物联网在智能电网中的应用

,单击此处编辑母版标题样式,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,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章 物联网在智能电网中的应用,物联网（“,Internet of things,”,）,主要内容,8.1,物联网的概念,8.2,物联网的国内外,发,发展概况,8.3,物联网的关键技,术,术,8.4,物联网的主要技,术,术难点和问题,8.5,物联网技术是智,能,能电网神经中枢,物联网引领新一,轮,轮信息技术革命,互联网改变了人,们,们的生活，无论,是,是以,PC,为终端的互联网应用，,还,还是以手机为终端的移,动,动互联网应用，都在不停,地,地往前发展。,以感知和智能为特征的新技术的出现,和,和相互融合，使,得,得未来信息技术,的,的发展由人类信,息,息主导的互联网向物与物互联信,息,息主导的物联网,转,转变。,物联网是在计算机互联网的,基,基础上，利用无线通信、传感器、,RFID,等技术，构造一,个,个覆盖世界上万,事,事万物的“,Internet of things,”,。,“物联网”被称,为,为继计算机、互,联,联网之后，世界信息产业的,第,第三次浪潮，物,联,联网引领新一轮,信,信息技术革命,。,9.1,物联网的概念,“,物联网”的概念,最,最早是美国麻省,理,理工大学于,1999,年提出的，但到,目,目前为止业界仍,未,未形成明确统一,的,的定义。目前物,联,联网是指在物理世界的实,体,体中部署具有一,定,定感知能力、计,算,算能力和执行能,力,力的嵌入式芯片,和,和软件，使之成为“智能物体”，通过网络设施实现信,息,息传输、协同和,处,处理，从而实现物与,物,物、物与人之间,的,的互联，可达到,对,对物品进行实时,跟,跟踪、监控等智,能,能化管理的目的,。,。,9.2,物联网的国内外,发,发展概况,2009,年,1,月,8,日，,IBM,提出“智慧地球”的概念，由于,智,智慧地球将带动,信,信息产业与经济,发,发展，它是把新,一,一代,IT,技术充分运用在,各,各行各业之中，,即,即把感应器嵌入和,装,装备到全球每个,角,角落的电网、铁路、,桥,桥梁、隧道、公,路,路等各种物体中,，,，并且被普遍连,接,接，形成所谓“,物,物联网”，而后通过超级计算机,和,和“云计算”将,“,“物联网”整合,起,起来，人类能以更加,精,精细和动态的方,式,式管理生产和生,活,活，从而达到全,球,球“智慧”状态,，,，最终形成“互联网物联网,智慧的地球”。奥巴马期望,利,利用“智慧的地,球,球”来刺激经济,复,复苏，把美国经,济,济带出低谷。欧,洲,洲也积极加速物,联,联网的发展。,物联网的国内外,发,发展概况,2009,年,8,月,7,日，温家宝总理在江苏考察期间,，,，到中科院无锡高新微纳传感网,工,工程技术研发中,心,心考察，听取了,我,我国传感网发展和运用的汇,报,报。中心负责人,向,向总理提出了发,展,展传感网的建议,，,，温家宝说，至,少,少三件事情可以,尽,尽快去做：一是,把,把传感系统和,3G,中的,TD,技术结合起来；,二,二是在国家重大,科,科技专项中，加,快,快推进传感网发,展,展；三是尽快建,立,立中国的传感信,息,息中心，或者叫“感知中国”中,心,心。,物联网的国内外,发,发展概况,在温家宝总理考,察,察之后，江苏省省长罗志,军,军听取了无锡微纳,传,传感网工程技术,研,研发中心负责人,关,关于传感网技术最新发展以,及,及应用领域的专,题,题汇报，明确表,示,示将大力支持传,感,感网产业在江苏,的,的发展。目前江,苏,苏省委、省政府,已,已将传感网产业,列,列为创新型经济,需,需要重点培育和,发,发展的新型产业,之,之一，正在规划,建,建设“感知中国”中心，同时积,极,极支持中国移动,开,开展,TD,与传感网结合的,研,研究和应用工作,。,。在,2009,年,9,月,16,日正式开幕的“,2009,年中国国际信息,通,通信展览会”上,，,，三大运营商“,物,物联网”业务全,部,部登台亮相。,物联网的国内外,发,发展概况,无锡市与北京邮,电,电大学就传感网技术研,究,究和产业发展签,署,署合作协议，标志着中国“物,联,联网”进入实际,建,建设阶段。协议声明，无,锡,锡市将与北京邮,电,电大学合作建设,研,研究院，内容主,要,要围绕传感网，,涉,涉及光通信、无,线,线通信、计算机,控,控制、多媒体、,网,网络、软件、电,子,子、自动化等技,术,术领域。,2010,年,3,月，“物联网”,再,再次引起了“两会”与全国人民的,关,关注。,9.3,物联网的关键技,术,术,物联网的关键环,节,节包括“感知、传输、处,理,理”。也有说法物,联,联网的三层结构,：,：感知层、传输层,、,、应用层。感知主要包括,二,二维码标签和识,读,读器、,RFID(Radio FrequeneyID),标签和读写器、摄像头、,GPS,、传感器以及,M2M,终端、传感器网,络,络和传感器网关,等,等，要解决的重,点,点问题是感知和识别物体,、,、采集和捕获信,息,息。,物联网的关键技,术,术,物联网通过广泛,覆,覆盖的新一代,IP,技术、固定和移动通信技术，将智能物,体,体感知的各种信,息,息进行可靠的实,时,时传送。将个人,电,电子设备组织和,政,政府信息系统中,收,收集和储存的分,散,散信息及数据无,缝,缝连接起来，进,行,行交互和多方共,享,享，使得工作和,任,任务可以通过多方协作来得以远程完成,，,，从而彻底地改,变,变整个世界的运,作,作方式。,物联网的关键技,术,术,（,1,）,RFID,射频识别技术,物联网的“灵魂,”,”,RFID,技术是,20,世纪,90,年代开始兴起的,一,一种自动识别术,，,，,RFID,技术是一种非接触式的自动,识,识别技术，通过射频信号,自,自动识别目标对,象,象并获取相关数,据,据。目前广泛使,用,用的,RFID,系统主要由三部,分,分构成，它们分,别,别是电子标签,(,贴在目标对象上,),、阅读器和天线。其中标签可分,为,为借助外来能量,工,工作的被动标签,和,和配有电池的主动标签，它,们,们都集成了可记,录,录,96,位以上电子产品码的芯,片,片（即记录媒体）,，,，可记录每个物,品,品、而非每类产,品,品的各种信息。,物联网的关键技,术,术,物体与电子标签是一一应的,关,关系，即每一物,理,理实体对应着其,存,存储在标签内的,唯,唯标识,EPC,（产品电子代码,）,）。阅读器是用来读,取,取或写入标签信,息,息的设备，它有手持式，,也,也有固定式。天线的作用则是,用,用来在标签和读,取,取器间传输射频,信,信号。,RFID,系统的工作原理,比,比较简单，以采,用,用被动标签的系,统,统为例：其阅读器可通过,天,天线发送出一定,频,频率的射频信号,，,，当被动标签进,入,入其信号范围内,就,就可产生感应电,流,流从而获得能量,，,，发送出自身存,储,储的编码信息，,阅,阅读器读取这些,信,信息并将其解码,，,，然后传送至电,脑,脑上进行更进一,步,步的处理。,物联网的关键技,术,术,在在需要监测的,区,区域内嵌入或装,备,备大量的感知节,点,点，即大量的,RFID,电子标签和,RFID,识读器，组成无线网络,系,系统，这些网络,节,节点不仅具有通,信,信功能，而且具,有,有特定信息感知,功,功能，它们之间,可,可以不经中心控,制,制器（如基站）,进,进行相互通信，,可,可以协作地感知,、,、采集和处理网,络,络所覆盖区域内,被,被感知对象的信,息,息，然后在计算,机,机互联网的基础,上,上，通过无线数,据,据通信技术，在,RFID,识读器和被管理,或,或被识别对象之,间,间实现无接触信,息,息传递，利用所,传,传递的信息达到,管,管理或识别对象,的,的目的。,物联网的关键技,术,术,RFID,不需要对准物体就能进行自动识,别,别，并可以同时识别多个目,标,标。由于电子标签,无,无需人工接触，,无,无需可视光线即,可,可完成信息输入,和,和处理，操作快,捷,捷方便,具有识别离远、,存,存储量大、读取,速,速度快、可应用,范,范围广的特点，,是,是目前比较先进,的,的一种非接触识,别,别技术,.,采用电子标签取,代,代商品条形码，已经成为社会,发,发展的趋势。,物联网的关键技,术,术,（,2,）传感技术,传感器是一种检,测,测装置，能感受,到,到被测量的信息,，,，并能将检测感,受,受到的信息，按,一,一定规律变换成,为,为电信号或其他,所,所需形式的信息,输,输出，以满足信,息,息的传输、处理,、,、存储、显示、,记,记录和控制等要,求,求。它是实现自,动,动检测和自动控,制,制的首要环节。,传感技,术,术：传感技,术,术实现,了,了信息,的,的感知,和,和获取,是,是物联,网,网发展,的,的基础,技,技术之,一,一。传感,技,技术及,其,其发展,体,体现在,传,传感器,、,、传感,器,器节点,、,、传感,器,器网络,和,和应用,4,个层面,。,。,。,物联网,的,的关键,技,技术,在传感,器,器网络,中,中，传,感,感器节,点,点具有,端,端节点,和,和路由,的,的功能,：,：一方,面,面实现数据的,采,采集和,处,处理；另一,方,方面实,现,现数据的,融,融合和,路,路由，对本,身,身采集,的,的数据,和,和收到,的,的其他,节,节点发,送,送的数,据,据进行,综,综合，,转,转发路,由,由到网,关,关节点,。,。超声波,传,传感器节点数,目,目非常,庞,庞大，,通,通常采用不,能,能补充,的,的电池提供能,量,量；传,感,感器节,点,点的能,量,量一旦,耗,耗尽，,那,那么该,节,节点就,不,不能履,行,行数据,采,采集和,路,路由的,功,功能，,直,直接影,响,响整个,传,传感器,网,网络的,健,健壮性,和,和生命,周,周期。,物联网,的,的关键,技,技术,（,3,）嵌入,式,式智能,技,技术,嵌入式,智,智能技,术,术是将“无,感,感知物,体,体”转,变,变为“,智,智能物,体,体”的,关,关键技,术,术，该特,性,性使物,体,体具备,根,根据外,部,部环境,变,变化进,行,行反应,的,的能力,。,。嵌入式,系,系统是,指,指将应,用,用程序,、,、操作,系,系统与,计,计算机,硬,硬件集,成,成在一,起,起的系,统,统。物,联,联网技,术,术中所,采,采用的,各,各类高,灵,灵敏度,识,识别、专用,的,的信号,代,代码处,理,理等装,置,置的研,发,发，将,会,会更进,一,一步推,动,动嵌入,式,式智能,技,技术在,物,物联网,中,中应用,的,的扩大,。,。,物联网,的,的关键,技,技术,（,4,）纳米,技,技术,目前，,纳,纳米技,术,术在物,联,联网技,术,术中的,应,应用主要体,现,现在,RFID,设备、,感,感应器,设,设备的微小化设计、,加,加工材,料,料和微,纳,纳米加,工,工技术,上,上。纳米,技,技术是,研,研究尺,寸,寸在,01,100nm,的物质,组,组成体,系,系的运,动,动规律,和,和相互,作,作用以,及,及可能,的,的实际,应,应用中,的,的技术,问,问题的,科,科学技,术,术。纳,米,米技术,在,在物联,网,网中广,泛,泛使用,，,，并推,动,动了传,感,感器产,业,业的发,展,展。纳,米,米技术,的,的应用,，,，不仅,为,为传感,器,器提供,了,了优良,的,的敏感,材,材料，,而,而且为,传,传感器,制,制作提,供,供了许,多,多新方,法,法,.,物联网,的,的关键,技,技术,（,5,）无线,通,通信技,术,术,另外，,以,以,ZigBee,、蓝牙等为代,表,表的近,距,距离通,信,信技术,是,是目前,应,应用于,传,传感器,节,节点的,主,主要技,术,术，也,有,有部分,企,企业鉴,于,于,WLAN,技术的,普,普及性,，,，利用,WLAN,来搭建,