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1、第 I 章 物聯(lián)網(wǎng)概述 學 習 任 務物 聯(lián) 網(wǎng) 的 起 源 與 發(fā) 展 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 定 義 物 聯(lián) 網(wǎng) 技 術 體 系 Click to add title in here 123本 章 主 要 涉 及 ： 1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)作為一種模糊的意識或想法而出現(xiàn)，可以追溯到上世紀末。1995年比爾蓋茨在未來之路一書中就已經(jīng)提及類似于物品互聯(lián)的想法，只是當時受限于無線網(wǎng)絡、硬件及傳感設備的發(fā)展，并未引起重視。 1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展 1999年，美國麻省理工大學Auto-ID研究中心的創(chuàng)建者之一的Kevin Ashton教授在他的一個報告中首次使用了“Internet of T
2、hings”這個短語，事實上，Auto-ID中心的目標就是在Internet的基礎上建造一個網(wǎng)絡，實現(xiàn)計算機與物品（objects）之間的互聯(lián)，這里的物品包括各種各樣的硬件設備、軟件、協(xié)議等等。 1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展 1999年至2003年，物聯(lián)網(wǎng)方面的工作局限于實驗室中，這一時期的主要工作集中在物品身份的自動識別，如何減少識別錯誤和提高識別效率是關注的重點。 2003年，“EPC決策研討會”在芝加哥召開。作為物聯(lián)網(wǎng)方面第一個國際會議，該研討會得到了全球90多個公司的大力支持。從此，物聯(lián)網(wǎng)相關工作開始走出實驗室。 1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展經(jīng)過工業(yè)界與學術界的共同努力，2005年物聯(lián)網(wǎng)終
3、于大放異彩。這一年，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了題為ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)的報告，物聯(lián)網(wǎng)概念開始正式出現(xiàn)在官方文件中。 1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展從此以后，物聯(lián)網(wǎng)獲得跨越式的發(fā)展，美國、中國、日本以及歐洲一些國家紛紛將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)基礎設施列為國家戰(zhàn)略發(fā)展計劃的重要內容。在美國，IBM提出了“智慧地球”的構想，其中物聯(lián)網(wǎng)是不可缺少的一部分，2009年1月，美國將其提升到國家戰(zhàn)略。 1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展在歐洲，2009年6月，歐盟在比利時首都布魯塞爾向歐洲議會、歐洲理事會、歐洲經(jīng)濟與社會委員會和地區(qū)委員會提交了以物聯(lián)網(wǎng)歐洲行動計劃為題的公告，其目的是希望歐洲通過構建新型物聯(lián)網(wǎng)管理框架
4、來引領世界物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。 1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展歐盟委員會提出物聯(lián)網(wǎng)的三方面特性：第一，不能簡單的將物聯(lián)網(wǎng)看做互聯(lián)網(wǎng)的延伸，物聯(lián)網(wǎng)建立在特有基礎設施上，將是一系列新的獨立系統(tǒng)，當然，部分基礎設施仍要依存于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)。第二，物聯(lián)網(wǎng)將伴隨新的業(yè)務共同發(fā)展；第三，物聯(lián)網(wǎng)包括了多種不同的通信模式，物與人通信，物與物通信，其中特別強調了包括機對機通信（M2M）。 1.1 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展在我國，2009年8月溫家寶總理視察無錫中科院物聯(lián)網(wǎng)技術研發(fā)中心時指出并強調，要盡快突破物聯(lián)網(wǎng)核心技術，把傳感技術和TD的發(fā)展結合起來，此后，我國官方對物聯(lián)網(wǎng)的多次提議和眾多規(guī)劃表示我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已正式提上議事日
5、程。 1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)概念 物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為“The Internet of Things”，由該名稱可見，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。從網(wǎng)絡結構上看，物聯(lián)網(wǎng)就是通過Internet將眾多信息傳感設備與應用系統(tǒng)連接起來并在廣域網(wǎng)范圍內對物品身份進行識別的分布式系統(tǒng)。 1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。當時基于互聯(lián)網(wǎng)、RFID技術、EPC標準，在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用射頻識別技術、無線數(shù)據(jù)通信技術等，構造了一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)“Internet of things”（ IOT，簡稱物聯(lián)網(wǎng)）。 1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 1. 物聯(lián)網(wǎng)定義目前
6、較為公認的物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、 全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。當每個而不是每種物品能夠被唯一標識后，利用識別、通信和計算等技術，在互聯(lián)網(wǎng)基礎上，構建的連接各種物品的網(wǎng)絡，就是人們常說的物聯(lián)網(wǎng)。 1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 物聯(lián)網(wǎng)中的“物”的涵義要滿足以下條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍： 要有相應信息的接收器； 要有數(shù)據(jù)傳輸通路； 要有一定的存儲功能； 要有CPU； 1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 要有操作系統(tǒng)； 要有專門的應用程序；
7、要有數(shù)據(jù)發(fā)送器； 遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議； 在世界網(wǎng)絡中有可被識別的唯一編號。 1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 2.物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與形成 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展跟互聯(lián)網(wǎng)是分不開的，主要兩個層面的意思：物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展;第二，物聯(lián)網(wǎng)是比互聯(lián)網(wǎng)更為龐大的網(wǎng)絡，其網(wǎng)絡連接延伸到了任何的物品和物品之間，這些物品可以通過各種信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)絡連接在一起，進行更為復雜的信息交換和通信。 1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 3 物聯(lián)網(wǎng)的三大特征 一般認為,物聯(lián)網(wǎng)具有以下的三大特征: 全面感知利用RFID 、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息。可靠傳遞通過無線網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的融合
8、，將物體的信息實時準確地傳遞給用戶。 1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 智能處理利用云計算、數(shù)據(jù)挖掘以及模糊識別等人工智能技術，對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制。 物聯(lián)網(wǎng)概念模型 1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 4. 物聯(lián)網(wǎng)認識方面的誤區(qū) 誤區(qū)之一，把傳感器網(wǎng)絡或RFID網(wǎng)等同于物聯(lián)網(wǎng)。誤區(qū)之二，把物聯(lián)網(wǎng)當成互聯(lián)網(wǎng)的無邊無際的無限延伸，把物聯(lián)網(wǎng)當成所有物的完全開放、全部互連、全部共享的互聯(lián)網(wǎng)平臺。 1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 誤區(qū)之三，認為物聯(lián)網(wǎng)就是物-物互聯(lián)的無所不在的網(wǎng)絡，因此認為物聯(lián)網(wǎng)是空中樓閣，是目前很難實現(xiàn)的技術。 誤區(qū)之四，把物聯(lián)網(wǎng)當成個筐，什么都往里裝；基于自
9、身認識，把僅僅能夠互動、通信的產品都當成物聯(lián)網(wǎng)應用。 1.3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術概論物聯(lián)網(wǎng)是典型的交叉學科，它所涉及的核心技術包括IPv6技術、云計算技術、傳感技術、RFID智能識別技術、無線通信技術等。因此，從技術角度講，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)主要涉及的專業(yè)有：計算機科學與工程、電子與電氣工程、電子信息與通訊、自動控制、遙感與遙測、精密儀器、電子商務等等。 1.3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術概論歐盟于2009年9月發(fā)布的歐盟物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖白皮書中列出13類關鍵技術，包括： 標識技術、物聯(lián)網(wǎng)體系結構技術、通信與網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)和信號處理技術、軟件和算法、發(fā)現(xiàn)與搜索引擎技術、電源和能量儲存技術等。 1.3.1 物聯(lián)網(wǎng)技
10、術概論物聯(lián)網(wǎng)的技術體系框架 1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術體系 1. 感知、網(wǎng)絡通信和應用關鍵技術 傳感和識別技術是物聯(lián)網(wǎng)感知物理世界獲取信息和實現(xiàn)物體控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器將物理世界中的物理量、化學量、生物量轉化成可供處理的數(shù)字信號。識別技術實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)中物體標識和位臵信息的獲取。 1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術體系 網(wǎng)絡通信技術主要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息和控制信息的雙向傳遞、路由和控制.重點包括低速近距離無線通信技術、低功耗路由、自組織通信、無線接入M2M 通信增強、IP 承載技術、網(wǎng)絡傳送技術、異構網(wǎng)絡融合接入技術以及認知無線電技術。 1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術體系 海量信息智能處理綜合運用高性能計算、人工智能
11、、數(shù)據(jù)庫和模糊計算等技術，對收集的感知數(shù)據(jù)進行通用處理，重點涉及數(shù)據(jù)存儲、并行計算、數(shù)據(jù)挖掘、平臺服務、信息呈現(xiàn)等。 1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術體系 面向服務的體系架構（Service-oriented Architecture ，SOA）是一種松耦合的軟件組件技術，它將應用程序的不同功能模塊化，并通過標準化的接口和調用方式聯(lián)系起來，實現(xiàn)快速可重用的系統(tǒng)開發(fā)和部署。 SOA 可提高物聯(lián)網(wǎng)架構的擴展性，提升應用開發(fā)效率，充分整合和復用信息資源。 1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術體系 2. 支撐技術 物聯(lián)網(wǎng)支撐技術包括嵌入式系統(tǒng)、微機電系統(tǒng)（Micro ElectroMechanical Systems，MEM
12、S）、軟件和算法、電源和儲能、新材料技術等。 微機電系統(tǒng)可實現(xiàn)對傳感器、執(zhí)行器、處理器、通信模塊、電源系統(tǒng)等的高度集成，是支撐傳感器節(jié)點微型化、智能化的重要技術。 1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術體系 嵌入式系統(tǒng)是滿足物聯(lián)網(wǎng)對設備功能、可靠性、成本、體積、功耗等的綜合要求，可以按照不同應用定制裁剪的嵌入式計算機技術，是實現(xiàn)物體智能的重要基礎。軟件和算法是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能、決定物聯(lián)網(wǎng)行為的主要技術，重點包括各種物聯(lián)網(wǎng)計算系統(tǒng)的感知信息處理、交互與優(yōu)化軟件與算法、物聯(lián)網(wǎng)計算系統(tǒng)體系結構與軟件平臺研發(fā)等。 1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術體系 電源和儲能是物聯(lián)網(wǎng)關鍵支撐技術之一，包括電池技術、能量儲存、能量捕獲、惡劣情況
13、下的發(fā)電、能量循環(huán)、新能源等技術。 新材料技術主要是指應用于傳感器的敏感元件實現(xiàn)的技術。傳感器敏感材料包括濕敏材料、氣敏材料、熱敏材料、壓敏材料、光敏材料等。新敏感材料的應用可以使傳感器的靈敏度、尺寸、精度、穩(wěn)定性等特性獲得改善。 1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術體系 3. 共性技術物聯(lián)網(wǎng)共性技術涉及網(wǎng)絡的不同層面，主要包括架構技術、標識和解析、安全和隱私、網(wǎng)絡管理技術等。 物聯(lián)網(wǎng)架構技術目前處于概念發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)需具有統(tǒng)一的架構，清晰的分層，支持不同系統(tǒng)的互操作性，適應不同類型的物理網(wǎng)絡，適應物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務特性。 1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術體系 標識和解析技術是對物理實體、通信實體和應用實體賦予的或其本身
14、固有的一個或一組屬性，并能實現(xiàn)正確解析的技術。物聯(lián)網(wǎng)標識和解析技術涉及不同的標識體系、不同體系的互操作、全球解析或區(qū)域解析、標識管理等。 1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術體系 安全和隱私技術包括安全體系架構、網(wǎng)絡安全技術、“智能物體”的廣泛部署對社會生活帶來的安全威脅、隱私保護技術、安全管理機制和保證措施等。網(wǎng)絡管理技術重點包括管理需求、管理模型、管理功能、管理協(xié)議等。為實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)廣泛部署的智能物體的管理，需要進行網(wǎng)絡功能和適用性分析，開發(fā)適合的管理協(xié)議。 1.3.3 物聯(lián)網(wǎng)面臨的主要技術問題物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展主要面臨五個主要技術問題：（1）技術標準問題 （2）安全問題（3）協(xié)議問題 （4）IP地址問題（5
15、）終端問題。 1.4 物聯(lián)網(wǎng)的應用領域我國的物聯(lián)網(wǎng)應用領域主要有智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、機械制造等。 1.4 物聯(lián)網(wǎng)的應用領域1. 物聯(lián)網(wǎng)應用示例食品安全 1.4 物聯(lián)網(wǎng)的應用領域2. 物聯(lián)網(wǎng)應用示例 平安城市 1.4 物聯(lián)網(wǎng)的應用領域3. 物聯(lián)網(wǎng)應用示例 人體健康 1.4 物聯(lián)網(wǎng)的應用領域4. 物聯(lián)網(wǎng)應用示例 智能家庭 1.4 物聯(lián)網(wǎng)的應用領域5. 物聯(lián)網(wǎng)應用示例智慧農業(yè) (農業(yè)標準化生產監(jiān)測系統(tǒng)) 1.5 應用案例：光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng) 分布式光纖光學傳感能提供完整事件發(fā)生的探測和定位。用光入射到光纖光柵時產生的反射光譜和透射光譜原理來獲取環(huán)境
16、溫度及應變的變化情況，從而實現(xiàn)對環(huán)境的連續(xù)安全檢測。 1.5 應用案例：光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng)光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng) 1.5 應用案例：光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng)1. 產品概述新一代分布式光纖測溫與火災探測系統(tǒng)利用激光在光纖中傳輸時產生的背向拉曼散射信號和光時域反射原理來獲取空間溫度分布信息。分布式光纖測溫與火災探測系統(tǒng)采用獨特的光路設計和高性能光電器件，穩(wěn)定性和可靠性高，在空間分辨率、溫度分辨率和測量距離等方面均達到國際領先水平。 1.5 應用案例：光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng)2.產品特點連續(xù)分布式測量，誤報率和漏報率極低;光纖傳感抗電磁干擾，本征安全，防雷防爆;靈敏度高，響應速度快，測量距離遠;系統(tǒng)簡單可靠，維護成本低，使用壽命長。 1.5 應用案例：光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng)3. 典型應用（1）電力電纜火情監(jiān)測 1.5 應用案例：光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng)（2）高速隧道與地鐵火情監(jiān)測 1.5 應用案例：光纖傳感溫度監(jiān)測系統(tǒng)（3）水利大壩在線安全監(jiān)測（4）油氣管道泄露監(jiān)測 Thank You!
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