联网-智慧地球智慧的基础设施智慧的能源智慧的交通智慧的食物智慧的电信智慧的石油智慧的医疗智慧的城市智慧的水资源智慧的公众安全智慧的供应链智慧的银行这也就意味着，经济可行的智能技术将被应用到几乎所有的行业、用于各种产品，催生过去无法实现的服务。在此基础上，无论自然体系，还是行业系统，或者企业，甚至人类本身，都将更紧密地相互关联整合，形成各种各样的智慧系统。38例1：智慧的交通 问题：汽车化社会带来的诸如交通阻塞、交通事故、能源消费和环境污染等社会问题日趋恶化，交通阻塞造成的经济损失巨大。中国的城市中心区的功能高度集中，近千万人集中在面积狭小的市中心生活、工作，城市的交通压力在这一区域内高度集中智慧的城市方法：嵌入在道路中的传感器可监控交通流量。车上安装的传感器监控车的状态，并将其移动的信息传送到交通网。建立在先进信息技术和电子技术基础上的整合的无线及有线通信可对交通状况进行有效预测，以帮助城市规划者实现交通流量最大化。目标：环保大幅降低碳排放量、能源消耗和各种污染物排放，提高生活质量便捷通过移动通信提供最佳路线信息和一次性支付各种方式的交通费用，增强了旅客体验安全检测危险并及时通知相关部门高效实时进行跨网络交通数据分析和预测，可避免不必要的浪费，而且还可最大化交通流量可视将所有公共交通车辆和私家车整合到一个数据库，提供单个网络状态视图可预测持续进行数据分析和建模，改善交通流量和基础设施规划体验。Source:Geberit,RB&P analysis应用北京市智能交通系统建设道路交通管理：建成了比较完善的智能化道路交通指挥管理系统，包括城市道路交通信号控制系统，交通检测、电视监控系统，交通违法检测系统，以及全市“122”交通事故接处警系统;公共交通管理：建成了动物园公交枢纽运营管理和乘客信息服务系统，公交区域运营组织与调度系统，公交抢修救援调度系统，BRT智能管理系统;高速公路管理：建成了全市统一的高速公路信息中心，实现了五环路和六条高速公路的联网监控，并与交管部门共享;出行信息服务：自主研发了浮动车动态交通信息采集处理和发布系统，有效扩展了动态交通信息采集的范围，有力促进了北京市交通信息服务发展水平。重庆邮电大学39重庆邮电大学例2：智慧的电力问题电网效率低下，电力在生产和传输中损耗严重，高峰电力负荷不断攀升；新能源日新月异，传统电网设备难以与时俱进，成为发展障碍。方法实时的电网管理：智能电网成熟度模型、智能停电优化管理，使发电、输电、配电、用电四方互动互通互动的用电模式：智能电表计量管理系统，降低电力高峰负荷，提升客户体验可持续的能源供应：智能核电全生命周期管理方案应用2009年5月21日国家电网公司首次公布了“智能电网计划”，电力公司可以通过使用传感器、计量表、数字控件和分析工具，自动监控电网、优化电网性能、防止断电、更快地恢复供电，消费者对电力使用的管理也可细化到每个联网的装置。目标反应迅速：知道电力故障的确切位置，并立即派人去解决可靠：感应可能发生的设备故障，防患于未然节约能源：迅速检测到发电量的需求变化，在用电需求较低时减少发电量高效利用资产：通过感知并管理老化设备的使用负荷，延长资产使用寿命可持续：通过更好地了解电力需求，使可再生能源的供应最大化40例3：智慧的银行问题 如何合规管理，规避各类金融风险；如何满足客户需求，提高行业盈利水平；如何深化 IT 建设，并支持业务发展？目标 创新持续开发新产品和新流程，提高竞争力打入新市场 更好的风险管理从数据体系结构、信贷管理、运营到货币交易，全面实施BASELII项目，实现防范风险运营。互联将交易和和客户交互流程数字化，实时连接客户并实现客户自助服务，以便客户可以自主选择并掌握所需要的服务。整合将跨区域、跨职能部门、跨服务业务及跨渠道整合到一个平台，从而形成一个共享客户视图，并为客户提供“一站式”服务 重庆邮电大学方法 集中的风险管理通过集成风险管理方案，银行可实时了解金融行业动态，预测、规避各类金融风险，优化内部资本结构 创新的业务模式运用前后台业务分离、后台作业处理中心，业务流程整合等解决方案，可提前预测客户需求，并提供个性化金融产品及服务 动态的 IT 基础架构通过动态 IT 基础架构，可满足分析计算要求、降低能耗和运行成本，并提高系统的灵活性、可扩展性和安全性。41重庆邮电大学例4：智慧的医疗遥测技术使得远程诊断和治疗成为现实。将医院和虚拟团队的医保信息进行整合，可以提高资源使用效率，也可给民众提供信息以做出明智的选择。通过整合的医疗保健平台收集并存储医院的各系统患者信息，并将相关信息添加到患者的电子医疗档案，所有授权和整合的医院都可以访问。2009年4月8日 IBM为中国制订了智慧医疗系列解决方案，面向区域医疗卫生和大型综合性医院集团，包括：区域医疗信息网络、CHAS临床科研信息整合平台、医疗协同平台、基于云计算网络环境的智慧医疗等，旨在以信息化推进医患资源的优化流动，助力新医改扎实启程，从而构建“人人享有基本医疗卫生服务”的智慧医疗体系。互联经授权的医生能随时翻查病人的病历、患史、治疗措施和保险明细，可自主选择医生或医院 协作把信息仓库变成可分享的记录，整合并共享医疗信息和记录，以构建综合的专业的医疗网络 预防实时感知、处理和分析重大的医疗事件，从而快速、有效地做出响应 普及支持乡镇医院和社区医院无缝地连接到中心医院，以实时地获取专家建议安排转诊和接受培训 创新提升知识和过程处理能力，推动临床创新和研究应用目标方法由于缺乏资金和管理不当，中国医疗保健体系覆盖率很低，39%的农村居民和36%的城市居民无法承受专业的医疗治疗，中国的医疗保健体系远远不能满足经济和社会发展的需求。中国医疗系统的弊病在于未能充分利用广泛的医院网络资源，也未能开展信息共享。不同部门的重复登记和记录不一致使得数据十分混乱，影响了诊断的效率、增加了成本，使得转诊非常困难和低效。问题42时间。重庆邮电大学例5：智慧的城市智慧的城市目标灵活：能够实时了解城市中发生的突发事件，并能适当即时地部署资源以做出响应便捷：访问“一站式”服务网站，可在线/通过手机支付帐单、学习、购物、预订和进行交易安全：更好地监控，有效预防犯罪和开展调查更有吸引力：通过收集并分析数据和智能信息(例如，客流和货运)来更好地规划业务基础架构和公共服务，从而创造更有竞争力的商业环境吸引投资者生活质量更高：越少的交通拥堵意味着越少的污染；降低交通拥堵和服务排队所浪费的方法问题中国的商用和民用城市基础设施不完善、城市治理和管理系统效率低下，以及紧急事件响应不到位等问题亟需解决。城市网格化管理，改善市容市貌，提升市政处理效率 实现电子政务平台一站式市政服务，精简业务流程，降低服务成本。智能交通系统有效缓解城市交通压力，减轻道路拥堵和城市污染问题。犯罪实时监控技术提供及时而丰富的信息和分析支持43物联网如何影响钻探业？4.物联网的影响4.2智慧的钻探业物联网将如何影响钻探业？44人工每日定时检查设备运行情况并测量、统计采油数据。由于油井数量多且分布广，这种方式使操作工劳动强度大，影响设备监控与采油数据的实时性和准确性，同时还存在笔误、作假等隐患。导致上层不能准确了解现场的真实情况，无法根据生产消耗的各项数据，制定有效、灵活的处理方案。在终端采油点抽油机输油管道处采用带有温度传感器、流量计、压力传感器等传感器的传感网数据采集器，数据采集器与传感网连接，采集到管道的温度、压力、流量数据通过网络和广域网通信传回远端中心端。中心端可根据各方采集的数据进行流量统计和管道实时监控。问问题题方方法法目目标标应应用用1.达到采油厂数据采集系统的自动化、信息化。2.提高油田生产的稳定及原油质量。3.实现了油水井生产实时采集、实时计算、实时诊断、实时优化、实时发布、实时控制。“港西模式”为石油物联网新项目的建设提供样板。“港西模式”的核心技术是一套基于自动化技术、计算机技术、网络技术、系统工程技术以及油气田开发专业技术，以提高油田数字化水平、油井产量、系统效率、简化地面流程为目的，集数据采集、数据管理、生产动态预测、工程分析、远程计量、油井故障诊断、系统效率及损耗构成、优化设计、措施方案发布、智能控制等于一体的专家系统。4.1智慧的钻探业 4.物联网的影响智慧的智慧的钻探业钻探业454.3智慧的钻探业 4.物联网的影响464.物联网的影响4.3智慧的钻探业 475.1物联网的产业链5.物联网产业链芯片芯片传感器传感器其他硬件其他硬件软件开发商及软件开发商及应用开发商应用开发商系统集成商系统集成商网络提供商网络提供商用用户户运营及服务运营及服务提供商提供商设备提供商设备提供商网络设备提供商网络设备提供商终端设备提供商终端设备提供商48中国物联网物联网产业链各环节面临的竞争厂商中国物联网物联网产业链各环节面临的竞争厂商上游上游中游中游下游下游上海贝岭上海贝岭 复旦微电子复旦微电子联发科联发科展讯等展讯等中兴、华为等中兴、华为等网络设备商；网络设备商；远望谷、新大远望谷、新大陆等系统集成陆等系统集成商；同方软件商；同方软件中国移动中国移动中国电信中国电信中国联通中国联通中国广电中国广电国内政策与实际应用环境国内政策与实际应用环境霍尼霍尼韦尔、英特尔、韦尔、英特尔、德州仪器、意德州仪器、意法半导体、飞法半导体、飞利浦利浦微软、微软、SAP；IBM;思科思科 受政策限制，受政策限制，竞争者较少，竞争者较少，多为收集情报、多为收集情报、寻求合作者寻求合作者5.2物联网的产业链5.物联网产业链49中国各地区物联网分布图中国各地区物联网分布图5.3中国物联网分布5.物联网产业链50中国物联网产业联盟分布图中国物联网产业联盟分布图5.3中国物联网产业联盟分布5.物联网产业链2011年国家物联网产业年国家物联网产业示范基地落户茶园新区示范基地落户茶园新区 516.物联网的发展趋势6.1物联网的发展趋势52重庆邮电大学物联网的发展趋势目前，美国、欧盟、中国等都在投入巨资深入研究探索物联网，各国的物联网产业规模快速增长，应用领域广泛拓展，在电力、交通、安防等相关领域的应用也初见成效，并将蕴含着信息产业发展的新趋势。行业信息化多行业领域信息化，拉动信息产业：交通运输信息化医疗信息化制造业信息化零售、物流信息化家居生活信息化公安信息化到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务的比例，将达到30比1，意味着物联网产业要比互联网大30倍。因此，物联网被称为“下一个万亿级的通信业务”。标准化体系物联网实现的核心是标准，各国竞争的焦点是RFID技术和物联网的标准话语权。各国都在统筹规划物联网的标准研究，积极推进标准化工作，力争主导制定传感网国际标准，全球标准化体系将逐步完善。身份识别未来社会将会对身份识别要求越来越高，对人、物的信息实时读取、记录、传输、存储更加简单、方便。同时物联网技术的更广泛应用，保护秘密数据的安全，以及相应立法、市场机制、社会道德的因素的研究强度将会加大关键技术发展物联网技术与我国自主知识产权的TD-SCDMA技术相融合。RFID技术将应用越来越广，成本降低，传感器智能设备，其体积越来越小，需求量越来越大。加快物联网技术推广应用，打造产业竞争优势。53物联网发展遇到的几个关键问题2标准是发展的核心问题当前发展物联网的困境也来自于无统一的标准化，导致产品创新慢、业务成本高、服务质量差的突出问题。我国各行业的管理信息系统的物品编码结构不同、形式各异。因此必须解决这些异构系统之间的信息互通与信息交换问题。3关键技术是发展的瓶颈RFID作为关键技术，其核心领域还未全面进入产业化，国内RFID以低频为主，超高频RFID刚进入产业化应用的初期，如中间件、应用解决方案等产业链还需完善物联网建设必须在通信支撑技术、信息加工、过滤、存储、命令响应技术以及网络接口与传输技术等各方面全面协调4安全隐私困扰应用推广最重要的挑战是数据和隐私的保护，特别是由于传感器和智能标签能够跟踪用户的行动、习惯以及偏好等。物联网承载了比现有任何网络都庞大的数据信息，影响到社会各领域，所以信息及用户隐私如何得到保护成为亟待解决的问题，关系到个人、国家和社会的安危。重庆邮电大学1成本是首要关注的因素物联网要全面实施，就要解决其经济性问题。人与物，物与物相连，即使是局部的物联网，企业信息化参与各方都需较大投入。业内估计，在1一2年 RFID标签的价格会降至5美分，仍然不低。54重庆邮电大学5、物联网将带来信息技术的第三次革命、物联网将带来信息技术的第三次革命6.物联网的发展趋势6.1物联网的发展趋势557.1核心技术7.物联网的关键技术567.1核心技术7.物联网的关键技术感知层技术：感知层技术：传感器技术、无线传感网（WSN）、射频识别（RFID）、微机电系统（MEMS）、GPS、蓝牙、WIFI等网络层技术：网络层技术：通信网、3G网络、GPRS、广电网络、WLAN、NGB广域网络、M2M等应用层技术：应用层技术：企业资源计划（ERP）、决策支持、专家系统（Expert System）、云计算、系统集成等57大量多种类传感节点组成的自治网络，实现对物理世界的动态智能协大量多种类传感节点组成的自治网络，实现对物理世界的动态智能协同感知。同感知。7.1核心技术-感知层技术7.物联网的关键技术7.1.1传感器网络58 无线传感器网络（WSN）是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用。传感器节点体系结构传感器节点体系结构传感器网络协议栈传感器网络协议栈7.1.2WSN7.1核心技术-感知层技术7.物联网的关键技术59WSN体系结构：平面拓扑结构WSN体系结构：逻辑分层结构7.物联网的关键技术7.1核心技术-感知层技术7.1.2WSN60 与现有无线网络的差别与现有无线网络的差别WSN是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大（上千甚至上万），节点分布更为密集；由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障；环境干扰和节点故障容易造成网络拓扑结构的变化；通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的；传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等十分有限；传统无线网络的首要设计目标是提高服务质量和高效率带宽利用，其次才考虑节约能源；而WSN的首要设计目 标是能源的高效使用，这也是WSN和传统网络最重要的区别之一。WSN网络特点网络特点大规模网络、自组织网络、动态性网络、可靠的网络、应用相关的网络、以数据为中心的网络7.1核心技术-感知层技术7.1.2WSN7.物联网的关键技术6162技术名称技术名称国际标准体系国际标准体系中国标准体系中国标准体系无线传感网（WSN/WPAN）IEEE802.15.4/4b/4c/4e、SmartGrid、ZigBee(网络层协议标准)CWPAN：GB/T15621.15-202，中国专有频段780MHz无线局域网（WLAN/WiFi）IEEE802.3a/b/g/n、WIFIWAPI（网络层协议标准）、底层支持IEEE802.3RFIDIEEE802.15.1、RFIDRFID7.1.3技术及标准7.1核心技术-感知层技术7.物联网的关键技术62 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。压力传感器压力传感器气体传感器气体传感器温度传感器温度传感器位移传感器位移传感器声音传感器声音传感器广泛应用广泛应用的传感器的传感器血压传感器血压传感器利用传感器可以感知物利用传感器可以感知物理世界的方方面面，它理世界的方方面面，它是物联网的末梢神经是物联网的末梢神经湿度传感器湿度传感器红外传感器红外传感器7.1.4传感器7.1核心技术-感知层技术7.物联网的关键技术63 GPSGPS：即 Global Positioning System，全球定位系统。由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的卫星导航与定位系统。其定位精度最高可达厘米级和毫米级 GPSGPS应用应用：l为船舶，汽车，飞机等运动物体进行定位导航。l各种等级的大地测量，控制测量l电力，邮电，通讯等网络的时间同步全球四大全球四大GPSGPS系统系统：美国欧盟“伽利略”俄罗斯“格洛纳斯”中国“北斗”7.1.5GPS7.1核心技术-感知层技术7.物联网的关键技术64 lRFIDRFID的实现分为三个部分的实现分为三个部分:标签（内含芯片与天线）标签（内含芯片与天线）读卡器读卡器数据库和软件数据库和软件标签内包含唯一标识数据标签内包含唯一标识数据:序列号序列号或其他关于物件的独有信息或其他关于物件的独有信息特点：RFID可快速、准确而可靠地采集数据，感知和识别物体。与传统条形码识别技术相比，RFID具有快速自动扫描、体积小、信息容量大、耐久性强、可重复使用、安全保密性高等优势。RFID(Radio Frequency IdentificationRFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别技术，无线射频识别技术7.1.6RFID7.1核心技术-感知层技术7.物联网的关键技术65 7.1.6RFID7.1核心技术-感知层技术7.物联网的关键技术66 蓝牙是一种短距离微功耗的无线通信技术（一般2m内）该技术能在建筑环境空间中提供高效能的数据传输和无线控制。工作频率在国际开放的ISM2.4GHz上采用调频扩展技术使用IEEE802.15协议易于安装、设置低成本一对多 技术特点技术特点蓝牙（蓝牙（BluetoothBluetooth）7.1核心技术-感知层技术7.物联网的关键技术7.1.7蓝牙67Wi-Fi的英文全称为wirelessfidelity，在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”，目的是改善基于IEEE802.3标准的无线网路产品之间的互通性。工作频率在国际开放的ISM2.4GHz上无线电波的覆盖半径则可达20米，目前，通信距离最大可达到4英里(约6.5公里)。传输速度非常快，最快可以达到308mbps，并向下可扩展至54mbps、32mbps、3mbps、6mbps，以快速适应无线环境的变化。厂商进入该领域的门槛比较低，布设简单，造价便宜。技术特点技术特点无线局域网（无线局域网（WLAN/WIFIWLAN/WIFI）7.1.8WIFI7.1核心技术-感知层技术7.物联网的关键技术681-23220至200+天物流、超市RFID200+11至7天广泛范围的声音和数据GSM/CDMA1-2+71至7天电缆代替品蓝牙蓝牙2-20320.5至5Web、Email、图像WiFi2-500+255/65,00020至200+天监测、监控和通信ZigBee传输距离传输距离网络大小网络大小电池寿命电池寿命应用重点应用重点7.1.9技术对比7.1核心技术-感知层技术7.物联网的关键技术69物联网网络层物联网网络层 各种通信网络与互联网形成的融合网络，被普遍认为是最成熟的部分除网络传输之外，还包括网络的管理中心和信息中心，以提升对信息的传输和运营能力是物联网成为普遍服务的基础设施，有待突破的方向是向下与感知层的结合，向上与应用层的结合以太网以太网 3G WLAN下一代承载网下一代承载网GPRSM2M无线接入蓝牙蓝牙7.物联网的关键技术7.2核心技术-网络层技术703G是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。目前3G存在三种标准：CDMA2000，WCDMA,TD-SCDMA。TD-SCDMATD-SCDMA时分双工系统主要由大唐电信提出，是我国百年通信史上第一次制定的国际标准，拥有自主知识产权该系统应用多项先进技术，众多国际厂商均表示支持TD-SCDMA频分双工系统该系统能从现有的GSM网络上较容易的过渡到3G，主要由欧洲系统厂商支持，如诺西，爱立信CDMA200CDMA200频分双工系统由CDMA（800MHz）延伸而来，可以从原有的CDMA网络直接升级到3G。由美国高通公司提出，摩托罗拉、朗讯、韩国三星等公司参与WCDMAWCDMA7.2.13G7.物联网的关键技术7.2核心技术-网络层技术71 无线局域网无线局域网（Wireless LAN,简称WLAN），是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它不受电缆束缚，可移动，能解决因有线网布线困难等带来的问题。既可满足各类便携机的入网要求，也可实现计算机局域网远端接入，图文传真、电子邮件等多种功能。高兼容性高兼容性组网灵活组网灵活扩容方便扩容方便小型化小型化应用广泛应用广泛WLAN特特点点无线局域网结构无线局域网结构7.物联网的关键技术7.2核心技术-网络层技术7.2.2WLAN72M2M是Machine-to-Machine/Man的简称，是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。它通过在机器内部嵌入无线通信模块，以无线通信等为接入手段，为客户提供综合的信息化解决方案，以满足客户对监控、指挥调度、数据采集和测量等方面的信息化需求。定义感知能力通信能力应用场景应用场景Machine to Machine/Man,将通信能力植入机器，以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务条形码+RFID+传感器+摄像头，信息的有限感知移动通信技术为主，信息的“有限”传送主要应用于机器监控领域，受网络覆盖、终端功耗、体积受限Thing to Thing，将感知、通信、处理能力植入物体，具有全面感知、可靠传送、智能处理特征的连接物理世界的网络传感器网络+智能芯片+条形码+RFID+传感器+摄像头，信息的全面和透彻感知多种通信技术相结合，信息的更自由传送受限范围缩小，应用极大丰富M2M-机器与机器通信物联网7.2核心技术-网络层技术7.物联网的关键技术7.2.3M2M73物联网应用层物联网应用层 将物联网技术与行业专业技术相结合，实现广泛智能化应用的解决方案集，提供物物互联的丰富应用物联网通过应用层最终实现信息技术与行业的深度融合，对国民经济和社会发展具有广泛影响关键问题在于信息的社会化共享和开发利用、以及信息安全的保障 应用集成应用集成云计算云计算网络管理网络管理决策支持决策支持7.3核心技术-应用层技术7.物联网的关键技术74云计算是一种基于互联网的计算模式，它将计算、数据、应用等资源作为服务通过互联网提供给用户 7.3核心技术-应用层技术7.物联网的关键技术7.3.1云计算75决策支持系统（Decision Support System,DSS）是一种以计算机为工具，应用决策科学及有关学科的理论与方法，以人机交互方式辅助决策者解决半结构化和非结构化决策问题的信息系统。它为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。决决策策支支持持系系统统的的工工作作过过程程7.物联网的关键技术7.3核心技术-应用层技术7.3.2决策支持76数据挖掘（data mining）是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中提取隐含在其中、人们事先不知道、但又是潜在有用的信息和知识过程。模糊集方法模糊集方法统计分析方法统计分析方法神经网络方法神经网络方法遗传算法遗传算法粗集方法粗集方法决策树方法决策树方法常用方法常用方法7.物联网的关键技术7.3核心技术-应用层技术7.3.2数据挖掘77重庆邮电大学案例介绍SECOM公司开发了KOKOSECOM无线保安系统，通过使用专用终端，能实现强大的保安服务。危险报警功能 定位搜查功能 通知功能 夜间保安功能移动通信网78重庆邮电大学案例介绍五铃汽车公司开发了车载监控系统，实施对货运车的远程监控。更加充实的菜单保证了“护身宝”对运行的全面支持。79重庆邮电大学案例介绍LOGIN公司开发了车载监控系统，利用NTTdocomo的Dopa网络，实施对车辆的远程监控。80重庆邮电大学案例介绍（由松下公司提供）松下电工公司开发的监控网络系统，通过特殊感应器实施对独身老人和儿童的实时监护。老人按下监控装置的按钮，就会将信息发到子女的手机上81重庆邮电大学案例介绍（由丰田汽车公司提供）丰田汽车公司开发了G-BooK系列产品，通过车载终端（导航仪）和手机等都能实现信息服务服务。该系统使用了车载移动模块，3G通信网82案例介绍（由明电舍公司提供）明电舍公司开发了TELEMOT-cdma系统，借助3G通信网络，实施对边缘小型水电设备的远程监控。该系统使用了3G网络运程待控实施的发射器上都装有移动通信网络的模块借助3G网络和控制中心实施信息交换重庆邮电大学83重庆邮电大学案例介绍东京都水利局开发的水表自动验表系统。该应用已在中国各大电信运营商中得以实现该系统利用了PHS网络84案例介绍摩托车等大型物品的快速验收和上门回收业务该系统当时利用了CDMA1X网络和PHS网络由控制中心及时地将客户信息传递给上门回收人员将验收商谈结果反馈给控制中心或上级主管重庆邮电大学85重庆邮电大学案例介绍（由SUNDEN公司提供）借助移动通信网络的自动售货机的库存管理。SUNDEN公司的moderno系统在自动售货机内嵌入各种移动通信网络的通信模块借助CDMA2000网络，PHS网络，WCDMA网络将库存信息发送到管理中心86案例介绍（由NTTDoCoMo提供）广域资格认证香烟自动售货机内嵌入成人认证系统，借助3G网络实施实时认证。使用NTTdocomo的3G手机模块。虽然运营商的流量收入有限，但对防止未成年人吸烟问题的社会影响力大。此模式适用于一些难于接入固网的实施。售货机内装有3G模块借助3G手机网络实施认证重庆邮电大学87重庆邮电大学案例介绍（由KDDI公司提供）借助于移动通信网络，向可移动的路况信息显示牌（车）实时发布路况信息。利用英特网及时地收集到路况信息，并进行整理通过手机网络向移动路况显示器及时发出信息，保证信息的适时性。交管部门88重庆邮电大学 来源:松下电气公司资料案例介绍（由松下公司提供）小学生上下学安全监护系统。将学童进出校门的信息以图文形式实时记录并反馈给父母亲。向父母或学校发送信息及照片，及时把握学童的行踪。信息存储装置标题：通过校门姓名：Megu时间：8.35安全放心的小学生安全监护系统画面安装在校门或路上的监视设施学童经过校门8.30太郎完全监护中心经过校门8.30太郎电子标签（RFID）盒电子标签盒能方便地安装在书包上处于待机/激活状态父母用手机或电脑上监控网站用手机或电脑上能看到孩子行踪的监控记录2005/7/1108.3589重庆邮电大学车辆端公司端3G手机管理用视频通话视频通话酒精度测试画面内置FOMA3G的上网卡酒精感应测试器（Tanita公司制）3G专用测试终端司机安全管理员WEB摄像头案例介绍（由NTTDoCoMo提供）通过3G（FOMA）终端和网络实施司机酒精度的运程测试。此服务适用于大型物流公司的员工管理。1运用3G手机的视频通话功能，连接到监控中心实施运程实时酒精度测试。2被测端把专用测试仪接在3G手机的耳机接口上实施测试数据的上传。3公司端的电脑上，能实时地把握被测对象的状况，确保测试结果的真实性。90