武奇生物聯網技術與應用(第一部分)

1、第一章第一章 物聯網概述物聯網概述 第一章第一章物聯網概述物聯網概述第一章物聯網概述 1.1 物聯網的概念 1.2 物聯網的發(fā)展狀況 1.3 物聯網、互聯網、泛在網 1.4 物聯感知下的應用、預測和市場 1.5 看不見的戰(zhàn)爭1.1 物聯網的概念1.1.1 相關背景： 20世紀末的一系列新興市場遭受金融危機的沖擊后，誕生了互聯網這一新興行業(yè)。全世界正在經歷一場更大規(guī)模的、百年罕見的新的金融危機。 每次經濟大衰退之后復蘇的方式主要有兩種：l 一為戰(zhàn)爭l 二為新技術革命1.1.1 相關背景現在前景比較清晰的有以下幾類重要技術革新： （1）新能源、節(jié)能循環(huán)技術革新建立綠色動力系統(tǒng)，發(fā)展低碳動力經濟。

2、（2）消費觀念變革帶來的產品服務變革發(fā)展物聯網經濟。 （3）循環(huán)、精準、節(jié)能的種植與養(yǎng)殖建立綠色自循環(huán)農業(yè)生產系統(tǒng)，發(fā)展生物農業(yè)經濟。我們的選擇物聯網！十五年周期定律IBM前首席執(zhí)行官郭士納提出的 “十五年周期定律” 1965年前后發(fā)生的變革以大型機為標志 1980年前后以個人計算機的普及為標志 1995年前后則發(fā)生了互聯網革命 2010年會不會是物聯網呢？ 物聯網概念產生背景物聯網這個概念產生的背景，至少有兩個因素： 一則是世界的計算機及通訊科技已經發(fā)生了巨大顛覆性的改變； 二則是物質生產科技發(fā)生了巨大的變化，使物質之間產生相互聯系的條件成熟，沒有瓶頸。1.1 物聯網的概念物聯網的概念史：

3、比爾蓋茨1995年未來之路 ，首次提出概念 2005年，突尼斯，信息社會世界峰會上，國際電信聯盟（ITU）發(fā)布了ITU互聯網報告2005：物聯網，正式將“物聯網”稱為“the Internet of Things” 2008年，IBM智慧地球 2008年，歐盟發(fā)表2020年的物聯網未來路線 2009年，奧巴馬舉行圓桌會議，確立智慧地球戰(zhàn)略IOT對物聯網的定義 IOT：Anytime、Anywhere、Anythings Connection，Ubiquitous Networks和Ubiquitous Computing的發(fā)展愿景 ，無處不在的網絡 在物聯網時代，通過在各種各樣的日常用品上嵌入

4、一種短距離的移動收發(fā)器，人類可以從任何時間任何地點的人與人之間的溝通連接擴展到人與物和物與物之間的溝通連接。 物聯網概念的興起，很大程度上得益于ITU2005年以物聯網為標題的年度互聯網報告。然而，ITU的報告對物聯網的定義只是描述性的，缺乏一個清晰的定義。物聯網的正式定義 本書定義： 物聯網就是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，以有線或無線的方式把任何物品與互聯網連接起來，以計算、存儲等處理方式構成所關心事物靜態(tài)與動態(tài)的信息的知識網絡，用以實現智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。 對物聯網概念的理解 從技術層面理解，物聯網是

5、指物體通過智能感應裝置，經過傳輸網絡，到達指定的信息處理中心，最終實現人和物、物與物之間的自動化信息交互與處理的智能網絡。 從應用層面理解，物聯網是指把世界上所有的物體都聯接到一個網絡中，形成“物聯網”，然后“物聯網”又與現有的互聯網結合,實現人類社會與物理系統(tǒng)的整合，達到更加精細和動態(tài)的方式管理生產和生活。 中科院感知中國對概念的解讀 物聯網是全球信息化發(fā)展的新階段，從信息化向智能化提升。 在已經發(fā)展起來的傳感、識別、接入網、無線通訊網、互聯網、云計算、應用軟件、智能控制等技術基礎上的集成、發(fā)展和提升。 物聯網本身是針對特定管理對象的“有限網絡”，是以實現控制和管理為目的，通過傳感/識別器和

6、網絡將管理對象連接起來，實現信息感知、識別、情報處理、態(tài)勢判斷和決策執(zhí)行等智能化的管理和控制。 物聯網的應用帶來的海量數據和業(yè)務模式，將使通訊網、互聯網和信息處理技術帶來數量級的需求增長和模式變化。思考題物聯網是不是一個全新的事物呢？如果不是的話，它與其他的網絡有什么區(qū)別？是什么催生了這個概念的提出？你認為物聯網發(fā)展的生命力在哪里？結合我們身邊的現實生活，大膽想象物聯網會給我們的生活帶來什么樣便利？1.2 物聯網的發(fā)展狀況物聯網的發(fā)展狀況 近年來，全球主要發(fā)達國家和地區(qū)均十分重視物聯網的研究。 2002年4月，韓國提出e-Korea（電子韓國）戰(zhàn)略；2004年，日本提出“U-Japan”計劃；

7、 2006年6月，新加坡公布了“智慧國2015”大藍圖；2008年底IBM向美國政府提出的“智慧地球”戰(zhàn)略，2009年6月歐盟啟動“物聯網行動計劃”等，都是利用各種信息技術來突破互聯網的物理限制，以實現無處不在的物聯網絡。 目前世界各國正處于技術研發(fā)階段，各發(fā)達國家和地區(qū)紛紛拋出了自己的物聯網相關的信息化戰(zhàn)略，投入巨資深入研究探索物聯網。1.2 物聯網的發(fā)展狀況物聯網的發(fā)展狀況美國的智慧地球更透徹的感知、更全面的互聯互通、更深入的智能化歐盟歐盟的物聯網行動計劃2020年的物聯網未來路線日韓的U計劃e.Japan、u.Japan、i.Japan 與e.Korea 、u.Korea 感知中國智慧地

8、球 2008年11月，美國IBM公司發(fā)表了智慧地球：下一代領導人議程、智慧地球贏在中國。 2009年1月，IBM公司提出了“智慧地球”的構想，物聯網成為其中不可或缺的一部分。 2009年1月28日，奧巴馬就任美國總統(tǒng)后，與美國工商業(yè)領袖舉行了一次“圓桌會議” 。將智慧地球上升為美國的國家級發(fā)展戰(zhàn)略 ，引起轟動智慧地球 更透徹的感知-利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設備、系統(tǒng)或流程。 更全面的互聯互通-先進的系統(tǒng)可按新的方式協同工作 更深入的智能化-利用先進技術獲取更智能的洞察并付諸實踐，進而創(chuàng)造新的價值智慧地球 更透徹的感知-利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設備

9、、系統(tǒng)或流程。 更全面的互聯互通-先進的系統(tǒng)可按新的方式協同工作 更深入的智能化-利用先進技術獲取更智能的洞察并付諸實踐，進而創(chuàng)造新的價值建設智慧地球的步驟 第一，各種創(chuàng)新的感應科技開始被嵌入各種物體和設施中，從而令物質世界被極大程度的數據化。 第二，隨著網絡的高度發(fā)達，人、數據和各種事物都將以不同方式聯入網絡。 第三，先進的技術和超級計算機則可以對這些堆積如山的數據進行整理、加工和分析，將生硬的數據轉化成實實在在的洞察，并幫助人們做出正確的行動決策。 智慧地球應用的六大領域 智慧的電力 智慧的醫(yī)療 智慧的城市 智慧的交通 智慧的供應鏈 智慧的銀行 歐盟的物聯網行動計劃 2006年就成立工作組

10、，專門進行RFID技術的研究，并于2008 年發(fā)布2020年的物聯網未來路線 2009年，歐洲物聯網研究項目工作組（CERP-IoT），在歐盟委員會資助下制訂了物聯網戰(zhàn)略研究路線圖、RFID與物聯網模型等意見書。 2009年5月，歐洲信息業(yè)、商業(yè)領域的科研人員、官員和企業(yè)負責人齊聚歐盟總部所在地布魯塞爾，就物聯網的發(fā)展前景做了廣泛討論，旨在為歐盟尋找危機解決之道、保持經濟長期發(fā)展做出新的嘗試。 2009年6月，歐盟委員會向歐盟議會、理事會、歐洲經濟和社會委員會及地區(qū)委員會遞交了歐盟物聯網行動計劃（Internet of Things-An action plan for Europe） 歐盟物

11、聯網行動計劃14項物聯網行動計劃包含的14項： 主要有管理體系、隱私及數據保護、“芯片沉默”的權利、潛在危險、關鍵資源、標準化、研究、公私合作、創(chuàng)新、管理機制、國際對話、環(huán)境問題、統(tǒng)計數據和進展監(jiān)督等一系列工作。 日韓的U計劃日本： 自上世紀90年代中期以來相繼制定了e-Japan、u-Japan、i-Japan 等多項國家信息技術發(fā)展戰(zhàn)略 2008年，日本總務省提出“u-Japan xICT”政策。“x”代表不同領域乘以ICT 的含義，一共涉及三個領域“產業(yè)xICT”、“地區(qū)xICT”、“生活（人）xICT”。 2009年7月，日本IT戰(zhàn)略部頒布了日本新一代的信息化戰(zhàn)略“i-Japan”戰(zhàn)略

12、，為了讓數字信息技術融入每一個角落 。日韓的U計劃韓國： 1997年起出臺了一系列推動國家信息化建設的產業(yè)政策，包括IFRD先導計劃、IFRD前面推動計劃、USN領域測試計劃等。 2002年4月，韓國提出e-Korea（電子韓國）戰(zhàn)略。 韓國在2006年確立了u-Korea戰(zhàn)略。u-Korea旨在建立無所不在的社會（ubiquitous society） 分為發(fā)展期（基礎設施建設）與成熟期（推廣U服務）兩個執(zhí)行階段。 2009年10月，韓國通信委員會出臺了物聯網基礎設施構建基本規(guī)劃，將物聯網市場確定為新增長動力。 感知中國1.1.2 visualSTATE事件處理機制 10年前，中科院啟動傳感

13、網研究計劃 2009年8月7日，溫家寶在無錫考察，提議建立傳感器中心 2009年9月11日，傳感器網絡標準工作組成立大會暨“感知中國高峰論壇”在北京舉行，標志著傳感器網絡標準工作組正式成立 2009年11月，國務院正式批準同意支持無錫建設國家傳感網創(chuàng)新示范區(qū) 隨后，無錫感知中國中心在政府和科研機構的配合下建立智慧地球VS感知中國發(fā)展差異發(fā)展差異：美日歐信息化發(fā)達，更智能化的發(fā)展方向；中國“信息化帶動工業(yè)化”，側重基礎設施技術差異技術差異：美日歐技術資源豐富，發(fā)展迅速；中國自主創(chuàng)新，很多領域需要突破模式差異模式差異：發(fā)達國家，政府引導，市場鼓勵小公司創(chuàng)新；中國，核心技術研發(fā)與市場同步后發(fā)優(yōu)勢后發(fā)

14、優(yōu)勢：中國信息化剛起步，包袱少，有利于實現跨越式發(fā)展思考題物聯網當前的發(fā)展狀況如何？你可以查閱相關資料來了解當前物聯網的發(fā)展態(tài)勢。文章中列舉的四種有關物聯網研究的計劃，你有何感觸？關于物聯網技術真的有所宣傳的那么神奇、無所不能嗎？它可能會有什么樣弊端？1.3 物聯網、互聯網、泛在網美國權威咨詢機構forrester預測，到2020年，世界上物物互聯的業(yè)務，跟人與人通信的業(yè)務相比，將達到30:1，社會進入物聯網時代。物聯網并不是憑空出現的事物，它的神經末梢是傳感器，它的信息通信網絡則可以依靠傳統(tǒng)的互聯網和通信網等，對于海量的信息的運算處理則主要依靠云計算、網格計算的等等計算方式。物聯網與互聯網、

15、通信網和未來泛在網有著十分微妙的關系啊，下面將會就物聯網和互聯網、物聯網和泛在網、未來網絡的融合分別講述。1.3 物聯網、互聯網、泛在網互聯網互聯網物聯網的傳輸通信保障物聯網的傳輸通信保障對物聯網的兩種說法說法一物聯網是應用說法一物聯網是應用 中國工程院副院長鄔賀銓院士2009年5月16日在廣州舉行的有關科技講壇上說，物聯網是未來信息產業(yè)的發(fā)展方向，也是中國經濟新的增長點。說法二中國經濟周刊：物聯網是互聯網的下一說法二中國經濟周刊：物聯網是互聯網的下一站站 從這個意義上講，物聯網更像是互聯網的延伸和拓展，甚至有“物聯網是互聯網的一個新的增長點”之說。物聯網是虛擬與現實的結合，是“網絡在現實世界

16、里真正大規(guī)模的應用”（鄔賀銓）。物聯網和互聯網的比較 起源：計算機技術的出現及傳播速度的加快起源：計算機技術的出現及傳播速度的加快 ； 傳感技術的傳感技術的創(chuàng)新和云計算創(chuàng)新和云計算 面向的對象：人；人和物質面向的對象：人；人和物質 發(fā)展的過程：技術的研究到人類的技術共享使用；芯片多發(fā)展的過程：技術的研究到人類的技術共享使用；芯片多技術的平臺應用過程技術的平臺應用過程 使用者：所有的人；人和物質，人即信息體，物即信息體使用者：所有的人；人和物質，人即信息體，物即信息體 核心技術在哪：在主流的操作系統(tǒng)和語言開發(fā)商；芯片技核心技術在哪：在主流的操作系統(tǒng)和語言開發(fā)商；芯片技術開發(fā)商和標準制定者術開發(fā)商

17、和標準制定者 創(chuàng)新空間：主要內容的創(chuàng)新和體驗的創(chuàng)新；技術就是生活創(chuàng)新空間：主要內容的創(chuàng)新和體驗的創(chuàng)新；技術就是生活，想像就是科技，讓所有都有智能，想像就是科技，讓所有都有智能 文化屬性：精英文化文化屬性：精英文化 、無序世界；草根文化、無序世界；草根文化、“活信息活信息”世界世界 技術手段：網絡協議技術手段：網絡協議web2.0；數據采集、傳輸介質、后臺；數據采集、傳輸介質、后臺計算計算泛在網泛在網泛在網物聯網的發(fā)展方向，大通信概念物聯網的發(fā)展方向，大通信概念泛在網絡由計算機科學家Mark Weiser首次提出，它是在現有技術基礎上的應用創(chuàng)新，是不斷融合新的網絡，不斷向泛在網絡注入新的業(yè)務和應

18、用，直至“無所不在、無所不包、無所不能”。從網絡技術上，泛在網是通信網、互聯網、物聯網高度融合的目標，它將實現多網絡、多行業(yè)、多應用、異構多技術的融合與協同。 泛在網是從人與人通信為主的電信網向人與物、物與物的通信廣泛延伸的信息通信網絡的發(fā)展趨勢，它是一個大通信的概念 網絡融合未來，網絡融合將成為趨勢，對于業(yè)務的整合、減低成本，提高行業(yè)的整體競爭力，對于未來信息產業(yè)的發(fā)展做準備。2010年初，溫家寶主持召開了主題為“加強網絡融合，打造立體通信”的國務院常務會議，決定加快推進電信網、廣播電視網和互聯網的網絡融合，推進三網融合發(fā)展，對于實現三網互聯互通、資源共享，為用戶提供數據和廣播電視等多種服務

19、，形成新的經濟增長點。 立體通信網三網融合網絡融合的前奏三網融合就是指電信、廣播電視、互聯網的融合，它首先是網絡融合，才涉及到技術融合、業(yè)務融合、行業(yè)融合、終端融合等多個方面，最終要實現網絡的個性化、自動化、寬帶化。 三網融合，只是冰山一角，為了更好的爭奪消費者的注意力，一個全面融合與變革的時代已經開啟，而三網融合只是其中的一個環(huán)節(jié)。 中移動將TD通信技術與物聯網的融合 互聯網進化反映網絡融合趨勢互聯網進化論認為，互聯網的發(fā)展并不是無序和混亂的，而是有很強的方向性，其最終目標是為了實現人類大腦的充分聯網。最終結果是，l第一，實現人類大腦的充分聯網；l第二，形成一個與人類大腦高度相似的互聯網虛擬

20、大腦 互聯網虛擬大腦互聯網進化該觀點認為，互聯網視頻和音頻的的興起和發(fā)展可以看作互聯網虛擬視覺系統(tǒng)和聽覺系統(tǒng)的初步形成和進化依托于安放到世界各地的傳感器為基礎的物聯網的出現，則象征著互聯網虛擬軀體感覺系統(tǒng)的萌芽。由視頻采集器、音頻采集器、傳感器，辦公設備、家用設備、生產設備等傳感節(jié)點組成的物聯網節(jié)點，通過各種互聯網線路與互聯網其他硬件層組成部分進行連接，從而形成互聯網的聽覺，視覺，感覺和運動神經系統(tǒng)。 該觀點也在一定程度上說明了互聯網和物聯網發(fā)展融合關系。泛在網、物聯網和網絡融合 構建無所不在的信息社會已成為全球趨勢，而物聯網正是進一步發(fā)展的橋梁。 U社會需要一個泛在網，泛在網意味著無處不在的

21、互聯，信息的無處不在，這正是物聯網所要做的事情。 以物聯網為代表的信息技術發(fā)展趨勢為：從信息化向智能化的過渡，這也是網絡從虛擬走向現實、從局域走向泛在的過程。網絡融合的前景 融合后的市場規(guī)模將是單一領域的數倍，網絡融合也必可避免的帶來更為激烈的競爭。對于物聯網來說，網絡的融合為物聯網的發(fā)展提供了便利。 物聯網與互聯網、移動互聯網的融合應用都已經為后金融危機時代的中國經濟快速復蘇帶來的前所未有的發(fā)展機會。 物聯網具有巨大的經濟和社會效益，不僅能服務于全球各行各業(yè)的信息共享需求，同時一些新技術產業(yè)作為物聯網建設的基礎產業(yè)，其本身也將創(chuàng)造未來重要的經濟增長點。 物聯網將不僅與現有的通信傳輸網絡融合，而且與嵌入式系統(tǒng)的融合。 1.4 物聯感知下的應用、預測和市場物聯網的物聯網的“全面感知全面感知”智能化服務智能化服務物物互聯，感知世界物物互聯，感知世界物聯網的“全面感知”物聯網具備三個條件：第一個是全面感知，就是讓物品會“說話”，將物品信息進行識別、采集第二個是可靠傳遞，就是通過現有的2G、3G以及未來4G通信網絡將信息進行可靠傳輸第三個是智能處理，通過后臺的龐大系統(tǒng)來進行智能分析和管理。物聯網的物聯網的“全面感知全面感知”體現了物聯網的智能化特征體現了物聯網的智能化特征智能化服務物聯網價值在于智能服務。智能服務則是以感知為基礎，通過對