物联网工程导论――第1章-绪论课件

物联网技术导论标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容总体概述点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容2第1 1章绪论1.1.了解什么是物联网2.2.了解物联网的发展简史3.3.掌握物联网及其服务类型 教学目标3北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院1 1 物联网的概念2 2 物联网的发展历程3 3 物联网的体系框架4 4 物联网与下一代网络5 5 物联网应用发展教学内容4北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院1 物联网的概念物联网概念的提出v1995年，比尔盖茨未来之路中提及到物联网概念。当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。v1999年，Electronic Product Code(EPC)global的前身麻省理工Auto-ID中心提出“Internet of Things”的构想：物品上装置的电子标签存储唯一的EPC码，利用射频识别技术(RFID)完成标签数据的自动采集，通过与互联网相连的EPC IS服务器提供对应该EPC的物品信息物品信息互联网络。5北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网概念的提出v2005年，国际电信联盟（ITU）发布名为Internet of Things的技术报告：“物联网”是信息和通信技术（ICTs）中的新维度from anytime，any place connectivity for anyone，we will now have connectivity for anything RFID技术、传感器技术和嵌入式智能技术是物联网的基础性技术6北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院7北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院8北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网概念v英文名称：The Internet of things，简称IOT。v“物联网”是指通过射频识别（RFID）、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，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。9北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院其他定义v物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，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。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。（温总理，人大报告）v欧盟定义：将现有的互联的计算机网络扩展到互联的物品网络。v国际电信联盟(ITU)的定义：物联网主要解决物品到物品(Thing to Thing,T2T),人到物品(Human to Thing,H2T),人到人(Human to Human,H2H)之间的互连。vITU物联网研究组：物联网的核心技术主要是普适网络、下一代网络和普适计算。这3项核心技术的简单定义如下,普适网络,无处不在的、普遍存在的网络；下一代网络，可以在任何时间、任何地点,互连任何物品,提供多种形式信息访问和信息管理的网络；普适计算,无处不在的、普遍存在的计算。10北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网实质v“物物相连的互联网”：物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其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。v主要特征：全面感知；可靠传送；智能处理。11北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网中的“物”，不是普通意义的万事万物，这里的“物”要满足以下条件：1）要有相应信息的接收器；2）要有数据传输通路；3）要有一定的存储功能；4）要有处理运算单元(CPU)；5）要有操作系统；6）要有专门的应用程序；7）要有数据发送器；8）遵循物联网的通信协议；9）在世界网络中有可被识别的唯一编号。12北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网应用领域智能交通医疗监护智能家居环境监测国防军事防灾减灾工业监控城市管理城市管理物联网13北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网感知城市14北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院1.2 物联网的发展状况15北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院1965年前后大型机为标志1980年前后个人计算机的普及为标志1995年前后互联网革命2010年物联网领域英特尔创始人之一的戈登摩尔提出来的摩尔定律摩尔定律的内容为：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。美国国际商业机器公司（即IBM）前首席执行官郭士纳“计算模式每隔15年发生一次变革”这个被称为“15年周期定律”16北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院美国：IBM“智慧的地球”战略IBM智能地球战略的主要构成部分：传感器、RFID标签和实时信息处理软件。如（WebSphere RFID Information Center）。典型案例作为一家主营制药和特殊包装的中型企业，GSMS通过与 IBM 及业务合作伙伴 DSS 合作，利用二维码和射频识别设备（RFID）标签设计了一个精密的跟踪系统。每个药品包装上都有独一无二的序列号，这样 GSMS 就能杜绝假冒药品混入供应链。Spolem PSS Polnoc一家波兰的中型连锁超市，引入了波兰首个 IBM 自助服务解决方案。在加快结账速度、节省支出的同时，该智能系统还可以帮助超市更深入地理解顾客的购买偏好，从而更好地满足所需。17北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院美国：作为振兴经济的“新武器”v2009 年初，美国总统奥巴马就职后，对“智慧地球”构想作出了积极回应，并将其提升为国家层级的发展战略；v奥巴马将“新能源”和“物联网”作为振兴经济的两大武器，投入巨资深入研究物联网相关技术。v美国7870亿美元经济复苏和再投资法中，鼓励物联网技术发展政策主要体现在推动能源、宽带与医疗三大领域开展物联网技术的应用。18北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院欧盟：引领世界物联网“加速跑”v2009年6月，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了欧盟物联网行动计划（Internet of Things-An action plan for Europe），意在引领世界物联网发展。v2009年10月，欧盟委员会以政策文件的形式对外发布了物联网战略，将于2011年2013年间每年新增2亿欧元进一步加强研发力度，同时拿出3亿欧元专款，支持物联网相关公私合作短期项目建设。v2009年12月，欧盟委员会以政策文件的形式，对外发布了欧盟“数字红利”利用和未来物联网发展战略。v为了加强政府对物联网的管理，消除物联网发展的障碍，欧盟制定了12项行动保障物联网的发展。19北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院日本vu-Japan目标：建设无所不在的网络社会，2010年实现“anytime、anywhere、anything、anyone”都能上网的环境。vi-Japan目标：2011年实现日本产业社会、地区与Information and Communications Technology(ICT)融合。20北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院韩国v2009年韩国通信委员会出台了物联网基础设施构建基本规划，将物联网市场确定为新增长动力。物联网基础设施构建基本规划提出到2012年实现通过构建世界最先进的物联网基础实施，打造未来广播通信融 合领域超一流信息通信技术强国的目标，并确定了构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境等4大领域、12项详细课题。vu-Korea战略&IT839计划21北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院韩国：“IT 839”计划v2004年，韩国信息通信部制定的IT839计划，是u-Korea的核心：八项信息产业服务、三大基础网络设施建设、九项新增长技术。22北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院新加坡：打造物联网未来v智慧国2015（iN2015）2005年由资讯通信发展管理局（IDC）负责实施的10年计划改造政府、金融、教育、医疗保健、媒体娱乐、制造与物流、旅游、零售7大行业“利用无所不在的信息通信技术将新加坡打造成一个智慧的国家、全球化的城市”4项政策、7个行业、6大目标23北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院中国:2009年中国物联网的元年v2009年8月7日，温家宝考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心。强调“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，把传感系统和3G中的TD技术结合起来”。v2009年9月21日，工信部在相关会议上，首次明确提出要进一步研究建设物联网、传感网，加快传感中心建设，推进信息技术在工业领域的广泛应用，提高资源利用率、经济运行效益和投入产出效率等。v2009年11月1日，中关村物联网产业联盟正式成立，成员包括了北京移动、清华同方股份有限公司、北京邮电大学、中科院软件所、北京交通委信息中心等十二家单位，囊括了政府、院校和企业。v2009年底，“中国电信物联网应用和推广中心”、“中国电信物联网技术重点实验室”在江苏无锡成立，标志着中国第一个“物联网城市”在无锡正式启程。24北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院中国：物联网的近期发展v2010年1月，传感(物联)网技术产业联盟在无锡成立；v2010年4月30日，在中国物联网产业发展论坛暨第三届国际无 线传感网产业发展峰会上，“美国硅谷杭州物联网产业创新中心”正式签约落户杭州东部软件园；v2010年5月18日，我国首个针对物联网、传感产业融资的中国首个“物联网产业基金”签约设立，由无锡新区创投集团、大唐电信、中科院与无锡国联集团共同发起，计划总规模将达50亿元25北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院中国：重点研究领域v物联网的建设在我国成为大家普遍关注的热点，得到国家科技部、质检总局、国家标准委员会等政府部门和自动识别技术等相关行业及企业的高度重视；v物联网已被明确列入国家中长期科学技术发展规划(2006-2020年)和2050年国家产业路线图；v国内研究院所早在1999年就启动了传感网研究，并且已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的较完整的产业链。v目前我国传感网标准体系已形成初步框架，向国际标准化组织提交的多项标准提案被采纳，传感网标准化工作已经取得积极进展。26北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院中国：研究现状v无线传感器网络硬件节点：南京邮电大学无线传感器网络系列节点UbiCell南京邮电大学无线多媒体传感器网络节点UbiCell-MUbiCell-M中国科学院计算技术研究所GAINS 系列节点香港科技大学无线传感器网络节点v无线传感器网络软件产品：南京邮电大学的无线传感器网络中间件软件DisWare南京邮电大学的无线传感器网络集成开发平台MeshIDE中国科学院宁波计算所的无线传感器网络分析与管理平台27北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网概念的发展历程200520051999199919981998MIT的 Kevin Ashton：把RFID技术与传感器技术应用于日常物品中形成一个“物联网”EPC global EPC global 的的Auto-IDAuto-ID中心：物联网是成千上万的物品采用无线中心：物联网是成千上万的物品采用无线方式接入了方式接入了InternetInternet的网络。这是物联网概念真正的提出。的网络。这是物联网概念真正的提出。ITUITU报告：物联网是通过报告：物联网是通过RFIDRFID和智能计算等技术实现全和智能计算等技术实现全世界设备互连的网络。世界设备互连的网络。20082008IBM：互联网物联网智慧地球把传感器设备安装到电网、铁路、桥梁、隧道、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且普遍连接形成网络，即“物联网”19951995Bill GatesBill Gates在在未来之路未来之路中提及物联网概念中提及物联网概念28北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网发展的三大推动力第一大推动力：政府戈尔-数字地球 奥巴马-智慧地球 温总理-“感知中国”战略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。29北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网发展的三大推动力第二大推动力：企业2008年，IBM提出的“智慧的地球”发展战略30北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院第三大推动力：教育界与科技界教育部 增设物联网专业工信部 采取四大措施支持电信运营企业开展物联网技术创新与应用追求先进科学、前沿技术是科学家的天职物联网发展的三大推动力31北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网发展的三大推动力第三大推动力：教育界与科技界我国将采取四大措施支持电信运营企业开展物联网技术创新与应用。一是突破物联网关键核心技术，实现科技创新。二是制订我国物联网发展规划，全面布局。重点发展高端传感器、MEMS、智能传感器和传感器网节点、传感器网关；超高频RFID、有源RFID和RFID中间产业等，重点发展物联网相关终端和设备以及软件和信息服务。三是推动典型物联网应用示范，带动发展。重点建设传感网在公众服务与重点行业的典型应用示范工程。四是加强物联网国际国内标准，保障发展。面向重点业务应用，加强关键技术的研究，建设标准验证、测试和仿真等标准服务平台，加快关键标准的制定、实施和应用。32北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网发展的技术背景 从人类对技术需求 的角度认识物联网 发展的必然性3332从网络技术演变的角度认识物联网发展的必然性3433互联网技术发展对物联网形成的影响vTCP/IP协议的研究与设计的成功，促进了互联网的快速发展。在互联网形成过程中，广域网、城域网、局域网与个人区域网技术逐步成熟v互联网的大规模应用带来了大批用户接入的需求，促进了接入技术的发展，推动了宽带城域网技术的发展v基于Web的电子商务、电子政务、远程医疗、远程教育，以及基于对等结构的P2P网络、移动通信技术与移动互联网的应用，使得互联网的应用以超常规的速度发展v无线局域网、无线城域网与无线自组网、无线传感器网络与无线个人区域网的研究与应用为物联网的发展奠定了基础3534物联网的研究背景1.信息世界与物理世界的融合（1）信息世界的发展互联网的广泛应用造就了人类历史上最庞大的信息世界v2005年互联网包含的数据量约为5109GBv2007年约为281109GBv2008年约为487109GBv从2009到2011年数据以每年60%的速度增长3635（2）物理世界的发展信息获取方式逐步从人工生成向人工与自动获取并重的模式发展RFID标签、传感器将成为自动获取信息的主要手段v截止到2007年初，累计销售RFID标签达到37.52亿个v2009年全球销售RFID标签为19.7亿个v2010年销售RFID标签达到23.1亿个v目前世界上已经有大约50亿个具有通信功能的微处理器和微控制器vIntel公司预测到2015年将增长到150亿个v爱立信公司预测到2020年将增长到500亿个3736 物联网 发展的 技术背景38372.普适计算（Pervasive Computing）的研究v普适计算的重要特征是“无处不在”与“不可见”v普适计算体现出信息空间与物理空间的融合v普适计算的核心是“以人为本”v普适计算的重点在于提供面向用户的、统一的、自适应的网络服务3938物联网、互联网、传感网与泛在网之间的关系40393.CPS（Cyber Physical Systems，CPS）的研究随着嵌入式计算、无线通信、自动控制与新型传感器技术的快速发展与日趋成熟，信息物理融合系统CPS的研究引起了学术界广泛地重视CPS是一个综合计算、网络与物理世界的复杂系统，通过计算技术、通信技术与控制技术的有机融合和深度协作CPS可以用于智能交通、智能电网、智慧城市、健康医疗、环境监控、军事国防、工农业生产之中，实现信息世界与物理世界的紧密融合4140CPS研究的基本思路uCPS是“人、机、物”深度融合的系统uCPS是“3C”与物理设备深度融合的系统uCPS 是环境感知、嵌入式计算、网络通信深度融合的系统4241物联网发展的技术背景与社会背景4342物联网技术体系框架 物联网技术体系主要包括感知层、网络层和应用层体系框架。44北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网技术体系框架45北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院感知层 感知层是保证物联网络感知和获取物理世界信息的首要环节，并将现有网络接入能力向物进行延伸。主要可以分为数据采集和感知、无线传输、延伸网三大部分。46北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院网络层 网络层主要用于实现物联网信息的双向传递和控制，重点在于适应物物通信需求的无线接入网和核心网的网络改造和优化，以及满足低功耗、低速率等物物通信特点的感知层通信和组网技术。47北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院应用层 应用层主要包含应用支撑子层和应用服务子层，在技术方面主要用于支撑信息的智能处理和开放的业务环境，以及各种行业和公众的具体应用。48北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院物联网的应用范例基于RFID的典型案例（一）案例新家坡国家图书馆（图书资产）管理深圳图书馆新馆 2006年7月在全国率先全面应用无线射频技术（RFID），在馆内全面实行包括自助借还的多种形式的自助服务，很快得到了广大读者的认可，并且倍受欢迎，深圳图书馆自助供还量战占全馆问题的比例已超过90%。自助图书馆系统门禁控制使用RFIDRFID标识每一本图书利用RFIDRFID对每本图书的“唯一”标识读者自助还书（RFIDRFID读写器就能立刻确认还书信息 ）图书分拣由计算机自动完成49北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院基于RFID的典型案例（二）医疗卫生系统医疗器械管理和追踪病人病情监控与跟踪案例美国新泽西医疗公司家医院安装了RFID系统，用以追踪上千名病人和工作人员，以及多达一万件资产。早在2006年，新泽西州哈肯萨克医学中心将植入式RFID微型标签（芯片）VeriChip植入病患的手臂上臂，用来存取慢性病病人的病况信息。医护人员将使用内置RFID读写器的手持终端扫描病患的VeriChip所在部位，VeriChip上面的16位ID信息及数据库中存储的病患治疗记录，会立刻显示在手持终端上。2008年10月，北京地坛医院开始了其应用RFID的项目地坛医院追踪管理系统。主要应用在对人员、重要医疗设备以及医疗垃圾车三种对象的实时跟踪管理上。50北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院基于RFID的典型案例（三）可口可乐RFID 自动装饮料机 Freestyle Freestyle可采用RFID 技术来识别 30 多个调料桶，可提供 100 多种饮料。每种饮料都是由几种配料组成，当顾客下单时，机器将这些成分以适当的比例混合，并注入顾客的杯子里。Freestyle 配备有移动和有线以太网功能，可与可口可乐位于亚特兰大的 Freestyle SAP 数据管理系统通讯，向公司提供商业分析，机器可以将消耗最多的饮料类型、时间和地点数据上传，还可以接收网络指令。举个例子，如果一个调料桶需要召回，网络指令机器立即停止出售含这种调料的饮料。51北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院基于传感网的典型案例（一）北京市朝阳区一氧化碳预警系统2009年取暖季期间，朝阳区在流动人口比较集中的崔各庄乡、十八里店乡发放并调试一氧化碳探测器3万只，开展出租房屋一氧化碳无线监测预警系统的试点部署。该系统通过在房屋内安装监控探测器和无线传输模块，对空气中的一氧化碳浓度进行24小时实时监控。一旦一氧化碳浓度超标，系统就自动报警，监控人员会在第一时间通知相关部门上门处理中毒事件。2010年春节期间，各监控中心共收到一氧化碳浓度超标报警信息194例，所有报警全部按照既定流程进行了及时处置，通过防手段减少人防工作量，提高对一氧化碳中毒事件的防控水平，有效确保了百生安居乐业、社会安全稳定。52北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院基于传感网的典型案例（二）Nike+IPod套件2006年5月，耐克和苹果公司合作推出创新的Nike IPod系列产品，将运动与音乐完美结合起来。其中，包括一个内置于鞋中的传感器和一个与IPod连接的接收器。通过Nike IPod运动组件，就可以将Nike运动鞋与IPod nano连接，IPod就可以存储并显示运动的时间、距离、热量消耗值和步幅等数据。跑步后将IPOD与电脑相连开始同步，就可以完美地同步你的跑步和健身数据。该产品甚至还有自己的社交网络：它可以自动发布状态消息。53北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院基于传感网的典型案例（二）Adidas miCoach PACER这是一套跑步装备，包括心律检测器和一个传感器（跟鞋配套），该装置可以用语音提示跑步者在跑步过程中保持目标心率。此外还有一个提供健身计划、设定目标、跟踪进度的支持网站。54北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院基于传感网的典型案例（三）农业监测管理温室环境信息采集和控制自动灌溉系统环境信息和动植物信息监测土壤水分监测55北京林业大学信息学院北京林业大学信息学院Q&A问答环节敏而好学，不耻下问。学问学问，边学边问。Heisquickandeagertolearn.Learningislearningandasking.56感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边结束语57谢谢聆听THANKYOUFORLISTENING演讲者：XX时间：202X.XX.XX58