物联网技术及其应用3838251

,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,物联网技术及其应用,重庆机电职业技术学院,高级工程师 郑小发,物联网定义,物联网,（The Internet of things,IOT,）,：,指的是把任何物体通过信息传感设备，按约定的协议，与互联网相连接的一种巨大网络。,信息传感设备:,射频识别,(RFID),装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等。,目的:,让所有的物品与网络相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等。,两层意思：,物联网,（The Internet of Things）,“物物相连的互联网”,物联网的核心和基础仍然是互联网，它是互联网的延伸和扩展；,物联网的用户端延伸扩展到了任何物体，实现了在任何物体与物体之间进行信息交换和通讯。,业界对物联网的通用理解,从技术理解,物联网是一种智能网络。物联网中的所有物体信息通过智能感应装置，经传输网络，传到指定的信息处理中心或将信息从信息处理中心传送给物体，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理。,从应用理解,物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”,然后“物联网”又与现有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合，达到以更加精细和动态的方式管理生产和生活的目的。,如何理解物联网,手机定位,如果手机=RFID装置，基站=阅读器，手机用户=物品；即使用户不打电话，这也是一个与物联网很类似的应用。,基站会定时给手机发出信息，手机接收后再应答，以便网络获得手机的状态和位置；而当网络将手机号（RFID）与用户（物品）对应后，网络就可以确切地知道物品的位置等一系列信息。,如何看待物联网,物联网的应用,：,如同Internet一样，应用广泛且还有很多内容有待探索；可以发挥想象力，充分想象；,以超市为例：,条形码：,逐一扫描条码+结账,RFID：,一次性扫描（你可以推着购物车迅速通过RFID阅读器）+结账；,物联网：,一次性扫描和结账同时完成（超市和银行联网），超市终端没有收银员，你可以推着车直接从阅读器走出去，所有的商品就同时完成了结账。并且消费者可以知道每件物品的历史。,物联网基础知识,物联网三个重要特征：,1、全面感知,，利用射频识别（RFID），传感器，二维码等随时随地获取物体的信息；,2、可靠传递,，通过各种网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；,3、智能处理,，利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，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。,物联网技术,IBM智慧地球设想,IOT基本理论模型,智能卡,条形码,二维码,GPS,网关设备,近距离,通信,因特网,跟踪定位,高速,数据,网络,传感器,技术,物联网关键技术,射频识别技术,IPv6地址,WSN 网络,射频识别技术（RFID）,射频识别技术,（Radio Frequency Identification,RFID）,射频识别技术是从二十世纪90年代兴起的一项非接触式自动识别技术。,它是以射频方式进行非接触双向通信，达到自动识别和获取相关数据的一种技术。,其具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。,沃尔玛使用的RFID芯片,RFID技术的基本工作原理,通常电子标签安置在物体上，阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号;当电子标签进入阅读器的电波接收覆盖范围时，其微形天线产生感应电流，电子标签获得能量被激活并向阅读器发送识别所需的数据等信息(电子标签从接收到的射频脉冲中解调出指令送到控制逻辑，控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其他操作);阅读器接收到来自电子标签的载波信号，对信号进行解调和解码并送至计算机主机进行处理;计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号。,电磁频谱图,RFID技术实例,图为日本东京大学坂村健教授在介绍RFID。,萝卜上的RFID记录了整个萝卜生产信息（产地、施肥、农药），运输信息等。买家在超市可以追踪这些信息。,桌子上的烟、酒、饮料都有RFID。,RFID技术的典型应用,物流和供应管理,生产制造和装配,航空行李处理,邮件/快运包裹处理,文档追踪/图书馆管理,动物身份标识,运动计时,门禁控制/电子门票,道路自动收费,IPv6地址,物联网的前提是必须为物体赋以独一无二的地址。,现有标准IPv4（互联网协议第四版）只支持大概40亿（2,32,）个网络地址，平均每个人不到1个，人都不够分。,IPv6,是一种互联网协议标准,是IPv4的更新版,Pv6支持,21,28,（约3.4 10,38,）个地址，这等价于在地球上每平方英寸有4.310,20,个地址,（6.710,17,地址mm,2,）,IPv6标准以丰富的地址资源使得物联网成为可能。,WSN 网络,无线传感器网络,(Wireless Sensor Network,WSN),WSN 网络是,由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个自组织网络。,传感器网络将能扩展人们与现实世界进行远程交互的能力。无线传感器网络能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。,美国商业周刊和 MIT 技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为 21 世纪最有影响的 21 项技术和改变世界的 10 大技术之一。,WSN 网络构成,WSN 网络通常分为:,物理层,:物理层,定义 WSN 中的接收器Sink,Node 间的通信物理参数，使用哪个频段，使用何种信号调制解调方式等。,MAC 层,:MAC 层,定义各节点的初始化，通过收发 beacon,request,associate 等消息完成自身网络定义，同时定义MAC 帧的调试策略，避免多个收发节点间的通信冲突。,网络层,:网络层,完成逻辑路由信息采集，使收发的网络包裹能够按照不同策略使用最优化路径到达目标节点。,传输层,:传输层,提供包裹传输的可靠性，为应用层提供入口。,应用层,:应用层,最终将收集后的节点信息整合处理，满足不同应用程序计算需要。,物联网应用,物联网的演进路径：,1995年比尔.盖茨在未来之路书中首次提出”物物“相联的雏形，1999年EPCglobal联合100多家企业成立IOT联盟并正式提出物联网概念。10年间，世界各国都在加紧研究。,从技术演进视野来看，物联网的发展主要分为四个阶段：,1、第一阶段,大型机、主机的联网,2、第二阶段,台式机、笔记本与互联网相联,3、第三阶段,一些移动设备（如手机、PDA等）的互联,4、第四阶段,嵌入式互联网兴起阶段，更多与人们日常生活紧密相关的应用设备，包括洗衣机、冰箱、电视、微波炉等都将加入互联互通的行列，最终形成全球统一的“物联网”的互联,物联网的影响,对信息产业的拉动,基础元器件（传感器）、无线通信、网络、安全,各行各业应用,物流：UPS特快专递、远洋运输、铁路运输,超市：,交通监管：,盲人：,军用：,等等,对社会的影响绝不亚于电脑和互联网,物联网应用-“智能”电网,通过在电网中安装先进的分析和优化引擎，电力提供商可以对运行状态进行实时监测，实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理使停电时间和频率减少约 30%以上。,物联网应用-智能电表,通过安装RFID设备,用户和服务商可以随时随地获取用电情况,及时改变其用电模式。远程选择或关闭付费模式。电网上的传感器，可以协助检测波动和停电，大幅度减小系统的峰值负荷。,物联网应用-整合的医疗平台,根据需要通过医院的各系统收集并存储患者信息，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.,物联网应用-电子健康档案系统,通过可靠的门户网站集中进行病历整合和共享，这样各种治疗活动就可以不受医院行政界限而形成一种整合的视角。有了电子健康档案系统，医院可以准确顺畅地将患者转到其他门诊或其他医院，患者可随时了解自己的病情，医生可以通过参考患者完整的病史为其做出准确的诊断和治疗。,应用举例：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。,物联网应用实时城市管理与整合的公共服务,实时城市管理,设立一个城市监控报告中心，将城市划分为多个网格，这样系统能够快速收集每个网格中所有类型的信息，城市监控中心依据事件的紧急程度上报或指派相关职能部门(如火警，警察局，医院)采取适当的行动，这样政府就可实时监督并及时响应城市事件。,整合的公共服务,将不同职能部门(如民政、社保、警察局、税务等)中原本孤立的数据和流程整合到一个集成平台，并创建一个统一流程来集中管理系统和数据，为居民提供更加便利和高效的一站式服务,物联网应用-交通管理,实时交通信息,通过随处都安置的传感器，我们可以实时获取路况信息，帮助监控和控制交通流量。人们可以据此调整路线，从而避免拥堵。未来，我们将能建成自动化的高速公路，实现车辆与网络相连，从而指引车辆更改路线或优化行程。,道路收费,通过 RFID 技术以及利用激光、照相、传感器等组成的先进路边网络系统来无缝地检测、标识车辆并收取费用。,物联网应用领域-物流供应链,供应链网络优化,智慧的供应链网络可以帮助企业确定生产设备的位置，优化采购地点，制定库存分配战略。使公司实现真正无缝的端到端供应链，提高控制力，减少资产、降低成本(交通运输、存储和库存成本)、减少碳排放，改善客户服务(备货时间、按时交付、加速上市),供应链可视性,供应链的每个成员都应当能够追溯产品生产者以及产品成分、包装、来源等特征，也应当能够向前追踪产品成分、包装和产品的的每一项活动。有了这样的供应链可视性，公司就能保护和推广品牌、主动地吸引其他股东并降低安全事故的影响。,物联网应用,牲畜溯源,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。,物联网应用-手机支付,在“2009 年中国国际信息通信展览会”上，中国移动展出了手机支付，换上 RFID-SIM卡的手机只需从接收器上轻轻一扫，就可以方便进行各种购物，以及获得详细的费用清单。,中国联通日前在上海推出了公交卡手机，通过刷手机,同样可以实现公交车票支付。,物联网应用-,城市安全监控,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。,物联网总体应用前景,在国家大力推动工业化与信息化两化融合的大背景下，物联网将是工业乃至更多行业信息化过程中一个比较现实的突破口。一旦物联网大规模普及，无数的物品需要加装更加小巧智能的传感器。用于动物、植物、机器等物品的传感器与电子标签需求量巨大。,按照目前对物联网的需求，在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签。专家预计，2011年，内嵌芯片、传感器、无线射频的“智能物件”将超过1万亿个，物联网将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场，这将大大推进信息技术元件的生产，给市场带来巨大商机。,物联网发展面临的问题,（1）,技术标准问题,目前 RFID，WSN 等技术领域还没有一套完整的国际标准，各厂家的设备往往不能实现互联互操作。,（2）,安全问题,信息采集越来越频繁，其数据安全必须高度重视，以避免个人数据受窃听和破坏的威胁。,（3）,协议问题,物联网是互联网的延伸，在物联网核心层面是基于TCP/IP，但在接入层面，协议类别五花八门，GPRS/CDMA、短信、传感器、有线等多种通道，物联网需要一个统一的协议栈。,（4）,IP地址问题,物联网需要更多的IP地址，IPv4资源有限，IPv4向IPv6过渡是一个漫长的过程。而且物联网