物联网及应用33

*,什么是无线传感网络？,无线传感网络是由部署在监测区域内的大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络,网关,大规模、自组织、随机部署、网络拓扑经常变化、,传感器节点资源有限。,1,数字世界,传感数据,传感数据,传感数据,传感数据,传感数据,传感数据,物理世界,无线传感网络,连接物理世界和,数,数字世界,2,无线传感器网络,的,的特点,传感器网络是集,成,成了检测、控制,以,以及无线通信的,网,网络系统,节点数目更为庞,大,大（上千甚至上,万,万），节点分布,更,更为密集,由于环境影响和,能,能量耗尽，节点,更,更容易出现故障,环境干扰和节点,故,故障容易导致网,络,络拓扑结构的变,化,化,传感器节点具有,处,处理能力和存储,能,能力等都十分有,限,限,传统无线网络设,计,计的首要目标是,提,提供高服务质量,和,和高效带宽利用,，,，其次才是考虑,节,节约能源；而传,感,感器网络的首要,设,设计目标是能源,的,的高效利用，这,也,也是传感器网络,与,与传统网络的最,重,重要区别之一。,3,技术框架,嵌入式系统,网络,MEMS,监控探测物理世,界,界,各种层次任务的,协,协调与调度,紧密联结物理世,界,界,小型或微型的运,算,算，存储，控制,单,单元,自组织,能效的通信,低成本，低能耗,的,的传感器与执行,器,器,4,节点结构,传感器,MCU,RF,通信,电池,无线信,号,号,温度,湿度,噪声,目标运,动,动,光照条,件,件,压力,土壤购,成,成,节点之,间,间,采用无,线,线通信,感知环,境,境或,目标的,特,特性,5,节点结,构,构,典型的,传,传感器,网,网络节,点,点,光学传感器,节点电路,电源电路,电池,外壳,光传感器,环境传感器,湿度、温度、压力,6,环境监,测,测,7,节点能,量,量消耗,节点能,量,量消耗,每个传,感,感器节,点,点的能,量,量有限,节点通,常,常不可,充,充电,耗能途径,传感,数据处理,通信（主要,耗,耗能途径）,节点在不同,工,工作状态下,的,的能耗,0,5,10,15,20,能量,(mW),Sensing,CPU,TX,RX,IDLE,SLEEP,8,无线自组织,网,网络,(MESH),节点移动,9,无线自组织,网,网络,(MESH),10,无线自组织,网,网络,(MESH),11,用户终端和,设,设备,无线传感器,网,网络发展的,基,基本特征,无线传感网络,移动电话,PDA,标签,GPS,无线传感网络,无线传感网络,无线传感网络,异构互连,低耗自组,泛在协同,12,异构互连,低耗自组,泛在协同,如何对大规,模,模低成本的,无,无线传感网,络,络节点供电,；,；如何应对,无,无线传感网,络,络部署的随,机,机性，网络,拓,拓扑结构在,时,时间和空间,上,上的复杂多,变,变性,无线传感器,网,网络发展的,基,基本特征,13,异构互连,低耗自组,泛在协同,如何应对无,线,线传感网络,内,内（即节点,）,）的异构性,和,和网络间的,异,异构性；如,何,何应对无线,传,传感网络的,可,可扩展性,无线传感器,网,网络发展的,基,基本特征,14,异构互连,低耗自组,泛在协同,如何建立多,应,应用场景自,适,适应模型以,及,及多传感数,据,据协同处理,方,方法；如何,对,对多传感数,据,据进行协同,处,处理，应对,无,无线传感网,络,络的泛在性,无线传感器,网,网络发展的,基,基本特征,15,无线传感器,网,网络应用,医疗监护,智能交通,智能家居,环境监测,国防军事,防灾减灾,工业监控,新一代网,络,络,无线传感,网,网络将在,新,新一代网,络,络中起重,要,要作用,16,挑战,有许多尚,未,未解决的,问,问题,有许多尚,待,待发现的,问,问题,有许多尚,待,待拓展的,应,应用,具有安全性的操作系统,自动地址分配方法,精准的定位方法,高效的,MAC,协议,面向应用的可靠性路由协议,多网关的优化配置问题,自适应的状态切换与节点调度,高效协同的事件监测手段,感知数据的查询、分析及挖掘,移动传感器引发的问题,17,物联网的,概,概念,2009,年月,日,日，温总,理,理在无锡,调,调研时，,对,对微纳传,感,感器研发,中,中心予以,高,高度关注,，,，提出了,把,把“感知,中,中国”中,心,心设在无,锡,锡、辐射,全,全国的想,法,法。,2009,年,9,月,14,日。,国家中长,期,期科学与,技,技术发展,规,规划（,2006-2020,年）,和“新一,代,代宽带移,动,动无线通,信,信网”重大专项中均将传,感,感网列入,重,重点研究,领,领域。,定义：把所有物,品,品通过射,频,频识别（,RFID,）、红外,感,感应器、,全,全球定位,系,系统、激,光,光扫描器,等,等信息传,感,感设备与,互,互联网连,接,接起来，,进,进行信息,交,交换和通,讯,讯，实现,智,智能化识,别,别、定位,、,、跟踪、,监,监控和管,理,理,18,1995 2004 2005 2008 2009-6 2009-8 2009-9,未来,IBM,向美国政府提出的,“,智慧的地球,”,战略,“,下一代,I-Hub,”,计划,U-Korea,战略,U-,Japan,战略,物联网概念提出,通信展中近三分之一展品与物联网概念有关,通信展中首家以物联网为宣传语,09,年,6,月 物联网行动计划,09,年,8,月 感知中国,1995,年，比尔盖,茨,茨在其,未来之路,一书中已,提,提及物联,网,网概念。,2005,年,11,月,17,日，在突,尼,尼斯举行,的,的信息社,会,会世界峰,会,会（,WSIS,）上，国际电信,联,联盟（,ITU,）发布了,ITU,互联网报,告,告,2005,：物联网,，报告指,出,出，无所,不,不在的“,物,物联网”,通,通信时代,即,即将来临,，,，世界上,所,所有的物,体,体从轮胎,到,到牙刷、,从,从房屋到,纸,纸巾都可,以,以通过因,特,特网主动,进,进行交换,。,。射频识,别,别技术（,RFID,）、传感,器,器技术、,纳,纳米技术,、,、智能嵌,入,入技术将,到,到更加广,泛,泛的应用,。,。,2009,年,1,月，,IBM,首席执行,官,官彭明盛,提,提出“智,慧,慧地球”,构,构想，其,中,中物联网,为,为“智慧,地,地球”不,可,可或缺的,一,一部分，,而,而奥巴马在就职演,讲,讲后已对,“,“智慧地,球,球”构想,提,提出积极,回,回应，并,提,提升到国家级发,展,展战略。,物联网的,发,发展,19,互联网,计算机的,网,网络,物联网,物品的网络,M2M,物联网的,演,演进路径,演进,技术进步,社会发展,应用范围,服,服务扩展,定义：,将通信模,块,块植入机,器,器，将机,器,器联入网,络,络,感知能力,：,：,条形码,+RFID+,传感器,+,摄像头，,信,信息的有,限,限感知,通信能力,：,：,移动通信,技,技术为主,，,，信息的,有,有限传送,应用场景,：,：,受网络覆,盖,盖范围、,终,终端体积,大,大小、终,端,端供电能,力,力强弱等,因,因素，导,致,致应用受,限,限,定义：,将传感设,备,备植入物,体,体，将物,体,体联入网,络,络,感知能力,：,：,传感器网,络,络,+,智能芯片,+,条形码,+RFID+,传感器,+,摄像头，信息,的,的全面和透彻,感,感知,通信能力：,宽带移动通信,技,技术,+,传感器网络,，,，信息的更,自,自由传送,应用场景：,受限范围缩,小,小，应用极,大,大丰富,物联网,M2M,演进,演进,演进,演进,20,物联网的典,型,型技术体系,架,架构,21,水下传感器,网,网络,水下传感器,网,网络具有以,下,下特点,:,信道带宽窄,受具体水环,境,境影响较大,多跳长距离,传,传输时误码,率,率,冲突率较高,节点位置易,产,产生漂移,节点设备易,损,损毁,水下传感器,网,网络在开发,海,海洋,保护海洋环,境,境,监测港口海,底,底状况以及,海,海洋国防方,面,面都突显出,重,重要的作用,22,物联网应用,案,案例,港口物流监,控,控系统,BOSS系,统,统涵盖了计,费,费、结算、,营,营业、帐务,和,和客户服务,等,等系统的功,能,能，是一体,化,化的、信息,资,资源充分共,享,享的支撑系,统,统,;,H2000,系,系统是实现,全,全国海关信,息,息共享和报,关,关数据处理,的,的通关作业,信,信息化管理,平,平台,。,公路运输 进关 水路运输,出关 公路运输 堆场,应用系统 海关内部,移动物联网应用,GPS,GIS,LBS,RFID,传感器网络,RFID,传感器网络,视频监控,船舶监控,RFID,传感器网络,GPS,GIS,LBS,RFID,传感器网络,视频监控,电子关锁,海关行业平台,海关,H2000,系统,电子关锁,海事管理平台,堆场管理平台,海关行业平台,海关,H2000,系统,BOSS,支撑系统,移动网络（行业,网,网关）,位置平台,二维码平台,M2M,平台,RFID,视频监控平台,23,堆场无线应用,网络化,信息化是堆场管,理,理的发展方向：,快,快速的网络和信,息,息通信技术是提,高,高物流业工作和,管,管理效率的有效,途,途径。,货柜场,又称堆场。如集,装,装箱堆场,(CONTAINER YARD:CY),：指办理集装箱,重,重箱或空箱装卸,，,，转运，保管，,交,交接的场所,.,24,堆场无线应用,堆场网络信息化,面,面临的问题,:,在传统的堆场管,理,理中，管理员通,过,过有线网络的方,式,式或者传统无线,网,网络的方式来实,施,施调度指令，某,些,些恶劣环境下铺,设,设有线网络困难,或,或者成本太高；,施工不能影响现,有,有物流调度作业,否,否则代价太大,；,；,视频监控以及一,些,些高速移动下的,业,业务无法展开。,在这样的背景下,希,希望能有一套在,恶,恶劣环境下能提,供,供方便宽带介入,和,和应用的无线系,统,统。,25,堆场无,线,线应用,需,需求,无线视,频,频监控,：,：,堆场大,范,范围视,频,频监控,进行实,时,时视频,监,监控并,将,将数据,传,传输到,监,监控调,度,度中心,。,。进行,货,货物有,效,效监管,、,、降低,灾,灾害的,发,发生。,可以提,供,供覆盖,区,区域内,的,的移动,视,视频实,时,时监控,观察货,物,物运输,情,情况。,货车调,度,度、,ERP,、货物,条,条形码,、,、,RFID,、货运,、,、装卸,无,无线融,合,合：,操作人,员,员随时,接,接受监,控,控中心,的,的调度,指,指令,提高工,作,作效率,；,；,操作人,员,员无需,要,要花时,间,间寻找,货,货物或,手,手工输,入,入大量,数,数据，,降,降低劳,动,动成本,出入库,的,的货物,能,能及时,出,出现在,管,管理清,单,单上，,同,同一管,理,理，消,除,除过量,库,库存，,保,保证安,全,全库存,实时掌,握,握订单,状,状况、,消,消除订,单,单延迟,，,，提高,客,客户服,务,务质量,高效的,及,及时统,一,一管理,消,消除了,错,错误的,发,发生机,率,率,26,堆场无,线,线应用,需,需求,无线宽,带,带接入,：,：,在需要,办,办公的,区,区域可,以,以方便,地,地宽带,上,上网、,远,远程办,公,公、信,息,息传输,。,。,可以将,多,多个堆,场,场通过,无,无线连,接,接到一,起,起，进,行,行数据,和,和多媒,体,体传输,。,。,无线车,载,载系统,：,：,在叉车,、,、货车,等,等常见,的,的移动,装,装置上,安,安装通,信,信终端,，,，方便,操,操作员,在,在行程,过,过程中,更,更新货,物,物各项,记,记录，,工,工作时,间,间表、,或,或及时,的,的语音,通,通信等,。,。,无线,VoIP,语音通,信,信：,在堆场,各,各个区,域,域、监,控,控调度,中,中心，,通,通过普,通,通支持,Wi-Fi,的终端,，,，进行,无,无线语,音,音沟通,（,（可多,方,方通话,）