第一章物联网概述

第一章物联网概述第一章物联网概述物联网技术概论物联网技术概论1 1 物联网概述物联网概述1.1 1.1 物联网相关的概念物联网相关的概念1.2 1.2 物联网的发展与特点物联网的发展与特点1.3 1.3 物联网体系架构物联网体系架构 1.4 1.4 物联网的技术体系框架物联网的技术体系框架 1.5 1.5 物联网标准化物联网标准化 物联网技术概论物联网技术概论1.1 1.1 物联网相关的概念物联网相关的概念1.1.11.1.1物联网物联网1.1.21.1.2无线传感器网络无线传感器网络1.1.31.1.3泛在网络泛在网络1.1.41.1.4物联网、传感网与泛在网之间的关物联网、传感网与泛在网之间的关系系物联网技术概论物联网技术概论1.1.11.1.1物联网物联网 不同研究机构对于物联网的起点和侧重点不同，目前还没有一个权威的物不同研究机构对于物联网的起点和侧重点不同，目前还没有一个权威的物联网定义，只存在几个具有代表性的被普遍认可的定义。联网定义，只存在几个具有代表性的被普遍认可的定义。定义定义1：把所有物品通过射频识别把所有物品通过射频识别(RFID)和条码等信息传感设备与互联网连接起和条码等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。（美国）来，实现智能化识别和管理。（美国）定义定义2：任何时刻，任何地点，任意物体之间的互联，无所不在的网络和无所不任何时刻，任何地点，任意物体之间的互联，无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景，除在计算的发展愿景，除RFID技术外，传感器技术，纳米技术，智能终端等技技术外，传感器技术，纳米技术，智能终端等技术将得到更加广泛的应用。术将得到更加广泛的应用。(ITU)定义定义3：由具有标识、虚拟个性的物体由具有标识、虚拟个性的物体/对象所组成的网络，这些标识和个性运行对象所组成的网络，这些标识和个性运行在智能空间，使用智慧的接口与用户、社会的和环境的上下文进行连接和通在智能空间，使用智慧的接口与用户、社会的和环境的上下文进行连接和通信。信。(EPoSS)定义定义4：物联网是未来物联网是未来Internet的一个组成部分，可以被定义为基于标准的和可互的一个组成部分，可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。物联网中的操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。物联网中的“物物”都具有标识、物理属性和实质上的个性，使用智能接口，实现与信息都具有标识、物理属性和实质上的个性，使用智能接口，实现与信息网络的无缝整合。网络的无缝整合。（欧洲）（欧洲）物联网技术概论物联网技术概论1.1.21.1.2无线传感器网络无线传感器网络定义定义5：无线传感器网络无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)，由若干具有无，由若干具有无线通信能力的传感器节点自组织构成的网络。（美军）线通信能力的传感器节点自组织构成的网络。（美军）定义定义6：泛在传感器网络泛在传感器网络(Ubiquitous Sensor Network，USN)由智能传感器由智能传感器节点组成的网络，可以以节点组成的网络，可以以“任何地点、任何时间、任何人、任何物任何地点、任何时间、任何人、任何物”的形的形式被部署。该技术具有巨大的潜力，因为它可以在广泛的领域中推动新的式被部署。该技术具有巨大的潜力，因为它可以在广泛的领域中推动新的应用和服务，从安全保卫和环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。应用和服务，从安全保卫和环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。（ITU-T）定义定义7：传感器网络传感器网络(Sensor Network)以对物理世界的数据采集和信息处理为以对物理世界的数据采集和信息处理为主要任务，以网络为信息传递载体，实现物与物、物与人、人与物之间信主要任务，以网络为信息传递载体，实现物与物、物与人、人与物之间信息交互，提供信息服务的智能网络信息系统。息交互，提供信息服务的智能网络信息系统。定义定义8：传感网传感网(Sensing Network)，是以感知为目的，实现人与人、人与物、，是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突出特征是通过传感器等方式获取物理世界的物与物全面互联的网络。其突出特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力，实智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。现智能化的决策和控制。物联网技术概论物联网技术概论1.1.31.1.3泛在网络泛在网络定义定义9 9：指无所不在的网络，又称泛在网络。指无所不在的网络，又称泛在网络。最早提出最早提出U U战略的日韩给出的定义是：战略的日韩给出的定义是：无所不在的网络社会将是由智能网络、最先进的无所不在的网络社会将是由智能网络、最先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态。根据这样的构想，而成的技术社会形态。根据这样的构想，U U网络将网络将以以“无所不在无所不在”、“无所不包无所不包”、“无所不能无所不能”为基本特征，帮助人类实现为基本特征，帮助人类实现“4A”4A”化通信，即在化通信，即在任何时间任何时间(anytime)(anytime)、任何地点、任何地点(any-where)(any-where)、任、任何人何人(anyone)(anyone)、任何物、任何物(anything)(anything)都能顺畅地通都能顺畅地通信。信。物联网技术概论物联网技术概论1.1.41.1.4物联网、传感网与泛在网之间的关系物联网、传感网与泛在网之间的关系 传感网是物联网的组成部分，物联网是互联传感网是物联网的组成部分，物联网是互联网的延伸，泛在网是物联网发展的愿景。传感器网的延伸，泛在网是物联网发展的愿景。传感器网络、物联网和泛在网之间的关系如图所示。网络、物联网和泛在网之间的关系如图所示。物联物联/泛在泛在传感器网络传感器网络传感器网络传感器网络泛泛在在网络网络物联网技术概论物联网技术概论1.2 1.2 物联网的发展与特点物联网的发展与特点1.2.1 1.2.1 物联网的特点物联网的特点1.2.2 1.2.2 物联网的发展物联网的发展物联网技术概论物联网技术概论1.2.1 1.2.1 物联网的特点物联网的特点1）各种感知技术的广泛应用。）各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。周期性的采集环境信息，不断更新数据。2）建立在互联网上的泛在网络。）建立在互联网上的泛在网络。通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在传输过程中，为了保障数据的正确时准确地传递出去。在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。3）不仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处不仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网技术概论物联网技术概论1.2.2 1.2.2 物联网的发物联网的发展展物联网的发展主要经历三个阶段。物联网的发展主要经历三个阶段。初级阶段：初级阶段：已存在的一些各行业基于各种行业数已存在的一些各行业基于各种行业数据交换和传输标准的连网监测监控，两化融合引据交换和传输标准的连网监测监控，两化融合引等等MAIMAI应用系统；应用系统；中级阶段：中级阶段：在物联网理念推动下，基于局部统一在物联网理念推动下，基于局部统一的数据交换标准实现的跨行业、跨业务综合管理的数据交换标准实现的跨行业、跨业务综合管理大集成系统，包括一些基于大集成系统，包括一些基于SaaSSaaS模式和模式和“私有云私有云”的的M2MM2M营运系统；营运系统；高级阶段高级阶段：基于物联网统一数据标准，：基于物联网统一数据标准，SOASOA，Web Web ServiceService，云计算虚拟服务的，云计算虚拟服务的on Demandon Demand系统，系统，最最终实现基于终实现基于“公有云公有云”TaaSTaaS：“Thing as a Thing as a Service”Service”。物联网技术概论物联网技术概论1.3 1.3 物联网体系架构物联网体系架构1.3.11.3.1感知层感知层1.3.2 1.3.2 网络层网络层1.3.3 1.3.3 应用层应用层物联网技术概论物联网技术概论1.3 1.3 物联网体系架构物联网体系架构 物联网通常被公认为有物联网通常被公认为有3个层次，从下到上依次是感知层、网络个层次，从下到上依次是感知层、网络层和应用层，如图所示。层和应用层，如图所示。物联网技术概论物联网技术概论1.3.11.3.1感知层感知层 功能：功能：物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和物联网的感知层主要完成信息的采集、转换和收集。收集。组成：组成：传感器（或传感器（或控制器控制器）、短距离传输网络。）、短距离传输网络。传感器传感器（或控制器）用来进行数据采集及实现控（或控制器）用来进行数据采集及实现控制；制；短距离传输网络短距离传输网络将传感器收集的数据发送到网关将传感器收集的数据发送到网关或将应用平台控制指令发送到控制器。或将应用平台控制指令发送到控制器。关键技术：关键技术：主要为传感器技术和短距离传输网络技术。主要为传感器技术和短距离传输网络技术。物联网技术概论物联网技术概论1.3.2 1.3.2 网络层网络层功能：功能：主要完成信息传递和处理。主要完成信息传递和处理。组成：组成：两个部分：接入单元、接入网络。两个部分：接入单元、接入网络。接入单元接入单元是连接感知层的网桥，它汇聚从感知层获得的数是连接感知层的网桥，它汇聚从感知层获得的数据，并将数据发送到接入网络。据，并将数据发送到接入网络。接入网络接入网络即现有的通信网络，包括即现有的通信网络，包括移动通信移动通信网、有线电话网、有线电话网、有线宽带网等。通过接入网络，人们将数据最终传入网、有线宽带网等。通过接入网络，人们将数据最终传入互联网。互联网。关键技术：关键技术：包含了现有的通信技术，如移动通信技术、有线包含了现有的通信技术，如移动通信技术、有线宽带技术、公共交换电话网（宽带技术、公共交换电话网（PSTN）技术、）技术、Wi-Fi通信技通信技术等，也包含了终端技术，如实现传感网与通信网结合的术等，也包含了终端技术，如实现传感网与通信网结合的网桥设备、为各种行业终端提供通信能力的通信模块等。网桥设备、为各种行业终端提供通信能力的通信模块等。物联网技术概论物联网技术概论1.3.3 1.3.3 应用层应用层功能：功能：主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各主要完成数据的管理和数据的处理，并将这些数据与各行业应用的结合。行业应用的结合。组成：组成：包括两部分：物联网中间件、物联网应用。包括两部分：物联网中间件、物联网应用。物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序。物联网中间件是一种独立的系统软件或服务程序。中间件将许多可以公用的能力进行统一封装，提供给丰富中间件将许多可以公用的能力进行统一封装，提供给丰富多样的物联网应用。多样的物联网应用。应用：应用：物联网应用是用户直接使用的各种应用。主要包括物联网应用是用户直接使用的各种应用。主要包括 家庭物联网应用，如家庭物联网应用，如家电家电智能控制、家庭安防等；智能控制、家庭安防等；企业和行业应用，如石油监控应用、电力抄表、车载应用、企业和行业应用，如石油监控应用、电力抄表、车载应用、远程医疗等。远程医疗等。关键技术：关键技术：主要是基于软件的各种数据处理技术，此外主要是基于软件的各种数据处理技术，此外云计算云计算技术作为海量数据的存储、分析平台，也将是物联网应用层技术作为海量数据的存储、分析平台，也将是物联网应用层的重要组成部分。的重要组成部分。物联网技术概论物联网技术概论1.4 1.4 物联网的技术体系框架物联网的技术体系框架1.4.1 1.4.1 感知层的技术感知层的技术1.4.2 1.4.2 网络层的技术：网络层的技术：1.4.31.4.3应用层的技术应用层的技术物联网技术概论物联网技术概论1.4 1.4 物联网的技术体系框架物联网的技术体系框架 物联网技术体系框架包括感知层技术、网络层技术、应用层技术物联网技术体系框架包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术。如图所示和公共技术。如图所示。物联网技术概论物联网技术概论1.4.1 1.4.1 感知层的技术感知层的技术1 1）传感器技术）传感器技术 2 2）射频识别（）射频识别（RFIDRFID）技术）技术 3 3）微机电系统（）微机电系统（MEMSMEMS）4 4）GPSGPS技术技术 5 5）二维码技术）二维码技术6)6)无线传感器无线传感器网络（网络（WSNWSN）技术）技术7 7）蓝牙技术）蓝牙技术(Bluetooth)(Bluetooth)8 8）ZigBeeZigBee无线接入技术无线接入技术 物联网技术概论物联网技术概论1.4.21.4.2 网络层的技术网络层的技术 1 1）InternetInternet，（，（因特网因特网，又叫做国际互联网）。，又叫做国际互联网）。2 2）通信网）通信网移动电话网络移动电话网络 (GPRS/CDMA/GSM/3G(GPRS/CDMA/GSM/3G网络网络)广电网络广电网络NGBNGB广域网络广域网络 物联网技术概论物联网技术概论1.4.31.4.3应用层的技术应用层的技术 1 1）M2MM2M2 2）云计算）云计算 3 3）人工智能）人工智能4 4）数据挖掘）数据挖掘5 5）物联网中间件）物联网中间件 物联网技术概论物联网技术概论1.5 1.5 物联网标准化物联网标准化1.5.1 1.5.1 国际物联网标准制定现状国际物联网标准制定现状1.5.2 1.5.2 中国物联网标准制定现状中国物联网标准制定现状 物联网技术概论物联网技术概论1.5.1 1.5.1 国际物联网标准制定现国际物联网标准制定现状状1 1）ITU-TITU-T物联网标准进展物联网标准进展2 2）ETSIETSI物联网标准进展物联网标准进展 3 3）3GPP/3GPP23GPP/3GPP2物联网标准进展物联网标准进展4 4）IEEEIEEE物联网标准进展物联网标准进展物联网技术概论物联网技术概论1.5.2 1.5.2 中国物联网标准制定现状中国物联网标准制定现状 中国物联网标准的制订工作还处于起步中国物联网标准的制订工作还处于起步阶段，但发展迅速。目前中国已有涉及物阶段，但发展迅速。目前中国已有涉及物联网总体架构、无线传感网、物联网应用联网总体架构、无线传感网、物联网应用层面的众多标准正在制订中，并且有相当层面的众多标准正在制订中，并且有相当一部分的标准项目已在相关国际标准组织一部分的标准项目已在相关国际标准组织立项。中国研究物联网的标准组织主要有立项。中国研究物联网的标准组织主要有传感器网络标准工作组（传感器网络标准工作组（WGSNWGSN）和中国通）和中国通信标准化协会（信标准化协会（CCSACCSA）。）。物联网技术概论物联网技术概论本章小结本章小结 全章介绍了物联网的相关概念、物联网全章介绍了物联网的相关概念、物联网的特点与发展。对物联网的体系架构从感的特点与发展。对物联网的体系架构从感知层、网络层、应用层分别进行了介绍。知层、网络层、应用层分别进行了介绍。通过介绍三个组成部分的关键技术、在物通过介绍三个组成部分的关键技术、在物联网中的功能及相关标准，联网中的功能及相关标准，