物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用.ppt

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用 2010.08,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用,物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的起源,物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的定義,廣義的物聯(lián)網(wǎng)涵義,利用條碼、射頻識別（RFID）、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物的在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的連接（anything、anytime、anywhere），從而進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的龐大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,各國物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略或計(jì)劃,物聯(lián)網(wǎng)（IOT）提出的背景,十五年周期定律,IBM前首席執(zhí)行官郭士納提出一個(gè)重要的觀點(diǎn)：計(jì)算模式每隔15年發(fā)生一次變革。,每一次這樣的技術(shù)變革都引起企業(yè)間、產(chǎn)業(yè)間甚至國家間競爭格局的重大動(dòng)蕩和變化。而互聯(lián)網(wǎng)革命一定程度上是由美國“信息高速公路”戰(zhàn)略所催熟。,從Internet到IOT,物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的特征,全面感知,可靠傳輸,智能處理,利用RFID、傳感器、二維碼等 能夠隨時(shí)隨地采集物體的動(dòng)態(tài) 信息。,通過網(wǎng)絡(luò)將感知的各種 信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送。,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，及時(shí)地對海量的 數(shù)據(jù)進(jìn)行信息控制，真正達(dá)到了 人與物的溝通、物與物的溝通。,物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的特征,全面感知,可靠傳輸,智能處理,利用RFID、傳感器、二維碼等 能夠隨時(shí)隨地采集物體的動(dòng)態(tài) 信息。,通過網(wǎng)絡(luò)將感知的各種 信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送。,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，及時(shí)地對海量的 數(shù)據(jù)進(jìn)行信息控制，真正達(dá)到了 人與物的溝通、物與物的溝通。,物聯(lián)網(wǎng)（IOT）結(jié)構(gòu)示意圖,IOT基本理論模型,近距離通信,因特網(wǎng),跟蹤定位,高速數(shù) 據(jù)網(wǎng)絡(luò),智慧星球,感知中國,中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,面臨五個(gè)主要技術(shù)問題,（1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題 世界各國存在不同的標(biāo)準(zhǔn)。中國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)于2006年成立了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目組。2009年9月，傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組正式成立了PG1(國際標(biāo)準(zhǔn)化)、PG2(標(biāo)準(zhǔn)體系與系統(tǒng)架構(gòu))、PG3(通信與信息交互)、PG4(協(xié)同信息處理)、PG5(標(biāo)識)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(電力行業(yè)應(yīng)用調(diào)研)等8個(gè)專項(xiàng)組，開展具體的國家標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。 （2）安全問題 信息采集頻繁，其數(shù)據(jù)安全也必須重點(diǎn)考慮。 （3）協(xié)議問題 物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，在物聯(lián)網(wǎng)核心層面是基于TCP/IP，但在接入層面，協(xié)議類別五花八門，GPRS/CDMA、短信、傳感器、有線等多種通道，物聯(lián)網(wǎng)需要一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議棧。 （4）IP地址問題 每個(gè)物品都需要在物聯(lián)網(wǎng)中被尋址，就需要一個(gè)地址。物聯(lián)網(wǎng)需要更多的IP地址，IPv4資源即將耗盡，那就需要IPv6來支撐。IPv4向IPv6過渡是一個(gè)漫長的過程，因此物聯(lián)網(wǎng)一旦使用IPv6地址，就必然會(huì)存在與IPv4的兼容性問題。 （5）終端問題。 物聯(lián)網(wǎng)終端除具有本身功能外還擁有傳感器和網(wǎng)絡(luò)接入等功能，且不同行業(yè)需求千差萬別，如何滿足終端產(chǎn)品的多樣化需求，對運(yùn)營商來說是一大挑戰(zhàn)。,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用,物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu),物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用,EPC物聯(lián)網(wǎng)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu),物聯(lián)網(wǎng)概念一經(jīng)提出，立即受到各國政府、企業(yè)和學(xué)術(shù)界的重視，在需求和研發(fā)的相互推動(dòng)下，迅速熱遍全球。目前國際上對物聯(lián)網(wǎng)的研究逐漸明朗起來，最典型的解決方案有歐美的EPC系統(tǒng)和日本的UID系統(tǒng)。這里著重介紹EPC物聯(lián)網(wǎng)。 EPC系統(tǒng)是一個(gè)先進(jìn)的、綜合性的和復(fù)雜的系統(tǒng)。它由EPC編碼體系、RFID系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三個(gè)部分組成，主要包括六個(gè)方面：EPC編碼、EPC標(biāo)簽、讀寫器、EPC中間件、對象名稱解析服務(wù)（ONS）和EPC信息服務(wù)（EPCIS）。,PML：實(shí)體標(biāo)記語言（Physical Markup Language）,EPC物聯(lián)網(wǎng)：編碼,國際上目前還沒有統(tǒng)一的RFID編碼規(guī)則。目前，日本支持的UID（Universal Identification，泛在識別）標(biāo)準(zhǔn)和歐美支持的EPC（Electronic Product Code，電子產(chǎn)品碼）標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)今影響力最大的兩大標(biāo)準(zhǔn)，我國的RFID標(biāo)準(zhǔn)還未形成。 EPC編碼有通用標(biāo)識（GID），也有基于現(xiàn)有全球唯一的編碼體系EAN/UCC的標(biāo)識（SGTIN、SSCC、SGLN、GRAI、GIAI）。這類標(biāo)識又分為96位和64位兩種。,EPC物聯(lián)網(wǎng)：ONS,ONS工作過程：ONS查詢過程,EPC物聯(lián)網(wǎng)：EPCIS,EPCIS以PML為系統(tǒng)的描述語言，主要包括客戶端模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)查詢模塊三個(gè)部分（在EPC1.0中稱為PML服務(wù)器；在EPC2.0中，完善了功能并稱為EPCIS服務(wù)器）?？蛻舳四K主要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)EPC標(biāo)簽信息向指定EPCIS服務(wù)器傳輸；數(shù)據(jù)存儲模塊將通用數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中，在產(chǎn)品信息初始化的過程中調(diào)用通用數(shù)據(jù)生成針對每一個(gè)產(chǎn)品的屬性信息，并將其存儲于PML文檔中；數(shù)據(jù)查詢模塊根據(jù)客戶端的查詢要求和權(quán)限，訪問相應(yīng)的PML文檔，生成HTML文檔，返回給客戶端。,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：RFID,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：RFID,技術(shù)沿革,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：RFID,系統(tǒng)工作原理,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：RFID,RFID主要頻段標(biāo)準(zhǔn)及特性,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：RFID,RFID應(yīng)用領(lǐng)域,31,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：RFID,中國RFID發(fā)展思路,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：WSN,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：WSN體系結(jié)構(gòu),WSN體系結(jié)構(gòu)：平面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),WSN體系結(jié)構(gòu)：邏輯分層結(jié)構(gòu),物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：WSN體系結(jié)構(gòu),傳感器節(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu) 傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：WSN的特征,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：WSN通信,WSN在無線通信框架中的位置,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：WSN融合,WSN和其它無線通信技術(shù)的融合,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)：應(yīng)用前景,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù),RFID側(cè)重于識別，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)的標(biāo)識和管理，同時(shí)RFID系統(tǒng)具有讀寫距離有限、抗干擾性差、實(shí)現(xiàn)成本較高的不足；WSN側(cè)重于組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，具有部署簡單，實(shí)現(xiàn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但一般WSN并不具有節(jié)點(diǎn)標(biāo)識功能。RFID與WSN的結(jié)合存在很大的契機(jī)。 RFID與WSN可以在兩個(gè)不同的層面進(jìn)行融合：物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下RFID與WSN的融合，傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下RFID與WSN的融合。,物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下RFID與WSN的融合,RFID和WSN融合,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù),傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下RFID與WSN的融合：智能基站,RFID和WSN融合,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù),傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下RFID與WSN的融合：智能節(jié)點(diǎn),RFID和WSN融合,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù),傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下RFID與WSN的融合：智能傳感標(biāo)簽,RFID和WSN融合,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示意圖,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示意圖,46,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,給放養(yǎng)的牲畜中的每一只羊都貼上一個(gè)二維碼，這個(gè)二維碼會(huì)一直保持到超市出售的肉品上，消費(fèi)者可通過手機(jī)閱讀二維碼，知道牲畜的成長歷史，確保食品安全。我國已有10億存欄動(dòng)物貼上了這種二維碼。,畜牧溯源,47,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,無線葡萄園,2002 年，英特爾公司率先在俄勒岡建立了世界上第一個(gè)無線葡萄園。傳感器節(jié)點(diǎn)被分布在葡萄園的每個(gè)角落，每隔一分鐘檢測一次土壤溫度、濕度或該區(qū)域有害物的數(shù)量，以確保葡萄可以健康生長。研究人員發(fā)現(xiàn)，葡萄園氣候的細(xì)微變化可極大地影響葡萄酒的質(zhì)量。通過長年的數(shù)據(jù)記錄以及相關(guān)分析，便能精確的掌握葡萄酒的質(zhì)地與葡萄生長過程中的日照、溫度、濕度的確切關(guān)系。這是一個(gè)典型的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智能耕種的實(shí)例。,葡萄園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)示意圖,48,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,49,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,大鴨島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),2002年，由英特爾的研究小組和加州大學(xué)伯克利分校以及巴港大西洋大學(xué)的科學(xué)家把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)視大鴨島海鳥的棲息情況。位于緬因州海岸大鴨島上的海燕由于環(huán)境惡劣，海燕又十分機(jī)警，研究人員無法采用通常方法進(jìn)行跟蹤觀察。為此他們使用了包括光、濕度、氣壓計(jì)、紅外傳感器、攝像頭在內(nèi)的近10種傳感器類型數(shù)百個(gè)節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)通過自組織無線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?00英尺外的基站計(jì)算機(jī)內(nèi)，再由此經(jīng)衛(wèi)星傳輸至加州的服務(wù)器。在那之后，全球的研究人員都可以通過互聯(lián)網(wǎng)察看該地區(qū)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，掌握第一手的環(huán)境資料，為生態(tài)環(huán)境研究者提供了一個(gè)極為有效便利的平臺。,大鴨島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),50,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),根據(jù)目前歐美各國在研項(xiàng)目的文獻(xiàn)資料，可以大致將水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)可分為以下幾類： (1) 基于水面浮標(biāo)的(射頻+水聲通信)可任意升降的三維立體水下傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：布放比較容易，可利用太陽能、GPS以及水面上的無線通信，回避、降低了水下通信的困難。缺點(diǎn)：阻礙航道，易被發(fā)現(xiàn)破壞，容易隨波逐流，位置不能固定。 (2) 由固定在海底基站的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，可任意升降的三維立體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過光纜或聲通信與水面網(wǎng)關(guān)、節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，將數(shù)據(jù)傳輸至基站。優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)影響航行。缺點(diǎn)：維護(hù)不容易。,(3) 基于水面浮標(biāo)節(jié)點(diǎn) (射頻+水聲通信)、水中自主航行器（水聲通信）和水底固定節(jié)點(diǎn)（水聲通信）的三維立體系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：覆蓋全面，配置靈活，功能強(qiáng)大。缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。 與地面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相比，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)仍然存在著諸多困難：如有效帶寬非常有限、水下信道非常惡劣等等，在這個(gè)領(lǐng)域還有許多的困難需要解決。,51,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,人身上可以安裝不同的傳感器，對人的健康參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并且實(shí)時(shí)傳送到相關(guān)的醫(yī)療保健中心，如果有異常，保健中心通過手機(jī)，提醒您去醫(yī)院檢查身體。,個(gè)人保健,52,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,利用部署在大街小巷的全球眼監(jiān)控探頭，實(shí)現(xiàn)圖像敏感性智能分析并與110、119、112等交互，實(shí)現(xiàn)探頭與探頭之間、探頭與人、探頭與報(bào)警系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，從而構(gòu)建和諧安全的城市生活環(huán)境。,平安城市建設(shè),53,數(shù)字家庭是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，包括各類消費(fèi)電子產(chǎn)品、通信產(chǎn)品、信息家電及智能家居等，通過不同的互連方式進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)中各類電子產(chǎn)品之間的“互聯(lián)互通”的一種服務(wù)。 數(shù)字家庭的四大功能：信息、通信、娛樂和生活。,信息,通信,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,未來數(shù)字家庭,54,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,對珍貴的古老建筑進(jìn)行保護(hù)，是文物保護(hù)單位長期以來的一個(gè)工作重點(diǎn)。將具有溫度、濕度、壓力、加速度、光照等傳感器的節(jié)點(diǎn)布放在重點(diǎn)保護(hù)對象當(dāng)中，無需拉線鉆孔，便可有效地對建筑物進(jìn)行長期的監(jiān)測。此外，對于珍貴文物而言，在保存地點(diǎn)的墻角、天花板等位置，監(jiān)測環(huán)境的溫度、濕度是否超過安全值，可以更妥善地保護(hù)展覽品的品質(zhì)。,文物保護(hù),55,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,探索外部星球一直是人類夢寐以求的理想，借助于航天器布撒的傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對星球表面大范圍、長時(shí)期、近距離的監(jiān)測和探索，是一種經(jīng)濟(jì)可行的方案。NASA 的 JPL 實(shí)驗(yàn)室研制的 Sensor Webs 就是為將來的火星探測、選定著陸場地等需求進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備的?，F(xiàn)在該項(xiàng)目已在佛羅里達(dá)宇航中心的環(huán)境監(jiān)測項(xiàng)目中進(jìn)行測試和完善。,空間、海洋探索,美國宇航局的空間探索計(jì)劃中 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式示意圖,56,物聯(lián)網(wǎng) 管理平臺,移動(dòng)POS,金融,供應(yīng)鏈,智能運(yùn)輸,工業(yè)自動(dòng)化,智能建筑,消防,公共安全,環(huán)境保護(hù),氣象,數(shù)字化醫(yī)療,遙感勘測,軍事,農(nóng)業(yè),林業(yè),水務(wù),電力,煤炭,石化,物流、零售、自動(dòng)服務(wù),設(shè)備、安全、節(jié)能,生產(chǎn)、安全、防災(zāi)、水電油氣,防火、勘察、報(bào)警,污染檢測、報(bào)警,水質(zhì)、