物聯網技術及其應用(已修改)

　

【正文】 物聯世界 機遇無限 物聯網技術及其應用 西安工業大學 機電學院工業工程系 徐顯龍 第一講 物聯網技術 概述 第二講 物聯網的物品標識技術 ——RFID 第三講 物聯網的末梢神經 ——無線傳感器網絡 第四講 物聯網的運行環境 ——網絡技術 第五講 物聯網的應用層技術 ——智能計算 第六講 物聯網技術的應用（ 醫療、農業、交通等 ） 第七講 物聯網技術 在軍事上 的應用 第八講 總結， 交大作業 （點名不到者 每次扣 10分 ） 第一講 物聯網技術概述 物聯網概念綜述 1 2 3 5 4 物聯網產業現狀和機遇分析 物聯網產業發展挑戰和思考 股份公司物聯網發展策略建議 總 結 物聯網（ IoT）概念的提出 2023年 2023年 2023年 1998年 ? MIT的 Kevin Ashton第一次提出：把 RFID技術與傳感器技術應用于日常物品中形成一個“物聯網” ? ITU報告：物聯網是通過 RFID和智能計算等技術實現全世界設備互連的網絡 ? IBM提出：把傳感器設備安裝到 各種物體中 ，并且普遍連接形成網絡，即“物聯網”，進而在此基礎上形成“智慧地球 ? 歐洲物聯網研究項目工作組 制訂 《 物聯網戰略研究路線圖 》 ，介紹傳感網 /RFID等前端技術和 20年發展趨勢 物聯網形式早已存在，統一意義上的物聯網概念提出是在架構在互聯網發展成熟的基礎上 ? 8月 7日，溫家寶總理考察中科院無錫高新微納傳感網工程技術研發中心后，指示 “ 盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫 ‘ 感知中國’ 中心 ” 。其后，在全省領導干部學習會上，省委書記梁保華把物聯網列為全省重點培育和發展的六大新興產業之一，并提出 “ 要努力突破核心技術，加快建立產業基地 ” 。 ? 工信部總工朱宏任在中國工業經濟運行夏季報告發布會上，對物聯網做了概括闡釋。 ? 江蘇省委書記梁保華隨即要求把傳感網列為全省重點培育和發展的六大新興產業之一，利用無線傳感技術推進社會信息化進程。 ? 8月以來，無錫市政府多次赴京向國家三部委申報“中國傳感網產業園”，國務院正在批復之中。市政府還在制定 《 中國傳感網產業園空間規劃 》 、 《 中國傳感網產業園發展規劃 》、 《 江蘇暨無錫市物聯網發展規劃 》 。 物聯網概念 傳感網是指以對物理世界的數據采集和信息處理為主要任務 ， 以網絡為信息載體 、 實現物物 （ 物人 、 人物 ） 之間信息交互 ， 面向政府 、 行業和個人用戶提供信息服務的分布式信息系統 。 俗稱 “ 物聯網 ” (Inter of Things)。 背景 ? 物聯網 (The Inter of things)的概念最早是在 1999年提出的，其后又多次被重復。其定義是： 把任何物品通過射頻識別（ RFID），紅外感應器，全球定位系統，激光掃描器 等信息傳感設備，按約定的協議與互聯網連接起來，進行信息交換和共享，以實現智能化識別和管理的一種網絡。 物聯網概念 物聯網為什么突然火了？ 是忽悠還是又一場技術的革命？ 物聯網概念是否在反復炒冷飯？ 問題 從互聯網到物聯網 隨著網絡覆蓋的普及，人們提出了一個問題，既然無處不在的網絡能夠成為人際間溝通的無所不能的工具，為什么我們不能將網絡作為物體與物體溝通的工具，人與物體溝通的工具，乃至人與自然溝通的工具？ —— 中國移動通信集團公司總經理 王建宙 《 從互聯網到“物聯網” 》 計算機 :自動計算 以獨立計算機進行信息處理 互聯網：人與人交互 基于計算機網絡 進行信息交互 物聯網：物物 人物交互 萬物的信息感知、交互、處理的網絡 物聯網 （ IoT： The Inter of Things) 是“萬物溝通”的、具有全面感知、可靠傳送、智能處理特征的連接物理世界的網絡，實現了任何時間、任何地點及任何物體的連結。可以幫助實現人類社會與物理世界的有機結合，使人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，從而提高整個社會的信息化能力。 物聯網時代示意圖：萬物相聯。例如：當司機出現操作失誤時汽車會自動報警；公文包會提醒主人忘帶了什么東西等等 統一的物聯網概念提出的意義 物聯網的應用形式已經存在 ? 用網絡連接和傳送物的信息的形式由來已久 ? 軍事上的衛星、雷達偵測、遙控武器等 ? 各個行業的自動控制等應用 提出物聯網的意義之一：形成規模效應巨大的聚合產業 ? 10年內“物聯網”可能大規模普及，到 2023年世界上物物互聯的業務跟人與人通信的業務相比將達到30:1，物聯網被稱為是下一個萬億級的信息技術產業 提出物聯網的意義之二：在統一標準和架構體系下快速形成成熟的產業鏈 ? 隨著“物聯網”概念的提出和各種標準組織的成立，物聯網的各種協議和體系架構正在邁向統一標準的方向。而在 統一 的 標準和架構體系下 ，才可能盡快推進物聯網產業鏈的成熟和大規模商用 提出物聯網的意義之三：基于統一網絡和應用平臺，形成感知泛在聚合效應 ? 當前已存在的各種物聯網應用雛形最大的局限就是行業類型單一，網絡范圍局限 ? 物聯網的概念提出了統一網絡和應用平臺，行業交叉的泛在聚合效應，才是物聯網概念的精髓所在 18世紀中期，以 蒸汽機 為代表的 第一次工業革命 開創了人類的大機器工業時代 從科學發展史看物聯網 19世紀后期到 20世紀中葉，以 電機 為代表的 第二次工業革命 使人類進入了電氣化時代 20世紀下半葉，以 互聯網計算機 為代表的 第三次工業革命 迅速席卷全球，世界進入信息化時代 21世紀初提出的物聯網，能夠引發 第四次工業革命 嗎？ 物聯網在科學發展史的地位 物聯網示意圖 ——江澤民 《 新時期我國信息產業技術的發展 》 電信在傳輸 網絡 建設上優勢明顯。在有線，無線寬帶，移動通信網絡建設上有優勢。 江澤民文章關于物聯網的主要論述摘錄 物聯網是實現中國五大主題任務的關鍵推動要素之一 物聯網對中國的意義 經濟可持續發展 有競爭力的企業 和諧社會 能源有效利用 環境保護 IBM大中華區 CEO 《 智慧地球贏在中國 》 物聯網整體體系架構 物聯網感知層 網絡連接統一IP協議 關注IP v6 IT和應用統一架構 關注云計算 RFID讀寫 M2M終端 傳感器網 攝像監控 定位授時 物聯網網絡層 接入網絡 核心網絡 業務支撐 平臺 物聯網應用層 行業應用平臺 行業應用系統 物聯網是一個以應用為導向，分工日漸清晰的產業， IPv6和云計算是核心基礎架構發展方向 智能家居 智能城管 智能交通 智能電力 智能醫療行業應用導向，完整解決方案交付 產業鏈各環節定位，通用產品提供 物聯網產業關注的核心要素 中國： 2023年 8月 感知中國 以中科院和中國移動為先導，強調自主創新的傳感技術和 TD結合 美國： 2023年底 IBM向美國政府提出的“智慧地球”戰略 強調傳感等感知技術的應用，提出建設智慧型基礎設施 歐盟： 2023年 6月 物聯網行動計劃 具體而務實，強調 RFID的廣泛應用，注重信息安全 日本： 2023年 8月 uJapan戰略 在 uJapan的基礎上， 強調電子政務和社會信息服務應用 關注點 1：全面感知 關注點 2：可靠傳送 關注點 3：智能處理 ? 傳感器和 RFID ? 智能嵌入技術 (如智能家庭 ) ? 短距無線和 傳感網技術 ? IP化多業務承載的公網 ? 信息 IT技術深入各行業 ? 物物 人物交互的智能中樞 感知層是物聯網全面感知的基礎 物聯網感知層 ? RFID標簽和讀寫器 ? M2M終端和傳感器 ? 傳感器網絡和網關 感知層實現方式 ? 攝像頭 和監控 ? GPS/北斗定位授時 ? 智能家居網關 感知層作用 感知層突破方向 ? 感知和識別物體 ? 采集和捕獲信息 ? 更敏感和更全面的感知能力 ? 解決低功耗的問題 ? 解決小型化和低成本問題 RFID讀寫 智能家居網關 M2M終端 傳感器網絡 攝像頭 GPS/北斗 傳感器 網關 感知層是實現物的世界連接和感知的基礎，必須考慮感知層的全面布局和發展重點產品策略 無線上連 有線上連 網絡層是物聯網無處不在的前提 物聯網網絡層 ? 接入網：無線 /光纖各種類型的接入形式 ? 核心網：統一 IP協議上的大帶寬的可靠網絡 ? 業務支撐平臺：業務統一管理部署和運營支撐 網絡層主要層次 網絡層作用 網絡層突破方向 ? 連接感知層和應用層 ? 隨時隨地的連接實現 ? 當前最成熟的部分 ? 擴展規模，以實現無處不在 ? 業務可擴展的管理運營能力 ? 簡化結構，上下層面融合 IP統一協議有效降低實現成本 規模擴展帶來IPv6的發展動力 接入網絡 ? 無線接入： 2G/3G/LTE/WLAN/WiMax ? 有線接入：光纖（ PON）和銅線（ xDSL） ? 匯集承載： IP化傳輸網絡（ PTN/CE） 核心網絡 業務網關 ? 統一 IP協議的高效率的核心網絡 /設備 /接口 ? 針對海量流量和高可靠性要求的拓撲和機制 ? 邊緣業務控制實現業務感知、控制和策略轉發 CPE 業務平臺 鑒權平臺 計費平臺 經營分析平臺 業務支撐平臺 ? 提供終端和業務的通道和聯動控制邏輯 ? 實現不同終端和業務統一管理、部署和擴展 ? 針對客戶提供用戶自定義業務環境和接口 網絡層是物聯網成為普遍服務前提，必須關注規模擴展機遇，重點是接入網絡和業務支撐平臺 應用層是物聯網智能處理的中樞 物聯網應用層 ? 智能家居 ? 智能交通 ? 智能城管 應用層主要應用方向 應用層作用 應用層突破方向 ? 信息技術與行業專業技術結合 ? 實現廣泛智能化應用的解決方案集合 ? 信息技術與行業的深度融合 ? 信息的社會化共享和安全保障 ? 基于云計算的應用整體架構 ? 智能電力 ? 智能醫療 ? 智能通信服務 云計算是應用大規模部署關鍵 云計算資源 云計算業務 計算能力 存儲能力 全局控調 SaaS PaaS IaaS 云計算的意義 ? 適應業務量增長不確定性的彈性架構體系 ? 適應海量數據計算和存儲的低成本曲線的架構 ? 適應開放式的應用提供和部署環境 ? IT架構和商業模式轉變的關鍵 物聯網應用發展六熱點大領域 智能家居 智能電力 智能交通 智能醫療 智能城管 智能通信服務 六大熱點涵蓋了主要應用集和投資方向 應用層是物聯網的智能中樞，必須關注云計算新架構應用和聚焦方向的應用方案集合的提供 物聯網發展的演進路線 信息匯聚 協同感知 泛在聚合 ? 主要特征 泛在的感知服務將海量信息進行聚合，產生出新的有應用價值的信息，即物聯網廣泛應用于各個領域，實現任何人、任何物體、任何時間、任何地點的互聯互通，引發新的應用和服務模式。 ? 關鍵技術 信息聚合理論、模糊控制技術、泛在異構網絡、人工智能、仿生傳感器、納米材料、生物芯片等。 ? 主要特征 將分布于多區域的、利用多種感知技術手段所采集信息進行匯聚，通過通信網絡將感知信息匯聚到業務應用系統，集中進行信息的處理與共享，并提供信息應用服務。 ? 關鍵技術 傳感器設計與實現、短距離無線傳輸技術、低功耗技術、電磁兼容技術等，以實現相關信息采集、匯聚設備的小型化、低功耗、低成本、國產化和綠色環保。 ? 主要特征 以事件、任務和目標為驅動進行感知、網絡和應用各個層面的協同工作，系統具備分布式、跨層次、自學習的協同處理能力，提供智能、精確的多元化信息服務。 ? 關鍵技術 任務驅動的大規模自治組網技術、上下文感知技術、移動通信網絡與無線傳感器網絡無縫融合技術、海量信息處理技術等。 物聯網泛在聚合目標舉例：智能交通 智能交通統一應用平臺 人體生理監測 ? 心跳、血壓 ? 體溫 ? 疲勞、醉酒 道路監