物聯網技術及其應用(更新版)

　　

【正文】 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。 C ? 應用領域：移動電話、空中寫卡、無線 POS機、無線抄表、無線監控、調度、車載、遠程監控、測量、定位 ? GSM/GPRS 850/900/1800/1900四頻解決方案 ? 模塊集成了完整的 GSM基帶處理電路和射頻電路 ? 模塊嵌入 FLASH、 SRAM內存、電源管理電路 空中寫卡 遠程抄表 無線監控 ? M2M SIM卡和移動通信模塊是 2023年主推的物聯網部件產品 ? 建議微電子和終端公司應走出去，強化和和運營商的深度合作，拓展行業合作范圍 ? 建議在市場拓展的基礎上，完善移動通信模塊的產品家族，形成滿足多行業應用的產品系列 ? 建議積極探索 RFID、 M2M終端和傳感網產品的引入，以形成物聯網感知層的較完整布局 形成行業物聯網整體解決方案的建議 感知層 網絡層 應用層 軟件公司水利解決方案 企通礦企解決方案 無線 /光纖網絡 水資源管理系統 灌區信息化系統 農村水利管理信息系統 水利通信與自動化 安全保障系統 生產組織管理系統 人員考勤定位 生產環境安全監控 井下視頻監控 工業自動化控制 遠程產量監控 問題 1：新行業快速突破怎么辦？ 問題 2：每行業獨立系統可行否？ 問題 3：如何演進實現泛在聚合？ 問題 4：如何積累并形成競爭力？ 問題 5：架構上業務可擴展實現？ 問題 6： WLAN外，還能做什么？ 問題 7：如何快速滿足感知需求？ 問題 8：如何統一管理各種感知？ ? 形成行業物聯網解決方案的核心是：“聚焦行業的選擇”和“系統關鍵能力和整合能力” ? 物聯網應用熱點行業：電力，交通，物流，醫藥衛生（需要確定聚焦的行業） ? 系統關鍵能力： “公司統一的行業應用系統基礎平臺”、“業務平臺”和“感知層關鍵技術” ? 系統整合能力：基于積極的市場拓展基礎上的產業鏈縱向和橫向合作 積極爭取政府示范項目的建議 初期項目范圍建議 ? 第一個物聯網示范項目應考慮公司實際情況，采用已有的成熟解決方案 ? 軟件公司的“水利行業解決方案”，針對農業水利調度的示范項目 ? 西安大唐的“礦業企業解決方案”，針對工礦企業生產安全和管理的示范項目 ? 監控公司的“視頻監控解決方案”，針對公共安全和企業安防的示范項目 ? 宣傳時可以集成在一起， 比如“工礦企業生產安全和管理 安防”的綜合示范項目 創新集成項目建議 ? 在與地方政府的示范項目合作中，很有可能遇到需要創新集成的情況 ? 堅持行業應用系統基礎平臺采用自主產品，軟件公司為主要支撐力量 ? 不同層面產品分配給對口產業單位，在公司統一組織下分別引入合作產品 ? 針對創新集成示范項目，虛擬團隊應擁有從研發決策到項目執行的授權 ? 創新集成的示范項目，有利于提升各產業單位的物聯網切身體會和發展意識 ? 創新集成的示范項目，有利于促進公司對于業界的了解和促進業界合作 推進合作生態建立 ? 以項目為導向，建立物聯網合作生態，通過不同層面合作形成完整解決方案 ? 感知層：在主要應用類型設備上，分別擁有合作廠商 ? 網絡層：在 WLAN之外，引入新的產品線和具備以太網組網部署能力 ? 應用層：針對聚焦行業，引入幾個專業的應用合作廠商 ? 以參與重要的物聯網產業聯盟為基礎，形成大唐電信的業界地位和影響力 小結 矩陣式 總體 發展策略 ? 產業發展和市場拓展并重 ? 應用導向解決方案能力和關鍵產品競爭能力并重 ? 深化運營商合作關系和開拓行業客戶合作關系并重 建立適應 物聯網 的體制 物聯網 解決方案 能力建設 ? 積極探索面向解決方案交付的體制建設 感知層 關鍵技術 + 規模出貨關鍵部件 + 系統架構關鍵平臺 + 開放產業鏈生態合作 目 錄 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 總 結 矩陣式發展策略 感知層關鍵技術 規模出貨關鍵部件 系統架構關鍵平臺 開放產業鏈生態合作 物聯網作用是：實現機器和物與人通信和交互的“橋” 物聯網表現形式是：信息基礎設施和實體基礎設施結合 物聯網的目標是： 通過網絡和 IT技術實現智能化，解決各個行業“效率、安全、節能”等問題 第二講 射頻識別技術 RFID ? 射頻識別是無線電頻率識別的簡稱，即通過無線電波進行識別。 ? 指狀電極上的電位差形成電場。 – 有源應答器： 工作電源完全由內部電池供給，同時內部電池能量也部分地轉換為應答器與閱讀器通信所需的射頻能量。 – 目前， RFID在票務系統（城市公交車、高速公路收費、門票等）、收費卡、城市交通管理、安檢門禁、物流、家政、食品安全追溯、藥品、礦井生產安全、防盜、防偽、證件、集裝箱識別、動物追蹤、運動計時、生產自動化、商業供應鏈等眾多領域獲得廣泛重視和應用。 “有了無線識別（ RFID）技術，還需要管家嗎？” ——胡錦濤 20230418美國西雅圖微軟“未來之家” RFID的 ISO IEC標準 ? 標準的作用 – 確保協同工作的進行，規模經濟的實現，工作實施的安全性以及其他許多方面 – RFID標準化的主要目的在于通過制定、發布和實施標準，解決編碼、通信、空中接口和數據共享等問題，最大程度的促進 RFID技術及相關系統的應用 – 標準采用過早，有可能會制約技術的發展和進步；采用過晚，可能會限制技術的應用范圍。 RFID ? 閱讀器的電路組成 發送通道 接收通道 時鐘 電路 振蕩器 載波形成 天線 MCU 動作 控制 通信 接口 RFID ? 天線 – 天線的目標是取得最大的能量傳輸效果。 較復雜的應用需要一個閱讀器可同時對多個應答器進行操作，即要具有防碰撞（亦稱防沖突）的能力。 ? 應答器中存放的識別信息由閱讀器讀出。 ? 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。 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。 ? 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。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 》 。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。 ? 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。 UHF：特高頻 300MHz－ 3GHz，工作頻率： 433MHz， 866 － 960MHz， ； SHF：超高頻 3－ 30GHz， 工作頻率： 、 24GHz； 0 f(Hz) 30k 300k 3M 30M 300M 3G 30G 125k 常用： 433M 866～ 960M 工作頻率分布圖 LF 1M HF UHF 1G 1K 電感耦合方式 RFID的工作原理 ? RIFD工作方式 閱讀器 存儲及 控制電路 應答器 C 1 R s v s R 1 L 1 L 2 VD 應答器芯片 磁場 H C 2 C 3 v 2 i 電感耦合 閱讀器 應答器 電感耦合方式的電路結構 信息 電感耦合方式 RFID的工作原理 閱讀器為有源工作，應答器無源工作； L C1； L C2 均工作在射頻源 VS的諧振頻率； 應答器 L2的磁場變化產生電壓整流后供閱讀器使用； 應答器向閱讀器的數據傳輸采用內部的二進制數據編碼信號控制開關 S，使得負載電阻 R2被接通或者斷開，通過耦合使 L1產生變化的電壓，經調制、解碼即可； 閱讀器向應答器的數據傳輸，是通過數字調制的方式實現的，多采用 ASK（幅頻監控）的方式； 電感耦合方式 RFID的工作原理 ? RIFD工作方式 負載調制 閱 讀 器 C 1 R s v s R 1 濾波放大 解調 和解碼 應答器 VD 二進制數據編碼信號 L 1 L 2 C2 C 3 存儲及 控制電路 S R 2 負載調制的原理示意圖 反向散射耦合 RFID工作方式 ? 目標的反向散射耦合 RIFD工作方式 反向散射耦合 電源電路 存儲及 控制電路 負載 調制 閱讀器 收發耦合 天線 天線 P 1 P 2 應答器 電源電路用于吸收耦合的功率； 反向散射方式 RFID的工作原理 ? 聲表面波（ Surface Acoustic Wave，SAW）器件是以壓電效應和與表面彈性相關的低速傳播的聲波為依據。 RFID ? 無源、半無源與有源應答器 – 無源應答器： 不附有電池 ，從閱讀器發出射頻能量中提取工作所需的電能。 RFID ? 相關的自動識別技術 – 自動識別技術：包括條形碼、接觸式 IC卡、生物特征識別、光學字符識別（ OCR）以及射頻識別（ RFID