物联网概论1.ppt

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1、1,物联网,智慧地球 感知中国深圳市讯方通信技术有限公司2011-06,1,2,3,什么是物联网,4,物联网定义,物联网，英文名称叫“The Internet of things”（简称IOT）。通俗地讲，物联网就是“物物相连的互联网”,是将各种信息传感设备通过互联网把物品与物品结合起来而形成的一个巨大网络。,5,物联网定义Internet of Things,在计算机互联网的基础上，利用感知（RFID，传感器等）、无线通信、智能等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的网络。在这个网络中，物品能够彼此进行“交流”，人们能够彼此进行“交流”，人与物能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用感

2、知/无线技术，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。,6,物联网概念,7,物联网结构,8,物联网架构,9,物品开口说话,10,物、物交流,1）衣服会“告诉”洗衣机对清洗强度和水温的要求；2）食物会“告诉”微波炉，用多长时间多高的温度进行烹饪。,11,物联网意义,“物联网”概念的问世，打破了人类之前的思维方式。过去，人们一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而另一方面是数据中心、个人电脑、宽带等。而在物联网时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带融合为统一的基础设施，实现人类社会与物理系统的整合。在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在

3、它上面进行，并达到“智慧”状态，从而提高资源利用率和生产力水平，实现人与自然和谐统一。,12,物联网历史,无论是物联网还是传感网，都不是最近才出现的新兴概念。传感器网络的构想最早由美国军方提出，起源于1978年美国国防部高级研究计划局资助卡耐基-梅隆大学进行分布式传感器网络研究项目。,13,卡耐基梅隆大学自动售货机,大概是1995年夏天，在美国卡耐基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的校园里有一个自动售货机，如图所示，出售各色可乐，价钱比市场上的便宜一半。所以，很多学生都去那个机器买可乐。但是大老远地跑过去，经常发现可乐已经售完，白跑一趟。于是有几个聪明的学生想了

4、一个办法，他们在自动售货机里装了一串光电管，用来计数，看还剩下多少罐可乐。然后把自动售货机与互联网对接。这样，学生们去自动售货机前，可以先在网上查看一下还剩下多少罐可乐，免得白跑一趟。后来CNN还专程来学校，实地拍摄了一段新闻。当时还没有物联网(Internet of things)这个概念。大家最初的想法很简单，就是把传感器(Sensors)连到互联网上去，提高数据的输入速度，扩大数据的来源。这是对于物联网的初次接触。,14,物联网历史,物联网概念出现于比尔盖茨1995年未来之路一书，在未来之路中，比尔盖茨已经提及物联网概念，只是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。而物联

5、网概念最早提出于1999年，来源于“Internet Of Things”一词，其定义很简单，即把所有物品通过射频识别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。,15,物联网发展,2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2005：物联网，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。,16,物联网发展,物联网和传感网概念在2009年重新唱热的一个重要原

6、因是国际金融危机使得美国等一些遭受危机严重的国家需要新的概念刺激经济。奥巴马政府的“智慧地球”计划明确以物联网为基础。目前，全球主流国家先后都提出了物联网发展战略，全球掀起新一轮物联网浪潮。,17,世界物联网,18,物联网中国,中国在物联网领域的起步很早。早在1999年，中科院上海微系统所就拨款40万元进行传感网产品的研发，研发出的产品2003年开始在“动态北仑”等项目中得到应用，是物联网在中国的早期发展。2009年下半年，物联网概念开始在中国盛行。尤其是自2009年8月7日，温家宝总理在无锡考察传感网产业发展并做出“要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，要依靠科技和人才，占领科技和经济发展制

7、高点，保证我国具有可持续发展的能力和可持续的竞争力”的指示之后，物联网、传感网等概念引起业内外的广泛关注，相关讨论此起彼伏。,19,中国物联网,北京、上海、广东、浙江等省市已初步展开智能交通、智能电网、智能安防、智能物流等物联网的典型应用。在2010年世博会，上海在世博会展馆和浦东机场布置的防入侵传感网，可以说是当前国际上规模最大的物联网应用系统。此外，无锡市正在启动“智慧之市”的物联网城市建设。事实上，我国从本世纪初开始启动，2006年起全力推行的信息化战略就已经体现了智慧地球或物联网的精髓，上述两个概念本质上就是将信息化技术应用到各行各业，只不过在表述上更强调互联和智能管理而已。在科研上，

8、基于近十年传感网领域相关研究，我国在技术上基本保持与国际同步。从产业上，不仅在无锡建立了中国的传感信息中心，各地也纷纷启动物联网产业项目。,20,中国物联网,21,物联网未来,比尔盖兹在华盛顿湖畔的智能化豪宅，联想、长虹等国内厂商推出闪联标准，国内外运营商推出的手机支付、路灯监控、智能终端系统等。M2M应用都是物联网的雏形。就如互联网之初也是由一个个局域网构成，现有的M2M应用已经是物联网的构成基础。从M2M到物联网，已经为世界勾画出了一幅智能化未来画卷。,22,物联网未来,从核心构成来说，物联网由云计算的分布式中央处理单元、传输网络和感应识别末梢组成。就像互联网是由无数个局域网构成的一样。未

9、来的物联网趋势必也是由无数个传感网、M2M系统构成，就如人体身体不同机能一样，不同的传感网、M2M系统会负责不同的功能处理，通过中央处理单元协同运作，最终组成智能化的社会系统。,23,物联网未来,EPOSS（欧洲智能系统集成技术平台）在Internet of Things in 2020报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，20102015年物体互联，20152020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。据BeechamResearch数据显示，2009年全球M2M终端规模为9926万，年增长率近70%。而Alex

10、anderResources的数据则表明，从全球市场来看，到2010年M2M市场规模将达到2234亿美元。据统计，2009全球M2M运营商业务收入约为15亿美元，主要来自于交通、能源、安防及零售物流产业。,24,物联网未来,物联网对于世界经济、政治、文化、军事等各个方面，都将会产生无比巨大的影响。因此，物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，也将是信息产业新一轮竞争中的制高点。物联网发展趋势包括：终端标准化、智能化。通信多元化、协同化、宽带化。服务综合化、泛在化。服务个性化。,25,物联网应用,物联网和互联网最大的区别，就在于后者是人与人之间的信息交互，是一个虚拟世界。物联

11、网则是对现实物理世界的感知和互联。对物联网一句话说最准确，叫物物互联，感知世界。,26,物联网应用,物联网用途广泛，遍及智能楼宇、智能家居、路灯监控、智能医院、智慧能源、智能交通、水质监测、智能消防、物流管理、政府工作、公共安全、资产管理、军械管理、环境监测、工业监测、矿井安全管理、食品药品管理、票证管理、老人护理、个人健康等诸多领域。物联网一方面可以提高经济的效率，大大节约成本；另一方面可以为经济的复苏提供技术动力，带动所有的传统产业部门进行结构调整和产业升级，并将推动国家整个经济结构的调整，推动发展模式从粗放型发展转向集约型发展。,27,食物追踪,28,家庭自动化,29,智慧农业,30,环

12、境监测,31,智能交通,32,智慧能源,33,智能物流,34,手机支付,1,2,36,物联网关键技术,传感技术RFID技术通信技术智能技术云计算技术安全技术,37,传感技术,传感网是通过设备来监测环境，来去获取信息，降低了人的干预，因为人可能有失误，人的经验不一样。把人的经验提取出来，智能化。物体不仅自己有感知，同时在局部空间里面，他们有互动。人进来之后灯要打开，人离开之后灯要关闭。,38,传感器,传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路

13、三个部分组成，如：,39,传感技术,人是通过视觉、嗅觉、听觉及触觉等感官来感知外界的信息，感知的信息输入大脑进行分析判断（即人的思维）和处理，再指挥人做出相应的动作，这是人类认识世界和改造世界具有的最基本的本能。但是通过人的五官感知外界的信息非常有限，例如，人总不能利用触觉来感知超过几十甚至上千度的温度吧，而且也不可能辨别温度的微小变化。同时人的精力也是有限的，不可能一天24小时不断地感知、监控外部环境，这就需要电子设备的帮助。,40,传感技术发展趋向,1、微型化。2、智能化。3、集成化。4、网络化。5、多功能化。,41,传感技术发展趋向,为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力

14、日益增强的技术发展趋势保持一致，对于传感器性能指标(包括精确性、可靠性、灵敏性等)的要求越来越严格。与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代。高性能微型传感器主要由硅材料构成，具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。,42,传感技术发展趋向,通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量，但在许多应用领域中，为了能够完美而准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功

15、能兼备的新一代探测系统，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展，目前已经可以生产出来将若干种敏感元件组装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。,43,传感技术发展趋向,最热门研究领域也许是各种类型仿生传感器了，而且在感触、刺激以及视听辨别等方面已有最新研究成果问世。人工嗅觉传感系统的典型产品是功能各异的Electronic nose(电子鼻)。“电子鼻”系统通常由一个交叉选择式气体传感器阵列和相关的数据处理技术组成，并配以恰当的模式识别系统，具有识别简单和复杂气味的能力

16、，主要用来解决一般情况下的气味探测问题。,44,传感技术发展趋向,网络对我们来说并不陌生，比如手机，互联网，无线上网，电视机。传感器对我们来说也不陌生，比如温度传感器、压力传感器，还有比较新颖的气味传感器。但是，把二者结合在起来，提出传感器网络(Sensor Networks)这个概念。,45,物联网关键技术,传感技术RFID技术通信技术智能技术云计算技术安全技术,46,RFID技术,物联网时代人们的生活方式将从感觉跨入感知的阶段，人们就可以和物体“对话”，物体和物体之间也能“交流”，而这些物体既可以是小小的手表、钥匙，也能是汽车、楼房，总之日常生活中任何物品都可以变得“有感觉、有思想”。物联

17、网时代人们可随时随地全方位感知人、物体、动物等。此时如人一样，物体、动物也需要自己的“身份证”。,47,条码,自20世纪70年代以来，条码技术一直是识别商品身份，商品清单管理主流“身份证”。一个条码的价格不到0.01美元，并且还有统一的管理标准，推动了零售业的革命化与商品的物流管理。,48,条码缺陷,只能识别类级别物品，无法作到对每个物品进行身份证编码；每次只能识别一个物品；无法穿透性，无屏障阅读；不可重复使用；抗污染能力和耐久性差；没有信息安全保密；保存信息量少。由于条码本身技术以上缺点，显然无法作为物品的身份证在物联网时代应用。与条码技术相比，RFID标签识别技术更有特点，解决了有些条件下

18、条码等其他身份识别技术无法使用的问题，并开拓了许多新的应用领域。,49,RFID技术,RFID最早曾在第二次世界大战中用来在空中作战行动中进行敌我识别：当时英国用以确认进机场是否为己方的飞机，以免遭误击。20世纪90年代起，这项技术被美国军方广泛使用在武器和后勤管理系统上。美国在“伊拉克战争”中利用RFID对武器和物资进行了非常准确地身份识别并调配，保证了前线弹药和物资的准确供应。和以往的“充足”供应有所不同，现代化的管理强调是准确供应，也就是需要多少就提供多少，因为多余供应会增加不必要管理成本。,50,RFID系统,51,RFID技术,在物联网时代，人们在超市购买时，随手拿起一块猪肉，用手机

19、轻轻一扫之后，随即报上自家出自那头猪，生前吃过那些饲料、喝过哪儿水；同时将生产、物流的全过程追溯得一清二楚，如果你想了解，即刻可以查看这块肉包装过程的视频。最后当你推着一辆装满满购物车，从结账通道一推而过，设在出口处的读写器就会自动扫描购物车里的商品信息，自动结算出购物款，不再需要营业员拿着商品一件件地扫描，然后人们潇洒地拿出信用卡结账，整个过程不到三十秒。,52,RFID典型应用,53,物联网关键技术,传感技术RFID技术通信技术智能技术云计算技术安全技术,54,通信技术,在物联网网络中，一个又一个带有“身份证”的感知终端，其通过感知设备感知外界信息，感知的信息如何输入“大脑”进行分析存储、

20、判断和处理，再指挥做出相应的动作。人是通过身体的神经网络进行传输，那物联网感知数据是如何传输呢？在物联网整体技术架构中，传送层所涉及到光纤网、移动通信网、互联网、无线网。归结起来即包括2种网络：有线网络及无线网络。,55,通信技术,56,有线网络,现有的有线网络包括互联网、有线电话网、有线电视网等三大类。在物联网时代，对数据传输网络提出更高的要求，除了提供现在互联网普通服务外，还包括各种话音业务、数据业务、多媒体业务等，随着物联网时代数据传输的实时、安全、可靠等要求提高及各种新技术的不断涌现。现有互联网网络缺陷也日益明显的暴露出来。服务质量难以保证、网络安全无法保障、网络控制和管理的复杂度增加

21、、IP地址匮乏、多样化的应用需求无法满足等问题亟待解决。,57,新一代互联网技术,为了解决现有互联网存在的问题，满足和适应当前及未来的网络应用对互联网的多样化需求，研究和建设新一代互联网体系结构已经是一项迫在眉睫的任务。新一代互联网技术研究的中心问题是提出一种高效、大规模、高度可伸缩、支持异构网络技术融合的基础网络体系结构。新一代互联网体系结构设计目标如图所示，该体系结构的设计将支持移动性、QoS保障、安全性和可信性，以及网络的可控可管。,58,无线网络,物联网时代数据传输骨干网络为新一代信息传输网络，其为有线网络。但在一个智慧家庭、智慧城市等布满成千上万个感知设备的区域，不可能每个感知终端都

22、挂着一个线缆尾巴。想象一下，每台手机都带着一条线缆会给手机用户带来多大的不便及限制。因此感知终端设备与新一代信息传输骨干网络之间的数据传输需要使用是无线数据传输网络。,59,无线网络,60,无线网络,根据应用不同，现有各种各样无线网络，如：手机/GPRS网络，电台广播网络，Wi-Fi，ZigBee，蓝牙等。根据距离长短，一般分为无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)、无线个人局域网(WPAN)。,61,无线网络,在物联网时代，在各种设备、无线技术、网络运营商和商业模式等因素导致的日益激烈的竞争和合作环境的带动下，一些新的业务和特性对无线网络基础设施提出了更高的要求。个人、设备、机器、移

23、动网络等都将作为通信实体。传递日益增加的大数据量的能力。最大化网络覆盖，提高业务的可用性。有效的无线接入和骨干网的网络资源管理。支持无论何时何地、任何移动条件下都提供尽量好的永远在线功能。,62,物联网通信,63,物联网关键技术,传感技术RFID技术通信技术智能技术云计算技术安全技术,64,智能技术,人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的技术。在物联网中，人工智能技术主要负责将物品“讲话”内容进行分析，从而实现计算机自动处理。在物联网中网络是智能的，物联网使用功能强大的云计算或下一代处理算法对海量数据进行处理，网络能智能地分析感知设备收集的数据。

24、终端是智能的，终端具有强大处理能力，能对感知设备收集数据进行分析，使其能智能地对环境作出反应。,65,智能机器人,深蓝计算机,66,智能技术,人工智能将涉及到计算机科学、心理学、哲学和语言学等学科。可以说几乎是自然科学和社会科学的所有学科，其范围已远远超出了计算机科学的范畴，人工智能与思维科学的关系是实践和理论的关系，人工智能是处于思维科学的技术应用层次，是它的一个应用分支。,67,物联网关键技术,传感技术RFID技术通信技术智能技术云计算技术安全技术,68,云计算技术,物联网除了智能终端、智能网络，支持海量数据处理，还是智能处理中心：云计算。在开放式的物联网环境中，使用云计算技术是非常必要的

25、。,69,云计算技术,在物联网中，海量业务数据产生了的巨大压力，终端增长迅速，终端关联数据增加，应用自定义数据迅速增加，传统的硬件环境难以支撑；另外，运营商长期积累了大量闲置的计算能力和存储能力，有必要加以利用，这也是绿色环保的需求；还有大规模业务驻留突显性能瓶颈，随着业务发展，大量自定义业务同时运行，对平台造成性能压力，服务器CPU处理能力以及内存容量，均难以满足不断增长的自定义业务的运行。所以在开放的物联网环境中采用云计算技术是很必要的。,70,物联网关键技术,传感技术RFID技术通信技术智能技术云计算技术安全技术,71,安全技术,凌晨2点，你正在甜美酣梦中，突然被寒风冻醒，一起来，发现原

26、本关着的窗户被打开了，因为窗户安装了传感器，而黑客控制了这个传感器。不幸的是，有一天，你家里的饭煮焦了，冬天的空调却被调成冷气，花园的玫瑰谢了，原来，你的物联网遭遇黑客了。当你一筹莫展的时候，黑客们却笑得前俯后仰，其实，仅仅这么恶搞倒无所谓，如果黑客动用物联网，动了你家保险柜，拿来你家收藏品，那就麻烦了。,72,安全技术,物联网时代中，人类会将基本的日常管理统统交给人工智能去处理，从而从繁琐的低层次管理中解脱出来，将更多的人力、物力投入到新技术的研发中。那么可以设想，如果哪天物联网招到病毒攻击，也许就会出现工厂停产，社会秩序混乱，甚至于直接威胁人类的生命安全。,73,安全技术,安全防御体系已从如下几个方面进行变革：由“被动防范”向“主动防御”发展。由“产品叠加”向“策略管理”过渡。由“保护网络”向“保护资产”过渡。采用“堵漏洞、作高墙、防外攻”等防范方法的纵深防御网络在现在互联网时代对信息网络的安全管理发挥了重要作用。,