物联网工程概论(PPT 56页)38135.pptx

物联网工程概论物联网工程概论中国矿业大学管理学院电子商务系王贺朝 贺超E-Mail:2013年2月19日南湖 物联网工程导论 疑问：物联网是什么？疑问：物联网是什么？思考：物联网从何来？思考：物联网从何来？讨论：物联网起因？讨论：物联网起因？第第1章章 物联网概述（物联网概述（4学时学时）第第2章章 物联网应用案例（物联网应用案例（8学时）学时）第第3章章 物联网技术基础（物联网技术基础（10学时）学时）第第4章章 信息处理与软件服务（信息处理与软件服务（6学时）学时）第第5章章 联网的知识体系与课程安排（联网的知识体系与课程安排（2学时）学时）第第6章章 物联网工程师的合格人才标准（物联网工程师的合格人才标准（2学时）学时）教学计划教学计划说明说明随着国家对物联网产业的重视，物联网相关人才的培养显得日益随着国家对物联网产业的重视，物联网相关人才的培养显得日益紧迫。物联网专业作为一个涉及到计算机科学与技术、软件工程、紧迫。物联网专业作为一个涉及到计算机科学与技术、软件工程、通信工程、电子工程、网络工程等多专业学科的交叉专业，毕业通信工程、电子工程、网络工程等多专业学科的交叉专业，毕业学生可能从事传感器制造、网络融合、集成应用开发等多领域的学生可能从事传感器制造、网络融合、集成应用开发等多领域的工作，本课程可拓宽学生知识面，提高学生素质和能力。本课程工作，本课程可拓宽学生知识面，提高学生素质和能力。本课程介绍物联网的核心问题、本质特色以及最高目标，包括物联网的介绍物联网的核心问题、本质特色以及最高目标，包括物联网的概念定义、物联网的理论基础、基本组成结构、关键技术和主要概念定义、物联网的理论基础、基本组成结构、关键技术和主要问题以及发展应用领域；主要技术有：问题以及发展应用领域；主要技术有：EPCEPC和和RFIDRFID技术、技术、GPSGPS与与GISGIS技术、无线传感器网络技术、技术、无线传感器网络技术、M2MM2M技术、云计算技术、智能处理技技术、云计算技术、智能处理技术、物联网安全技术。术、物联网安全技术。进度安排：每周进度安排：每周4 4节课程，节课程，8 8周完成。考核方式为：提交论文或提周完成。考核方式为：提交论文或提交报告。交报告。作业要求：学生分组提交大作业，抽查和批阅。作业要求：学生分组提交大作业，抽查和批阅。第1章 物联网概论第第1章章 物联网概论物联网概论1.1 物联网的定义1.2 物联网的起源1.3 物联网的三大推动力1.4 国家的战略性新兴产业解析1.1 物联网的定义物联网的定义概念起源概念起源麻麻省省理理工工学学院院Ashton教教授授于于1999年年最最早早提提出出，其其理理念念是是基基于于射射频频识识别别技技术术(RFID)、产产品品电电子子代代码码(EPC)等等技技术术，在在互互联联网网的的基基础础上上，构构造造一一个个实实现现全全球球物物品品信信息息实实时时共共享享的的实实物物互互联联网网，即即物物联联网。网。1.1 物联网的定义物联网的定义物联网的其他定义1.1 物联网的定义物联网的定义物物联联网网是是一一种种通通过过射射频频识识别别（RFID）、红红外外感感应应器器、全全球球定定位位系系统统、激激光光扫扫描描器器等等信信息息传传感感设设备备，按按照照约约定定协协议议，使使物物体体与与互互联联网网相相连连接接，进进行行信信息息交交换换和和通通信信，以以实实现现对对物物体体的的智智能能化化识识别别、定定位、跟踪、监控和管理的网络。位、跟踪、监控和管理的网络。业界对物联网（业界对物联网（IOT：Internet of Things）的通用理解：）的通用理解：1、从技术理解物联网是指物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网络。2、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，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。1.1 物联网的定义物联网的定义 主要特征主要特征传感网络技术传感网络技术 是由使用传感器的器件组成的在空间上呈分布式的无线自治网络，用来感知环境参数，如温度、震动等等。近程通讯技术近程通讯技术 是新兴的短距离连接技术，从很多无接触式的认证和互联技术演化而来，RFID和蓝牙技术是其中的重要代表。物联网现阶段最主要的表现形式：物联网现阶段最主要的表现形式：M2M M2M是机器到机器的无线数据传输，有时也包括人对机器和机器对人的数据传输。有多种技术支持M2M网络中的终端之间的传输协议，目前主要有CDMA、GPRS、IEEE802.11a/b/g WLAN等等。传感器节点的一些样品传感器节点的一些样品智慧灰尘智慧灰尘(Smart Dust)缩微集成的传感器网络节点缩微集成的传感器网络节点P19物联网的核心是对信息数据的采集和处理物联网的核心是对信息数据的采集和处理物联网的核心是对信息数据的采集和处理物联网的核心是对信息数据的采集和处理 物联网物联网(The Internet of(The Internet of things)things)，把新一代，把新一代IT IT技术充技术充分运用在各行业中，如能源、分运用在各行业中，如能源、交通、建筑、家庭、市政系交通、建筑、家庭、市政系统等，然后与现有通信网结统等，然后与现有通信网结合，实现人类社会与物理系合，实现人类社会与物理系统的整合。统的整合。人类可以更加精细和动态人类可以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达的方式管理生产和生活，达到到“智慧智慧”状态，提高资源状态，提高资源利用率和生产力水平，改善利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。人与自然间的关系。1.2 物联网的起源物联网的起源物联网产生的背景物联网产生的背景：1、经济危机下的推手、经济危机下的推手 经济长波理论：每一次的经济低谷必定会催生出某些新的技术，而这种技术一定是可以为绝大多数工业产业提供一种全新的使用价值，从而带动新一轮的消费增长和高额的产业投资，以触动新经济周期的形成。过去的10年间，互联网技术取得巨大成功。目前的经济危机让人们又不得不面临紧迫的选择，物联网技术成为推动下一个经济增长的特别重要推手。2、传感技术的成熟、传感技术的成熟 随着微电子技术的发展，涉及人类生活、生产、管理等方方面面的各种传感器已经比较成熟。例如常见的无线传感器（WSN）、RFID、电子标签等。3、网络接入和信息处理能力大幅提高、网络接入和信息处理能力大幅提高 目前，随着网络接入多样化、IP宽带化和计算机软件技术的飞跃发展，基于海量信息收集合分类处理的能力大大提高。1.2 物联网的起源物联网的起源发展之路发展之路1.2 物联网的起源物联网的起源发展之路发展之路物联网的演进路径物联网的演进路径：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、第一阶段 大型机、主机的联网 2、第二阶段、第二阶段 台式机、笔记本与互联网相联3、第三阶段、第三阶段 一些移动设备（如手机、PDA等）的互联4、第四阶段、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26yearlog(people per computer)streaming informationto/from physical worldNumber CrunchingData Storage productivityinteractiveMainframeMinicomputerWorkstationPCLaptopPDA从从Internet到到IOT 应用规模应用规模时间时间19982006用户连接Internet服务连接InternetofServices物体连接InternetofThings浏览器上网电子邮件商务在线网络银行政务在线在线点播在线支付物体定位目标跟踪环境感知智能家居虚拟现实智能计算中国物联网的研究情况中国物联网的研究情况：1999年，中科院启动了传感网研究，组成了2000多人的团队，先后投入数亿元，在以下5个方面取得重大进展，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。（1）无线智能传感器（2）网络通信技术（3）微型传感器（4）传感器端机（5）移动基站目前，我国的物联网相关研发水平与发达国家相比毫不逊色，是世界上少数能实现物联网产业化的国家之一。IOT基本理论模型基本理论模型智能卡智能卡条形码条形码二维码二维码GPS传感器技术传感器技术网关网关设设备备近距离近距离通信通信因特网因特网跟踪定位跟踪定位高速高速数据数据网络网络广域应用阶段广域应用阶段智能应用阶段智能应用阶段局域应用阶段局域应用阶段传感器网传感器网络络RFID二维码二维码物联网网关物联网网关物联网网关物联网网关应用集成应用集成云计算云计算解析服务解析服务网络管理网络管理Web Service物联网应用物联网应用传输传输网网中间件中间件通信模块通信模块 手机手机/电电话话上网卡上网卡等等u 随着传感器、随着传感器、RFID、通信网络、云计算等、通信网络、云计算等新技术的成熟和日益普新技术的成熟和日益普及，为物联网应用的推及，为物联网应用的推广奠定了基础广奠定了基础u 国家大力推进信息化国家大力推进信息化与工业化的融合，以信与工业化的融合，以信息技术改造传统产业，息技术改造传统产业，政府和企业对物联网的政府和企业对物联网的应用需求日益显现应用需求日益显现u 紧紧围绕行业应用需紧紧围绕行业应用需求，通过应用驱动和技求，通过应用驱动和技术研发创新引领的互动术研发创新引领的互动式发展，有利于带动物式发展，有利于带动物联网应用有效深入地发联网应用有效深入地发展展以应用为核心，积极务实发展物联网 物联网是一个非常大的复杂系统应用，它涉及了从器件、设备、系统、到网络、服务、商业模式等等诸多方面，物联网的实现需要解决许多关键技术问题物联网发展过程中面临的五个主要技术问题：物联网发展过程中面临的五个主要技术问题：（1）技术标准问题世界各国存在不同的标准。中国信息技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。2009年9月，传感器网络标准工作组工作组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。（2）安全问题信息采集频繁，其数据安全也必须重点考虑。（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。物联网发展过程中面临的主要问题（续）：物联网发展过程中面临的主要问题（续）：（4）IP地址问题每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6来支撑。IPv4向IPv6过渡是一个漫长的过程，因此物联网一旦使用IPv6地址，就必然会存在与IPv4的兼容性问题。（5）终端问题。物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不同行业需求千差万别，如何满足终端产品的多样化需求，对运营商来说是一大挑战。1.3 物联网的三大推动力物联网的三大推动力1.3.1 第一大推动力：政府1.3.2 第二大推动力：企业1.3.3 第三大推动力：教育界与科技界1.3.1 第一大推动力：政府第一大推动力：政府戈尔戈尔-数字地球数字地球1.3.1 第一大推动力：政府第一大推动力：政府奥巴马奥巴马-智慧地球智慧地球1.3.1 第一大推动力：政府第一大推动力：政府“两会两会”关注关注 20102010年年3 3月月6 6日日上上午午,全全国国人人大大委委员员长长吴吴邦邦国国参参加加了了十十一一届届全全国国人人大大三三次次会会议议和和全全国国政政协协十十一一届届三三次次湖湖北北代代表表团团审审议议强强调调，要要找找准准国国际际产产业业发发展展新新方方向向，扬扬长长避避短短，把把培培育育物物联联网网、智智能能电电网网、低低碳技术、生物技术、新材料等新兴产业作为国家发展战略。碳技术、生物技术、新材料等新兴产业作为国家发展战略。20102010年年3 3月月5 5日日上上午午，工工信信部部部部长长李李毅毅中中信信心心十十足足地地指指出出“（我我们们国国家家的的）物物联联网网有有一一定定的的基基础础，在在国国际际水水平平的的线线上上，我我们们并并不不落落后。后。”20102010年年3 3月月8 8日日全全国国人人大大代代表表、浙浙江江省省电电信信有有限限公公司司总总经经理理张张新新建建表表示示，中中国国应应将将物物联联网网建建设设上上升升为为国国家家战战略略，并并要要掌掌握握国国际际话话语语权。权。20102010年年3 3月月5 5日日，全全国国人人大大代代表表、中中国国工工程程院院院院士士、中中星星微微电电子子有有限限公公司司董董事事长长邓邓中中翰翰在在接接受受采采访访时时说说，物物联联网网将将是是未未来来经经济济的的新新增长点。增长点。1.3.2 第二大推动力：企业第二大推动力：企业20082008年，年，IBMIBM提出的提出的“智慧的地球智慧的地球”发展战略发展战略1.3.2 第二大推动力：企业第二大推动力：企业20102010年年9 9月月1111日，我国的日，我国的“传感器网络标准工作组传感器网络标准工作组”成立，成立，该组聚集了中国科学院、中国移动等国内传感网主要的技该组聚集了中国科学院、中国移动等国内传感网主要的技术研究和应用单位术研究和应用单位,将积极开展传感网标准制定工作，深将积极开展传感网标准制定工作，深度参与国际标准化活动，旨在通过标准化为产业发展奠定度参与国际标准化活动，旨在通过标准化为产业发展奠定坚实的技术基础。坚实的技术基础。“物联网物联网”涵盖了诸多的产业力量，电信涵盖了诸多的产业力量，电信运营商在其中扮演什么样的角色呢？说到底，运营商就是运营商在其中扮演什么样的角色呢？说到底，运营商就是提供一个运营平台，可以在上面开发各种业务。提供一个运营平台，可以在上面开发各种业务。除了上述业务外，中国移动的除了上述业务外，中国移动的“物联网物联网”展台还展出了物流展台还展出了物流信息化、企业一卡通、公交视频、校讯通、手机购电等主信息化、企业一卡通、公交视频、校讯通、手机购电等主题，这些业务都是物联网概念统合下的业务分支。中国电题，这些业务都是物联网概念统合下的业务分支。中国电信将物联网业务分成两部分信将物联网业务分成两部分“平安平安e e家家”和和“商务领航商务领航”。中国联通的中国联通的3G3G污水监测业务更脱离了个人消费的传统应用污水监测业务更脱离了个人消费的传统应用领域。领域。1.3.3第三大推动力：教育界与科技界第三大推动力：教育界与科技界教育部教育部 增设物联网专业增设物联网专业工信部工信部 采取四大措施支持电信运营企业开展物联网技采取四大措施支持电信运营企业开展物联网技术创新与应用术创新与应用追求先进科学、前沿技术是科学家的天职追求先进科学、前沿技术是科学家的天职1.4 国家战略性新兴产业解析国家战略性新兴产业解析国务院颁布了国务院关于加快培育和发展战国务院颁布了国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定，内容涉及七个方面：略性新兴产业的决定，内容涉及七个方面：信息技术产业信息技术产业生物产业生物产业高端装备高端装备制造业制造业新能源产业新能源产业节能环保节能环保新能源汽车新能源汽车新材料产业新材料产业节能环保产业节能环保产业为应对全球气候变化和适应产业绿色发展的国为应对全球气候变化和适应产业绿色发展的国际趋势，结合我国面临的资源环境巨大压力，际趋势，结合我国面临的资源环境巨大压力，我国将以先进适用技术集成应用为重点，大力我国将以先进适用技术集成应用为重点，大力发展新型高效节能、先进环保、资源循环利用发展新型高效节能、先进环保、资源循环利用技术和装备，发展节能环保服务业和再制造产技术和装备，发展节能环保服务业和再制造产业等环保产业新业态。业等环保产业新业态。1.4 国家战略性新兴产业解析国家战略性新兴产业解析新能源产业新能源产业绿色新能源技术发展和产业化是解决能源危机、绿色新能源技术发展和产业化是解决能源危机、优化能源结构的根本出路。未来我国应积极发优化能源结构的根本出路。未来我国应积极发展新一代核能；加快太阳能热利用技术推广应展新一代核能；加快太阳能热利用技术推广应用，开拓多元化的太阳能光伏光热发电市场；用，开拓多元化的太阳能光伏光热发电市场；提高风电技术装备水平，有序推进风电规模化提高风电技术装备水平，有序推进风电规模化发展；因地制宜开发利用生物质能。发展；因地制宜开发利用生物质能。1.4 国家战略性新兴产业解析国家战略性新兴产业解析新一代信息技术产业新一代信息技术产业信息技术正在纵深发展并深刻改变人类的生产和信息技术正在纵深发展并深刻改变人类的生产和生活方式，新一代信息技术依然是我国产业结构生活方式，新一代信息技术依然是我国产业结构优化升级的最核心技术优化升级的最核心技术1.4 国家战略性新兴产业解析国家战略性新兴产业解析生物产业生物产业生命科学和生物技术将是从根本上影响生命科学和生物技术将是从根本上影响21世纪世纪人类发展的重大领域，将对改变消耗自然资源人类发展的重大领域，将对改变消耗自然资源的传统发展模式、构建绿色可再生产业体系、的传统发展模式、构建绿色可再生产业体系、促进人类健康产生革命性影响。促进人类健康产生革命性影响。1.4 国家战略性新兴产业解析国家战略性新兴产业解析高端装备制造业高端装备制造业具有技术密集、附加值高、成长空间大、带动具有技术密集、附加值高、成长空间大、带动作用强等突出特点，对于加快我国工业现代化作用强等突出特点，对于加快我国工业现代化建设，实现制造强国战略目标具有重要意义。建设，实现制造强国战略目标具有重要意义。1.4 国家战略性新兴产业解析国家战略性新兴产业解析新材料产业新材料产业国民经济各行业特别是战略性新兴产业发展的国民经济各行业特别是战略性新兴产业发展的重要基础，也是长期以来制约我国制造业发展重要基础，也是长期以来制约我国制造业发展和节能减排目标实现的瓶颈。其发展要以发挥和节能减排目标实现的瓶颈。其发展要以发挥我国在纳米、超导、稀土等材料科学技术研究我国在纳米、超导、稀土等材料科学技术研究方面的优势为基础，以满足国家重大工程建设方面的优势为基础，以满足国家重大工程建设和产业结构升级为目标，巩固学科研究优势，和产业结构升级为目标，巩固学科研究优势，大力发展新材料制备技术和装备，大力推进新大力发展新材料制备技术和装备，大力推进新型材料产业化，大力推进大宗高端材料规模化型材料产业化，大力推进大宗高端材料规模化生产应用。生产应用。1.4 国家战略性新兴产业解析国家战略性新兴产业解析新能源汽车产业新能源汽车产业新能源汽车是全球汽车行业升级转型的方向。新能源汽车是全球汽车行业升级转型的方向。当前，我国要充分发挥社会各方面的积极性，当前，我国要充分发挥社会各方面的积极性，以产业联盟系列化为途径，着力突破动力电池、以产业联盟系列化为途径，着力突破动力电池、驱动电机和电子控制领域关键核心技术，加速驱动电机和电子控制领域关键核心技术，加速形成知识产权，推进插电式混合动力汽车、纯形成知识产权，推进插电式混合动力汽车、纯电动汽车推广应用和产业化。电动汽车推广应用和产业化。1.4 国家战略性新兴产业解析国家战略性新兴产业解析本章小结本章小结物物联联网网的的发发展展是是随随着着互互联联网网、传传感感器器等等发发展展而而发发展展的的。理理念念是是在在计计算算机机互互联联网网的的基基础础上上，利利用用射射频频识识别别技技术术、无无线线数数据据通通信信等等技技术术，构构造造一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网。一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网。物物联联网网的的显显著著特特点点是是技技术术高高度度集集成成，学学科科复复杂杂交交叉叉，综综合合应应用用广广泛泛，目目前前发发展展应应用用主主要要体体现现在在智智能能电电网网、智智能能交交通通、智智能能物物流流、智智能能家家居居等领域。等领域。本章小结本章小结通通过过本本章章的的学学习习，能能够够掌掌握握物物联联网网的的核核心心问问题题、本本质质特特色色以以及及最最高高目目标标，应应对对物物联联网网的的概概念念定定义义、基基本本组组成成结结构构、关关键键技技术术和和主主要要问问题题以以及及发发展展应应用用领领域域有有一一个个基基本本了了解解，建建立立物物联联网网整整体概念，为后续各章节的学习打下良好的基础。体概念，为后续各章节的学习打下良好的基础。习题习题1.简述物联网的定义简述物联网的定义2.简述物联网应具备的三个特征简述物联网应具备的三个特征3.简述信息浪潮简述信息浪潮15年定律的内容年定律的内容4.请解释以下名词：请解释以下名词：RFID；EPC5.物联网的三大推动力分别是什么？物联网的三大推动力分别是什么？6.国家提出的战略性新兴产业领域，国家提出的战略性新兴产业领域，主要包括哪七个方面？主要包括哪七个方面？习题解答习题解答1.简述物联网的定义简述物联网的定义物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。延伸和扩展的网络。习题解答习题解答 2.简述物联网应具备的三个特征简述物联网应具备的三个特征（1）全面感知）全面感知：利用射频识别、二维码、传：利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取；进行信息采集和获取；（2）可靠传送：通过将物体接入信息网络，）可靠传送：通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享；交互和共享；（3）智能处理：利用各种智能计算技术，对）智能处理：利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制。智能化的决策和控制。习题解答习题解答3.简述信息浪潮简述信息浪潮15年定律的内容年定律的内容“计算模式每隔计算模式每隔15年发生一次变革年发生一次变革”被称为被称为“15年周期定律年周期定律”。4.请解释以下名词：请解释以下名词：RFID；EPCRFID：Radio Frequency Identification射频识射频识别。别。EPC：Electronic Product Code产品电子代码。产品电子代码。习题解答习题解答5.物联网的三大推动力分别是什么？物联网的三大推动力分别是什么？政府；企业；教育界与科技界。政府；企业；教育界与科技界。6.国家提出的战略性新兴产业领域，主要包括哪国家提出的战略性新兴产业领域，主要包括哪七个方面？七个方面？节能环保产业；新一代信息技术产业；生物产业；节能环保产业；新一代信息技术产业；生物产业；高端装备制造产业；新能源产业；新材料产业；高端装备制造产业；新能源产业；新材料产业；新能源汽车产业。新能源汽车产业。