C3-物联网应用技术.ppt

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1、物联网应用技术物联网应用技术以以移动技术移动技术为代表的为代表的普适计算普适计算(Pervasive Computing)、泛在网络泛在网络被称为继被称为继计算机计算机技术、技术、因特网因特网技术之技术之后后信息技术信息技术的第三次革命。的第三次革命。而物联网通过而物联网通过智能感知智能感知、识别技术与识别技术与普适计算普适计算、泛在网络的融合应用泛在网络的融合应用，被，被称为继计算机、因特网之后世界称为继计算机、因特网之后世界信息信息产业产业发展的第三次浪潮。发展的第三次浪潮。物联网物联网（IOT，The Internet of things）的概念是在）的概念是在1999年年提出的，提出的

2、，【定义定义-1】指在物理世界的实体中部指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力或执署具有一定感知能力、计算能力或执行能力的各种信息传感设备（如传感行能力的各种信息传感设备（如传感器、器、RFID、二维码、短距离无线通信、二维码、短距离无线通信技术、移动通信模块等），通过网络技术、移动通信模块等），通过网络设施实现信息传输、协同和处理，从设施实现信息传输、协同和处理，从而实现广域或大范围的人与物、物与而实现广域或大范围的人与物、物与物之间信息交换需求的互联。物之间信息交换需求的互联。【定义定义-2】通过射频识别（通过射频识别（RFID）、）、红外感应器、红外感应器、GPS（全球定位系

3、统）、（全球定位系统）、激光扫描器、气体感应器等激光扫描器、气体感应器等信息传感信息传感设备设备，按约定的协议，将物体与互联，按约定的协议，将物体与互联网连接起来，以进行信息交换与通信，网连接起来，以进行信息交换与通信，从而实现对物体的智能设别、定位、从而实现对物体的智能设别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。跟踪、监控和管理的一种网络。物联网物联网 就是物与物相连的互联网就是物与物相连的互联网物联网的核心和基础仍是互联网，它是在物物联网的核心和基础仍是互联网，它是在物联网基础上的延伸和扩展的网络联网基础上的延伸和扩展的网络用户端可延伸和扩展到任何物体之间，并可用户端可延伸和扩展到任何物体之间

4、，并可进行信息交换和通信进行信息交换和通信本质本质：（：（1）互联网特征互联网特征 对需要联网的物一对需要联网的物一定能够在互联网上实现互联互通；定能够在互联网上实现互联互通；（2）识别与通信特征识别与通信特征 纳入物联网的纳入物联网的“物物”一定要具备一定要具备自动识别和物与物自动识别和物与物（M2M）通信）通信 （3）智能化特征智能化特征 自我反馈自我反馈智能控制智能控制2005年，年，国际电信联盟国际电信联盟的一份报的一份报告曾描绘告曾描绘“物联网物联网”时代的图景：时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自当司机出现操作失误时汽车会自动报警；动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东公文包会提

5、醒主人忘带了什么东西；西；衣服会衣服会“告诉告诉”洗衣机洗衣机对颜色和对颜色和水温的要求，等等。水温的要求，等等。但很多物体不一定非要连到网上，但很多物体不一定非要连到网上，与其说物联网是网络，不如说与其说物联网是网络，不如说物联物联网是业务和应用网是业务和应用，物联网也被视为，物联网也被视为互联网的应用拓展。互联网的应用拓展。物联网的主要特征是每一个物件都物联网的主要特征是每一个物件都可以寻址，每一个物件都可以控制，可以寻址，每一个物件都可以控制，每一个物件都可以通信。每一个物件都可以通信。泛在网泛在网泛在网的概念首先是由美国泛在网的概念首先是由美国Mark Weiser在在1991年提出。

6、年提出。泛在网（泛在网（Ubiquitous Network）是指基于个）是指基于个人和社会的需求，实现人与人、人与物、人和社会的需求，实现人与人、人与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务，网络具存储、认知、决策、使用等服务，网络具有超强的环境感知、内容感知及其智能性，有超强的环境感知、内容感知及其智能性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。息服务和应用。不论物联网，还是泛在网，都是需要各种不论物联网，还是泛在网，都是需要各种传感技术支撑。传感技术支撑。传感器网（传感器网（Se

7、nsor Network）则是利用各则是利用各种传感器（收集光、电、温度、湿度、压种传感器（收集光、电、温度、湿度、压力等信息）加上中低速的近距离无线通信力等信息）加上中低速的近距离无线通信技术构成一个独立的网络技术构成一个独立的网络,是由多个具有有是由多个具有有线线/无线通信与计算能力的低功耗、小体积无线通信与计算能力的低功耗、小体积的微小传感器节点构成的网络系统的微小传感器节点构成的网络系统它一般提供局域或小范围物与物之间的信它一般提供局域或小范围物与物之间的信息交换。息交换。泛在网、物联网、传感器网的关系：泛在网、物联网、传感器网的关系：泛在网泛在网是是ICT社会发展的最高目标社会发展的

8、最高目标 物联网物联网是泛在网的初级和必然发展是泛在网的初级和必然发展 阶段阶段 传感器网传感器网是物联网的延伸和应用的是物联网的延伸和应用的基础。基础。物联网技术架构物联网技术架构平面分层模型平面分层模型：感知层、网络层和应用层：感知层、网络层和应用层感知层感知层网络层网络层应用层应用层物联网主要解决物品到物品物联网主要解决物品到物品(T2T)、人到物品、人到物品(H2T)、人到人、人到人(H2H)之间的互连。之间的互连。T2T、H2T、H2T这这3个层面的互连是物联网不可缺少的，单纯个层面的互连是物联网不可缺少的，单纯物品与物品之间的互连并不构成一个物联网，单物品与物品之间的互连并不构成一

9、个物联网，单纯在局部范围之内连接某些物品也不构成物联网，纯在局部范围之内连接某些物品也不构成物联网，物联网一定是由物品可以自然连接的因特网。物联网一定是由物品可以自然连接的因特网。其一，其一，物联网一定属于未来因特网，物联网一定物联网一定属于未来因特网，物联网一定是未来网络社会的基础设施，即物联网一定可以是未来网络社会的基础设施，即物联网一定可以自然扩展到全球的系统自然扩展到全球的系统；其二，其二，物联网中物品的连接一定是物联网中物品的连接一定是“自然连接自然连接”，也就是保留了物品在物理世界中时间和空间特，也就是保留了物品在物理世界中时间和空间特性的连接性的连接。信息物品信息物品物品标识、传

10、物品标识、传感、控制感、控制物联网的三维概念模型物联网的三维概念模型自主网络自主网络自主管理、自主管理、控制控制智能应用智能应用智能数据融智能数据融合、决策合、决策物品智物品智能应用能应用网络智网络智能应用能应用物品物品联网联网物联网物联网物联网技术架构物联网技术架构信息物品技术信息物品技术自主网络技术自主网络技术智能应用技术智能应用技术物品物品标识标识技术技术物品物品控制控制技术技术物品物品传感传感技术技术自主自主控制控制技术技术自主自主管理管理技术技术智能智能决策决策技术技术智能智能融合融合技术技术信息物品技术信息物品技术主要指物品的标识、传主要指物品的标识、传感和控制技术，也就是指现有的

11、数字感和控制技术，也就是指现有的数字化技术。化技术。信息网络技术信息网络技术属于物理世界与网络世属于物理世界与网络世界融合的接口技术。界融合的接口技术。目前，国际上研究的网络化物理系统目前，国际上研究的网络化物理系统（CPS）就是属于信息物品技术。如果就是属于信息物品技术。如果把人也看作是一个物品，则信息物品把人也看作是一个物品，则信息物品技术也包括了技术也包括了佩戴式计算装置技术佩戴式计算装置技术。欧洲物联网研究者一般把射频标识欧洲物联网研究者一般把射频标识（RFID）技术、近距离通信（）技术、近距离通信（NFC）、）、无线传感器和执行器网络（无线传感器和执行器网络（WSAN）作为构成连接现

12、实世界与数字世界的作为构成连接现实世界与数字世界的基本技术；基本技术；北美研究北美研究网络化物理系统网络化物理系统（CPS）的）的研究者通常把嵌入式系统作为现实世研究者通常把嵌入式系统作为现实世界与网络系统关联的基本技术。这种界与网络系统关联的基本技术。这种差异源于研究角度的差异。差异源于研究角度的差异。RFID技术属于物品标识技术，技术属于物品标识技术，NFC属于物品感知类技术，属于物品感知类技术，WSAN属于物品感知和控制类技术。属于物品感知和控制类技术。如果需要实现物品感知和控制，都需如果需要实现物品感知和控制，都需要运用嵌入式系统技术。要运用嵌入式系统技术。自主网络就是具备自管理能力的

13、网络系统，自管自主网络就是具备自管理能力的网络系统，自管理能力具体表现为自配置、自愈合、自优化、自理能力具体表现为自配置、自愈合、自优化、自保护能力。保护能力。从物联网未来应用需求看，需要扩展现有自主网从物联网未来应用需求看，需要扩展现有自主网络的定义，使得自主网络具备自控制能力。络的定义，使得自主网络具备自控制能力。物联网中的自主网络技术包括自主管理技术和自物联网中的自主网络技术包括自主管理技术和自主控制技术。主控制技术。自主网络管理自主网络管理类技术包括：网络自配置技术、网类技术包括：网络自配置技术、网络自愈合技术、网络自优化技术、网络自保护技络自愈合技术、网络自优化技术、网络自保护技术，

14、术，自主网络控制自主网络控制类技术包括：基于空间语义的控制类技术包括：基于空间语义的控制技术、基于时间语义的控制技术。技术、基于时间语义的控制技术。支撑物联网的自主网络应该是支撑物联网的自主网络应该是具有自主网具有自主网络能力的因特网络能力的因特网。这样，自主网络技术应。这样，自主网络技术应该是具有自主网络能力的因特网技术。这该是具有自主网络能力的因特网技术。这种技术属于下一代因特网技术。种技术属于下一代因特网技术。下一代因特网技术将把下一代因特网技术将把“任何时间、任何任何时间、任何地点传递任何类型信息地点传递任何类型信息”的理念扩展到的理念扩展到“任何时间、任何地点，连接任何物品，传任何时

15、间、任何地点，连接任何物品，传递任何类型信息递任何类型信息”，并且未来的因特网传，并且未来的因特网传递的大量信息是来自于物品的信息，这就递的大量信息是来自于物品的信息，这就需要因特网具有需要因特网具有自配置、自愈合、自优化自配置、自愈合、自优化和自保护的自主管理能力和自保护的自主管理能力，以及，以及具有时间具有时间语义和空间语义处理的自主控制能力语义和空间语义处理的自主控制能力。承载物品信息传递的因特网已经不再是传统意义承载物品信息传递的因特网已经不再是传统意义上的因特网，它必须保证查询物品状态信息具有上的因特网，它必须保证查询物品状态信息具有时间标记和空间标记，操纵物品的指令必须是具时间标记

16、和空间标记，操纵物品的指令必须是具有时间和空间语义的指令。这就要求承载物品信有时间和空间语义的指令。这就要求承载物品信息传递的因特网具有与物理世界关联的时钟体系息传递的因特网具有与物理世界关联的时钟体系和坐标体系，这是下一代因特网必须扩展的能力。和坐标体系，这是下一代因特网必须扩展的能力。这类因特网称为这类因特网称为物理化网络系统物理化网络系统（PCS）。）。物联网不仅需要侧重于物品端的物联网不仅需要侧重于物品端的CPS技术，同时技术，同时还需要侧重于虚拟网络世界端的还需要侧重于虚拟网络世界端的PCS技术。技术。物联网技术的发展将改变学术界和工业界对下一物联网技术的发展将改变学术界和工业界对下

17、一代网和下一代互联网的认识，一定会打破因特网代网和下一代互联网的认识，一定会打破因特网仅仅是端到端的数据传输管道的观点，真正把当仅仅是端到端的数据传输管道的观点，真正把当前对互联网技术的研究推进到下一代互联网技术前对互联网技术的研究推进到下一代互联网技术研究的轨道上。研究的轨道上。物联网把现代社会的人和物都包罗在系统中，所以，物联物联网把现代社会的人和物都包罗在系统中，所以，物联网的应用涉及到社会的各行各业。物联网的应用可以分成：网的应用涉及到社会的各行各业。物联网的应用可以分成：交通与后勤类应用、医疗类应用、智能环境类应用、个人交通与后勤类应用、医疗类应用、智能环境类应用、个人与社会类应用，

18、以及未来类应用。与社会类应用，以及未来类应用。未来类应用未来类应用是指在目前尚不具备部署条件的应用，包括机是指在目前尚不具备部署条件的应用，包括机器人出租车、智慧城市等；器人出租车、智慧城市等；交通与后勤类应用交通与后勤类应用包括物流和仓储管理，轨道交通、公路包括物流和仓储管理，轨道交通、公路和航空的辅助驾驶系统，面向公共交通工具、基于个人标和航空的辅助驾驶系统，面向公共交通工具、基于个人标识自动缴费的移动购票系统，环境监测系统，以及电子导识自动缴费的移动购票系统，环境监测系统，以及电子导航地图；航地图；医疗类应用医疗类应用包括医疗对象的跟踪、身份标识和验证、身体包括医疗对象的跟踪、身份标识和

19、验证、身体症状感知，以及数据采集系统；症状感知，以及数据采集系统；智能环境类应用智能环境类应用包括舒适的家庭包括舒适的家庭/办公环境的智能控制，办公环境的智能控制，工厂的智能控制，博物馆和体育馆的智能控制应用；工厂的智能控制，博物馆和体育馆的智能控制应用；个人与社会类应用个人与社会类应用包括人与人之间实时交互网络、物品轨包括人与人之间实时交互网络、物品轨迹或人的行踪的历史查询、遗失物品查找，以及防盗等应迹或人的行踪的历史查询、遗失物品查找，以及防盗等应用。用。物联网应用中特有的技术是物联网应用中特有的技术是智能应用技术智能应用技术，其中，其中包括智能数据融合和智能决策控制技术。包括智能数据融合

20、和智能决策控制技术。智能数据融合技术智能数据融合技术包括基于策略的数据融合、基包括基于策略的数据融合、基于位置的数据融合、基于时间的数据融合、基于于位置的数据融合、基于时间的数据融合、基于语义的数据融合；语义的数据融合；智能决策控制技术智能决策控制技术包括基于智能算法的决策、基包括基于智能算法的决策、基于策略的决策、基于知识的决策，这些决策技术于策略的决策、基于知识的决策，这些决策技术需要需要数据挖掘技术、知识生成、知识更新、知识数据挖掘技术、知识生成、知识更新、知识检索等技术检索等技术的支撑。的支撑。智能应用技术涉及到传统的智能应用技术涉及到传统的人工智能人工智能方面的理论方面的理论和算法，

21、并且融入了现代网络环境下的和算法，并且融入了现代网络环境下的智能控制智能控制理论和方法理论和方法，这类技术的研究和开发，有可能突，这类技术的研究和开发，有可能突破桎梏人工智能发展的理论障碍，使得人类进入破桎梏人工智能发展的理论障碍，使得人类进入智能化时代。智能化时代。CPS（Cyber Physical Systems）中文译为）中文译为信息物信息物理融合系统理融合系统，是一个综合计算、网络和物理环境，是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过的多维复杂系统，通过3C技术技术即计算即计算（Computation）、通信（）、通信（Communication）和控）和控制（制（Control）的有机融合与深度协作，实现的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。通过计算、通信与物理系统的一体化设计，以使通过计算、通信与物理系统的一体化设计，以使系统更加可靠和高效。系统更加可靠和高效。CPS是借用技术手段实现人的控制在时间、空间是借用技术手段实现人的控制在时间、空间等方面的延伸，等方面的延伸，CPS系统的本质就是人、机、物系统的本质就是人、机、物的融合计算。所以，国内又将的融合计算。所以，国内又将CPS称为称为人机物融人机物融合系统合系统。