物联网技术及其应用--讲课用3738260.pptx

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1、物联网技术及其应用真纯尚人电科 112IT 服 务 创 新物联网技术及其应用物联网概述核心技术物联网应用专业联系IT 服 务 创 新物联网（IOT）的起源1998 年，美国麻省理工大学（MIT）的Sarma、Brock、Siu 创 造性地提出将信息互联 网 络 技 术 与RFID 技 术 有机地 结 合，即利用全球 统 一的物品 编码（EPC，ElectronicProductCode）作 为 物品 标识，利用RFID 实现 自 动 化的“物品”与Internet 的 联 接，无需借助特定系 统，即可在任何 时间、任何地点、实现对 任何物品的 识别 与管理。1999 年，由美国 统 一代 码

2、委 员 会（UCC）吉列和宝 洁 等 组织 和企 业 共同出 资，在美国麻省理工大学成立Auto-IDCenter，在随后的几年中，英国、澳大利 亚、日本、瑞士、中国、韩 国等国的6 所著名大学相 继 加入Auto-IDCenter，对“物 联 网”相关研究 实 行分工合作，开展系 统 化研究，提出最初物 联网系 统 构架：射 频标签 识读 器 Savant 软 件 对 象名称解析服 务（ONS）实 体 标记语 言服 务 器（PML-Server）2003 年11 月1 日，国 际 物品 编码组织（GS1）出 资 正式接管EPC 系 统，并 组 成EPCGlobal 进 行全球推广与 维护。与

3、此同 时，原6 所大学的AUTO-ID 实验 室 转 到EPCGlobal 下的技 术组，作 为EPC 实验 室，继续对EPC 系统 的 应 用提供技 术 支持，提出物 联 网系 统架构：EPC 编码 EPC 标签 读 写器 中 间 件 对 象名称解析服 务（ONS）EPC 信息服 务（EPCIS）IT 服 务 创 新物联网（IOT）的定义InternetofThings（IOT）根据百度百科的定 义：物 联 网是指通 过 各种信息 传 感 设备，如 传 感器、射 频识别（RFID）技 术、全球定位系统（GPRS）、红 外感 应 器、激光 扫 描器、气体感 应 器等各种装置与技 术，实时 采集

4、任何需要 监 控、连 接、互动 的物体或 过 程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互 联 网 结 合形成的一个巨大网 络。其目的是 实现 物与物、物与人，所有的物品与网 络 的 连 接，方便 识别、管理和控制。IT 服 务 创 新广义的物联网涵义 利用条码、射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，实现人与人、人与物、物与物的在任何时间、任何地点的连接（anything、anytime、anywhere），从而进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。普适 计 算泛在网 络物 联 网 R

5、FID传 感器网 络IT 服 务 创 新 IBM 提出的“智慧地球”概念（建 议 政府投 资 新一代的智慧型基 础设 施）已上升至美国的国家 战 略。该战 略 认为IT 产业 下一 阶 段的任 务 是把新一代IT 技 术 充分运用在各行各 业 之中，具体地 说，就是把感 应 器嵌入和装 备 到 电 网、铁 路、桥 梁、隧道、公路、建筑、供水系 统、大 坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍 连 接，形成“物 联 网”。物 联 网行 动计 划。具体而 务实，强调RFID 的广泛 应 用，注重信息安全。2009 年6 月，欧盟委 员 会向欧盟 议 会、理事会、欧洲 经济 和社会委 员 会及地区委 员

6、 会 递 交了 欧盟物 联 网行 动计 划（InternetofThings-AnactionplanforEurope），以确保欧洲在建构物 联 网的 过 程中起主 导 作用。行 动计 划共包括14 项 内容，主要有管理、隐 私及数据保 护、“芯片沉默”的 权 利、潜在危 险、关 键资 源、标 准化、研究、公私合作、创 新、管理机制、国 际对话、环 境 问题、统计 数据和 进 展 监 督等一系列工作。2008 年-美国智慧地球 i-Japan 战 略。在u-Japan 的基 础 上，强调电 子政 务 和社会信息服 务应 用。2004 年，日本信息通信 产业 的主管机关 总务 省（MIC）提出

7、2006 2010 年 间IT 发 展任 务u-Japan 战 略。该战 略的理念是以人 为 本，实现 所有人与人、物与物、人与物之 间 的 连 接，即所 谓4U=ForYou（Ubiquitous,Universal,User-oriented,Unique），希望在2010 年将日本建 设 成一个“实现 随 时、随地、任何物体、任何人（anytime,anywhere,anything,anyone）均可 连 接的泛在网 络 社会”。2009 年-欧盟物 联 网行 动 继 日本提出u-Japan 战 略后，韩 国也在2006 年确立了u-Korea 战 略。u-Korea 旨在建立无所不在

8、的社会（ubiquitoussociety），也就是在民众的生活 环 境里，布建智能型网 络（如IPv6、BcN、USN）、最新的技 术应 用（如DMB、Telematics、RFID）等先 进 的信息基 础 建 设，让 民众可以随 时 随地享有科技智慧服 务。其最 终 目的，除运用IT 科技 为 民众 创 造食衣住行育 乐 各方面无所不在的便利生活服 务，亦希望扶植IT 产业发 展新 兴应 用技 术，强 化 产业优势 与国家 竞 争力。2009 年-日本i-Japan 战 略 感知中国。2009 年8 月7 日家宝 总 理在无 锡 考察 时 提出要尽快建立中国的 传 感信息中心或者叫“感知中

9、国”中心。2009 年-韩 国u-Korea 战 略2009 年-中国感知中国各国物联网战略或计划IT 服 务 创 新物联网（IOT）的特征全面感知全面感知可靠传输可靠传输智能处理智能处理感知传输智能利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息。通过网络将感知的各种信息进行实时传送。利用计算机技术，及时地对海量的数据进行信息控制，真正达到了人与物的沟通、物与物的沟通。IT 服 务 创 新物联网（IOT）的特征全面感知全面感知可靠传输可靠传输智能处理智能处理感知传输智能利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息。通过网络将感知的各种信息进行实时传送。利用计算机技

10、术，及时地对海量的数据进行信息控制，真正达到了人与物的沟通、物与物的沟通。IT 服 务 创 新物联网（IOT）结构示意图IT 服 务 创 新IOT基本理论模型智能卡条形码二维码 GPS传感器技术网关 设备近距离通信因特网跟踪定位高速数据网络IT 服 务 创 新智慧星球IT 服 务 创 新面临五个主要技术问题（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

11、(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。（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

12、。（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。IT 服 务 创 新 RFID（RadioFrequencyIdentification）即射频识别技术，俗称电子标签，通过射频信号自动识别目标对象，并对其信息进行标志、登记、储存和管理。RFID 定义 电子标签：由芯片和标签天线或线圈组成，通过电感耦合或电磁反射原理与读写器进行通信；读写器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备；天线：可以内置在读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器天线接口相连。RFID 系统组成物联网核心技术：RFIDI

13、T 服 务 创 新读 写器将要 发 送的信息，经编码后加 载 到高 频载 波信号上再 经 天线 向外 发 送。进 入 读 写器工作区域的 电 子 标签接收此信号，卡内芯片的有关 电路 对 此信号 进 行倍 压 整流、调 制、解 码、解密，然后 对 命令 请 求、密 码、权 限等 进 行判断。若 为读 命令，控制 逻辑电 路 则 从存 储 器中 读 取有关信息，经 加密、编码、调 制后通 过 片上天 线 再 发送 给阅读 器，阅读 器 对 接收到的信号 进 行解 调、解 码、解密后送至信息系 统进 行 处 理。若 为 修改信息的写命令，有关控制 逻辑 引起 电 子 标签 内部 电 荷 泵提升工作

14、 电压，提供 电压 擦写E2PROM。若 经 判断其 对应 密 码和 权 限不符，则 返回出 错 信息。物联网核心技术：RFID系统工作原理IT 服 务 创 新物联网核心技术：RFIDRFID RFIDRFID主要频段标准及特性 主要频段标准及特性主要频段标准及特性IT 服 务 创 新物联网核心技术：RFID 物流 过 程中的 货物追踪，信息自动 采集，仓储应用，港口 应 用，邮 政，快 递。物流 商品的 销 售数据实时统计，补货，防盗零售 生 产 数据的 实时监 控，质 量追踪，自 动 化生 产制造 业 自 动 化生 产，仓储 管理，品牌管理，单 品管理，渠道管理服装 业 医 疗 器械管理，

15、病人身份 识别，婴 儿防盗医 疗 电 子 护 照，身份证，学生 证 等各种 电 子 证 件。身份 识别 贵 重物品（烟，酒，药 品）的防伪，票 证 的防 伪等防 伪 各 类资产（贵 重的或数量大相似性高的或危 险 品等)资产 管理 高速不停 车，出租 车 管理，公交车 枢 纽 管理，铁路机 车 识别 等交通 水果，蔬菜，生鲜，食品等保 鲜度管理食品 训 养 动 物，畜牧牲口，宠 物等 识别 管理动 物 识别 书 店，图书馆，出版社等 应 用图书馆 制造，防盗，定位，车钥 匙汽 车 制造，旅客机票，行李包裹追踪航空 弹药，枪 支，物资，人 员，卡 车等 识别 与追踪军 事RFID应用领域IT 服

16、 务 创 新 能感受 规 定的被 测 量并按照一定的 规 律 转换 成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和 转换 元件 组 成。传 感器 无 线传 感器网 络（WSN）是由大量 传 感器 节 点通 过 无 线通信方式形成的一个多跳的自 组织 网 络 系 统，其目的是协 作地感知、采集和 处 理网 络 覆盖区域中感知 对 象的信息，它能 够实现 数据的采集量化、处 理融合和 传输应 用。无 线传 感器网 络（WSN）物联网核心技术：WSNIT 服 务 创 新物联网核心技术：WSN体系结构WSN体系结构：平面拓扑结构WSN体系结构：逻辑分层结构IT 服 务 创 新物联网核心技术：WSN体系结构传

17、感器节点体系结构传感器网络协议栈IT 服 务 创 新物联网核心技术：WSN的特征与 现 有无 线 网 络 的差 别 WSN 是集成了 监测、控制以及无 线 通信的网 络 系 统，节 点数目更 为庞 大（上千甚至上万），节 点分布更 为 密集；由于 环 境影响和能量耗尽，节 点更容易出 现 故障；环 境干 扰 和 节 点故障容易造成网 络 拓扑 结 构的 变 化；通常情况下，大多数 传 感器 节 点是固定不 动 的；传 感器 节 点具有的能量、处 理能力、存 储 能力和通信能力等十分有限；传统 无 线 网 络 的首要 设计 目 标 是提高服 务质 量和高效率 带宽 利用，其次才考 虑节约 能源；

18、而WSN 的首要 设计 目 标 是能源的高效使用，这 也是WSN 和 传统 网 络 最重要的区 别 之一。传 感器 节 点的限制 电 源能量有限、通信能力有限、计 算和存 储 能力有限。W SN 的特点 大 规 模网 络、自 组织 网 络、动态 性网 络、可靠的网 络、应 用相关的网 络、以数据为 中心的网 络。IT 服 务 创 新物联网核心技术：WSN融合WSN和其它无线通信技术的融合IT 服 务 创 新物联网核心技术 RFID侧重于识别，能够实现对目标的标识和管理，同时RFID系统具有读写距离有限、抗干扰性差、实现成本较高的不足；WSN侧重于组网，实现数据的传递，具有部署简单，实现成本低廉

19、等优点，但一般WSN并不具有节点标识功能。RFID与WSN的结合存在很大的契机。RFID与WSN可以在两个不同的层面进行融合：物联网架构下RFID与WSN的融合，传感器网络架构下RFID与WSN的融合。物联网架构下RFID与WSN的融合RFID和WSN融合IT 服 务 创 新物联网核心技术传感器网络架构下RFID与WSN的融合：智能基站RFID和WSN融合IT 服 务 创 新物联网应用示意图IT 服 务 创 新物联网应用示意图IT 服 务 创 新26物联网应用 给放养的牲畜中的每一只羊都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保

20、食品安全。我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。畜牧溯源IT 服 务 创 新27 上海浦 东 国 际 机 场 防入侵系 统铺设 了3 万多个 传 感 节 点，覆盖了地面、栅栏 和低空探 测，多种 传 感手段 组 成一个 协 同系 统 后，可以防止人 员 的翻越、偷 渡、恐怖 袭击 等攻 击 性入侵。上海移 动 的 车务 通将在2010 年世博会期 间 全面运用于上海公共交通系 统，以最先 进 的技 术 保障世博园区周 边 大流量交通的 顺畅。机 场 防入侵 江西省 电 网 对 分布在全省范 围 内的2 万台配 电变压 器安装 传 感装置，对运行状 态进 行 实时监测，实现 用 电检查、电 能

21、 质 量 监测、负 荷管理、线损 管理、需求 侧 管理等高效一体化管理，一年来降低 电损1.2 亿 千瓦 时。电 力管理物联网应用 IT 服 务 创 新28物联网应用 人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。个人保健IT 服 务 创 新29物联网应用 利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实现图像敏感性智能分析并与110、119、112等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境。平安城市建设IT 服 务 创 新30n 数字家庭 是以计算机技术和网络

22、技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的互连方式进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”的 一种服务。n 数字家庭的四大功能：信息、通信、娱乐和生活。数字家庭信息 信息通信娱乐 娱乐生活 生活物联网应用 未来数字家庭IT 服 务 创 新31物联网管理平台移动 POS金融供应链智能运输工业自动化智能建筑消防公共安全环境保护气象数字化医疗遥感勘测军事农业林业 水务电力煤炭石化物流、零售、自动服务设备、安全、节能生产、安全、防灾、水电油气防火、勘察、报警污染检测、报警水质、水量、污染、安全大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪抄表、监控、节能设备、临

23、床、辅助诊断、病程险情、油井、运输、管线联动、消防栓、定位、调度照明、信号、应急、灾害、识别大地勘测、森林、地震、海洋侦查、监控、定位、评估降水、防洪、远程设备交易、订单、跟踪、识别通风、瓦斯、救灾定位库存、车队、监控、导航、识别、货物电子支付、实时信息总结 物联网应用频谱 IT 服 务 创 新4.物联网工程专业 需求IT 服 务 创 新4.物联网工程专业 核心课程 IT 服 务 创 新4.物联网工程专业 课程体系传统基础教学微控制器，单片机C 语言，8 位单片机编程和接口技术32 位单片机ARM7/9/M3 和C/OS-II 操作系统/GUI支撑平台：教学用实验箱，大型物联网演示系统，物联网

24、开发系统，实验实训系统和教师培训，技术支持物联网教学教学大纲系列教材专业实验室实训基地大学生创新基地实习基地 工程实践教育中心 将传统的计算机，通信，控制，微电子等课程体系桥接到物联网核心课程教学和实践高频电路和无线通讯简单无线网络蓝牙/WIFI/M2MRFID 和EPC无线传感网和OSZIGBEE 技术零距离接触物联网应用IT 服 务 创 新4.物联网工程专业 案例 学科基础课程：物联网产业与技术导论 Java程序设计 电路理论 软件技术基础 电子技术 信号与系统 计算机网络 通信原理IT 服 务 创 新4.物联网工程专业 案例 学科基础课程：3G移动通信系统 嵌入式系统 传感器原理及应用 无线传感网技术 无线射频识别技术与应用 微电子学概论 接口技术你！听懂了吗？